Budowana w Wielkiej Brytanii elektrownia atomowa ma 6 lat opóźnienia. Jej obecnie szacowany koszt przekracza trzykrotnie oryginalnie planowany bużet.

W Polsce elektrowni jądrowych nie ma, są dumne plany ich budowy. Można wspomnieć wizje rządu z roku 2010, kiedy spółka PGEEJ1 obiecywała uruchomić pierwszy reaktor energetyczny w roku 2022. Wtedy oceniano koszty budowy na 1-2 miliony EUR na MW mocy. Od tego czasu ceny wzrosły i to bardzo.

Elektrownie jądrowe buduje się w innych krajach. Weźmy na przykład projekt z UK Hinkley Point C. Faktyczna budowa zaczęła się 2017, miała trwać 8 lat. Obecnie przewiduje się zakończenie w 2029-31co daje 4-6 lat opóźnienia. Przewidywany koszt wzrósł z 18 do 48 miliardów GBP. Przy planowanej mocy 3200 MW daje to 15 milionów GBP za 1MW zainstalowanej mocy elektrycznej. Elektrowni jeszcze nie ma ale wiadomo na ile wyceniono energię, którą będzie produkować: 92.50 GBP za MWh z prawem do indeksacji o inflację. Na rok 2022 wartość po indeksacji wynosi 128 GBP/MWh. Cena energii jest gwarantowana przez rządowy kontrakt, dzięki czemu można finansować projekt. Wykorzystywany jest mechanizm kontraktu na różnicę (CFD) obowiązującego przez 35 lat.

Spójrzmy na stronę finansową przedsięwzięcia. Przyjmijmy, że elektrownia będzie pracować z pełną mocą przez 7000 godzin w roku. Jest to pewne uproszczenie, ale pamiętajmy, że rok ma 8760 godzin, instalacja potrzebuje planowanych przestojów na remonty, nie zawsze pracuje z pełną mocą. Przyjmijmy dalej, że początkowa inwestycja ma zwrócić się w 35 lat a koszt pięniądza to 4% w skali roku.

• 1.43 e9 (miliardów) GBP raty kapitałowej (50/35)
• 2 e9 GBP odsetek (4e-2*50) w pierwszym roku
• 153.1 GBP/MWh samych kosztów finansowych (3.43e9/3200/7000)

Przyjmując indeksację ceny energii elektrycznej o 2% inflacji rocznie przez 8 lat mamy

• 150 GBP/MWh cena gwarantowana energii w pierwszym roku pracy elektrowni po indeksacji o inflację (1.02**8 * 128)

Gwarantowana cena energii w pierwszym roku działania nie zwraca kosztów finansowania projektu, o innych kosztach operacyjnych (a te na pewno występują) nie wspominamy. Oczywiście elektrownia ma działać 60 lat, więc jeżeli jest się własnością rządu jak EDF, można uchwalić finansowanie się z przyszłych zysków. Oczywiście kalkulacje powyższe są uproszczone, ale dla EDF budowa tej elektrowni to kiepski interes. Trudno oczekiwać innego rezultatu kiedy koszty projektu przekraczają trzykrotnie początkowy budżet.

Ile ma kosztować pierwsza elektrownia jądrowa w Polsce i na jakich warunkach finansowych będzie budowana nie wiem. Nie wiem jak będą dzielone ryzyka projektu z wykonawcą. To ostatnie jest bardzo istotne, bo koszty finalne projektu mogą znacznie przekroczyć początkowe oszacowania. Możemy przeliczyć na PLN gwarantowaną cenę energii z projektu wyspiarzy.

• 640 PLN/MWh odpowiada obecnej (2022) cenie gwarantowanej energii z Hinkley Point 128 GBP * 5 (obecny kurs to 5.17)

Rząd walczy o utrzymanie ceny dla odbiorców indywidualnych poniżej 500 PLN/MWh. Energia jądrowa może nie dać wsparcia w tym boju.

Spalanie jednej tony metanu daje 7.64 MWh energii elektrycznej i 2.75 tony CO2. W przybliżeniu produkcja 1MWh energii elektrycznej wymaga spalenia 2MWh gazu TTF i emisji 0.4 tony CO2.

Jaki jest uproszczony koszt energii elektrycznej produkowanej z gazu ziemnego? Ignorując wszystkie koszty związane z inwestycją w instalację do wytwarzania i jej utrzymaniem, a to nie ą tanie rzeczy, zostaje nam koszt paliwa, gazu z którego pochodzi energia przetwarzana na prąd i skutków jego spalania. Obecnie najwydajniejszymi instalacjami do produkcji energii elektrycznej z gazu są elektrownie CCGT. Nośnikiem energii w gazie ziemnym jest metan (CH4), inne gazy to zanieczyszczenia. Dalej przyjmujemy, że gaz ziemny to czysty metan.

• 35.8 MJ/m3 to wartość opałowa 1m3 metanu w warunkach normalnych
• 0.717 kg/m3 gęstość metanu w warunkach normalnych
• 49.9 MJ/kg energia uzyskiwana ze spalenia 1kg metanu

Produktami spalania metanu są dwutlenek węgla i woda. Podawane są dwie wartości kaloryczne metanu wyższa 39.8 MJ/m3 i niższa of 35.8MJ/m3. Niższa wartość dotyczy procesu, kiedy produktem spalania jest para wodna. Jej skroplenie jest źródłem dodatkowej energii dającej wyższą wartość kaloryczną.

Energię elektryczną zwyczajowo mierzymy w watogodzinach (Wh) i ich wielokrotnościach tysiącach (kWh) lub milionach (MWh).

• 1 kWh to 3.6 MJ (1000W x 3600s)
• 13.9 kWh to wartość energetyczna 1kg metanu (49.9/3.6)

Oczywiście blok energetyczny tylko część energii zawartej w gazie przekształca w energię elektryczną. Sprawność bloku CCGT jest w przedziale 50-60 procent, dla dalszych rozważań przyjmiemy 55%.

• 7.64 kWh energii elektrycznej powstanie w wyniku spalenia 1kg metanu (13.9*0.55)

Produktem spalania metanu jest dwutlenek węgla i woda (CH4+2O2->CO2+2H2O). W UE obowiązuje system ETS (Emissions Trading System, EU ETS), który wprowadza opłaty za emisję CO2. Masa atomowa węgla wynosi 12u, wodoru 1u, co daje 16u masy atomowej cząsteczki metanu. Masa atomowa tlenu wynosi 16u, zatem masa atomowa cząsteczki CO2 to 44u. Powstały w wyniku spalania dwutlenek węgla jest 44/16=2.75 raza cięższy od spalonego metanu.

• 2.75 kg CO2 powstaje w wyniku spalenia 1 kg metanu

Koszt gazu ziemnego zależy od jego ceny rynkowej. Rynek gazu jest skomplikowany, przyjmujemy, że cenę rynkową pokazuje Holenderski TTF. Cena podawana jest w EUR za MWh, przy czym cenę energii gazu podaje się na podstawie wyższej wartości kalorycznej (High Heating Value), co można postrzegać jako drobną manipulację, zawyżenie wartości opłowej. Dla naszych rozważań potrzebujemy ceny 1kg metanu

• 0.04 EUR/kWh cena gazu TTF w 2024 była w przedziale 23-49 EUR/MWh
• 1.1 wynosi stosunek wyższej do niższej wartości kalorycznej (39.8/35.8)
• 15.3 kWh gazu trzeba zakupić na TTF żeby uzyskać 1kg metanu (13.9*1.1)
• 2.63 PLN cena 1kg metanu (0.04 * 15.3 * 4.3) kurs EUR/PLN 4.3

Cena uprawnień emisji CO2 jest wyznaczana na rynku, w roku 2024 wynosiła od 50 do 80 EUR za tonę. Przyjmujemy, że średnia cena zakupy uprawnień przez elektrownię wynosiła 60 EUR za tonę. Wreszcie mamy podsumowanie kosztów produkcji energii elektrycznej z gazu.

• 2630 PLN tona metanu (z gazu ziemnego)
• 710 PLN (60 EUR * 4.3 EUR/PLN * 2.75) uprawnienia do emisji 2.75 tony CO2
• 7.64 MWh wytworzonej energii elektrycznej
• 437 PLN (2630+710)/7.64 to koszt paliwa do wytworzenia 1 MWh energii elektrycznej. W rozbiciu na składniki 344 (gaz) + 93 (uprawnienia)
• 2 MWh gazu TTF i uprawnienia do emisji 0.36t CO2 (15.3/7.64 gaz, 2.75/7.64 uprawnienia) trzeba zakupić do wygenerowania 1MWh energii elektrycznej

Podobna kalkulacja dla elektrowni węglowej daje 657 PLN kosztu paliwa i uprawnień do produkcji 1 MWh energii elektrycznej. Warto zauważyć, że cena paliwa jest porównywalna, ale emisja CO2 na wytworzoną jednostkę energii przy spalaniu węgla jest trzykrotnie wyższa niż w przypadku gazu, co daje trzykrotnie wyższy koszt uprawnień. Oczywiście ceny gazu potrafią zmieniać się jeszcze bardziej niż ceny węgla, zwłaszcza jeżeli skutkiem wojny zastępuje się tańszy gaz droższym. Elektrownie gazowe mają istotną przewagę nad węglowymi: można je szybciej uruchomić i szybciej wyłączyć. Ma znaczenie dla kompensacji zmian mocy źródeł odnawialnych.

Spalanie jednej tony węgla daje 3.24 MWh energii elektrycznej i 3.66 tony CO2.

Jaki jest uproszczony koszt energii elektrycznej produkowanej z węgla? Ignorując wszystkie koszty związane z inwestycją w instalację do wytwarzania i jej utrzymaniem, a to nie ą tanie rzeczy, zostaje nam koszt paliwa, węgla z którego pochodzi energia przetwarzana na prąd i skutków jego spalania. Nośnikiem energii węgla kamiennego jest pierwiastek węgiel (C), reszta (kilka %) to zanieczyszczenia.

• 29.3 MJ/kg wartość energetyczna węgla

Energię elektryczną mierzymy w watogodzinach (Wh) i ich wielokrotnościach tysiącach (kWh) lub milionach (MWh)

• 1 kWh to 3.6 MJ (1000W x 3600s)
• 8.1 kWh to wartość energetyczna 1kg węgla kamiennego (29.3 / 3.6)

Oczywiście blok energetyczny tylko część energii zawartej w węglu przekształca w energię elektryczną. Przyjmując, że nowoczesny blok węglowy ma sprawność 40% mamy:

• 3.24 kWh energii elektrycznej powstaje ze spalenia 1kg węgla w elektrowni (0.4*8.1)

Produktem spalania węgla jest dwutlenek węgla (CO2), co ma istotne znaczenie albowiem w UE obowiązuje system ETS (Emissions Trading System, EU ETS), który wprowadza opłaty za emisję tego gazu. Masa atomowa węgla wynosi 12u, tlenu 16u, zatem masa atomowa cząsteczki CO2 to 44u. Powstała w wyniku spalania cząsteczka CO2 jest 44/12=3.66 raza cięższa niż spalony węgiel.

• 3.66 kg CO2 powstaje w wyniku spalenia 1kg węgla

Koszt węgla zależy od jego ceny rynkowej, która podlega wahaniom. Pamiętamy rok 2022 kiedy ceny węgla opałowego przekraczały 3000 złotych za tonę (1000kg) a towaru na składach brakowało. Obecnie węgiel opałowy sprzedawany jest w cenie od 1200 PLN i przyjmuję, że taką cenę płacą też elektrownie. Cena uprawnień emisji CO2 jest wyznaczana na rynku, w roku 2024 wynosiła od 50 do 80 EUR za tonę. Przyjmujemy, że średnia cena zakupy uprawnień przez elektrownię wynosiła 60 EUR za tonę

• 1200 PLN tona węgla
• 930 PLN (60 EUR * 4.3 EUR/PLN * 3.66) uprawnienia do emisji 3.66 tony CO2
• 3.24 MWh wytworzonej energii elektrycznej
• 657 PLN/MWh (1200+930)/3.24 koszt paliwa do wytworzenia 1 MWh energii elektrycznej. W rozbiciu na składniki 370 (węgiel) + 287 (uprawnienia)

Cena energii elektrycznej jest także ustalana na rynku, w Polsce jest to TGE. Oczywiście cena zmienia się w czasie, w momencie tworzenia tego wpisu (2024.12.07) jest to około 500 PLN za MWh, co daje 150 PLN więcej niż koszt wyliczony wyżej. Dlaczego utrzymuje się elektrownie, których produkt (teoretycznie) nie wystarcza na pokrycie kosztów zakupu i spalenia paliwa to pytanie do właściciela. Rozliczenia są znacznie bardziej skomplikowane, niż prezentowana kalkulacja kosztów paliwa i emisji CO2. Narzekanie na ETS jest bezproduktywne, możemy się go pozbyć korzystając z Artykuł 50 Traktatu o Unii Europejskiej. Rządowi zamiatanie pod dywan problemu ułatwia fakt, że ETS to de facto podatek, wypływy zasilają kasę państwa, na którego terenie działa źródło CO2.