Sähkön- ja lämmöntuotannon kustannussmulont ja herkkyysanalyys Pekka Nettaanmäk Osmo Schroderus Jyväskylän ylopsto Tetoteknkan latos 2010 1
2
Tvstelmä Raportn tarkotuksena on esttää pelkstetyn matemaattsen malln avulla sähköä ja lämpöä tuottaven vomalatosten oleellset kustannus- ja tuottotekjät. Malln pohjalta on tehty Excel-pohjanen smulontympärstö, jonka avulla asasta knnostunut henklö vo laskea omlla parametrellaan malln kuvaamen vomalatosten kannattavuutta er polttoaneden sekä sähkön ja kaukolämmön hnnolla. Raportssa on laskettu neljä esmerkkä kahden vomalatoksen tapauksessa: 1. Vomalatos 1 ja Vomalatos 2 tuottavat kaukolämpöä ja vastapanesähköä yhtä paljon. Lsäks Vomalatos 1 tuottaa lauhdesähköä. 2. Vomalatos 1 e tuota energaa ollenkaan mutta aheuttaa knteden kustannusten verran kuluja. Vomalatos 2 tuottaa energaa täydellä kapasteetlla. 3. Vomalatos 1 tuottaa energaa täydellä kapasteetlla ja Vomalatos 2 e tuota ollenkaan energaa vaan aheuttaa knteden kustannusten verran kuluja. 4. Vomalatos 1 e aheuta mnkäänlasa kuluja, e edes kntetä kuluja. Vomalatos 2 tuottaa energaa täydellä kapasteetlla. Kaukolampömttar-työkalu vsualso yksnkertasella tavalla kahden vomalatoksen kokonasuuden käyttämän polttoaneen hnnan ja nstä tuotettaven lämpö- ja sähköenergoden myynthntojen kesknäsä suhteta, kun otetaan huomoon vomalatokslle asetettu taloudellnen tuotto ja latokssta kotuvat knteät kustannukset. Polttoaneen ta sähkön hntaa muutettaessa työkalu laskee muutoksen jälkeen uuden kaukolämmön hnnan, jolla päästään asetettuun tuottotavotteeseen. Raportssa estetty smulontmall on kehtysverso. Pyydämme palautetta sen ja raportssa estettyjen mallen jatkokehtyksen pohjaks. Pekka Nettaanmäk, pekka.nettaanmak@mt.jyu.f Osmo Schroderus, osmo.schroderus@jyu.f 3
1. Johdanto Energantuotanto on varsn kompleksnen prosess ja sen ymmärtämnen ja er vakutusten arvomnen on vakeaa päättäjlle, jolla e ole alan koulutusta. Tämän raportn tarkotus on esttää pelkstetyllä smulontmalllla energantuotannon oleellset kustannus/tuottoyhteydet ja osottaa kustannusten kannalta oleellset tekjät. Raportssa vastataan mm. seuraavn kysymyksn: Mten polttoaneen hnta vakuttaa tuotantokustannuksn? Mkä on päästömaksujen vakutus polttoaneen hntaan? Mten halltuksen tuk puupohjaslle polttoanelle vakuttaa sähkön tuotantokustannuksn? Mllä kaukolämmön ja sähkön hnnolla tuotanto on kannattavaa? Tässä raportssa tarkastellaan sähkön- ja lämmöntuotantoa ykskössä, jossa turpeella ja puupohjasssa polttoanella tuotetaan vastapanesähköä ja kaukolämpöä sekä mahdollsest myös lauhdesähköä. Tuotantokustannukset muodostuvat polttoane-, käyttö- sekä pääomakustannukssta. Nästä polttoanekustannukset ovat merkttävmpä. Koska er energantuotantoprosessessa hyötysuhteet vahtelevat paljon, on tuotannon optmont keskestä kannattavuuden kannalta. Smulonnssa ja tuotannon optmonnssa oletetaan, että on kaks vomalatosta, jotka molemmat käyttävät puupohjasa polttoaneta ja turvetta. Vomalatos 1 tuottaa kaukolämpöä, vastapanesähköä ja lauhdesähköä, Vomalatos 2 tuottaa kaukolämpöä ja vastapanesähköä. Vomalatos 1:n teho on 1.5-kertanen Vomalatos 2:n tehoon verrattuna ja knteät kulut ovat 2.5 kertaa suuremmat kun Vomalatos 2:llä. Rajotteena on kaukolämmön kysyntä. Kustannukset koostuvat polttoanekustannukssta, käyttö- ja pääomakulusta sekä omstajen tuotto-odotukssta. Rppuen vomalan käyttöasteesta käyttökulut ja pääomakulut vahtelevat 20 40%.n välllä. Polttoanekulut ovat kakken merktyksellsmpä ja ne ovat vakeast ennakotavssa. Käyttökustannukset koostuvat ykskön käyttö-, huolto-, materaal-, jäte- ym. kulusta. Lsäks kannattavuuteen vakuttava tekjötä ovat mm. jakeluun (esm. kaukolämmön pumppaus verkostossa) lttyvät kulut sekä hävkt sähkön ja kaukolämmön jakelussa. Excel-pohjasella malllla vodaan smuloda erlasa tuotantostrategota tuottavuuden maksmomseks. Tuottavuutta vodaan optmoda vomalatosten käyttöastella polttoaneen sekä sähkön ja lämmön hntojen muuttuessa. Edullsen vastapanesähkön tuotantoa rajottaa kaukolämmön kysyntä ja tuotannon ohjautumnen kalln lauhdesähkön tuotantoon. Mkä vakutus on, jos lauhdesähkön tuotannolle annetaan takuuhnta? Koska vastapanesähkön hntaan e tse voda vakuttaa, anoaks muuttujaks jää kaukolämmön hnta. Smulaattorn avulla vo selvttää vakutusta kaukolämmön hntaan. Smulaattor tekee mahdollseks analysoda, mllä tuotantostrategalla ja mllä tuotteden hnnolla päästään haluttuun tulokseen. Smulontakana on käytetty yhtä vuotta. Tehty smulontmall mahdollstaa luonnollsestkn esmerkks kuukaus- ta päväkohtasen tarkastelun, jollon er vuodenakohn lttyvät kaukolämmön tarpeet ja sen myötä edullsen vastapanesähkön tuotantomahdollsuudet vahtelevat. Henklö, joka on knnostunut laskennasta, vo 4
hyödyntää tehtyä Excel-pohjasta smulontmalla, joka löytyy osotteesta www.mt.jyu.f/scoma/energasmulaattor/. Myös käytetyt parametrt ovat lkarvoja todellsesta tlanteesta. Lukja, joka haluaa saada tlanteesta tarkemman kuvan, vo käyttää kuhunkn tlanteeseen soveltuva parametreja smulonnssa. Raportn ssältö on seuraava: Luvussa 2 estetään matemaattsa malleja, jolla kuvataan polttoaneen hntojen sekä tuotantokustannusten ja kokonastuottavuuden välsä yhteyksä. Luvussa 3 estellään kehtetty Excel-pohjanen kokonaskustannuslaskur. Kaukolampömttar-työkalu vsualso yksnkertasella tavalla kahden vomalatoksen kokonasuuden käyttämän polttoaneen hnnan ja nssä tuotettaven lämpö- ja sähköenergoden myynthntojen kesknäsä suhteta, kun otetaan huomoon vomalatokslle asetettu taloudellnen tuotto ja latokssta kotuvat knteät kustannukset. Mttarlla vodaan graafsest muuttaa esmerkks polttoaneen hntaa ja samalla nähdä, mkä vakutus sllä on kaukolämmön hntaan, jos sähkön myynthnta pysyy vakona. Vastaavast vodaan muuttaa myytävän sähkön hntaa ja nähdä, mten kaukolämmön hnnan rppuvuus polttoaneen hnnasta muuttuu. Polttoaneen ta sähkön hntaa muutettaessa työkalu laskee muutoksen jälkeen uuden kaukolämmön hnnan, jolla päästään asetettuun tuottotavotteeseen. Ltteessä 1 tarkastellaan päästöokeuksen hntoja ja puupohjasen sähköntuotannon tuen vakutusta puun ja turpeen hntaklpalukykyyn. Ltteessä 2 on estetty lauhdevomalatuotannon herkkyysanalyys er polttoaneseosten ja päästöokeushntojen osalta. Ltteessä 3 estetään laajennettu puupolttoaneen tukmall. Ltteenä 4 on sähkön hntakehtys vuoteen 2010 ja skenaarot vuoslle 2011 2030. 2. Laskentamall 2.1. Tuotantomall Polttoaneen hnnan vakutusta energan tuotantokustannuksn vodaan kuvata lneaarsella malllla (1) y = kx + c, mssä k on polttoaneen kulukerron, c kuvaa kntetä kuluja, muuttuja x on polttoaneen hnta /MWh ja y on tuotantokustannus /MWh. Polttoaneena on joko puu ta turve, joden hnta smulonnessa vahtelee 10 30 /MWh. Knteät kulut muodostuvat pääomakulusta (korko ja lyhennys) sekä käyttökulusta. Oletus: Kaukolämpö kulusuhde 1.20 (hyötysuhde 83 %) Vastapanesähkö kulusuhde 1.25 (hyötysuhde 80 %) Lauhdesähkö kulusuhde 2.75 (hyötysuhde 36%) ta kulusuhde 2.5 (hyötysuhde 40%) Vastapanesähköä tuotettaessa syntyy kaukolämpöä suhteessa 1:2. Sten edullsta vastapanesähköntuotantoa rajottaa kaukolämmön tarve. Vomalan ssäsn tomntohn kuluu 8% sekä srtokuluhn 2% el 10% sähköenergasta. Nämä tekjät, samon kun kaukolämmön 8%:n hävkk jakelussa, on huomotava kannattavuutta laskettaessa. 5
Kuvassa 2.1 on hahmotettu tuotantokuluja polttoaneen hnnan funktona kaavan (1) mukasest. Lauhdesähkön osalta on käytetty kahta hyötysuhdetta, 36% ja 40%. Hyötysuhteella on ratkaseva merktys tuotantokulussa. Kuva 2.1. Tuotantokulut polttoaneen hnnan funktona 2.2. Tuottolaskenta Kaavaa (1) vodaan käyttää myös tuottolaskentaan. Kun tedetään tuotto b tuotantotavalla ( = 1 kaukolämpö, = 2 vastapanesähkö, = 3 lauhdesähkö), saadaan ykskkökustannukset y kaavasta (2) y = kx + c + b, mssä k on kulukerron, c knteät kustannukset, b tuotto-odotus ja x polttoaneen hnta. Tuotantokustannuksn lsätään kerron d, joka kuvaa ssäsä kuluja: kaukolämmön hävkk 8% ( k = 1.08 ) ja sähköntuotannon osalta ssänen käyttö 8% ja hävkk verkossa 2%, yhteensä 10% ( k 2 = k 3 = 1.1). Tästä saadaan (3) dy = kx + c + b, Nän tuoton y antava polttoaneen hnta x vodaan laskea kaavasta dy c b =. (4) x k k k Taulukosta 2.1 lmenevät kuvan 2.1 laskussa käytetyt kertomet. 6
Energamuoto k c Kaukolämpö 1.2 18.3 /MWh 6.6 /MWh 1.08 Vastapanesähkö 1.25 18.3 /MWh 6.6 /MWh 1.1 Lauhdesähkö 1 2.5 18.3 /MWh 6.6 /MWh 1.1 Lauhdesähkö 2 2.75 18.1 /MWh 6.6 /MWh Taulukko 2.1. Parametrt ja käytetyt arvot Kuvassa 2.2 on polttoaneen hnnat kaavan (4) mukaan tuotantohnnan (40 80 /MWh) funktona. Kuvasta nähdään kunka suur polttoaneen hnta vo enmmllään olla, jotta päästään haluttuun euromääräseen tuottoon tetyllä energan myynthnnalla. Esmerkks nähdään, että kaukolämmön myynthnnan (ALV 0%) ollessa 50 /MWh polttoaneen hnta vo enmmllään olla non 24 /MWh, jotta lämmön myynnn osalta saavutetaan haluttu tuotto 6.6 /MWh. Huom: Arvonlsävero 22% nostaa kuluttajahntoja ja esm. 50 /MWh:n tapauksessa asakashnta ols 61 /MWh. Vastaavast lauhdesähkö 2:n myynthnnan ollessa 45 /MWh polttoaneen hnta vo enmmllään olla non 8 /MWh, jotta sähkön myynnn osalta saavutetaan haluttu tuotto 6.6 /MWh. Yl 70 /MWh:n myynthnnalla lauhdesähkön polttoanekulut vovat olla 20 /MWh.. Tällön asakkaan arvonlsäveron ssältävä hnta ols 85.4 /MWh. Taulukossa 2.2 olevat kertomet kuvaavat tlannetta, jossa knteät kulut ovat 0 /MWh. b d Kuva 2.2. Polttoaneen hnta energan tuotantohnnan (ALV 0%) funktona er tuotantomuodolla. 7
Energamuoto k c Kaukolämpö 1.2 0 /MWh 6.6 /MWh 1.08 Vastapanesähkö 1.25 0 /MWh 6.6 /MWh 1.1 Lauhdesähkö 1 2.5 0 /MWh 6.6 /MWh 1.1 Lauhdesähkö 1 2.75 0 /MWh 6.6 /MWh 1.1 Taulukko 2.2 Parametrt ja käytetyt arvot, knteät kulut 0 /MWh. Kuvassa 2.3 on kaavan (3) mukaan polttoaneen hnnat tuotantohnnan (40 80 /MWh) funktona. Esmerkk on muuten samanlanen kun kuvassa 2.1 estetty, pats että knteät kustannukset on jätetty laskusta pos. Tällasella oletuksella nähdään pelkken muuttuven kustannusten vakutus polttoaneen enmmäshntaan. Esmerkstä nähdään että kaukolämmön myynthnnan ollessa 50 polttoaneen hnta vo enmmllään olla non 39, jotta saavutetaan lämmön myynnn osalta haluttu tuotto 6.6 /MWh. Vastaavast lauhdesähkö 2:n myynthnnan ollessa 45 polttoaneen hnta vo enmmllään olla non 16, jotta saavutetaan sähkön myynnn osalta haluttu tuotto 6.6 /MWh. Jos polttoaneen hnta ols yl 20 /MWh, ols lauhdesähkö 2:n hnta yl 57 /MWh 6.6 /MWh:n tuottotavotteella lman kntetä kuluja. b d Kuva 2.3. Polttoaneen hnta energan tuotantohnnan (ALV 0%) funktona er energamuodolla, knteä kulut 0 /MWh. 2.3. Tuotannon kannattavuus Kuten kuvsta 2.2 ja 2.3 havataan, lauhdesähkön tuotanto e ole kannattavaa, vakka kntetä kuluja e ols lankaan. Kulukerron on 2.5 ta perät 2.75 ja tuotantokulut tulevat lan korkeks. 8
Jos vastapanesähkö- ja kaukolämpötuotannot pystyvät kompensomaan tappollsen lauhdesähkön tuotannon, on latos kannattava. Tuotantoa vodaan optmoda: lauhdesähköä tuotetaan van sllon, kun hnta vastaa tuotantokuluja. Tällaset huppuhntajaksot ovat lyhytä, kuten ltteen 4 kuvasta lmenee. Lauhdesähkön tuotanto on krttnen tekjä. Vodaan laskea, mkä on vakutus kaukolämmön hntaan, jos lauhdesähkön tuotannolle annetaan takuuhnta. Koska vastapanesähkön hntaan e tse vomalatos vo vakuttaa, anoaks muuttujaks jää kaukolämmön hnta. Luvun 3 smulaatossa havataan kaukolämmön hnnan vomakas kasvu polttoaneen hnnan funktona kntellä sähkön hnnolla. 3. Sähkön ja lämmöntuotannon kokonaskannattavuuden laskur 3.1. Ylestä Lähtökohtana ol toteuttaa helppokäyttönen työkalu, jolla vodaan smuloda ja vsualsoda ylesellä tasolla kaukolämpölatoksen tomntaan lttyvä kustannuksa ja stä, mten erlaset latoksen tomntaan lttyvät parametrt vakuttavat lopputulokseen. Tavotteena helppokäyttösyydelle ol se, että käyttäjä vo muutama parametreja muuttamalla nähdä sekä numeersena että graafsena tetona er tekjöden vakutuksen latoksen energantuotannon lopputulokseen. 3.2. Smulonnn ja vsualsonnn työkalu Vsualsonnn työkaluks valttn Excel, koska ohjelma on käytettävssä lähes kakssa Wndows-konessa, ta vastaava OpenOffce Calc työkalu, joka on lmaseks saatavlla ja sllä vodaan käyttää samaa Excel-taulukkoa penllä muutokslla myös mussa käyttöjärjestelmssä. Excel sop myös omnasuuksensa puolesta rttävän hyvn tällasn smulontehn ja vsualsontehn. Tämän luvun lopussa on omat versot sekä Mcrosoft Excel että OpenOffce Calc ohjelmlle. 3.3. Vomalatokssta ja kustannussmulonnn olettamukssta Ykstyskohtanen lämpö- ja sähkövomalatoksen kustannusten tarkastelu on kokonasuutena hyvn monulottenen ongelma. Jotta stä vos esttää täysn tarkat laskelmat, vaats se tarkasteltavan vomalatoksen tomnnan tarkan selvtyksen ja vomalatoksen hyötysuhteeseen vakuttaven er osen ja prosessen tarkat teknset tedot. Latoksessa, jossa tuotetaan lämpöä ja sähköä ympär vuoden, tomntaympärstö vahtelee oleellsest vuodenajan funktona; esmerkks kaukolämpöä käytetään muutaman talvkuukauden akana hyvn suur osa vuotusesta kokonaskulutuksesta ja kesäakana kulutus on huomattavast vähäsempää. Sähkömarkknoden kulutus vahtelee myös huomattavast kalentervuoden akana, samon sähkömarkknoden sähköstä tarjoama energahnta ja fosslsten polttoaneden päästöokeuksen hntakehtys. Jotta kustannussmulont votasn ptää kohtuullsen yksnkertasella tasolla ja saada yleskuvan antava työkalu, laskennassa tehtn seuraava olettamuksa: Työkalu tehtn kahden vomalatoksen tarkastelemseks sekä erllsnä latoksna että myös yhtenä nvestontkokonasuutena. Vomalatokslle on annettavssa vuostasolla yks yhtenen tuottotavote, mnkä pohjalta laskelmssa on estetty kokonastulos sekä yhtenä kokonasnvestontna että myös erllsnä latoskohtasna nvestontena tarkasteltuna. Smulontaka 9
vo olla kuukaus, vkko ta pävä, jollon vastaavat suureet ptää jakaa luvulla 12, 52 ta 365. Kaukolämmön ja sähköenergan tuotantoa tarkasteltn vuostasolla. Kaukolämmön, vastapanesähkön ja lauhdesähkön tuottamsessa oletettn kullekn tosstaan rppumattomat ja vakona pysyvät kulukertomet (käytetty polttoenerga/tuotettu energa, ks. luku 2). Vastapanesähkön ja kaukolämmön tuotannon suhde on 1:2. Kaukolämmön jakelun verkostohävöks oletettn 8%. Sähköntuotannon osalta latoksen omakäytön suuruudeks oletettn 8% ja verkostohäröks 2% el yhteensä 10%. Polttoaneden hnnat määrteltn energassältöä kohden ( /MWh). Laskelmssa e huomoda latoksessa käytettäven fosslsten polttoaneden ja uusutuven polttoaneden kesknästä suhdetta ja sten päästöokeuden hnnan ja puun tuken vakutusta polttoaneen hntaan. Asaa on tarkasteltu lttessä 1 3. 3.4. Smulonnssa käytetyt vomalatokset Smulonttyökalun avulla vodaan helpost muuttaa laskennassa käytetyn vomalatoksen parametreja. Tässä dokumentssa on kuvattu tulokset seuraavanlaslle vomalatokslle: Vomalatos 1: Latos tuottaa kaukolämpöä, vastapanesähköä ja lauhdesähköä. Vomalatos 2: Latos tuottaa kaukolämpöä ja vastapanesähköä. 3.5. Smulonttyökalun tomnta Työkalu muodostuu Excel-taulukosta, joka ssältää kaks vällehteä Numerot ja Kuvaajat. Numerot-vällehdellä on kakk laskennossa käytetyt parametrt ja nden perusteella tehdyt numeerset laskelmat. Kuvaajat-vällehdellä on estetty tehdystä laskelmsta valttu graafnen kuvaaja. Kakk Excel-taulukon tedot ovat vapaast muokattavssa, mkäl halutaan tehdä tarkasteluja tosella tavalla. Jos kutenkn halutaan muuttaa van tarkastelujen käyttämä parametreja, anoastaan keltasella pohjavärllä merktyt solut on tarkotettu muutettavks. Kuva 3.1 esttää smulonttyökalun muutettavks tarkotetut solut. Nden merktys on kuvattu alla: Solu/Rv Merktys Rv 4 Vomalatos 1:n tuotannon määrttävät tedot Solu D4 Vomalatos 1:n nm Solu F4 Vomalatos 1:n kaukolämmön tuotanto vuodessa, GWh Solu G4 Vomalatos 1:n vastapanesähkön tuotanto vuodessa, GWh Solu H4 Vomalatos 1:n lauhdesähkön tuotanto vuodessa, GWh Solu J4 Vomalatos 1:n kakk knteät kustannukset vuodessa, Rv 5 Solu D5 Solu F5 Vomalatos 2:n tuotannon määrttävät tedot Vomalatos 2:n nm Vomalatos 2:n kaukolämmön tuotanto vuodessa, GWh 10
Solu G5 Vomalatos 2:n vastapanesähkön tuotanto vuodessa, GWh Solu H5 Vomalatos 2:n lauhdesähkön tuotanto vuodessa, GWh Solu J5 Vomalatos 2:n kakk knteät kustannukset vuodessa, Solu F12 Vomalatosten 1 ja 2 yhtenen vuostason tuotto-odotus, Solu B18 Kaukolämmön veroton myynthnta, Solu B19 Vastapanesähkön veroton myynthnta, Solu B20 Lauhdesähkön veroton myynthnta, Solut E18:E23 Solut E24:E29 Rvt 18 23 Rvt 24 29 Vomalatoksen 1 laskelmssa käytetyt polttoaneenhnnat, /MWh Vomalatoksen 2 laskelmssa käytetyt polttoaneenhnnat, /MWh Vomalatoksen 1 laskelmat solujen B18, B19 ja B20 perusteella Vomalatoksen 2 laskelmat solujen B18, B19 ja B20 perusteella Alue A18:T29 esttää laskelmat yksllä energan myynthnnolla, energan hnnat on määrtelty solussa B18, B19 ja B20. Tätä aluetta on monstettu taulukossa alaspän ja sten on muodostettu kuus erlasta laskelmaa, kuudella er kaukolämpöenergan hnnalla ja ptäen sähkön hnta vakona. Näden kuuden er kaukolämpöhnnan laskelmat ovat alueella A18:T89. Edellä manttu kuuden er kaukolämpöhnnan laskenta-alue on edelleen kopotu taulukossa vaakasuunnassa sten, että myös vaakasuunnassa muodostuu kuus er laskelma-aluetta. Tässä suunnassa sähkön myynthntaa on muutettu 3 /MWh:n välen. Nällä laskenta-aluella (6 6-matrs) kullakn on haettu taulukkolaskennan Goal-seek tomnnon avulla kaukolämmön hnta, jolla latokset kokonasuutena tuottavat nollatuloksen tetyllä polttoaneen hnnalla, kun otetaan huomoon asetettu tuotto-odotus ja asetettu sähkön hnta. Lasketulla kaukolämmön ja asetetulla sähkön hnnolla latokset tuottavat ss tuotto-odotuksen verran vottoa. Alueella A18:DU29 on estetty laskelmat, jossa sähkön hnta kehttyy 45 eurosta 60 euroon, kun polttoaneen hnta on 10 /MWh. Tämän alueen alapuolella on vastaavat laskelmat vdellä muulla polttoaneen hnnalla, 15 35 /MWh. Edellä kuvattujen 6 6-laskelma-alueden (Excel-alue A18:DU89) pohjalta on muodostettu vällehdellä oleva kuvaaja, jossa laskelmen numerot on estetty graafsessa muodossa. Kuvaajan ssältöä on kuvaltu seuraavassa kappaleessa. 3.6. Kokonaskannattavuuden kuvaaja Kuva 2 esttää Numerot-vällehdellä tehdyt laskelmat graafsessa muodossa. Kuvaajassa on samaan kuvaan sovtettu kuus kannattavuutta kuvaavaa käyrää (käyrät 1 6) ja kuus kaukolämpöenergan hntaa kuvaavaa käyrää (käyrät A F). Kuvaajan vasen pystyaksel kuvaa kahden vomalatoksen kokonaskannattavuutta, jossa asetettu tuottoodotus on otettu huomoon, käyrlle 1 6. Okea pystyaksel kuvaa energan hntaa käyrlle A F. Vaaka-aksellla on polttoaneen hnnat välllä 10 35 /MWh, joden avulla kannattavuuskäyrät 1 6 ja kaukolämpöenergan käyrät A.F on sdottu tosnsa. 11
Esmerkk 1 Tarkastellaan kokonaskannattavuutta esmerkktapauksessa: Vomalatos 1 Kaukolämpöä tuotetaan 600 GWh/a, vastapanesähköä 300 GWh/a ja lauhdesähköä 600 GWh/a. Latoksen knteät kustannukset ovat 27 mljoonaa /a, ssältäen pääomakulut ja knteät käyttökulut. Vomalatos 2 Kaukolämpöä tuotetaan 600 GWh/a ja vastapanesähköä 300 GWh/a. Latoksen knteät kustannukset ovat 10 mljoonaa /a, ssältäen pääomakulut ja knteät käyttökulut. Kuvassa 3.1 on estetty laskelmen tulokset ja kuvassa 3.2 graafnen estys tulokssta. Esmerkkejä käyrästöjen lukemsesta: A. Vomalatosten käyttämä polttoane maksaa 20 /MWh (käyrä 4). Latokset pääsevät nollatulokseen tetyllä energan myynthnnolla. Paljonko kannattavuus muuttuu, jos polttoaneen hnta nouseekn vdellä eurolla? Vastaus saadaan srtymällä nollatulosta kuvaavasta kannattavuusakseln kohdasta 20 kohtaan 25, prtämällä shen alaspän pystyvva, joka lekkaa käyrän 4, ja srtymällä lekkauskohdasta vaakasuoraan vasemmalle kannattavuusaksellle, josta vodaan lukea arvo 20 mlj.. Kannattavuus huonon 20 mlj. kun polttoaneen hnta kasvo 5 /MWh. B. Vomalatokset myyvät sähköä hntaan 45 /MWh ja polttoaneen hntataso on 25 /MWh. Mkä on kaukolämmön vähmmäshnta, jotta päästään kannattavaan tomntaan? Etstään polttoaneen hntaa 25 /MWh kuvaavalta käyrältä 3 pste, jossa kannattavuus menee nollaan. Tähän psteeseen prretään pystysuora ja srrytään suoraa ptkn psteeseen, jossa suora lekkaa käyrän A (kuvaa kaukolämmön hntaa sähkön myynthnnalla 45 /MWh). Lekkauspsteestä srrytään vaakasuorassa okeanpuoleselle aksellle ja luetaan sltä kaukolämmön hnta, non 82 /MWh. Jotta päästään kannattavaan tomntaan, kaukolämmön vähmmäshnta ptää ss olla vähntään 82 /MWh, kun sähköä myydään hntaan 45 /MWh ja polttoaneesta maksetaan 25 /MWh. C. Kaukolämmön myynthnta on 47 /MWh ja sähkön myynthnta 51 /MWh. Käytettävän polttoaneen hnta on 20 /MWh. Onko latosten tomnta kannattavaa? Etstään okeanpuoleselta aksellta kohta 47 /MWh ja prretään shen vaakasuora vva. Psteestä, jossa vva lekkaa suoran C (kuvaa kaukolämmön hntaa sähkön myynthnnalla 51 /MWh), srrytään polttoaneen hntaa kuvaavalle aksellle ja luetaan sltä polttoaneen hnta, non 16.5 /MWh. Tämä hnta kuvaa psteen, jossa päästään nollatulokseen. Koska käytetyn polttoaneen hnta on suuremp kun saatu arvo 16.5 /MWh, latosten tomnta e ole kannattavaa. 12
Kuva 3.1. Smulonttyökalun muutettavat solut keltasella pohjavärllä 13
Kuva 3.2. Kahden vomalatoksen kokonaskannattavuus ja kaukolämmön hnta sähkön hnnolla 45...60 /MWh 14
Esmerkk 2 Esmerkk kuvaa tapausta, jossa Vomalatos 1 e tuota energaa ollenkaan mutta aheuttaa knteden kustannusten verran kuluja. Vomalatos 2 tuottaa energaa täydellä kapasteetlla. Vomalatos 1: Kaukolämpö = 0 GWh Vastapanesähkö = 0 GWh Lauhdesähkö = 0 GWh Knteät kustannukset 27 mlj. /a Vomalatos 2: Kaukolämpö = 1200 GWh Vastapanesähkö = 600 GWh Lauhdesähkö = 0 GWh Knteät kustannukset 10 mlj. /a Kuvaajasta nähdään esmerkks, että polttoaneen hnnan ollessa 20 /MWh ja sähkön myynthnnan ollessa 45 /MWh kaukolämmön hnnalla 60 /MWh päästään kahden vomalatoksen kokonasuutena tulokseen, jossa omstajlle tuloutetaan asetettu tuottoodotus 15 mlj. /a. Kuva 3.3. 15
Esmerkk 3 Esmerkk kuvaa tapausta, jossa Vomalatos 1 tuottaa energaa täydellä kapasteetlla ja Vomalatos 2 e tuota ollenkaan energaa vaan aheuttaa knteden kustannusten verran kuluja. Vomalatos 1: Kaukolämpö = 1200 GWh Vastapanesähkö = 600 GWh Lauhdesähkö = 300 GWh Knteät kustannukset 27 mlj. /a Vomalatos 2: Kaukolämpö = 0 GWh Vastapanesähkö = 0 GWh Lauhdesähkö = 0 GWh Knteät kustannukset 10 mlj. /a Kuvaajasta nähdään esmerkks, että polttoaneen hnnan ollessa 20 /MWh ja sähkön myynthnnan ollessa 45 /MWh kaukolämmön hnnalla 63 /MWh päästään kahden vomalatoksen kokonasuutena tulokseen, jossa omstajlle tuloutetaan asetettu tuottoodotus 15 mlj. /a. Kuva 3.4. 16
Esmerkk 4 Esmerkk kuvaa tapausta, jossa Vomalatos 1 e aheuttas mnkäänlasa kuluja, e edes kntetä kuluja. Vomalatos 2 tuottaa energaa täydellä kapasteetlla. Vomalatos 1: Kaukolämpö = 0 GWh Vastapanesähkö = 0 GWh Lauhdesähkö = 0 GWh Knteät kustannukset 0 mlj. /a Vomalatos 2: Kaukolämpö = 1200 GWh Vastapanesähkö = 600 GWh Lauhdesähkö = 0 GWh Knteät kustannukset 10 mlj. /a Kuvaajasta nähdään esmerkks, että polttoaneen hnnan ollessa 20 /MWh ja sähkön myynthnnan ollessa 45 /MWh kaukolämmön hnnalla 38 /MWh päästään kahden vomalatoksen kokonasuutena tulokseen, jossa omstajlle tuloutetaan asetettu tuottoodotus 15 mlj. /a. Kuva 3.5. 17
3.7. Käytetyt työkalut Laskennassa käytetty työkalu, MS Excel-verso: Kokonaskannattavu us-2.xls Laskennassa käytetty työkalu, OpenOffce Calc-verso: Kokonaskannattavu us-2.ods Kaukolämmön kannattavuusmttar: Kaukolampo-mttar.x lsm 18
Lte 1 Päästöokeuden hnta ja puupolttoaneden tuen vakutus polttoaneden hntohn Vomaloden polttoaneen hntaan vakuttavat tuottajahnta, kuljetus- ja päästöokeusmaksut sekä mahdollset tuet. Turvepolttoaneessa on 0.38 tco 2 /MWh, josta ptää maksaa päästöokeusmaksu. Päästöokeuden hnta vahtelee seuraavssa laskussa välllä 10 40 /tco 2. Puupolttoaneet ovat päästöokeusmaksusta vapata. Lsäks puupolttoanella on sähköntuotannossa tukea 18 /MWh, mkäl päästöokeusmaksu on 10 /tco 2 ja tuk loppuu, kun maksu ylttää 23 /tco 2 :n rajan. Taulukossa 1 on tarkasteltu turpeen ja puun hntaeroja /tco 2. Kuva 1 havannollstaa tlannetta. /tco 2 turve (maksu) puu (tuk) hntaero 10 3.8 +18 21.8 20 7.6 +2.2 9.8 23 8.74 0 8.74 30 11.4 0 9.4 40 15.5 0 15.5 Taulukko 1. Turpeen ja puun maksut/tuet ja hntaero /MWh sähkön tuotannossa er päästöokeushnnolla 15,00 Päästökaupan ja puun tuen vakutus hntaan, /MWh 10,00 5,00 0,00-5,00-10,00-15,00 Tukmall 1: Päästöokeushnnan ja puu tuen vakutus polttoaneen hntaan er turve/puu -seokslla 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35 37,5 40 Turve 70 / Puu 30 Turve 50 / Puu 50 Turve 30 / Puu 70 Päästöokeuden hnta, /t CO 2 Postvnen arvo: Lsää hntaa Negatvnen arvo: Vähentää hntaa Kuva 1 Päästöokeusmaksu tekee pelkän turpeen käytön lauhdesähkön tuotannossa lan kallks. Esm. jos maksu on 20 /tco 2, lsähnta on 2.5-kertasella polttoaneen kulutussuhteella 19 /MWh ja maksun ollessa 30 /tco 2 lsähnta ols 28.5 /MWh. Puupolttoaneden käytön lsäämnen ja nlle tuleva tuk tulevat nukkuuden taka nostamaan nden hntoja. Taulukossa 2 on lstattu puun ja turpeen tuk ( el hntaa alentava määrä) ja lsähnta (+) er päästöokeuden hnnolla ja er polttoanesuhtella, kun taulukon 1 turpeen päästöokeusmaksu ja puun hntatuk sähköntuotannossa huomodaan. 19
CO 2 /t 70/30 50/50 30/70 10 2.8 7.1 11.6 20 +4.38 +2.5 +0.62 23 +6.9 +4.37 +2.62 30 +7.98 +5.7 +3.42 40 +9.12 +7.6 +4.35 Taulukko 2. Päästöokeusmaksun ja puupolttoaneen tuen vakutus polttoaneen lsähntaan er turve/puu seokslla. Taulukosta 2 ja kuvasta 2 havataan että päästöokeusmaksun ollessa 10 /tco 2, vomalatokset vosvat saada tukea jopa 11.16 /MWh. Erotus turve/puupolttoanesuhtessa 70/30 ta 30/70 on perät 8.30 /MWh el tappo on 8300 /GWH 70/30 vahtoehdossa. Sähköntuotannon ollessa 1000 GWh, tappo ols 8.3 mlj. /vuos, mkäl turve/puu suhde on 70/30 ekä puupanottenen 30/70. Kuten taulukosta 2 havataan, hntaerot er polttoaneseoksssa tasottuvat, kun päästöokeusmaksu nousee yl 15 /tco 2. Puusähkön hntatukea e saada 70/30- turve/puuseossuhteella. Taulukosta 1 ja 2 vodaan nähdä päästöokeusmaksun vakutus puupohjasten polttoaneden hyväks. Tämä tulee lsäämään puupohjasa polttoaneta. 20,00 Tukmall 2: Turpeen päästöokeushnta, puun tuk ja hntaero sähköntuotannossa Turpeen päästöokeus, puun tuk,hntaero, /MWh 15,00 10,00 5,00 0,00-5,00-10,00-15,00-20,00 Hntaero Puu Turve Päästöokeuden hnta, /t CO 2 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35 37,5 40 Tuk : Postvnen arvo Kuva 2 20
Lte 2 Lauhdesähkötuotannon herkkyysanalyys Lauhdesähkötuotannon hyötysuhde on teknologasta rppuen luokkaa 42 33 % el polttoaneen käyttösuhde on non 2.5 2.75. Seuraavssa smulaatossa havannollstetaan knteden kulujen, päästömaksujen ja puupohjasen sähköntuotannon tukpaketn vakutuksa lauhdesähkön tuotantohntohn. Laskelmssa oletetaan, että knteät kulut ovat 18 /MWh ja kulukerron on 2.5. Tuotantokulujen maksm on 45 /MWh (kuvssa 1 4). Parametrt lmenevät taulukosta 1. Päästöokeus /tco 2 10 20 23 30 Kuva 1: puu 100% 18 2.2 0 0 Kuva 2: turve 100% +3.8 +7.6 +7.84 +11.4 Kuva 3: turve/puu 70/30 2.8 +4.38 +6.9 +7.98 Kuva 4: turve/puu 50/50 7.1 +2.5 +4.37 +5.7 Kuva 5: turve/puu 30/70 11.16 +0.62 +2.62 +.3.42 Taulukko 1. Avustukset ( ) /lsähnnat(+) /MWh er polttoaneseokslla 140,00 Turve 0 % / Puu 100% 120,00 Energan tuotantohnta, /MWh 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00-20,00 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35 37,5 40 Polttoaneen hnta, /MWh 30 /tco2 CO 2 vero, /tco 2 20 /tco2 Kuva 1 21
160,00 Turve 100 % / Puu 0% 140,00 Energan tuotantohnta, /MWh 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 30 /tco2 20 /tco2 10 /tco2 Oletettu maksm tuotantohnta 20,00 0,00 Kuva 2 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35 37,5 40 Polttoaneen hnta, /MWh 22
Turve 70 % / Puu 30% 160,00 140,00 Energan tuotantohnta, /MWh 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 Kuva 3 Polttoaneen hnta, /MWh 30 /tco2 20 /tco2 10 /tco2 Oletettu maksm tuotantohnta 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35 37,5 40 23
140,00 Turve 50 % / Puu 50% 120,00 Energan tuotantohnta, /MWh 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 Kuva 4 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35 37,5 40 Polttoaneen hnta, /MWh 30 /tco2 20 /tco2 10 /tco2 Oletettu maksm tuotantohnta 24
140,00 Turve 30 % / Puu 70% 120,00 Energan tuotantohnta, /MWh 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 Kuva 5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35 37,5 40 Polttoaneen hnta, /MWh 30 /tco2 20 /tco2 10 /tco2 Oletettu maksm tuotantohnta Yhteenveto Koska forwardt vuosna 2011 2013 ovat 48.50, 44.50 ja 44.95 /MWh, lauhdesähkötuotanto e ole kannattavaa alla manttuja erkostlanteta lukuun ottamatta (ks. myös ltteen 4 sähkön hnnan kehtysskenaaro): Puun 100%:nen käyttö lauhdetuotannossa on kannattavaa (tuotantohnta alle 42 /MWh), kun päästöokeusmaksu on 10 /tco 2. Kannattavuus hekkenee merkttäväst, kun päästöokeusmaksut nousevat (kuva 1). Turpeen lauhdesähkötuotanto e ole lasketulla päästöokeusmaksulla kannattavaa (kuva 2). 70/30-turve/puuseos on kannattavaa van alle 12 /MWh:n hnnolla (kuva 3). 50/50-turve/puuseos on kannattavaa van kapealla alueella el kun päästöokeus on 10 /tco 2. Muullon tuotanto e kannata (kuva 4). 30/70-turve/puuseos on kannattavaa 10 /tco 2 :n päästöokeushnnalla, kun energan hnta on alle 22 /MWh. Muullon tuotanto on kannattavaa anoastaan alle 11 /MWh:n hnnolla, kun päästöokeus on 20 /tco 2. 25
Lte 3 Ehdotus puun tukmallks Taulukossa 1 on estetty laajennettu verso halltuksen esttämään puusähkötuotannon puuenergatukeen. /tco 2 turve (vero) puu (tuk) hntaero 10-3.8 +12.2 16 20-7.6 +6.10 13.70 23-8.74 +4.27 13.01 30-11.4 0 11.4 40-15.2 0 15.2 Taulukko 1 Halltuksen estyksessä ongelmana on se, että turve ja puupolttoaneen hnta vahtelee lkaa ja tlanne on lan herkkä päästöhntojen muutokslle. Taulukon 1 laajennettu mall on stablmp. Kuvat 1 ja 2 havannollstavat tlannetta. Kuva 1. Tukmall 2 puupolttoaneelle. 26
Kuva 2 27
Lte 4 Sähkön hntaskenaarot 28