CZYNNIKI WARUNKUJCE WYSOKOŚĆ KOSZTÓW KRACCOWYCH POZYSKANIA PALIW ODNAWIALNYCH Autor: Zbigniew Juroszek ( Rynek Energii nr 12/2010) Słowa kluczowe: energetyka odnawialna, odnawialne zródła energii, biomasa, biogaz, gmina Streszczenie. Koszt krańcowy lokalnych paliw odnawialnych nie jest wartością stałą, lecz zmienia się wraz z ilością pozy- skiwanego paliwa (na ogół rośnie). W przypadku małej skali wykorzystywane są wyłącznie te zródła energii pierwotnej, które posiadają korzystne parametry techniczno-ekonomiczne, np. odległość od miejsca wykorzystania. W miarę zwiększa- nia skali produkcji danego paliwa, koniecznym staje się wykorzystywanie zródeł (lokalizacji) o coraz słabszych warunkach techniczno-ekonomicznych, a zatem coraz droższych. Tak więc każde z wykorzystywanych lokalnie paliw odnawialnych może być atrakcyjne jedynie do pewnej optymalnej ilości, powyżej której koszt krańcowy jego pozyskania będzie zbyt duży w stosunku do kosztu paliw alternatywnych. W artykule podjęto próbę opisu zjawiska zmienności krańcowych kosztów dostaw paliw odnawialnych wykorzystywanych w skali lokalnej. Zaproponowano też sposób uwzględnienia tego zjawiska przy konstruowaniu matematycznych modeli optymalizujących plany zaopatrzenia społeczności lokalnych w energię. 1. WPROWADZENIE Przełom XX i XXI wieku przyniósł w naszym kraju zdecydowany wzrost zainteresowania energetyką odnawialną. Wyrazem tej tendencji jest między innymi uchwalona w listopadzie 2009 roku przez Radę Ministrów Polityka energetyczna Polski do 2030 roku , przewidująca w najbliższej dekadzie stały wzrost udziału paliw odnawialnych w bilansie energetycznym Polski, aż do osiągnięcia poziomu 15% energii finalnej w roku 2020 [8]. W realizacji tych założeń bardzo ważną rolę odegrać powinny gminy [11]. To właśnie gminy, zgodnie z Ustawą Prawo Energetyczne, mają dla swoich obszarów opracowy- wać Założenia do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe [26]. Dokumenty te, mogą owocować konkretnymi działaniami samej gminy. Powinny też być brane pod uwagę przez przedsiębiorstwa energetyczne przy tworzeniu ich własnych planów rozwoju. Ważnym jest zatem, aby przewidywały one optymalny (ze społecznego punktu widzenia) stopień wykorzystania lokalnych zasobów energii odnawialnej. Poszukiwania takiego optimum powinny uwzględniać fakt, że w większości przypadków krańcowy koszt dostaw lokalnych paliw odnawialnych nie jest wartością stałą, lecz zmienia się wraz z ilością pozyskiwanego paliwa (na ogół rośnie). W przypadku małej skali wykorzystywane są wyłącznie te zródła energii pierwotnej, które posiadają korzystne parametry tech- niczno-ekonomiczne (odległość od miejsca wykorzystania, dostępność, koncentracja przestrzenna, klasa gruntu, itp.). W miarę zwiększania ilości pozyskiwanego paliwa konieczne jest wykorzystywanie zródeł (lokalizacji) o coraz słabszych predyspozycjach techniczno-ekonomicznych, a zatem coraz droższych. Jednocześnie, paliwa nieodnawialne oraz te paliwa odnawialne, które funkcjonują na rynkach regional- nych i na rynku krajowym (zwykle łatwe i tanie w transporcie), takie jak np. pelet, posiadają (z punktu widzenia gminy) koszt krańcowy stały, to znaczy niezależny od wykorzystywanej ilości. Tak więc każde z pozyskiwanych lokalnie paliw odnawialnych może być atrakcyjne (ze społecznego punktu widzenia) jedynie do pewnej optymalnej ilości, powyżej której jego koszt krańcowy będzie zbyt duży w stosunku do paliw alternatywnych. Celem niniejszego artykułu jest przeanalizowanie zjawiska wpływu lokalnych uwarunkowań na koszty krańcowe pozyskiwania paliw odnawialnych oraz zaproponowanie metody uwzględnienia tego zjawiska przy optymalizacji planów rozwoju gminnej energetyki. 2. LOKALNE yRÓDAA ENERGII ODNAWIALNEJ yródła energii odnawialnej można podzielić ze względu na odległość między miejscem pozyskiwania energii pierwotnej a miejscem przetwarzania energii pierwotnej na energię finalną, na następujące kategorie: - zródła lokalne (zródło energii pierwotnej i miejsce przetwarzania energii pierwotnej na finalną znaj- dują się w tej samej gminie lub ewentualnie w gminach sąsiednich), - zródła regionalne (zródło energii pierwotnej i miejsce przetwarzania energii pierwotnej na finalną mogą znajdować się w oddalonych od siebie gminach tego samego regionu, ale nie powinny znajdować się w różnych, znacznie od siebie oddalonych regionach), - zródła o zasięgu krajowym (zródło energii pierwotnej i miejsce przetwarzania energii pierwotnej na finalną mogą znajdować się w różnych, oddalonych od siebie regionach). W przypadku paliw odnawialnych zaliczających się do pierwszej z trzech powyższych kategorii, krań- cowy koszt pozyskania będzie funkcją ilości. Celem przetworzenia ich na energię finalną wykorzystuje się początkowo najlepsze i najtańsze zasoby. Wraz ze wzrostem skali następuje konieczność wykorzystania coraz mniej dogodnych i coraz droższych zródeł. Do najważniejszych parametrów mających znaczenie dla wysokości kosztów krańcowych możemy tu zaliczyć między innymi: odległość zródeł energii pierwotnej od miejsca produkcji energii finalnej, koncentrację terytorialną zasobów, predyspozycje fizyczne terenów (np. klasa gruntu w przypadku upraw). Jeśli koszt pozyskania jednostki paliwa jest do pewnego momentu stały, jednak dalej wzrasta do nieskończoności (ograniczoność zasobów), mamy do czynienia również z przypadkiem zmienności kosztów krańcowych. Sytuacja taka może mieć miejsce np. przy pozyskiwaniu odpadów z niektórych procesów produkcyjnych. Przyczyny, dla których pewne typy zródeł energii odnawialnej muszą mieć charakter lokalny są dwoja- kiego rodzaju: - przyczyny techniczne (nie da się wykorzystać energii kinetycznej wiatru wiejącego w gminie X do konwersji na energię elektryczną, za pomocą instalacji położonej w gminie Y), - przyczyny ekonomiczne (przewóz substratów pochodzenia zwierzęcego np. gnojowicy, do oddalonej o kilkadziesiąt lub kilkaset kilometrów biogazowni, choć możliwy z technicznego punktu widzenia, byłby nieopłacalny). yródła energii pierwotnej możemy również podzielić inaczej - na istotne i nieistotne dla planowania przez gminę strategii rozwoju lokalnej energetyki. Pierwsza z tych dwu kategorii obejmuje te typy paliw, na których wykorzystanie gmina posiada wpływ. Może to być działanie samej gminy (budowa lub doprowadzenie do budowy przez inne podmioty pożądanej infrastruktury energetycznej). Może to być również działanie pośrednie - wpływ na strategię przedsiębiorstw energetycznych w zakresie rozwoju ich infrastruktury na terenie gminy (np. poprzez narzucenie przedsiębiorstwu ciepłowniczemu określonych kierunków rozwoju w Założeniach do planu zaopatrzenia gminy w ciepło ). Należy tu podkreślić, że podział paliw na istotne i nieistotne dla planowania w gminie, przebiega nieza- leżnie od podziału na paliwa odnawialne i nieodnawialne oraz od podziału paliw odnawialnych na lo- kalne, regionalne i krajowe. Z punktu widzenia modeli optymalizujących lokalną politykę energetyczną możemy wyróżnić trzy na- stępujące grupy paliw: - paliwa nieistotne dla planowania rozwoju energetyki w gminie (nieodnawialne nie nadające się do wykorzystania w gminie, np. węgiel brunatny, odnawialne na których wykorzystanie gmina nie ma wpływu, np. wiatr, woda), - paliwa istotne dla planowania rozwoju energetyki w gminie, o koszcie krańcowym stałym (nieodna- wialne nadające się do wykorzystanie w gminie, np. gaz ziemny, odnawialne o zasięgu regional- nym lub krajowym, np. pelet), - paliwa istotne dla planowania rozwoju energetyki w gminie, o koszcie krańcowym zależnym od zu- życia (lokalne zasoby odnawialne, na których wykorzystanie gmina ma wpływ). Podział zródeł energii z uwzględnieniem wyżej omówionych kryteriów i aspektów przedstawiają tabele 1 i 2. Tabela1 Podział paliw na typy (z perspektywy energetyki gminnej) zasięg paliwa paliwa funkcjonujące na paliwa lokalne rynkach ponadlokalnych (koszt krańcowy zależny od istotność paliwa (koszt krańcowy stały) ilości) dla planowania w gminie paliwa nieodnawialne nada- lokalne paliwa odnawialne, na jące się do wykorzystania których wykorzystanie gmina zasoby istotne dla planowania w gminie w gminie, np. olej opałowy, ma wpływ, np. słoma, biomasa LPG, węgiel ekogroszek pochodzenia zwierzęcego paliwa odnawialne o zasięgu ponadlokalnym, np. pelet paliwa nie nadające się do paliwa odnawialne, na których zasoby nieistotne dla planowania w gminie wykorzystania w gminie, np. wykorzystanie gmina nie ma węgiel brunatny wpływu, np. wiatr, woda (wy- jątkami mogą być obiekty bardzo małe) Tabela 2 Najważniejsze paliwa z uwzględnieniem zasięgu wykorzystania i istotności dla planowania w gminie (uwarunkowania w Polsce) lp Nośnik energii Zasięg wykorzystania Przyczyny konieczności Istotność dla Koszt krańcowy pozy- (lokalny / regionalny / wykorzystania lokalnego planów skania w relacji do ilości krajowy) (techniczne / ekono- tworzonych (z punktu widzenia miczne) przez gminę gminy) 1 Drewno leśne, z sadow- nictwa lub z upraw - nie lokalny / regionalny ekonomiczne tak zmienny przetworzone (zrębki lub polana) 2 Drewno przetworzone stały (za wyjątkiem regionalny / krajowy - tak (brykiet lub pelet) gmin bardzo dużych) 3 Drewno odpadowe np. zmienny (ograniczoność lokalny ekonomiczne tak trociny zasobów) 4 Gaz wysypiskowy zmienny (ograniczoność lokalny techniczne tak zasobów) 5 Gaz ziemny sieciowy krajowy - tak stały 6 Gaz CNG krajowy - tak stały 7 Gaz LNG krajowy - tak stały 8 Geotermia lokalny techniczne tak zmienny 9 Kiszonka kukurydzy lokalny ekonomiczne tak zmienny (biogazownie) 10 Odpady z procesów pro- zmienny (ograniczoność dukcyjnych (np. prze- różnie różnie tak zasobów) mysł spożywczy) 11 Olej opałowy krajowy - tak stały 12 Osady ściekowe zmienny (ograniczoność lokalny ekonomiczne tak zasobów) 13 Słoma luzem lokalny ekonomiczne tak zmienny 14 Słoma w formie beli lokalny ekonomiczne tak zmienny i balotów 15 Słoma w formie lokalny / regionalny - tak zmienny brykietów 16 Słońce lokalny techniczne tak zmienny 17 Substraty pochodzenia zwierzęcego lokalny ekonomiczne tak zmienny (biogazownie) 18 Węgiel brunatny krajowy - nie stały 19 Węgiel kamienny międzynarodowy - tak stały energetyczny 20 Węgiel typu ekogroszek krajowy - tak stały 21 Wiatr lokalny techniczne nie zmienny 22 Woda lokalny techniczne nie zmienny 3. SPOAECZNE KOSZTY POZYSKANIA PALIW LOKALNYCH W przypadku zasobów lokalnych mogą istnieć dwa sposoby pozyskiwania paliwa: - wytwórca energii finalnej (np. przedsiębiorstwo komunalne) pozyskuje paliwo bezpośrednio, - wytwórca energii finalnej kupuje paliwo od lokalnych firm. W pierwszym przypadku wytwórca energii finalnej sam ponosi wszelkie koszty pozyskania paliwa, takie jak np.: wynagrodzenia, wynajem lub zakup odpowiednich maszyn, itp. Całkowity koszt spo- łeczny pozyskania paliwa TSC możemy obliczyć ze wzoru: Q TSC (Q) = +"MC(x)dx , 0 gdzie: MC koszt krańcowy (marginal cost), Q ilość. Wartości TSC będzie odpowiadało na rysunku 1 pole powierzchni pod krzywą MC(Q) oznaczone jako A (założono, tak dużą ilość zródeł paliwa, że koszt krańcowy jest funkcją ciągłą, w przypadku kilku zródeł koszt krańcowy byłby funkcją schodkową). Rys. 1. Koszt pozyskania paliwa lokalnego bezpośrednio przez wytwórcę energii finalnej W drugim przypadku koszt całkowity bezpośrednio poniesiony przez wytwórcę energii będzie równy iloczynowi ceny i ilości paliwa (powierzchnia A+B na rysunku 2). Zauważmy jednak, że pojawia się tu nadwyżka producentów, wynikająca z tego, że część dostawców paliwa posiada koszty produkcji niższe od ceny. Aączną nadwyżkę wszystkich producentów PS obliczyć możemy ze wzoru Qo PS = - MC(Q)]dQ , +"[P 0 gdzie: P cena, Q0 ilość paliwa zakupiona przez wytwórcę energii od dostawców paliwa. Tak więc producent energii płacąc za paliwo, pokryje koszty dostaw tego paliwa (powierzchnia A) oraz nadwyżkę (marżę) dostawców (powierzchnia B) [2]. Jeśli jednak spojrzymy na zjawisko z perspektywy ogólnospołecznej, widzimy, że nadwyżka dostawców (powierzchnia B) nie jest kosztem, a ma jedynie charakter redystrybucji zasobów (wydatek wytwórcy energii i przychód dostawcy paliwa). A zatem kosztem pozyskania paliwa z perspektywy społecznej jest tylko powierzchnia A. Tak więc dochodzimy do wniosku, że dla obliczenia kosztów pozyskania paliw lokalnych, nie ma znaczenia czy są one produkowane bezpośrednio przez wytwórcę energii finalnej, czy kupowane od lokalnych podmiotów prywatnych. Rys. 2. Całkowity koszt społeczny paliwa lokalnego w przypadku zakupu paliwa przez wytwórcę energii finalnej od lokalnych firm Nadmieńmy, że w przypadku zakupu paliwa odnawialnego na rynku ponad lokalnym, koszt poniesiony przez wytwórcę energii będzie (podobnie jak w przypadku drugim) równy iloczynowi ceny i ilości zakupionego paliwa. Również i tu może wystąpić nadwyżka producentów (tym razem spoza gminy). Jeśli jednak założymy, że rynek ponad lokalny jest rynkiem wysoce konkurencyjnym oraz, że kupowane ilości paliwa są zbyt małe, aby na ten rynek wpływać, będziemy mogli przyjąć, że nadwyżki dostawców paliwa bliskie są zeru [1, 2]. 4. DETERMINANTY SPOAECZNYCH KOSZTÓW KRACCOWYCH 4.1. Słoma Całkowity roczny potencjał energetyczny słomy w Polsce oceniany jest na 100-200 PJ [5, 6]. Wraz ze wzrostem ilości słomy, która zostanie zaplanowana przez gminę do energetycznego wykorzystania, ko- nieczne będzie wykorzystywanie terenów o coraz gorszych parametrach techniczno-ekonomicznych. Pozyskiwanie słomy będzie się zatem stawać coraz droższe. Chcąc uwzględnić to zjawisko to w mode- lach optymalizujących zarządzanie rozwojem lokalnej energetyki musimy skonstruować funkcję odwzorowującą ilość paliwa w jego koszt krańcowy (funkcja będzie oczywiście miała inny kształt dla każdej gminy). Możemy tego dokonać wyodrębniając pewną ilość lokalizacji (grup lokalizacji) i przypisując każdej z nich koszt jednostkowy pozyskania paliwa oraz potencjał. Jest to postępowanie analogicznie do (spotykanych w modelach) metod wyznaczania kosztów krańcowych pozyskania węgla kamiennego z krajowych zasobów (każda kopalnia traktowana jest jako zródło paliwa o określonym potencjale i o określonym koszcie wydobycia) [23]. W ten sposób otrzymamy zbiór par liczb {pi,ki}, i = 1,2, ...n, gdzie: i - numer lokalizacji, pi - potencjał i-tej lokalizacji (t lub GJ), ki - koszt pozyskania jednostki paliwa z i-tej lokalizacji, n ilość lokalizacji. Graficzną ilustracją takiej funkcji jest krzywa schodkowa pokazana na rysunku 3 (przykład dla trzech lokalizacji). Rys. 3. Przykład graficznej postaci funkcji kosztu krańcowego pozyskania słomy 4.2. Drewno z leśnictwa i sadownictwa Całkowity potencjał techniczny drewna energetycznego w Polsce jest wysoki i wynosi około 159 PJ [6]. Planując wykorzystanie zasobów leśnych należy jednak mieć świadomość, że nadmierna eksploatacja ekosystemów daje jedynie krótkotrwałe korzyści. W dłuższym okresie czasu prowadzi ona natomiast do spadku zdolności produkcyjnych zasobów naturalnych [4]. Znaczny potencjał posiadają również drewno odpadowe oraz uprawy drzew energetycznych. Najistotniejszymi rodzajami kosztów ponoszonych przy pozyskiwaniu drewna z leśnictwa i sadownictwa są: - wynagrodzenia (zbiór drewna, przygotowanie do załadunku, załadunek, rozładunek), - amortyzacja środków trwałych, - zakup paliwa i części zamiennych, - remonty i przeglądy, - ubezpieczenie środków trwałych i ubezpieczenie od odpowiedzialności cywilnej. Czynnikami decydującymi o wysokości wyżej wymienionych rodzajów kosztów, a zatem o atrakcyjno- ści obszaru, z którego zbierane i zwożone jest drewno są przede wszystkim: - odległość obszarów leśnych (sadów) od miejsca składowania i spalania drewna, - koncentracja terenów, - ukształtowanie i dostępność terenów, - ilość drewna uzyskiwanego z jednostki powierzchni (atrakcyjniejsze są obszary leśne i sady, w których z jednostki powierzchni uzyskać można większe masy drewna). Analityczną postać zależności kosztów krańcowych od ilości paliwa możemy dla drewna nieprzetworzonego uzyskać podobnie jak dla słomy. 4.3. Biogaz rolniczy Biogaz jest nośnikiem energii produkowanym z odchodów zwierzęcych, roślin energetycznych (najczę- ściej kukurydza) lub odpadów i pozostałości po procesach wykorzystywanych w sektorze rolno- spożywczym. Składniki te (lub ich mieszanka) poddane fermentacji beztlenowej w specjalnych instalacjach (fermentatorach) dają biogaz. Biogaz jest paliwem ekologicznym, jako że jego energetyczne wykorzystanie praktycznie nie powoduje emisji do atmosfery szkodliwych dla środowiska gazów (biorąc pod uwagę cały cykl obiegu materii). Szacuje się, że dzięki biogazowniom rolniczym w Polsce możliwe będzie zmniejszenie emisji do atmosfery dwutlenku węgla o około 3,4 mln t rocznie [9]. Jak pokazują dotychczasowe doświadczenia, z 1 m3 odchodów zwierzęcych płynnych lub 1 m3 obornika można uzyskać odpowiednio 20 m3 i 30 m3 biogazu o wartości energetycznej 23 MJ/m3 [6], [25]. Należy jednak mieć świadomość tego, że produkcja biogazu pochodzenia zwierzęcego zasadna jest jedynie w odpowiednio dużych gospodarstwach. Zasoby ekonomiczne biogazu zwierzęcego w naszym kraju oceniane są na 1,3 mld m3 rocznie, co odpowiada 26 PJ [16]. Biorąc pod uwagę biogaz zarówno pochodzenia zwierzęcego jak i roślinnego, szacuje się, że docelowo w Polsce wytwarzane będzie od 3,5-3,8 mld m3 czystego metanu [9]. Jest to więc potencjał mogący odegrać znaczącą rolę w bilansie paliwowym Polski, a także zredukować zależność naszego kraju od zewnętrznych dostaw gazu ziemnego. Przewiduje się, że moc elektryczna wszystkich instalacji biogazowych (w tym gaz wysypiskowy i gaz ze szlamów ściekowych) osiągnie w 2020 roku 802 MW, a w 2030 roku 1 379 MW. Najważniejsze czynniki wpływające na koszty pozyskiwania substratów zwierzęcych do biogazowni centralnych to: - wielkość gospodarstw dostarczających substrat, - odległość gospodarstw dostarczających substrat od biogazowni i od siebie nawzajem, - dostępność i jakość dojazdu do gospodarstw dostarczających substrat. Najważniejsze czynniki decydujące o koszcie jednostkowym produkcji biogazu w biogazowniach in- dywidualnych to: - wielkość gospodarstwa, - możliwość zagospodarowania ciepła, - predyspozycje gospodarstwa do budowy biogazowni (ukształtowanie terenu, rodzaj gruntu, itp.), - odległość miejsca powstawania substratu od biogazowni. Możliwość zagospodarowania ciepła jest dla opłacalności produkcji biogazu również szalenie istotna. Niepełne wykorzystanie ciepła powstałego w czasie spalania biogazu w agregatach kogeneracyjncyh powoduje obniżkę sprawności układu. Zjawisko to może być szczególnie odczuwalne w biogazowniach indywidualnych w okresie letnim. Wraz ze wzrostem udziału biogazu w bilansie energetycznym gminy rośnie nie moc jednej zadanej bo- gazowni, ale ilość tego typu obiektów w gminie. Zatem efekt spadku jednostkowych kosztów inwesty- cyjnych wraz ze wzrostem mocy nie będzie tutaj miał miejsca. Koszt krańcowy produkcji biogazu (energii) będzie rósł w miarę zwiększania udziału biogazu w bilansie energetycznym gminy, ponieważ zmuszeni będziemy do budowy coraz mniej atrakcyjnych biogazowni indywidualnych (coraz mniejszych, z coraz słabszymi możliwościami wykorzystania ciepła itp.) 4.4. Uprawy roślin energetycznych Drewno z upraw energetycznych wykorzystywane jest do produkcji ciepła w taki sposób, jak drewno pochodzenia leśnego lub drewno z sadownictwa. Inny jest tu jednak sposób pozyskiwania paliwa. Drewno pochodzi w tym przypadku ze specjalnie stworzonych przez człowieka plantacji. Wśród roślin, które najlepiej nadają się do uprawy w warunkach europejskich znajdują się przede wszystkim drzewa szybko rosnące (np. wierzba), byliny (np. topinambur), trawy wieloletnie (np. miskant olbrzymi) oraz ślazowate (np. ślazowiec pensylwański). Wydajność plantacji może dochodzić nawet do 50 t świeżej masy z jednego hektara rocznie [19], przy czym wartość opałowa zebranego surowca to około 16 GJ/t [24, 4]. Techniki kultywacji roślin energetycznych są dość zróżnicowane i zależą od gatunku uprawianej rośliny. W Polsce coraz powszechniej do celów energetycznych wykorzystuje się wierzbę energetyczną. Podstawową zaletą tej rośliny jest możliwość jej kultywacji na mało żyznych lub nawet skażonych terenach. Cały cykl upraw trwa około 20 lat i obejmuje sadzenie, pielęgnację oraz zbiory (5- 8 zbiorów w ciągu cyklu) [6]. Najważniejsze rodzaje kosztów ponoszonych przy kultywacji, zbiorze i transporcie drewna z upraw energetycznych są następujące: - koszt sadzonek, - amortyzacja środków trwałych (maszyn i urządzenia), - paliwo, części zamienne, przeglądy, konserwacja maszyn i urządzeń, - wynagrodzenia, - rekultywacja terenów. Zebraną masę drzewną formuje się w zrębki (kawałki o długości kilku cm) lub polana (kawałki o długości kilkudziesięciu cm) i suszy się. Bywa, że surowiec przerabia się na pelety lub brykiety. Tak przygotowane paliwo jest droższe, posiada jednak nieco lepsze własności fizyko-chemiczne i jest znacznie wygodniejsze w transporcie, przez co może stać się paliwem ponad-lokalnym. Należy jednak dodać, że część roślin energetycznych jest znacznie mniej wrażliwa na klasę gruntu niż kukurydza. 4.5. Odpady poprocesowe Liczne procesy technologiczne prowadzone przez człowieka powodują powstawanie odpadów o poten- cjale energetycznym. Do najważniejszych energetycznych pozostałości poprocesowych można zaliczyć osady ściekowe, gaz wysypiskowy, odpady z drewna oraz inne przemysłowe odpady organiczne. Osady ściekowe tworzą się w biologicznych oczyszczalniach ścieków (głównie komunalnych, rzadziej przemysłowych). Powstały w reaktorze biologicznym osad jest gromadzony, a następnie poddawany fermentacji. Wartość energetyczna osadów ściekowych wynosi około 11 GJ/t [7]. Gaz wysypiskowy to produkt uboczny samoczynnej fermentacji zachodzącej w komunalnych składowiskach odpadów. Jego wykorzystanie uwarunkowane jest istnieniem na składowisku specjalnej, odgazowującej instalacji. Zasoby metanu wysypiskowego możliwego do pozyskania szacowane są w Polsce na 135-145 mln m3 rocznie [6]. Technika wykorzystania biogazu ściekowego i wysypiskowego jest taka sama jak w przypadku biogazu rolniczego. Dużym potencjałem energetycznym cechują się również odpady z drewna (np. trociny tartaczne, resztki wykorzystanych opakowań drewnianych, itp.). Zasoby te szacuje się na około 54 PJ rocznie [6]. Energetyczne wykorzystanie osadów ściekowych, gazu wysypiskowego, odpadów z drewna i innych odpadów organicznych jest neutralne dla środowiska (w porównaniu do sytuacji, gdy zasoby te pozostawione są bez zagospodarowania). Odpady powstają również w czasie wielu innych wykonywanych przez człowieka czynności (produkcja alkoholi, przemysł spożywczy, pielęgnacji zieleni miejskiej itd.). Procesy te mogą być tak różne, że badając charakter zależności kosztów krańcowych od ilości paliwa należy każdy przypadek rozpatrywać indywidualnie. Wszystkie typy odpadów po-procesowych będą jednak miały wspólny mianownik: ich potencjał (z punktu widzenia gminy) będzie ograniczony, co odróżnia je od paliw ponad lokalnych. Zjawisko to można zapisać w następujący sposób: MC(Q) = f(Q), dla 0 d" Q d" Q0, oraz MC(Q) = " dla Q > Q0, przy czym Q0 to potencjał zródła odpadów. Szczególnym przypadkiem funkcji f(Q) będzie f(Q) = constans (stałe koszty krańcowe aż do pełnego wykorzystania zródła odpadów). 4.6. Energia słoneczna i geotermalna Słońce i geotermia posiadają pewną wspólną cechę. Ich wykorzystanie nie wiąże się z występowaniem paliwa czyli substancji magazynującej energię chemiczną. W obu tych przypadkach energia istniejąca w naturze zamieniana jest na energię finalną bez pośrednictwa paliwa. Podobnie jest dla wiatru i wody. Dla słońca mamy do czynienia z przemianą energii fali elektromagnetycznej na energię elektryczną lub ciepło. Dla geotermii - ciepło wnętrza ziemi zamieniane jest na ciepło użytkowe. Trudno tu zatem mó- wić o kosztach krańcowych paliwa, można się jednak zastanawiać nad zależnością kosztów krańcowych energii od jej ilości biorąc pod uwagę inne typy kosztów (inwestycyjne, eksploatacyjne). W przypadku energii słonecznej należy przy tym pamiętać, że przyjmujemy perspektywę gminy, a nie jednej instalacji. Tak więc zastanawiamy się nie nad tym, jak będzie się zmieniał koszt krańcowy energii solarnej przy zwiększaniu powierzchni kolektorów w jednym gospodarstwie, ale nad tym jak będzie się zmieniał koszt krańcowy energii wytworzonej w gminie w miarę, jak kolektory słoneczne wykorzystywane będą przez kolejne gospodarstwa. W przypadku geotermii perspektywa gminy pokrywać się będzie na ogół z perspektywą jednej, central- nej instalacji (wykorzystanie przydomowych pomp ciepła zostało w rozważaniach pominięte). Efekt spadku jednostkowych kosztów inwestycyjnych wraz ze wzrostem mocy zainstalowanej nałoży się tu więc na efekt konieczności sięgania po zasoby o coraz słabszych predyspozycjach techniczno- ekonomicznych. Można przypuszczać, że koszt krańcowy energii w miarę zwiększania mocy instalacji będzie początkowo malał (spadek kosztów jednostkowych inwestycji), a następnie wzrastał ( konieczność sięgania po coraz mniej dostępne zasoby). Obydwa omawiane w niniejszym rozdziale zródła energii posiadają w Polsce znaczący potencjał i każde z nich będzie miało swój wkład w realizację rządowych planów zwiększania udziału energii odnawialnej w całkowitym bilansie energetycznym kraju. Zgodnie z Polityką energetyczną Polski do roku 2030 [9], roczna produkcja energii finalnej z geotermii i słońca będzie docelowo następująca: - geotermia - 348,1 ktoe, - słońce 139,3 ktoe (w tym 2,1 fotowoltaika). Do najistotniejszych parametrów wpływających na koszty pozyskania energii słonecznej zaliczyć mo- żemy (panele solarne instalowane na dachach budynków): - kąt nachylenia dachu budynku, - ułożenie kalenicy dachu dwu-spadowego względem kierunków świata, - ilość osób zamieszkujących budynek (ilość wykorzystywanej ciepłej wody użytkowej), - koszt wzmocnienia dachu. Dla geotermii najważniejszymi czynnikami wpływającymi na koszty wyprodukowanej energii są: - wydajność zródła, - temperatura wody geotermalnej, - odległość obiektu od sieci ciepłowniczej, - typ gruntu i predyspozycje geologiczne do wykonywania odwiertów. 5. PODSUMOWANIE Odnawialne zasoby energii możemy podzielić na lokalne i ponad-lokalne oraz na istotne i nieistotne dla planowania rozwoju energetyki gminnej. Modele optymalizujące rozwój energetyczny gminy powinny się koncentrować na zasobach istotnych dla gminy, a nieistotne pominąć. Dla zasobów istotnych z per- spektywy gminy, które funkcjonują na rynkach ponad-lokalnych można przyjąć koszt krańcowy paliwa jako stały i niezależny od ilości. Dla tych zródeł koszt krańcowy paliwa będzie się zmieniał wraz z ilością produkowanej energii. Uwzględnienie tego zjawiska w modelach matematycznych może być dokonane poprzez podział całego potencjału danego zasobu na lokalizacje (lub grupy lokalizacji o podobnych predyspozycjach). Każda lokalizacja (grupa lokalizacji) będzie scharakteryzowana przez potencjał oraz koszt jednostkowy paliwa. LITERATURA [1] Begg D., Fisher S., Dornbusch R: Economics. 9th Edition. Mc Graw-Hill, Berkshire, 2008. [2] Besanko D., Braeutigam R.: Microeconomics. 3rd Edition. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, 2008. [3] Delay H.: Beyond growth. Beacon Press Books, Boston, 1996. [4] Delay H., Farley J.: Ecological economics. Island Press, Washington, 2004. [5] Gajberger-Sulecka R.: Wybrane problemy promowania efektywności energetycznej i odnawialnych zródeł energii w ciepłownictwie. Rynek Energii 2005, nr 6(61), s.13-22. [6] Jesionek J., Soliński I.: Biomasa-ekologiczne i odnawialne paliwo XXI wieku. Polityka Energetyczna 2004, t.7, z.1, s.37-115. [7] Kaczmarek A.: Energetyczne wykorzystanie biomasy. Rynek Energii 2008, nr 2(75), s. 54-58. [8] Kancelaria Prezesa Rady Ministrów: Uchwała w sprawie Polityki energetycznej Polski do 2030 roku , 2009. [9] Kancelaria Prezesa Rady Ministrów: Kierunki rozwoju biogazowni rolniczych w Polsce. 2010. [10] Kiciński J., Lampart P.: Mini i mikrosiłownie CHP ORC jako perspektywiczna forma wdrażania technologii OZE w Polsce. Energetyka Cieplna i Zawodowa 2009, nr 6, s. 39-42. [11] Klojzy-Kaczmarczyk B., Mazurek J.: Zadania samorządów lokalnych w procesie likwidacji niskiej emisji. Polityka Energetyczna 2009, t.12, z.2.2, s.277-284. [12] Kotowicz J., Bartela A.: Energetyczne wykorzystanie biomasy drzewnej przegląd technologii. Rynek Energii 2007, nr 6(73), s. 22-28. [13] Kudełko M.: Efektywna alokacja zasobów w krajowym systemie energetycznym. Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią, Kraków, 2003. [14] Kudełko M. i inni: Implementation of ExternE Methodology in Eastern Europe. Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią. Praga, Charles University, Kraków, 2004. [15] Kudełko M., Suwała W., Kamiński J.: Koszty zewnętrzne w energetyce zastosowanie w badaniach modelowych. Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią, Kraków, 2007. [16] Kupczyk A., Kupczyk M.: Rozwój biogazowni rolniczych w Polsce. Energetyka Cieplna i Zawodowa 2009, nr 10, s. 23-29. [17] Malko J.: Energetyka rozproszona uwarunkowania i perspektywy. Polityka Energetyczna 2004, t.7, z.spec., s.257-265. [18] Malko J.: Sieci inteligentne zasady, technologie. Rynek Energii 2009, nr 3(82), s.13-21. [19] Mocha R., Pniewska M., Kadłubiec W.: Model energetyczny gminy. Technologie, regulacje prawne, ekonomika, logistyka. Referat z konferencji Stabilizacja bezpieczeństwa energetycznego Polski w okresie 2008-2020 za pomocą mechanizmów rynkowych , Warszawa 16-17 czerwca 2008. [20] Popczyk J.: Działania na 2008 oraz strategia na okres przejściowy (do 2020) uwzględniająca perspektywę 2050. Elektroenergetyka, Raport roczny 2007. [21] Popczyk J.: W kierunku wielkiej syntezy energii z otoczeniem. Energetyka Cieplna i Zawodowa 2009, nr 10, s. 5-8. [22] Popczyk J.: Kto zarobi a kto straci na handlu energią. Referat z VIII Konferencji Odbiorcy na rynku energii , Legnica 31 marca 2010. [23] Soliński I.: Metoda wyznaczania kosztów przyrostu pozyskania nośników energii w aspekcie zapotrzebowania gospodarki. Centrum Podstawowych Problemów Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią, Kraków, 1989. [24] Strzelczyk F., Wawrzczak A.: Efektywność biomasy jako paliwa energetycznego. Rynek Energii 2008, nr 5(78), s. 51-57. [25] Tys J.: Wykorzystanie surowców rolniczych w energetyce. Wieś jutra, Warszawa, 2009. [26] Ustawa Prawo energetyczne z 10 kwietnia 1997. FACTORS DETERMINING MARGINAL COSTS OF RENEWABLE FUELS Key words: sustainable energy resources, renewables, biomass, biogas, municipality Summary. Marginal cost of local renewable fuel is not constant but changes with quantity of the fuel (usually increases). In case of small scale we use only those resources of primary energy that have attractive technical and economic parameters e.g. short distance from the place of conversion to final energy. When scale increases it is necessary to use sources with worse parameters, which results in more expensive fuel. As a result of this phenomenon each kind of local renewable energy may be attractive only up to certain level. Above this level marginal cost of fuel is to high to compete with other kinds of energy. This article deals with changes of marginal cost of renewable fuel with respect to quantity of this fuel. The article also contains proposal of mathematical formulation of this problem, which may be used while construing models of optimization of energy policy of municipality. Zbigniew Juroszek, jest absolwentem Wydziału Elektrycznego Politechniki Śląskiej oraz Śląskiej Międzynarodowej Szkoły Handlowej. Posiada kilkunastoletnie doświadczenie zawodowe wyniesione z pracy na kierowniczych stanowiskach w przedsiębiorstwach energetycznych oraz firmach świadczących usługi dla przedsiębiorstw energetycznych. W chwili obecnej sprawuje funkcje Dyrektora ds. Marketingu i Rozwoju oraz Prokurenta w spółce akcyjnej Energoaparatura. Do zainteresowań autora należą: polityka energetyczna kraju, zrównoważony rozwój, ekonomia ochrony środowiska oraz historia myśli ekonomicznej.