Podpora výroby energie v za ízeních na energetické využití odpad Tomáš Ferdan, Martin Pavlas Vysoké u ení technické v Brn , Fakulta strojního inženýrství, Ústav procesního a ekologického inženýrství, Technická 2, 616 69 Brno, eská Republika; e-mail:
[email protected]; tel.: +420 721 268 124 Abstrakt Tento p ísp vek reaguje na nedávno p ijatou legislativu v oblasti podpory výroby tepelné a elektrické energie z obnovitelných a druhotných zdroj . P ísp vek se t mito p edpisy zabývá z pohledu za ízení na energetické využití odpadu (EVO). Shrnuje možnosti získání podpory a podmínky, které za ízení EVO musí splnit, aby mu byly p íslušné dotace p iznány. Následn je p edstavena analýza dopadu jednotlivých druh podpory na ekonomiku takového za ízení. 1. Úvod 1. ledna 2013 vstoupil v platnost nový zákon . 165/2012 Sb.[1] o podporovaných zdrojích energie, který do národní legislativy zapracovává p íslušné p edpisy Evropské unie a to sm rnici 2009/28/ES[2] o podpo e využívání energie z obnovitelných zdroj a sm rnici 2004/8/ES[3] o podpo e kombinované výroby elekt iny a tepla. Dále byly k tomuto zákonu vydány p íslušné vyhlášky. V tomto p ísp vku budou p edevším zmín ny vyhlášky . 441/2012 Sb. o stanovení minimální ú innosti užití energie [4] a . 453/2012 Sb. o elekt in z vysokoú inné kombinované výroby elekt iny a tepla [5]. Tyto p edpisy p ináší celou adu zm n v oblasti podpory „zelené“ energie. Z pohledu energetického využití odpadu (EVO) je d ležitý §2 zákona [1] kde je uvedeno, že biologicky rozložitelná ást komunálního odpadu (BRKO) je biomasou a tedy i obnovitelným zdrojem energie. Podíl BRKO na energetickém obsahu komunálního odpadu je stanoven vyhláškou 477/2012 Sb. na 60 % [6], pokud výrobce neprokáže jinou hodnotu. Z tohoto tedy vyplývá, že komunální odpad m žeme rozd lit na obnovitelný zdroj energie a druhotný zdroj energie v pom ru 60 ku 40 % (obr. 1.) a podle toho také ur it na jaké druhy podpory za ízení (EVO) dosáhne. Pom r je d ležitý rovn ž pro výpo et množství podporované elekt iny v jednotlivých kategoriích (viz dále)
Obr. 1. Komunální odpad
Z [1] tedy pro spalovny p ipadá v úvahu podpora výroby elekt iny z obnovitelných zdroj , podpora výroby elekt iny z druhotných zdroj , podpora výroby elekt iny z vysokoú inné kombinované výroby elekt iny a tepla (vyKVET) a také podpora výroby tepla z obnovitelných zdroj , viz obr. 2.
Obr. 2. Schéma podpory výroby energie v ZEVO
2. Podpora výroby elekt iny z obnovitelných zdroj (OZE) Pro spalovny komunálního odpadu platí, že podporována je pouze elekt ina exportovaná do soustavy. Podpora se tedy nevztahuje na elekt inu, která je využita jako technologická vlastní spot eba. Dále je v §4 odst. 5 b) [1] uvedeno, že p i výrob elekt iny z biomasy se podpora vztahuje pouze na elekt inu vyrobenou v za ízení schopném vyráb t elekt inu v kombinované výrob elekt iny a tepla (KVET). Zárove je ale v §4 odst. 5 e) [1] uvedena informace o podpo e pom rné ásti elekt iny pocházející z obnovitelného zdroje (tedy BRKO), ale informace o podmínce KVET zde chybí. U tohoto tedy vyvstávají následující otázky: Platí tedy tyto odstavce zárove , nebo ne? Pokud ano, tak podmínka „za ízení schopné“ znamená, že elekt ina nemusí být nutn vyrobena v KVET, jen musí za ízení takovou výrobu umož ovat? V neposlední ad pro EVO platí, že pro p iznání podpory na elekt inu z obnovitelných zdroj je zapot ebí, aby za ízení splnilo minimální ú innost užití energie, které je stanoveno již zmi ovanou vyhláškou [4]. P iznáním podpory elekt iny z OZE potom provozovatel získává nárok na zelený bonus ve výši 680 K /MWh pro za ízení uvedené do provozu do 31. 12. 2012 a 1830 K /MWh do 31. 12. 2013 dle cenového rozhodnutí energetického regula ního ú adu [7]. 3. Podpora výroby elekt iny z druhotných zdroj (DZE) U podpory elekt iny z druhotných zdroj platí obdobné podmínky jako pro elekt inu z OZE. Op t platí, že je podporována pouze elekt ina exportovaná, tedy celková elekt ina nam ená na svorkách generátoru ponížená o vlastní spot ebu. Dále je v §5 odst. 4 [1] uvedeno, že p i výrob elekt iny z komunálního odpadu se elekt ina z DZE vztahuje pouze na ást elekt iny vyrobenou z biologicky nerozložitelné ásti. Na rozdíl od OZE je v tomto odstavci také exaktn uveden odkaz na §5 odst. 3 [1], tedy na podmínku, že podpora elekt iny z DZE se vztahuje pouze na elekt inu vyrobenou v KVET, tedy se sou asnou dodávkou tepla. Pro p iznání podpory elekt iny z DZE platí stejn jako u OZE podmínka spln ní minimální ú innosti užití energie. Zelený bonus pro výrobu elekt iny spalováním komunálního odpadu je potom 45 K /MWh [7]. 4. Podpora výroby tepla z OZE Jak již bylo zmín no pro EVO p ipadá v úvahu také podpora výroby tepla z OZE. Na rozdíl od podpory elekt iny z OZE a DZE zde není podmínka KVET. Dokonce v p ípad KVET s instalovaným elektrickým výkonem vyšším než 7,5 MWe není podpora výroby tepla z OZE možná v bec. Dále není možná podpora tepla z OZE v p ípad spoluspalování
s neobnovitelným zdrojem, což ale není p ípad EVO, kde dochází ke spoluspalování obnovitelného a druhotného zdroje a v tomto p ípad nárok na podporu nezaniká. Poslední podmínkou (stejn jako u p edchozích) je podmínka dodržení minimální ú innosti užití energie. Zelený bonus je dle [7] stanoven ve výši 50 K /GJ. 5. Minimální ú innost užití energie Minimální ú innost užití je stanovena vyhláškou [4] a je podmínkou pro p iznání podpory elekt iny z DZE a elekt iny a tepla z OZE dle zákona o podporovaných zdrojích. Minimální ú innost užití energie se stanovuje dle jednotek použitých v za ízení. Pro za ízení EVO, u kterého lze o ekávat a použití bu kondenza ní odb rové, nebo protitlaké turbíny, p ipadají v úvahu dva možné výpo ty a to výpo ty dle odst. a) 3:
resp. b) 3:
v p íloze . 4. [4]. Rozdíl mezi t mito výpo ty je pouze v instalovaném tepelném p íkonu, kdy u za ízení s p íkonem nad 50 MW je zapot ebí uvažovat istou (netto) ú innost výroby energie ode tením vlastní spot eby elektrické energie. Minimální hodnoty jsou uvedeny v tabulce 1.
Tab. 1. Tabulka minimálních ú inností užití energie [4]
Tyto minimální hodnoty ú inností se odráží do minimální dodávky tepla. P íkon 50 MW lze o ekávat u za ízení o zpracovatelské kapacit cca 150 kt/rok v závislosti na výh evnosti odpadu a fondu pracovní doby. Takové za ízení by muselo dodávat minimáln 536 TJ/rok tepla, pro p ípad kdy by byl p íkon v tší než 50 MW, a 449 TJ/rok tepla, pro p ípad nižší výh evnosti a tím p íkonu nižším než 50 MW. P i nižší ro ní dodávce tepla by takové za ízení nesplnilo podmínku minimální ú innosti užití energie. Maximální o ekávaná dodávka tepla p i maximálním odb rovém režimu kondenza ní odb rové turbíny je p itom cca 866 TJ/rok (viz obrázek 3.).
Obr. 3. Graf minimální ú innosti užití energie v závislosti na využití dodávky tepla
6. Podpora elekt iny z vysokoú inné kombinované výroby elekt iny a tepla Pro stanovení množství podporované elekt iny z vysokoú inné kogenerace je zapot ebí nejprve d sledn rozd lit pojmy kombinovaná výroba elekt iny a tepla (KVET) a vysokoú inná kombinovaná výroba elekt iny a tepla (vyKVET). Toto vymezení je patrné z vyhlášky [5] §6, kde je uvedeno, že za elekt inu z vyKVET se považuje množství elekt iny z KVET p i jejíž výrob se dosahuje pom rné úspory primární energie (UPE) ve výši alespo 10 %. Z toho tedy plyne, že pro ur ení vyKVET je zapot ebí ur it elekt inu z KVET a UPE jednotlivého za ízení. Pro za ízení s instalovaným elektrickým výkonem do 1 MWe odpadá požadavek na spln ní podmínky UPE>10 % pro získání podpory elekt iny z vyKVET, tzn. u malých provozoven elekt ina z KVET = elekt ina z vyKVET. V [5] jsou pak stanoveny postupy ur ení obou parametr pro jednotlivé kogenera ní jednotky, kde pro EVO p ipadají v úvahu uspo ádání s parní protitlakou turbínou a parní kondenza ní odb rovou turbínou. Za elekt inu z KVET se potom považuje celkové vyrobené množství elekt iny, pokud za ízení dosáhne celkové ú innosti 75 % u jednotky s protitlakou turbínou a 80 % u jednotky s kondenza ní odb rovou turbínou. Pokud kogenera ní za ízení této ú innosti nedosahují, stanovuje se elekt ina z KVET dle p ílohy . 1 k vyhlášce . 453/2012 Sb. dle rovnice: EKVET = QUZ * CSKUT Kde EKVET je množství elekt iny z KVET a QUZ je množství užite ného tepla. CSKUT je potom skute ný pom r elekt iny a tepla, který vyjad uje pom r mezi množstvím elekt iny z KVET a množstvím užite ného tepla v p ípad nejvyšší výroby užite ného tepla (plný kombinovaný režim s dodávkou pouze užite ného tepla). Do konce tohoto roku (31. 12. 2013) je pro za ízení s kondenza ní odb rovou turbínou možné pro výpo et elekt iny z KVET použít zp sob, který je známý ze staré vyhlášky . 344/2009 Sb. Postup pro ur ení parametru UPE je pak uveden v p íloze . 2 k vyhlášce . 453/2012 Sb. Dle hodnoty UPE je také nastaven zelený bonus na elekt inu z KVET pro za ízení s instalovaným výkonem vyšším než 5 MW, kde za ízení s 10
15 % dosáhnou na bonus ve výši 170 K /MWh. Toto stanovení má za ú el motivovat provozovatele jednotlivých za ízení k provozu s vyšší ú inností, protože je to ukazatel, který není závislý na režimu výroby, ale pouze na parametrech za ízení. 7. Vyhodnocení výše podpory V této ásti bude demonstrován dopad nového zákona o podporovaných zdrojích na ekonomiku za ízení EVO. K tomuto ú elu byl použit komplexní simula ní model spalovny,
kterým auto i lánku disponují. Pro názornost byla možná podpora vy íslena pro typické za ízení EVO s kondenza ní odb rovou turbínou a n kolika m nícími se parametry, které mají hlavní vliv na výši podpory. Uvažována byla výh evnost odpadu 9 GJ/t. Modely byly zhotoveny s r znými ro ními zpracovatelskými kapacitami 100 a 200 kt/rok, aby bylo možné postihnout za ízení s tepelným p íkonem pod i nad hranicí 50 MW (viz kap. 6). Dále tyto dv možnosti umož ují popsat za ízení s i bez nároku na podporu tepla (viz kap. 5). Další rozd lení bylo na za ízení s nízkou a vysokou vlastní spot ebou elekt iny, tedy za ízení s energeticky náro n jším systémem išt ní spalin, kde byly zvoleny p ípady s m rnou vlastní spot ebou 95 a 130 kW/t odpadu. V neposlední ad byly namodelovány za ízení s r zným zp sobem exportu (dodávky) tepelné energie (užite ného tepla), a to p ípady dodávky tepla v horké vod a dodávky tepla v pá e. Vliv veškerých t chto prom nlivých parametr byl namodelován v závislosti na m nící se úrovni využití dodávky tepla, kde 100 % znamená plný kogenera ní režim s maximální možnou dodávkou tepla p i zachování minimálního pr toku páry do kondenza ní ásti turbíny a 0 % znamená nulový export užite ného tepla. Dosažená provozní podpora související s jednotlivými druhy podpory byla vy íslena v K /t odpadu. Toto opat ení bylo zavedeno pro snadnou možnost porovnání výše jednotlivých podpor s výnosy spalovny za prodej elekt iny, tepla a pop . železného šrotu. Pro za ízení EVO s ro ní zpracovatelskou kapacitou 100 kt, odb rem páry v horké vod a vlastní spot ebou 95 kW/t dosáhla maximální výše podpory hranice 375 K /t odpadu a to p i režimu maximální dodávky tepla, viz obrázek 4 a). Skok ve výši podpory pod hranicí 52 % využití tepla je zp soben nedodržením podmínky minimální ú innosti užití energie. Naopak pro spalovnu se stejnými parametry pouze s rozdílnou kapacitou 200 kt platí, že maximální výše podpory nastane p i režimu takové minimální možné dodávky tepla, aby byla ješt spln na podmínka minimální ú innosti užití energie. U takového za ízení to inní 62 % využití dodávky tepla a výše 151 K /t odpadu, viz obrázek 4 b). Tento rozdíl, mezi 100 a 200 kt, je zap í in n limitem na podporu výroby tepla z OZE u za ízení s instalovaným elektrickým výkonem vyšším než 7,5 MWe.
a) b) Obr. 4. Pr b h výše podpory v závislosti na úrovni využití dodávky tepla – dodávka tepla v horké vod
Na obrázku 5 a) i b) jsou potom zobrazeny grafy zobrazující pom r výnos vztažených na jednu tunu odpadu, tedy ekonomický vliv jednotlivých provozních podpor.
a) b) Obr. 5. Pom r výnos – dodávka tepla v horké vod
U za ízení s energeticky náro n jším systémem išt ní spalin dojde k mírnému poklesu množství prodávané elekt iny a tím pádem k mírnému poklesu ve výši podpory na elekt inu z OZE a DZE. V ostatních ohledech z stane pr b h výše podpory v závislosti na stupni využití dodávky tepla stejný jako u zdroj s menší vlastní spot ebou. V za ízení EVO tentokrát s dodávkou tepla v pá e dosahuje, pro spalovnu o zpracovatelské kapacit 100 kt a vlastní spot eb elekt iny 95 kW/t odpadu, výše podpory maximální hranice 325 K /t odpadu. Rozdíl oproti dodávce tepla v horké vod je v tom, že v tomto uspo ádání spalovna dokáže vyrobit více tepla na úkor elekt iny. Pr b h v závislosti na využití dodávky tepla ovšem z stává obdobný, protože pokles ve výši podpory týkající se výroby elekt iny je kompenzován nár stem výše podpory na teplo z OZE, viz obrázek 6 a). Toto však neplatí pro za ízení vyšších kapacit (zde 200 kt), které ztrácí nárok na podporu tepla (viz kapitola 5). V takovémto p ípad je op t znatelný pokles výše podpory v závislosti na úrovni využití dodávky tepla, obdobn jako u p ípadu za ízení s kapacitou 200 kt a dodávkou tepla v horké vod , s tím rozdílem, že zde je tento pokles o mnoho razantn jší a výše podpory m že spadnout až k hodnot 54 K /t odpadu, viz obrázek 6 b).
a) b) Obr. 6. Pr b h výše podpory v závislosti na úrovni využití dodávky tepla – dodávka tepla v pá e
Na obrázku 7 a) i b) jsou zobrazeny obdobné grafy jako na obrázku 5 zobrazující ekonomický vliv jednotlivých výnos zde pro p ípad dodávky tepla v horké vod .
a) b) Obr. 7. Pom r výnos – dodávka tepla v horké vod
Záv r P ísp vek se v noval analýze nového zákona o podporovaných zdrojích energie, který vstoupil v platnost za átkem tohoto roku. Byly vybrány a stru n vysv tleny jednotlivé pasáže legislativy týkající se za ízení EVO. Následn byla vypracována analýza dopadu nového nastavení podporovaných energetických výstup na ekonomiku za ízení EVO. P estože na první pohled se m že zdát podpora vysoká z obrázk 4 až 7 je z ejmé, že sou asná výše podpory výrazn neovlivní ekonomiku EVO. Nejvyšší význam má podpora tepla. Ta je však dosažitelná jen u malých za ízení s instalovaným elektrickým výkonem do 7,5 MWe. U za ízení vyšších kapacit iní veškerá podpora ádov pouze 4 % z veškerých výnos . Pod kování P ísp vek vznikl na základ podpory MŠMT v rámci projektu OPVK 2.3 . Z.1.07/2.3.00/20.0020 "V da pro praxi" a projektu OPVaVpI . CZ.1.05/2.1.00/01.0002. NETME Centre (New Technologies for Mechanical Engineering). Literatura [1] Zákon 165/2012 Sb. ze dne 31. 1. 2012 o podporovaných zdrojích energie a o zm n n kterých zákon . Sbírka zákon R. ástka 59/2012. [2] Sm rnice Evropského parlamentu a Rady 2009/28/ES ze dne 23. dubna 2009 o podpo e využívání energie z obnovitelných zdroj . 2009. Ú ední v stník Evropské unie L 140. [3] Sm rnice Evropského parlamentu a Rady 2004/8/ES ze dne 11. února 2009 o podpo e spole né výroby elekt iny a tepla (kogenerace na základ poptávky po užite ném teple na vnit ním trhu s energiemi. 2004. Ú ední v stník Evropské unie L 052. [4] Vyhláška Ministerstva pr myslu a obchodu . 441/2012 Sb. ze dne 05. 12. 2012 o stanovení minimální ú innosti užití energie p i výrob elekt iny a tepelné energie. Sbírka zákon R. ástka 162/2012. [5] Vyhláška Ministerstva pr myslu a obchodu . 453/2012 Sb. ze dne 13. 12. 2012 o elekt in z vysokoú inné kombinované výroby elekt iny a tepla a elekt in z druhotných zdroj . Sbírka zákon R. ástka 169/2012. [6] Vyhláška Ministerstva pr myslu a obchodu . 477/2012 Sb. ze dne 20. 12. 2012 o stanovení druh a parametr podporovaných obnovitelných zdroj pro výrobu elekt iny, tepla nebo biometanu a o stanovení a uchování dokument . Sbírka zákon R. ástka 180/2012. [7] Cenové rozhodnutí Energetického regula ního ú adu . 4/2012 ze dne 26. 11. 2012, kterým se stanovuje podpora pro podporované zdroje energie. Energetický regula ní v stník. ástka 8/2012.
