Ocena efektywności ekonomicznej modernizacji ciepłowni miejskiej

Ocena efektywności ekonomicznej modernizacji ciepłowni miejskiej

A rtyku³y
Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003
Ocena efektywnoœci ekonomicznej
modernizacji ciep³owni miejskiej
Agnieszka Bojanowicz*, Maciej Chaczykowski**, Jaros³aw Kurowski*, Tadeusz ¯órañski***
• przeprowadzenia analizy efektywnoœci przedsiêwziêcia dla poszczególnych wariantów inwestycji.
Projekt, w ujêciu kompleksowym, oprócz analiz o charakterze ekonomicznym, dotycz¹cych samego Ÿród³a ciep³a, musi zawieraæ
tak¿e m.in. obliczenia cieplno-hydrauliczne sieci ciep³owniczej
oraz obliczenia przepustowoœci sieci gazowej.
Celem niniejszego artyku³u jest zaprezentowanie oceny efektywnoœci ekonomicznej modernizacji ciep³owni miejskiej przy zastosowaniu gazowych Ÿróde³ ciep³a. W artykule wykorzystano wyniki analizy przeprowadzonej w 2002 dla miasta po³o¿onego w zachodniej Polsce.
Miasto jest po³o¿one na terenie oko³o 40 km2, posiada oko³o 70
tys. mieszkañców. Ponad 40% mieszkañców zatrudnionych jest
w przemyœle, który w g³ównej mierze tworzy 7 du¿ej i œredniej
wielkoœci zak³adów przemys³owych (zatrudniaj¹cych powy¿ej
100 osób). Na terenie miasta wyznaczonych jest ponad 500 ha terenów pod budownictwo mieszkaniowe, w tym ponad 70 ha pod
zabudowê wielorodzinn¹.
Miejski system ciep³owniczy eksploatowany jest przez Przedsiêbiorstwo Energetyki Cieplnej, które jest Spó³k¹ z o.o. Podstawowym przedmiotem dzia³ania Spó³ki jest wytwarzanie, przesy³anie
i dystrybucja ciep³a, którego noœnikiem jest woda i para wodna.
Ciep³o zu¿ywane jest w celu ogrzewania pomieszczeñ, podgrzewania wody u¿ytkowej oraz na cele technologiczne.
Przedstawiona poni¿ej ocena efektywnoœci ekonomicznej modernizacji Ÿróde³ ciep³a zawiera szersz¹ grupê zagadnieñ, typowych
dla tego rodzaju przedsiêwziêæ. Ich rozwi¹zanie jest warunkiem
koniecznym podjêcia decyzji inwestycyjnych. Stosowane w praktyce algorytmy oceny efektywnoœci ekonomicznej modernizacji
Ÿróde³ ciep³a maj¹ zawsze pewne cechy wspólne i wymagaj¹:
• identyfikacji potrzeb cieplnych z uwzglêdnieniem specyfiki odbiorców, w oparciu o stan aktualnego zapotrzebowania na ciep³o
oraz plan inwestycyjny, który okreœla budowê i przy³¹czanie nowych odcinków sieci ciep³owniczej,
• okreœlenia wariantów modernizacji Ÿród³a ciep³a z uwzglêdnieniem charakterystyki istniej¹cych uk³adów,
Analiza stanu istniej¹cego
Charakterystyka istniej¹cych uk³adów
System ciep³owniczy jest zasilany z dwóch Ÿróde³ ciep³a — ciep³owni C1 i C2, wyposa¿onych w szeœæ kot³ów opalanych wêglem kamiennym (Tab. 1). £¹czne wartoœci mocy cieplnej ciep³owni C1 i ciep³owni C2 wynosz¹ odpowiednio 81,60 MW
i 29,26 MW.
Podstawowym celem pracy ciep³owni w warunkach sezonu
grzewczego jest bie¿¹ce pokrywanie potrzeb cieplnych odbiorców
ciep³a, zasilanych z wodnej sieci ciep³owniczej wysokotemperaturowej. W okresie letnim system pracuje na potrzeby wytwarzania
ciep³ej wody u¿ytkowej.
Udzia³ sprzeda¿y ciep³a w podziale na grupy odbiorców kszta³tuje siê nastêpuj¹co:
• 71% – odbiór ciep³a na cele mieszkaniowe (spó³dzielnie mieszkaniowe, przedsiêbiorstwa komunalne, wspólnoty mieszkaniowe, osoby fizyczne),
• 12% – na cele obiektów u¿ytecznoœci publicznej (szpitale,
szko³y, przedszkola),
• 17% – pozosta³e obiekty (firmy produkcyjne, us³ugowe, handlowe i inni).
W ciep³owni C2 przez ca³y rok produkowana jest para do celów
technologicznych na potrzeby pobliskiego szpitala. W razie awarii
kot³ów i wytwornicy pary dla szpitala musi byæ zapewniona rezerwa ciep³a zgodnie z wytycznymi Ministerstwa Zdrowia dotycz¹cymi gospodarki cieplnej szpitali.
Bilans potrzeb cieplnych
W oparciu o informacje dotycz¹ce zamówionych iloœci ciep³a
oraz analizê strat ciep³a przy przesyle stworzono wykaz mocy zna* mgr in¿. Agnieszka Bojanowicz, mgr in¿. Jaros³aw Kurowski, Fluid
Systems Sp. z o.o., 02-201 Warszawa 124, skr. poczt. 14, ul. Opaczewska 43. mionowej dla Ÿróde³ ciep³a. Dysponuj¹c wykazem mocy znamio** dr in¿. Maciej Chaczykowski, Zak³ad In¿ynierii Gazownictwa, Wydzia³ nowej, po uwzglêdnieniu potrzeb w³asnych, sformu³owano bilans
In¿ynierii Œrodowiska, Politechnika Warszawska, ul. Nowowiejska 20,
potrzeb cieplnych.
00-653 Warszawa.
Podstaw¹ do oceny strat ciep³a w uk³adzie przesy³owym by³y
*** mgr. in¿. Tadeusz ¯órañski, Tawi Sp. z o.o., ul. Suwak 4,
obliczenia cieplno-hydrauliczne sieci ciep³owniczej. Danymi do
02-676 Warszawa, e-mail:[email protected]
obliczeñ by³y: topologia sieci (informacje o odcinkach oraz wê-
5
5
5
A rtyku³y
Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003
Tablica 1. Charakterystyka istniej¹cych Ÿróde³ ciep³a.
C ie p³o wnia
C1
C2
Zains talo wane k o t³y
typ
W R 25
WR 5
W R 10
OR 5
moc, M W
29
5,9
11,6
3
Parame try pracy
szt.
2
4
2
4
w oda, temperatura, oC
para nasycona, ciœnienie, M P a
130/9 0 (zima), 6 8 /6 0 (lato)
-
130/7 0 (zima)
0,42 (0,8 )
z³ach sieci ciep³owniczej) oraz informacja o sposobie zasilania sieci. Maj¹c na uwadze fakt, ¿e przep³yw wody opisany jest modelem
nieizotermicznym, do obliczeñ strat ciep³a konieczna by³a identyfikacja parametrów wymiany ciep³a miêdzy noœnikiem ciep³a
(wod¹ lub par¹) a otoczeniem. Obliczenia symulacyjne sieci prowadzono dla nominalnych warunków obci¹¿enia sieci oraz obliczeniowej wartoœci temperatury zewnêtrznej. Rezultatem symulacji
s¹ wartoœci ciœnienia i temperatury wody sieciowej w wêz³ach
sieci oraz strumienie masy i prêdkoœci przep³ywu wody w odcinkach sieci.
Na rys. 1. przedstawiono strukturê sieci ciep³owniczej zasilanej
z ciep³owni C1, z podzia³em na sieæ wykonan¹ w technologii kana³owej, preizolowanej i na estakadzie. Graf sieci jest grafem nieplanarnym, w którym wysokoœci posadowienia wêz³ów zawieraj¹
siê w przedziale 117,8 — 126,0 m n.p.m. Zasilanie sieci z ciep³owni C1 odbywa siê w wêŸle, którego wysokoœæ punktu geodezyjnego wynosi 130,8 m n.p.m. Symulowana sieæ posiada: 1 Ÿród³o,
634 wêz³y, 826 ³uków i 192 wêz³y cieplne.
W obliczeniach uwzglêdniono ró¿ne wartoœci wspó³czynnika
przenikania ciep³a od wody ciep³owniczej do otoczenia dla sieci
kana³owej i preizolowanej. Parametry wody w Ÿródle zasilaj¹cym
sieæ (ciep³ownia C1) przyjêto:
• ciœnienie zasilania:
80 m s³. wody,
• temperatura zasilania:
130 °C.
Paliwo
w êgiel
kamienny
w êgiel
kamienny
Tablica 2. Wyniki obliczeñ sieci ciep³owniczej.
po mpo wnia
ciœ nie nie s s ania
22,14
te mpe ratura po wro tu
7 7 ,7
mak s ymalna prê dk o œ æ w s ie ci
s traty mo cy cie plne j w s ie ci
m s³. w ody
o
C
1,8 9
m/s
2,319
MW
3,2
%
Obliczenia prowadzono dla wartoœci temperatury obliczeniowej zewnêtrznej wynosz¹cej-18°C. Wyniki obliczeñ sieci przedstawiono w tab. 2 oraz czêœciowo pokazano na rys. 2.
Bilans potrzeb cieplnych dla ciep³owni C1 i C2 przedstawiono
w tab. 3.
Produkcja noœników ciep³a, wody sieciowej oraz pary odbywa
siê w ciep³owniach i w stacjach uzdatniania wody. Zapotrzebowanie ciep³a pokrywaj¹ pracuj¹ce kot³y, których iloœæ i wydajnoœæ
zale¿y od wielkoœci aktualnego zapotrzebowania systemu na moc
ciepln¹. Dobór kot³ów i ich obci¹¿enie prowadzone jest pod k¹tem
osi¹gania maksymalnej sprawnoœci i minimalizacji kosztów produkcji ciep³a.
Maksymalny pobór pary z ciep³owni C2 wed³ug danych dotycz¹cych produkcji wynosi w okresie zimowym 2,5 t/h, a w okresie
letnim 3 t/h.
Kryteria oceny op³acalnoœci inwestycji
Podstawê do oceny rentownoœci przedsiêwziêcia stanowi¹ wartoœci wymienionych poni¿ej wskaŸników:
NPV – Wartoœæ zaktualizowana netto wyra¿a zysk, jaki osi¹gnie
inwestor dziêki zainwestowaniu w³asnego lub pochodz¹cego z kredytu kapita³u, zdyskontowany na dzieñ rozpoczêcia eksploatacji uk³adu. Wartoœæ NPV uzyskuje siê
przez zsumowanie w danym okresie obliczeniowym, wyznaczanych oddzielnie dla ka¿dego roku ró¿nic pomiêdzy
przychodami i wydatkami pieniê¿nymi, przy danej stopie
procentowej. Wartoœæ zaktualizowana netto wyra¿a zatem ³¹czny przewidywany zysk z inwestycji, obejmuj¹cy
ca³y okres eksploatacji. Dodatnia wartoœæ NPV oznacza,
¿e stopa procentowa przedsiêwziêcia (stosunek dochodu
z zaanga¿owanych œrodków finansowych do wielkoœci
tych œrodków) jest wy¿sza od stopy dyskontowej (minimalnej stopy procentowej, wykorzystywanej w rachunku
dyskontowym, który uwzglêdnia fakt, ¿e wydany pieni¹dz
powinien przynosiæ zysk w postaci odsetek). Im wiêksza
jest dodatnia wartoϾ NPV, tym inwestycja jest bardziej
op³acalna. Je¿eli NPV = 0 oznacza to, ¿e stopa rentownoœci przedsiêwziêcia jest równa stopie dyskonta, czyli, ¿e
przychody z rozwa¿anej inwestycji pokrywaj¹ poniesione
Rys. 1. Struktura sieci ciep³owniczej zasilanej z ciep³owni C1.
6
6
6
A rtyku³y
Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003
Rys. 2. Prezentacja wyników symulacji dla wybranego fragmentu sieci.
Tablica 3. Bilans potrzeb cieplnych dla ciep³owni C1 i C2.
Prze znacze nie cie p³a
C ie p³o wnia C 1
c.o.
c.w .
para technologiczna
potrzeby w ³asne
raze m
59 ,8
6 ,8
1,7
6 8 ,3
NPV ( r = IRR ) = 0
Wewnêtrzna stopa zwrotu jest miar¹ rentownoœci inwestycji. Im wy¿sz¹ wartoœæ przyjmuje IRR, tym inwestycja
przynosi wiêkszy dochód. IRR interpretuje siê jako oprocentowanie, jakie przynosi zainwestowany kapita³, tym samym jest to maksymalna stopa kredytu inwestycyjnego,
pozwalaj¹ca na sfinansowanie projektu bez straty dla in-
po zo s ta³e o bie k ty
2
0,3
2,3
Warianty modernizacji
Podstawowym czynnikiem branym pod uwagê przy doborze uk³adów technologicznych w poszczególnych wariantach modernizacji
7
7
s zpital
3,4
1,2
0,5
1,4
6 ,5
westora. Wartoœæ IRR powinna byæ zatem wiêksza od
stopy dyskonta r.
SPBT – Prosty (statyczny) okres zwrotu nak³adów inwestycyjnych
okreœla czas, jaki jest niezbêdny do odzyskania nak³adów
pocz¹tkowych, poniesionych na realizacjê przedsiêwziêcia. Prosty okres zwrotu nak³adów charakteryzuje op³acalnoœæ inwestycji w sposób uproszczony, poniewa¿ nie
uwzglêdnia zmian wartoœci pieni¹dza w czasie, tzn. przep³ywy pieniê¿ne z kolejnych lat eksploatacji uk³adu nie s¹
dyskontowane, lecz traktowane jako równowarte. WskaŸnik nie bierze pod uwagê ca³ego okresu funkcjonowania
przedsiêwziêcia, dlatego nie informuje o efektywnoœci
nak³adów inwestycyjnych, ale o ich p³ynnoœci. Dlatego
kryterium SPB s³u¿y z regu³y do wstêpnej oceny efektywnoœci badanego przedsiêwziêcia, g³ównie na etapie studium przedrealizacyjnego. W przypadku, gdy prosty okres
zwrotu nak³adów jest krótszy lub równy okresowi przyjêtemu przez inwestora za dopuszczalny, wówczas inwestycja mo¿e byæ zrealizowana.
na ni¹ wydatki. Ujemna wartoœæ NPV oznacza, ¿e przedsiêwziêcie nie zapewnia rentownoœci na poziomie stopy
dyskonta (stopy minimalnej), czyli ¿e potencjalny inwestor poniesie straty z uwagi na brak op³acalnoœci inwestycji. Jeœli do wyznaczenia NPV przyjêto stopê kredytu,
z którego finansowana ma byæ inwestycja, wówczas dodatnia wartoœæ NPV oznacza, ¿e dan¹ inwestycjê mo¿na
sfinansowaæ przy pomocy tego kredytu bez straty dla inwestora. W praktyce, przy pomocy NPV mo¿na porównaæ
rozpatrywan¹ inwestycjê z inwestycj¹ alternatywn¹, o znanej stopie zwrotu, przy czym obie inwestycje musz¹ byæ
obarczone takim samym ryzykiem.
IRR – Wewnêtrzna stopa zwrotu jest podstawowym obok NPV
dynamicznym kryterium decyzyjnym. Wewnêtrzna stopa
zwrotu jest to stopa dyskonta, dla której NPV przyjmuje
wartoϾ zero:
7
M o c, M W
C ie p³o wnia C 2
A rtyku³y
Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003
Dla ciep³owni C2 zaproponowano demonta¿ kot³ów wêglowych
systemu ciep³owniczego jest ich dopasowanie do potrzeb obiektu.
i budowê na ich miejscu 2 kot³ów wodnych o mocy 3,5 MW z palNajkorzystniejsza jest praca urz¹dzenia przy obci¹¿eniu nominalnikiem na gaz ziemny i olej opa³owy lekki. Jako paliwo podstawonym, gdy¿ wówczas bêdzie ono pracowa³o z optymaln¹ sprawnowe przewiduje siê gaz ziemny GZ 50, a olej opa³owy lekki jako paœci¹. Uk³ad przewymiarowany bêdzie pracowa³ ze sprawnoœci¹
liwo rezerwowe. Dla sieci parowej przyjêto 2 wytwornice pary
ni¿sz¹ od nominalnej, a ponadto nak³ady inwestycyjne na jego reo mocy 265 kW ka¿da.
alizacjê bêd¹ znacznie wy¿sze.
Tablica 4 przedstawia zestawienie zainstalowanych jednostek
Przeanalizowano 3 warianty modernizacji:
cieplnych.
1. gazowy uk³ad kogeneracyjny pracuj¹cy na potrzeby wytwarzaW okresie grzewczym na potrzeby c. o. i c. w. pracowaæ bêd¹
nia c.o. i c.w. w ciep³owni C1, kot³y opalane mia³em wêglowym
dwa kot³y wodne. W okresie letnim dla potrzeb c. w. szpitala i pona potrzeby c.o. w ciep³owni C1, kot³y gazowe na potrzeby c.o.
zosta³ych obiektów pracowaæ bêdzie jeden kocio³ wodny z obci¹i c.w. oraz wytwornice pary w ciep³owni C2,
¿eniem ok. 45%. Dla potrzeb technologicznych szpitala (kuchnia,
2. gazowy uk³ad kogeneracyjny pracuj¹cy na potrzeby wytwarzapralnia, sterylizacja) przez ca³y rok pracowaæ bêd¹ wytwornice pania c. w. dla po³¹czonych rejonów ciep³owni C1 i C2, kot³y opary. W przypadku awarii jednego kot³a wodnego i jednej wytwornilane mia³em wêglowym na potrzeby c.o. dla po³¹czonych rejonów ciep³owni C1 i C2, wytwornica pary i rezerwowy kocio³ gazowo-olejowy w ciep³owni C2,
Tablica 4. Urz¹dzenia cieplne zainstalowane w ciep³owni C1 i C2
3. gazowy uk³ad kogeneracyjny pracuj¹cy na potrzeby wytwarza(wariant I).
nia c. w. dla po³¹czonych rejonów ciep³owni C1 i C2, kot³y gazowe na potrzeby c.o. dla po³¹czonych rejonów ciep³owni C1 ciep³ownia urz¹dzenie iloœæ moc jedn., MW moc ca³k., MW
kocio³ WR 25
2
29
58,0
i C2, wytwornica pary i rezerwowy kocio³ gazowo-olejowy
kocio³ WR 5
1
5,8
5,8
w ciep³owni C2.
C1
Wariant I
W ciep³owni C1 pozostawiono do dalszej eksploatacji 2 kot³y
wodne wysokotemperaturowe WR25 i jeden WR5, zasilane mia³em wêglowym. Przewiduje siê ich pracê wy³¹cznie w okresie
grzewczym. Dodatkowo zaproponowano zainstalowanie nowej
jednostki — uk³adu kogeneracyjnego (CHP) o mocy cieplnej
3 MW, który bêdzie zasilany gazem ziemnym GZ-50. Mia³by on
pracowaæ przez ca³y rok z moc¹ ciepln¹ regulowan¹ w zale¿noœci
od potrzeb. Schemat kot³owni C1 przedstawiony jest na rys. 3.
Deficyt zainstalowanej mocy w stosunku do mocy zamówionej
stanowi ok. 2,3%, nie ma zatem wp³ywu na jakoœæ ogrzewania
i zaspokojenie potrzeb c. w.
C2
3
2
2
3,5
0,265
zapotrzebowanie gazu
8
8
1
3,0
66,0
7
0,53
7,53
Tablica 5. Zapotrzebowanie gazu w wariancie I.
Rys. 3. Schemat ciep³owni C1 (wariant I).
8
CHP
razem
kocio³ wodny
kocio³ parowy
razem
ciep³ownia
ca³kowite
maksymalne
godzinowe
C1
C2
mln m3
4,89
2,38
m3/h
776
899
minimalna
wartoϾ
ciœnienia
kPa
350
A rtyku³y
Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003
Rys. 4. Schemat ciep³owni C2 (wariant I).
cy pary zapewniona bêdzie rezerwa ciep³a zgodnie z wytycznymi
Ministerstwa Zdrowia dotycz¹cymi gospodarki cieplnej szpitali.
Schemat ciep³owni C2 przedstawiono na rys. 4.
Wariant II
Uk³ad technologiczny ciep³owni C1 jest analogiczny jak dla wariantu I (rys. 3). Pozostaj¹ do dalszej eksploatacji 2 kot³y wodne
wysokotemperaturowe WR25, a zamiast jednego kot³a WR5 proponuje siê dwa kot³y WR5. Oba typy kot³ów zasilane s¹ mia³em
wêglowym. Przewidziana jest ich praca wy³¹cznie w okresie
grzewczym. Dodatkowo zainstalowana jednostka — uk³ad kogeneracyjny (CHP), zasilany gazem ziemnym GZ-50, mia³by jednak
wiêksz¹ moc ciepln¹ — 5 MW. Wynika to z faktu, ¿e z tej ciep³owni nowoprojektowan¹ sieci¹ preizolowan¹ zasilany by³by rejon ciep³owni C2 dla potrzeb c. o. i c. w. Blok CHP pracowaæ bêdzie
przez ca³y rok, z moc¹ ciepln¹ regulowan¹ w zale¿noœci od potrzeb.
Ze wzglêdu na to, ¿e potrzeby cieplne c. o. i c. w. rejonu ciep³owni C2 pokrywane bêd¹ z ciep³owni C1 poprzez przesy³ ciep³a
now¹ sieci¹ preizolowan¹, dla ciep³owni C2 zaproponowano zainstalowanie dwu kot³ów parowych (wytwornic pary) o mocy 265
kW ka¿da na potrzeby technologiczne szpitala. Na wypadek awarii sieci cieplnej zasilaj¹cej szpital w c. o i c. w. przewiduje siê zainstalowanie kot³a wodnego o mocy 3,5 MW z palnikiem na gaz
ziemny GZ 50 i olej opa³owy lekki (takiego jak w wariancie I). Dla
potrzeb c. o. i c. w. wykorzystywane bêd¹ istniej¹ce wêz³y ciep³ownicze. Schemat ciep³owni C2 przedstawiono na rys. 5.
Tablica 6. Urz¹dzenia cieplne zainstalowane w ciep³owni C1 i C2
(wariant II).
ciep³ownia
C1
C2
Tablica 7. Zapotrzebowanie gazu w wariancie II.
ciep³ownia
C1
C2
9
9
zapotrzebowanie gazu
maksymalne
ca³kowite
godzinowe
mln m3
m3/h
8,146
1293
0,1375
63
minimalna
wartoϾ
ciœnienia
kPa
350
ciep³owni C2 dla potrzeb c. o. i c. w. Blok CHP pracowaæ bêdzie
przez ca³y rok, z moc¹ ciepln¹ regulowan¹ w zale¿noœci od potrzeb. Schemat kot³owni C1 przedstawiony jest na rys. 6.
Ze wzglêdu na to, ¿e potrzeby cieplne c. o. i c. w. rejonu ciep³owni C2 pokrywane bêd¹ z ciep³owni C1 poprzez przesy³ mocy cieplnej now¹ sieci¹ preizolowan¹, dla ciep³owni C2 zaproponowano zainstalowanie dwu kot³ów parowych (wytwornic pary) o mocy 265
kW ka¿da na potrzeby technologiczne szpitala. Na wypadek awarii sieci cieplnej zasilaj¹cej szpital w c. o i c. w. przewiduje siê zainstalowanie kot³a wodnego o mocy 3,5 MW z palnikiem na gaz
ziemny GZ 50 i olej opa³owy lekki (takiego jak w wariancie I). Dla
potrzeb c. o. i c. w. wykorzystywane bêd¹ istniej¹ce wêz³y ciep³ownicze. Schemat ciep³owni C2 jest identyczny jak dla wariantu II
(rys. 5).
Wariant III
Zrezygnowano ca³kowicie z dotychczas eksploatowanych kot³ów
zasilanych mia³em wêglowym. Zamiast tego zainstalowane mia³yby byæ 3 kot³y wysokotemperaturowe o mocy 23 MW ka¿dy oraz
uk³ad kogeneracyjny (CHP) o mocy cieplnej 5 MW. Paliwem napêdowym kot³ów oraz CHP bêdzie gaz ziemny GZ-50. Z tej ciep³owni nowoprojektowan¹ sieci¹ preizolowan¹ zasilany by³by rejon
9
urz¹dzenie iloœæ moc jedn., MW moc ca³k., MW
kocio³ WR 25
2
29
58,0
kocio³ WR 5
1
5,8
5,8
CHP
1
5,0
5,0
razem
68,0
kocio³ wodny
1
3,5
3,5
kocio³ parowy 2
0,265
0,53
razem
4,03
A rtyku³y
Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003
Rys. 5. Schemat ciep³owni C2 (wariant II).
Tablica 8. Urz¹dzenia cieplne zainstalowane w ciep³owni CI i C2
(wariant III).
ciep³ownia
C1
C2
urz¹dzenie iloœæ moc jedn., MW moc ca³k., MW
kocio³ wodny
3
23,0
69,0
CHP
1
5,0
5,0
razem
74,0
kocio³ wodny
1
3,5
3,5
kocio³ parowy 2
0,265
0,53
razem
4,03
Tablica 9. Zapotrzebowanie gazu w wariancie III.
ciep³ownia
C1
C2
zapotrzebowanie gazu
maksymalne
ca³kowite
godzinowe
3
mln m
m3/h
37,976
9183
0,1375
63
minimalna
wartoϾ
ciœnienia
kPa
350
Analiza op³acalnoœci inwestycji
Badanie efektywnoœci inwestycji przeprowadzono w oparciu
o analizê przep³ywu strumieni dochodów i wydatków. Poniewa¿
analizowana inwestycja polega na modernizacji, w rachunku efektywnoœci uwzglêdniono strumienie pieniê¿ne, jakie powstaj¹
w wyniku tego projektu, a nie w wyniku finansowym. Oznacza to,
¿e w rachunku efektywnoœci uwzglêdniono jedynie te strumienie
dochodów i wydatków, które stanowi¹ bezpoœredni rezultat projektu.
Czêœæ dotycz¹ca uk³adu istniej¹cego zawiera faktyczne koszty
wytworzenia ciep³a (koszty: opa³u, transportu, wynagrodzeñ,
œwiadczeñ dla pracowników, amortyzacji, pozosta³e koszty) oraz
podatek dochodowy. Te dane uzyskano od inwestora. Dla analizo-
10
10
10
wanej inwestycji uwzglêdniono: nak³ady inwestycyjne oraz amortyzacjê œrodków trwa³ych, koszty wytworzenia produkcji (koszt
energii napêdowej — paliwa i energii elektrycznej; koszty utrzymania i serwisu — koszt remontów i serwisu urz¹dzeñ, koszt materia³ów nieenergetycznych, pozosta³e koszty operacyjne; koszty
osobowe — wynagrodzenia i œwiadczenia dla pracowników;
koszty œrodowiskowe) przychody przedsiêbiorstwa netto (przychody ze sprzeda¿y energii elektrycznej wytworzonej w uk³adzie
kogeneracyjnym) oraz podatek dochodowy.
W analizowanych wariantach przyjêto nastêpuj¹ce za³o¿enia:
• czas eksploatacji inwestycji równy 15 lat,
• inwestycja realizowana w roku 2002,
• analizê wykonano bez uwzglêdnienia podatku VAT, gdy¿ nie ma
on wp³ywu na koñcowe wyniki analizy,
• przychody ze sprzeda¿y ciep³a nie ulegn¹ zmianie po zamianie
Ÿróde³ ciep³a,
• wszelkie przychody i koszty (poza amortyzacj¹) s¹ indeksowane
wskaŸnikiem inflacji wynosz¹cym 1,9%,
• czêœæ wytworzonej energii elektrycznej jest przeznaczana na
ca³kowite pokrycie zapotrzebowania na energiê elektryczn¹ ciep³owni C1, reszta jest sprzedawana zak³adom przemys³owym
w cenie 140 z³/MWh,
• roczny czas pracy uk³adu kogeneracyjnego wynosi 8400 godz,
• ca³oœæ prac jest finansowana ze œrodków w³asnych (bez udzia³u kredytu),
• stawkê amortyzacyjn¹ dla kot³ów i maszyn energetycznych
przyjêto zgodnie z Ustaw¹ z dnia 15 lutego1992 r. o podatku dochodowym od osób prawnych (Dz. U z 2000r Nr 54 poz. 654
z póŸn. zm.),
• do obliczeñ wartoœci zaktualizowanych netto przyjêto wartoœæ
stopy dyskonta wynosz¹c¹ 5%.
• op³aty za gospodarcze korzystanie ze œrodowiska wyznaczono
zgodnie z Rozporz¹dzeniem Rady Ministrów z dn. 30 grudnia
1997 r. w sprawie op³at za wprowadzanie substancji zanieczysz-
A rtyku³y
Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003
Rys. 6. Urz¹dzenia cieplne zainstalowane w ciep³owni I (wariant III).
czaj¹cych do powietrza oraz za usuwanie drzew lub krzewów
(Dz. U. Nr 162 poz. 1117 z póŸn. zm.),
• ceny gazu przyjêto zgodnie z taryf¹ dla paliw gazowych Nr
1/2002 obowi¹zuj¹c¹ odbiorców obs³ugiwanych przez PGNiG S.
A.,
• cena energii elektrycznej zu¿ywanej na potrzeby w³asne zosta³a
okreœlone w oparciu o informacje z PEC i wynosi 196,8
z³/MWh.
Na podstawie powy¿szych danych i za³o¿eñ sporz¹dzono zestawienia wyników finansowych niezdyskontowanych i zdyskontowanych. Podsumowanie ka¿dej analizy stanowi¹ skumulowane sumy zdyskontowane NPV i wewnêtrzna stopa zwrotu IRR (tablica
10), na podstawie których wysnuto wnioski o op³acalnoœci inwestycji.
Z przeprowadzonej analizy wynika, ¿e pierwsze dwa warianty
modernizacji ciep³owni C1 i C2 s¹ op³acalne. Wartoœci zaktualizowane netto obu inwestycji uzyskuj¹ dodatni¹ wartoœæ po oko³o 810 latach eksploatacji uk³adu, przy czym drugi z analizowanych
wariantów jest bardziej op³acalny. Wewnêtrzna stopa zwrotu obu
inwestycji jest ni¿sza od aktualnego oprocentowania kredytów inwestycyjnych na zakup urz¹dzeñ s³u¿¹cych ochronie œrodowiska.
Œwiadczy to o braku mo¿liwoœci finansowania inwestycji z kredytu. Warto w tym miejscu zaznaczyæ, ¿e za³o¿eniem by³o, ¿e ca³oœæ inwestycji jest finansowana ze œrodków w³asnych.
Przy aktualnej strukturze cen energii elektrycznej, ciep³a i gazu
produkcja ciep³a i energii elektrycznej zgodnie z wariantem III nie
jest op³acalna, przy czym straty rosn¹ w ci¹gu ca³ego analizowanego okresu. Ponadto realizacja wariantu III wymaga rozbudowy sieci gazowniczej. Efektem tego bêdzie dodatkowy wzrost nak³adów
inwestycyjnych.
Z przeprowadzonych obliczeñ wynika, ¿e konfiguracja uk³adu
oraz tryb jego pracy maj¹ znacz¹cy wp³yw na op³acalnoœæ inwestycji. Skojarzone wytwarzanie ciep³a i energii elektrycznej jest
technologi¹ atrakcyjn¹ z ekonomicznego punktu jedynie w przypadku odpowiedniej struktury cen energii elektrycznej, ciep³a i paliwa. Optymalna moc i konfiguracja uk³adu skojarzonego silnie za-
Tablica 10. Wyniki analizy op³acalnoœci inwestycji.
wariant I
wariant II
wariant III
11
NPV (tys. z³) IRR (%) S PBT (lat)
279,79
3648,75
-182940,10
6%
10%
-
1
1
>15
le¿y od ceny paliwa, ciep³a i energii elektrycznej, trybu pracy uk³adu i mo¿liwoœci sprzeda¿y energii elektrycznej do sieci.
Badania przepustowoœci sieci gazowej
Dla rozpatrywanych trzech wariantów modernizacji Ÿróde³ ciep³a
w ciep³owniach C1 i C2, uwzglêdniaj¹c przewidywany wzrost poboru gazu, dokonano analizy przepustowoœci sieci gazowej œredniego ciœnienia w obszarze oddzia³ywania wymienionych odbiorców. Strukturê symulowanej sieci gazowej przedstawiono na
rys. 3.
ród³em zasilania sieci gazowej jest stacja redukcyjna I stopnia
usytuowana wêŸle 1. Przewidywane punkty odbioru gazu dla ciep³owni C1 i C2 znajduj¹ siê odpowiednio w wêz³ach 13a i 22a. Obliczenia hydrauliczne fragmentu sieci gazowej œredniego ciœnienia przeprowadzono na podstawie danych dotycz¹cych struktury
sieci, geometrii odcinków, parametrów dostawy i odbioru gazu,
dostarczonych przez Zak³ad Gazowniczy.
Dotychczasowa wartoœæ ciœnienia na wyjœciu ze stacji redukcyjnej I stopnia wynosi 300 kPa.
Z przeprowadzonych badañ symulacyjnych wynika, ¿e realizacja wariantu I przy aktualnych parametrach zasilania sieci na stacji
redukcyjnej I stopnia nie jest mo¿liwa, poniewa¿ wartoœci ciœnienia w wêz³ach zasilaj¹cych ciep³ownie C1 i C2 wynosz¹ odpowiednio 261,07 oraz 284,46 kPa. Aby uzyskaæ wymagan¹ wartoœæ ciœnienia gazu przed odbiornikami konieczne jest podniesienie ci-
11
11
nak³ady
inwestycyjne
(tys. z³)
9655,60
15195,60
20155,60
A rtyku³y
Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003
œnienia na stacji redukcyjnej do 382,0 kPa. W wariancie II przy
dotychczasowych parametrach zasilania sieci na stacji redukcyjnej
I stopnia wartoœci ciœnienia w wêz³ach zasilaj¹cych ciep³ownie
C1 i C2 wynosz¹ odpowiednio 231,35 oraz 282,74 kPa. Konieczne
jest podniesienie ciœnienia na stacji redukcyjnej do 400,0 kPa.
Proponowana wartoœæ 400 kPa wynika z faktu, ¿e jest to wartoœæ maksymalnego ciœnienia roboczego na wyjœciu ze stacji redukcyjnej. Realizacja wariantu III przy zmianie parametrów zasilania sieci nie jest mo¿liwa. Wymagana jest przebudowa struktury
sieci gazowniczej w celu zwiêkszenia przepustowoœci.
Wnioski
Zast¹pienie kot³owni wêglowych gazowymi Ÿród³ami ciep³a przynosi szerokie korzyœci œrodowiskowe. Z drugiej jednak strony
decyzje o budowie kot³owni gazowej musz¹ zostaæ podjête po
wnikliwej analizie efektywnoœci ekonomicznej inwestycji. Do obliczeñ efektywnoœci ekonomicznej zamiany kot³ów wêglowych
na gazowe stosuje siê ogólnie przyjête metody oceny inwestycji.
Powszechnie stosowane wskaŸniki to wartoœæ zaktualizowana
netto (NPV) oraz wewnêtrzna stopa zwrotu (IRR). Ocena inwestycji mo¿e byæ rozszerzona o analizê wskaŸników rentownoœci
i p³ynnoœci finansowej.
G³ównym Ÿród³em informacji o warunkach pracy systemu zaopatrzenia w ciep³o przy z³o¿onej strukturze sieci (np. obszar ca³ego miasta) oraz w sytuacji stale zmieniaj¹cego siê zapotrzebowania
na ciep³o jest symulator sieci ciep³owniczej. Obliczenia cieplne
i hydrauliczne sieci pozwalaj¹ okreœliæ straty ciep³a w systemie,
profile zmian temperatury w sieci, wymagan¹ wysokoœæ ciœnienia dyspozycyjnego oraz natê¿enie przep³ywu wody w ciep³owni.
Podczas jednoczesnej pracy takich elementów jak kot³ownie, pompownie, sieci rozprowadzaj¹ce czy wêz³y cieplne, wystêpuje ich
wzajemne oddzia³ywanie hydrauliczne, dlatego wa¿n¹ cech¹ programu komputerowego przeznaczonego do symulacji sieci ciep³owniczych jest mo¿liwoœæ symulacji sieci o dowolnej konfiguracji.
Realizacja projektów ciep³owniczych polegaj¹cych na zamianie
kot³ów wêglowych na gazowe wymaga przeprowadzenia analizy
przepustowoœci sieci gazowej œredniego ciœnienia. Programy symulacyjne stosowane w tym celu winny umo¿liwiaæ obliczanie
sieci w których wystêpuj¹ dwa poziomy ciœnienia (œrednie i niskie), aby móc oceniæ wp³yw przy³¹czenia du¿ego odbiorcy przemys³owego na parametry dostawy gazu do pozosta³ych odbiorców.
Rys. 7. Struktura analizowanego fragmentu sieci gazowej œredniego ciœnienia.
Tablica 11. Wyniki obliczeñ hydraulicznych sieci gazowej œredniego ciœnienia.
Wariant
Ciœnienie
w S R I st.
(kPa)
Ciœnienie zasilania
w wêz³ach (kPa)
C1
C2
300
261,07
284,46
1
382
350,19
369,17
300
231,35
282,74
2
400
346,94
386,29
300
*
*
3
400
*
*
Ciœ. minimalne w wêz³ach C1 i C2 - 350 kPa.
* - poza zakresem wartoœci ciœ. sieci dystrybucyjnej.
12
12
12