Podpora výroby energie v zaízeních na energetické využití odpad Tomáš Ferdan, Martin Pavlas Vysoké uení technické v Brn, Fakulta strojního inženýrství, Ústav procesního a ekologického inženýrství, Technická 2, 616 69 Brno, eská Republika; e-mail: ferdan@upei.fme.vutbr.cz; tel.: +420 721 268 124 Abstrakt Tento píspvek reaguje na nedávno pijatou legislativu v oblasti podpory výroby tepelné a elektrické energie z obnovitelných a druhotných zdroj. Píspvek se tmito pedpisy zabývá z pohledu zaízení na energetické využití odpadu (EVO). Shrnuje možnosti získání podpory a podmínky, které zaízení EVO musí splnit, aby mu byly píslušné dotace piznány. Následn je pedstavena analýza dopadu jednotlivých druh podpory na ekonomiku takového zaízení. 1. Úvod 1. ledna 2013 vstoupil v platnost nový zákon. 165/2012 Sb.[1] o podporovaných zdrojích energie, který do národní legislativy zapracovává píslušné pedpisy Evropské unie a to smrnici 2009/28/ES[2] o podpoe využívání energie z obnovitelných zdroj a smrnici 2004/8/ES[3] o podpoe kombinované výroby elektiny a tepla. Dále byly k tomuto zákonu vydány píslušné vyhlášky. V tomto píspvku budou pedevším zmínny vyhlášky. 441/2012 Sb. o stanovení minimální úinnosti užití energie [4] a. 453/2012 Sb. o elektin z vysokoúinné kombinované výroby elektiny a tepla [5]. Tyto pedpisy pináší celou adu zmn v oblasti podpory zelené energie. Z pohledu energetického využití odpadu (EVO) je dležitý 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 mžeme rozdlit na obnovitelný zdroj energie a druhotný zdroj energie v pomru 60 ku 40 % (obr. 1.) a podle toho také urit na jaké druhy podpory zaízení (EVO) dosáhne. Pomr je dležitý rovnž pro výpoet množství podporované elektiny v jednotlivých kategoriích (viz dále) Obr. 1. Komunální odpad Z [1] tedy pro spalovny pipadá v úvahu podpora výroby elektiny z obnovitelných zdroj, podpora výroby elektiny z druhotných zdroj, podpora výroby elektiny z vysokoúinné kombinované výroby elektiny 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 elektiny z obnovitelných zdroj (OZE) Pro spalovny komunálního odpadu platí, že podporována je pouze elektina exportovaná do soustavy. Podpora se tedy nevztahuje na elektinu, která je využita jako technologická vlastní spoteba. Dále je v 4 odst. 5 b) [1] uvedeno, že pi výrob elektiny z biomasy se podpora vztahuje pouze na elektinu vyrobenou v zaízení schopném vyrábt elektinu v kombinované výrob elektiny a tepla (KVET). Zárove je ale v 4 odst. 5 e) [1] uvedena informace o podpoe pomrné ásti elektiny 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 zaízení schopné znamená, že elektina nemusí být nutn vyrobena v KVET, jen musí zaízení takovou výrobu umožovat? V neposlední ad pro EVO platí, že pro piznání podpory na elektinu z obnovitelných zdroj je zapotebí, aby zaízení splnilo minimální úinnost užití energie, které je stanoveno již zmiovanou vyhláškou [4]. Piznáním podpory elektiny z OZE potom provozovatel získává nárok na zelený bonus ve výši 680 K/MWh pro zaízení uvedené do provozu do 31. 12. 2012 a 1830 K/MWh do 31. 12. 2013 dle cenového rozhodnutí energetického regulaního úadu [7]. 3. Podpora výroby elektiny z druhotných zdroj (DZE) U podpory elektiny z druhotných zdroj platí obdobné podmínky jako pro elektinu z OZE. Opt platí, že je podporována pouze elektina exportovaná, tedy celková elektina namená na svorkách generátoru ponížená o vlastní spotebu. Dále je v 5 odst. 4 [1] uvedeno, že pi výrob elektiny z komunálního odpadu se elektina z DZE vztahuje pouze na ást elektiny 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 elektiny z DZE se vztahuje pouze na elektinu vyrobenou v KVET, tedy se souasnou dodávkou tepla. Pro piznání podpory elektiny z DZE platí stejn jako u OZE podmínka splnní minimální úinnosti užití energie. Zelený bonus pro výrobu elektiny spalováním komunálního odpadu je potom 45 K/MWh [7]. 4. Podpora výroby tepla z OZE Jak již bylo zmínno pro EVO pipadá v úvahu také podpora výroby tepla z OZE. Na rozdíl od podpory elektiny z OZE a DZE zde není podmínka KVET. Dokonce v pípad KVET s instalovaným elektrickým výkonem vyšším než 7,5 MWe není podpora výroby tepla z OZE možná vbec. Dále není možná podpora tepla z OZE v pípad spoluspalování
s neobnovitelným zdrojem, což ale není pípad EVO, kde dochází ke spoluspalování obnovitelného a druhotného zdroje a v tomto pípad nárok na podporu nezaniká. Poslední podmínkou (stejn jako u pedchozích) je podmínka dodržení minimální úinnosti užití energie. Zelený bonus je dle [7] stanoven ve výši 50 K/GJ. 5. Minimální úinnost užití energie Minimální úinnost užití je stanovena vyhláškou [4] a je podmínkou pro piznání podpory elektiny z DZE a elektiny a tepla z OZE dle zákona o podporovaných zdrojích. Minimální úinnost užití energie se stanovuje dle jednotek použitých v zaízení. Pro zaízení EVO, u kterého lze oekávat a použití bu kondenzaní odbrové, nebo protitlaké turbíny, pipadají v úvahu dva možné výpoty a to výpoty dle odst. a) 3: resp. b) 3: v píloze. 4. [4]. Rozdíl mezi tmito výpoty je pouze v instalovaném tepelném píkonu, kdy u zaízení s píkonem nad 50 MW je zapotebí uvažovat istou (netto) úinnost výroby energie odetením vlastní spoteby elektrické energie. Minimální hodnoty jsou uvedeny v tabulce 1. Tab. 1. Tabulka minimálních úinností užití energie [4] Tyto minimální hodnoty úinností se odráží do minimální dodávky tepla. Píkon 50 MW lze oekávat u zaízení o zpracovatelské kapacit cca 150 kt/rok v závislosti na výhevnosti odpadu a fondu pracovní doby. Takové zaízení by muselo dodávat minimáln 536 TJ/rok tepla, pro pípad kdy by byl píkon vtší než 50 MW, a 449 TJ/rok tepla, pro pípad nižší výhevnosti a tím píkonu nižším než 50 MW. Pi nižší roní dodávce tepla by takové zaízení nesplnilo podmínku minimální úinnosti užití energie. Maximální oekávaná dodávka tepla pi maximálním odbrovém režimu kondenzaní odbrové turbíny je pitom cca 866 TJ/rok (viz obrázek 3.).
Obr. 3. Graf minimální úinnosti užití energie v závislosti na využití dodávky tepla 6. Podpora elektiny z vysokoúinné kombinované výroby elektiny a tepla Pro stanovení množství podporované elektiny z vysokoúinné kogenerace je zapotebí nejprve dsledn rozdlit pojmy kombinovaná výroba elektiny a tepla (KVET) a vysokoúinná kombinovaná výroba elektiny a tepla (vykvet). Toto vymezení je patrné z vyhlášky [5] 6, kde je uvedeno, že za elektinu z vykvet se považuje množství elektiny z KVET pi jejíž výrob se dosahuje pomrné úspory primární energie (UPE) ve výši alespo 10 %. Z toho tedy plyne, že pro urení vykvet je zapotebí urit elektinu z KVET a UPE jednotlivého zaízení. Pro zaízení s instalovaným elektrickým výkonem do 1 MWe odpadá požadavek na splnní podmínky UPE>10 % pro získání podpory elektiny z vykvet, tzn. u malých provozoven elektina z KVET = elektina z vykvet. V [5] jsou pak stanoveny postupy urení obou parametr pro jednotlivé kogeneraní jednotky, kde pro EVO pipadají v úvahu uspoádání s parní protitlakou turbínou a parní kondenzaní odbrovou turbínou. Za elektinu z KVET se potom považuje celkové vyrobené množství elektiny, pokud zaízení dosáhne celkové úinnosti 75 % u jednotky s protitlakou turbínou a 80 % u jednotky s kondenzaní odbrovou turbínou. Pokud kogeneraní zaízení této úinnosti nedosahují, stanovuje se elektina z KVET dle pílohy. 1 k vyhlášce. 453/2012 Sb. dle rovnice: E KVET = Q UZ * C SKUT Kde E KVET je množství elektiny z KVET a Q UZ je množství užiteného tepla. C SKUT je potom skutený pomr elektiny a tepla, který vyjaduje pomr mezi množstvím elektiny z KVET a množstvím užiteného tepla v pípad nejvyšší výroby užiteného tepla (plný kombinovaný režim s dodávkou pouze užiteného tepla). Do konce tohoto roku (31. 12. 2013) je pro zaízení s kondenzaní odbrovou turbínou možné pro výpoet elektiny z KVET použít zpsob, který je známý ze staré vyhlášky. 344/2009 Sb. Postup pro urení parametru UPE je pak uveden v píloze. 2 k vyhlášce. 453/2012 Sb. Dle hodnoty UPE je také nastaven zelený bonus na elektinu z KVET pro zaízení s instalovaným výkonem vyšším než 5 MW, kde zaízení s 10<UPE<15 % dosáhnou na bonus ve výši 45 K/MWh a zaízení s UPE>15 % dosáhnou na bonus ve výši 170 K/MWh. Toto stanovení má za úel motivovat provozovatele jednotlivých zaízení k provozu s vyšší úinností, protože je to ukazatel, který není závislý na režimu výroby, ale pouze na parametrech zaízení. 7. Vyhodnocení výše podpory V této ásti bude demonstrován dopad nového zákona o podporovaných zdrojích na ekonomiku zaízení EVO. K tomuto úelu byl použit komplexní simulaní model spalovny,
kterým autoi lánku disponují. Pro názornost byla možná podpora vyíslena pro typické zaízení EVO s kondenzaní odbrovou turbínou a nkolika mnícími se parametry, které mají hlavní vliv na výši podpory. Uvažována byla výhevnost odpadu 9 GJ/t. Modely byly zhotoveny s rznými roními zpracovatelskými kapacitami 100 a 200 kt/rok, aby bylo možné postihnout zaízení s tepelným píkonem pod i nad hranicí 50 MW (viz kap. 6). Dále tyto dv možnosti umožují popsat zaízení s i bez nároku na podporu tepla (viz kap. 5). Další rozdlení bylo na zaízení s nízkou a vysokou vlastní spotebou elektiny, tedy zaízení s energeticky náronjším systémem ištní spalin, kde byly zvoleny pípady s mrnou vlastní spotebou 95 a 130 kw/t odpadu. V neposlední ad byly namodelovány zaízení s rzným zpsobem exportu (dodávky) tepelné energie (užiteného tepla), a to pípady dodávky tepla v horké vod a dodávky tepla v páe. Vliv veškerých tchto promnlivých parametr byl namodelován v závislosti na mnící se úrovni využití dodávky tepla, kde 100 % znamená plný kogeneraní režim s maximální možnou dodávkou tepla pi zachování minimálního prtoku páry do kondenzaní ásti turbíny a 0 % znamená nulový export užiteného tepla. Dosažená provozní podpora související s jednotlivými druhy podpory byla vyíslena v K/t odpadu. Toto opatení bylo zavedeno pro snadnou možnost porovnání výše jednotlivých podpor s výnosy spalovny za prodej elektiny, tepla a pop. železného šrotu. Pro zaízení EVO s roní zpracovatelskou kapacitou 100 kt, odbrem páry v horké vod a vlastní spotebou 95 kw/t dosáhla maximální výše podpory hranice 375 K/t odpadu a to pi režimu maximální dodávky tepla, viz obrázek 4 a). Skok ve výši podpory pod hranicí 52 % využití tepla je zpsoben nedodržením podmínky minimální úinnosti užití energie. Naopak pro spalovnu se stejnými parametry pouze s rozdílnou kapacitou 200 kt platí, že maximální výše podpory nastane pi režimu takové minimální možné dodávky tepla, aby byla ješt splnna podmínka minimální úinnosti užití energie. U takového zaízení to inní 62 % využití dodávky tepla a výše 151 K/t odpadu, viz obrázek 4 b). Tento rozdíl, mezi 100 a 200 kt, je zapíinn limitem na podporu výroby tepla z OZE u zaízení s instalovaným elektrickým výkonem vyšším než 7,5 MWe. a) b) Obr. 4. Prbh 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 pomr výnos vztažených na jednu tunu odpadu, tedy ekonomický vliv jednotlivých provozních podpor.
a) b) Obr. 5. Pomr výnos dodávka tepla v horké vod U zaízení s energeticky náronjším systémem ištní spalin dojde k mírnému poklesu množství prodávané elektiny a tím pádem k mírnému poklesu ve výši podpory na elektinu z OZE a DZE. V ostatních ohledech zstane prbh výše podpory v závislosti na stupni využití dodávky tepla stejný jako u zdroj s menší vlastní spotebou. V zaízení EVO tentokrát s dodávkou tepla v páe dosahuje, pro spalovnu o zpracovatelské kapacit 100 kt a vlastní spoteb elektiny 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 uspoádání spalovna dokáže vyrobit více tepla na úkor elektiny. Prbh v závislosti na využití dodávky tepla ovšem zstává obdobný, protože pokles ve výši podpory týkající se výroby elektiny je kompenzován nárstem výše podpory na teplo z OZE, viz obrázek 6 a). Toto však neplatí pro zaízení vyšších kapacit (zde 200 kt), které ztrácí nárok na podporu tepla (viz kapitola 5). V takovémto pípad je opt znatelný pokles výše podpory v závislosti na úrovni využití dodávky tepla, obdobn jako u pípadu zaízení s kapacitou 200 kt a dodávkou tepla v horké vod, s tím rozdílem, že zde je tento pokles o mnoho razantnjší a výše podpory mže spadnout až k hodnot 54 K/t odpadu, viz obrázek 6 b). a) b) Obr. 6. Prbh výše podpory v závislosti na úrovni využití dodávky tepla dodávka tepla v páe Na obrázku 7 a) i b) jsou zobrazeny obdobné grafy jako na obrázku 5 zobrazující ekonomický vliv jednotlivých výnos zde pro pípad dodávky tepla v horké vod.
a) b) Obr. 7. Pomr výnos dodávka tepla v horké vod Závr Píspvek se vnoval analýze nového zákona o podporovaných zdrojích energie, který vstoupil v platnost zaátkem tohoto roku. Byly vybrány a strun vysvtleny jednotlivé pasáže legislativy týkající se zaízení EVO. Následn byla vypracována analýza dopadu nového nastavení podporovaných energetických výstup na ekonomiku zaízení EVO. Pestože na první pohled se mže zdát podpora vysoká z obrázk 4 až 7 je zejmé, že souasná výše podpory výrazn neovlivní ekonomiku EVO. Nejvyšší význam má podpora tepla. Ta je však dosažitelná jen u malých zaízení s instalovaným elektrickým výkonem do 7,5 MWe. U zaízení vyšších kapacit iní veškerá podpora ádov pouze 4 % z veškerých výnos. Podkování Píspvek vznikl na základ podpory MŠMT v rámci projektu OPVK 2.3. Z.1.07/2.3.00/20.0020 "Vda 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 zmn nkterých zákon. Sbírka zákon R. ástka 59/2012. [2] Smrnice Evropského parlamentu a Rady 2009/28/ES ze dne 23. dubna 2009 o podpoe využívání energie z obnovitelných zdroj. 2009. Úední vstník Evropské unie L 140. [3] Smrnice Evropského parlamentu a Rady 2004/8/ES ze dne 11. února 2009 o podpoe spolené výroby elektiny a tepla (kogenerace na základ poptávky po užiteném teple na vnitním trhu s energiemi. 2004. Úední vstník Evropské unie L 052. [4] Vyhláška Ministerstva prmyslu a obchodu. 441/2012 Sb. ze dne 05. 12. 2012 o stanovení minimální úinnosti užití energie pi výrob elektiny a tepelné energie. Sbírka zákon R. ástka 162/2012. [5] Vyhláška Ministerstva prmyslu a obchodu. 453/2012 Sb. ze dne 13. 12. 2012 o elektin z vysokoúinné kombinované výroby elektiny a tepla a elektin z druhotných zdroj. Sbírka zákon R. ástka 169/2012. [6] Vyhláška Ministerstva prmyslu a obchodu. 477/2012 Sb. ze dne 20. 12. 2012 o stanovení druh a parametr podporovaných obnovitelných zdroj pro výrobu elektiny, tepla nebo biometanu a o stanovení a uchování dokument. Sbírka zákon R. ástka 180/2012. [7] Cenové rozhodnutí Energetického regulaního úadu. 4/2012 ze dne 26. 11. 2012, kterým se stanovuje podpora pro podporované zdroje energie. Energetický regulaní vstník. ástka 8/2012.