Autor: Rafał Frączek
Studium wykonalności
Właściwe opracowanie studium wykonalności wymaga koordynacji różnych branż, znajomości lokalnej specyfiki i uwarunkowań, potencjału danego regionu, stałego aktualizowania danych podczas tworzenia opracowania. Dotyczy to na przykład zmieniających się regulacji prawnych, parametrów potencjalnie zastosowanych urządzeń, kosztów opracowana koncepcji, realizacji budowy, eksploatacji, użycia materiałów wsadowych, powodowania emisji i wielu innych kwestii. Wykonawca studium powinien posiadać odpowiednie referencje, wykazać się odpowiednią znajomością realizowanego projektu. Powinien umieć wybiegać w przyszłość, aby uwzględnić trendy i ocenić wiarygodnie potencjał propozycji.
Założenia projektu
Należy zacząć od danych wyjściowych i założeń do projektu. Początek stanowią wizje lokalne, podczas których możliwe są uzgodnienia z odpowiednimi służbami, dokonywany jest przegląd dokumentacji, m.in. plan zagospodarowania ZTPO, zbierane są dane niezbędne do wykonania prognozy finansowej itd. Niezbędne jest przywołanie odpowiednich regulacji prawnych i normatywnych.
Opis technologiczny – zasadnicze elementy instalacji wodorowych
W tego rodzaju opracowaniu przedstawia się opis technologiczny dla koncepcyjnego projektu oraz założenia ogólne.
W studium należy określić jakość wodoru oraz wymagane ilości. Na tej podstawie należy rozważyć najlepszą dostępną ekonomicznie możliwość. Dodatkowym zagadnieniem są możliwości zasilania elektrolizera (rodzaj, ilość energii). Na potrzeby koncepcji należy także dobrać odpowiednie wykonanie elektrolizera. Wsad do elektrolizera stanowić będzie również woda. Do przeprowadzenia procesu elektrolizy przewiduje się różne ilości wody i jej parametry, takie jak ciśnienie, temperatura, w zależności od wielkości układu i rodzaju wybranego wyposażenia.
Instalacja powinna pracować w zakresie obciążenia 10%–100%. Wyznaczane jest szacowane zużycie mediów (wskaźnikowe oraz maksymalne), a także ilość wyprodukowanego wodoru w poszczególnych etapach realizacji. Część zużytej w procesie elektrolizy energii elektrycznej zamienia się w ciepło oraz tlen. W koncepcji zazwyczaj zakłada się sprężenie wytworzonego wodoru za pomocą kompresorów, transport do zbiorników magazynowych, a następnie dystrybucję wodoru o odpowiedniej jakości. Wodór sprężony, nadający się do wykorzystania jako zasilanie elektrycznych ogniw paliwowych, musi spełniać wymagania jakościowe zawarte m.in. w normie ISO14687-2. W procesie elektrolizy produkowany jest wodór wysokiej czystości 99,999%.
W skład instalacji najczęściej wchodzą:
W ramach studium zazwyczaj planuje się różne etapy realizacji wytwarzania wodoru: od instalacji mniejszej pilotażowej do docelowej. Poszczególne etapy mogą znajdować się w tej samej lub różnej lokalizacji. Warianty uwzględniają urządzenia o mniejszej i większej mocy.
Wodór może być wytwarzany w elektrolizerach o odpowiedniej mocy. Dostarczana do układu elektrolizera woda oraz energia elektryczna powinna posiadać odpowiednie parametry. Ilość produkowanego wodoru zależy od zastosowanych rozwiązań. Sprężony wodór kierowany jest do wysokociśnieniowych zbiorników magazynowych, których wielkość również należy określić. Proces dystrybucji może się odbywać na stanowiskach tankowania w czasie zależnym od potrzeb.
Branżowe uwarunkowania techniczne: architektoniczne, sanitarne, elektryczne, AKPiA
Opracowanie studium wymaga pracy specjalistów wielu branż. Aby zrealizować techniczną część koncepcji, należy dokonać przeglądu dostępnych na rynku rozwiązań pod względem technologicznym, jakościowym, cenowym oraz uwzględnić trendy, które wpłyną na rozwiązania w przyszłości.
W zakresie branży architektonicznej należy określić zespół obiektów wraz z ich funkcjami i charakterystykami, przenalizować m.in. koncepcję przestrzenną zabudowy, a podczas konsultacji z inwestorem określić optymalne lokalizacje różnych wariantów. Trzeba również przewidzieć wykonanie obiektów technologicznych, logistykę transportu i załadunku, przewidywany bilans powierzchni itp.
W zakresie branży sanitarnej konieczne jest uwzględnienie m.in. istniejących instalacji wodociągowych, zaopatrzenia w natryski, instalacji kanalizacji deszczowej, sanitarnej, wody do celów ppoż. Jeśli chodzi o branżę elektryczną, należy zaproponować odpowiednie bezkolizyjne zasilanie.
W ramach branży AKPiA dla instalacji składającej się z elektrolizerów oraz kompresorów wymagane są elementy takie, jak przepływomierze, zawory odcinające i regulacyjne, przetworniki ciśnienia i temperatury, manometry i termometry oraz ewentualnie dodatkowe układy: detekcji płomienia, detekcji gazu, instalacje teletechniczne CCTV, sieć strukturalna, kontrola dostępu itp. Dla systemu sterowania procesowego należy przewidzieć sterowniki z automatyką kompresorów.
Uwarunkowania ekonomiczne, możliwości finansowania projektów wodorowych
Studium analizuje uwarunkowania techniczne, prawne i instytucjonalne dla instalacji, określenie możliwości i zasad sprzedaży wyprodukowanego wodoru, wpływ rozwiązań instytucjonalnych na opcje finansowania (dotacja, finansowanie PFR, kredyt komercyjny oraz przy wykorzystaniu instrumentów kapitałowych).
Jednym z przykładów opcji finansowania może być aplikowanie o wsparcie ze środków Innovation Fund (InnovFund). Fundusz ten został uruchomiony m.in. w oparciu o zapisy rozporządzenia delegowanego Komisji (UE) 2019/856 z dnia 26 lutego 2019 r. uzupełniającego dyrektywę 2003/87/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w odniesieniu do działania funduszu innowacyjnego.
O dofinansowanie ze środków InnovFund mogą ubiegać się osoby prawne, stanowiące podmioty prywatne, podmioty publiczne lub organizacje międzynarodowe, będące jednocześnie bezpośrednio odpowiedzialnymi za realizację i zarządzanie projektem (w stosownych przypadkach wspólnie z innymi wnioskodawcami), tj. niedziałające jako pośrednik.
Innym rodzajem może być finansowanie dłużne, np. kredyt. Atrakcyjność tej formy wzrosła w wyniku nowelizacji prawa zamówień publicznych, wyłączającej konieczność organizowania postępowania w sprawie udzielenia zamówienia publicznego na zawarcie umowy kredytowej.
Rozwiązaniem konkurencyjnym w stosunku do pozyskania finansowania kredytowego jest emisja obligacji. Przysługuje ona m.in. osobom prawnym prowadzącym działalność gospodarczą lub utworzonym wyłącznie w celu przeprowadzenia emisji obligacji, co daje możliwość tworzenia spółek typu SPV (special purpose vehicle) na potrzeby pozyskania kapitału.
Uwarunkowania środowiskowe, prawne i administracyjne
W celu realizacji przedsięwzięcia niezbędne jest pozyskanie decyzji o środowiskowych uwarunkowaniach (DUŚ). Zgodnie z art. 71 ust. 2 ustawy z dnia 3 października 2008 r. o udostępnianiu informacji o środowisku i jego ochronie, udziale społeczeństwa w ochronie środowiska oraz o ocenach oddziaływania na środowisko (dalej zwanej: UOOŚ) uzyskanie decyzji o środowiskowych uwarunkowaniach jest wymagane dla planowanych:
1) przedsięwzięć mogących zawsze znacząco oddziaływać na środowisko;
2) przedsięwzięć mogących potencjalnie znacząco oddziaływać na środowisko.
Budowa instalacji do produkcji i dystrybucji wodoru stanowi przedsięwzięcie określone w § 2 ust. 1 pkt 1 lit. b rozporządzenia Rady Ministrów z dnia 10 września 2019 r. w sprawie przedsięwzięć mogących znacząco oddziaływać na środowisko. Zgodnie z tym przepisem „do przedsięwzięć mogących zawsze znacząco oddziaływać na środowisko zalicza się (…) instalacje do wyrobu substancji przy zastosowaniu procesów chemicznych służące do wytwarzania (…) podstawowych produktów lub półproduktów chemii nieorganicznej”. Tabela 1 przedstawia wykaz czynności niezbędnych do wydania właściwej decyzji.
Przedstawiamy wykaz czynności niezbędnych do wydania właściwej decyzji.
Ostatnim elementem przygotowania formalnoprawnego w ramach fazy inwestycyjnej przedsięwzięcia jest pozyskanie pozwolenia na budowę. Nie można wykluczyć ustanowienia obowiązku przeprowadzenia powtórnej oceny oddziaływania na środowisko na etapie pozyskiwania pozwolenia na budowę (art. 88 UOOŚ). Kompetencję w tym zakresie posiada organ właściwy do wydania pozwolenia.
Inne wymagane działania prawne i administracyjne związane z przygotowaniem i realizacją inwestycji w fazie eksploatacji to m.in. pozwolenie na użytkowanie oraz pozwolenie zintegrowane.
Eksploatacja instalacji służącej do wytwarzania i dystrybucji wodoru wymagać będzie uzyskania pozwolenia zintegrowanego zgodnie z załącznikiem do rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 27 sierpnia 2014 r. w sprawie rodzajów instalacji mogących powodować znaczne zanieczyszczenie poszczególnych elementów przyrodniczych albo środowiska jako całości.
Ryzyka finansowe, technologiczne, pożarowe/wybuchowe i ekologiczne
Kolejnym krokiem jest ekonomiczne i finansowe porównanie wariantów (w tym wariant „zero”) z wykorzystaniem analizy efektywności kosztowej. Należy określić przepływy operacyjne kosztów i przychodów związanych z projektem oraz wyliczyć FRR/C i NPV/C. Należy uwzględnić założenia dotyczące źródeł finansowania, sytuacji finansowej beneficjenta i kapitału obrotowego wnioskodawcy. Następnie należy wykonać analizę trwałości finansowej, prognozę rachunku zysków i strat. Finalnie należy określić wrażliwości i ryzyka projektu, uwzględniając identyfikację kluczowych dla efektywności czynników zmiennych.
Czynnikami ryzyka mogą być zmienne, które mają bezpośredni wpływ na finansową efektywność projektu, takie jak:
Ponadto ryzyko wzrostu nakładów inwestycyjnych może być związane z czynnikami o charakterze makroekonomicznym, tj. wzrostem cen usług budowlanych (w tym wzrostem cen materiałów budowlanych oraz wzrostem wynagrodzeń w sektorze budownictwa). Nakłady mogą wzrosnąć również w wyniku zmiany założeń w trakcie przygotowywania dokumentacji, w wyniku błędu na etapie ustalania zakresu rzeczowego projektu lub wystąpienia nieprzewidzianych utrudnień w zakresie prac budowlanych spowodowanych na przykład czynnikami prawnymi (np. problem z wejściem w teren).
W ramach analizy kluczowych czynników ryzyka i wymaganych działań mitygujących przeprowadza się analizy bezpieczeństwa procesowego, w tym poważnej awarii oraz ryzyka ekologicznego.
W celu przeprowadzenia (przykładowo) wstępnej analizy i oceny zagrożeń (HAZID) należy pozyskać niezbędną dokumentację, ustalić zakres analizy oraz pozostałe elementy pozwalające na przeprowadzenie etapu analitycznego, m.in. podział instalacji na węzły analityczne.
Celem badania jest zidentyfikowanie i opisanie potencjalnych zagrożeń oraz problemów, które mogą wystąpić w analizowanym systemie technicznym. Ze względu na koncepcyjny charakter projektu analiza taka bazuje na wstępnym określeniu możliwych zdarzeń niebezpiecznych związanych z funkcjonowaniem projektowanego obiektu technicznego. Analiza tego typu pozwala m.in. na znalezienie przyczyn wystąpienia zidentyfikowanych zdarzeń oraz oszacowanie ich możliwych skutków, określenie planowanych zabezpieczeń (lub rekomendowanie nowych) związanych z zapobieganiem oraz ograniczaniem wystąpienia zidentyfikowanych zdarzeń.
Wyniki tego typu analizy stanowią bazę do przeprowadzenia dalszych analiz bezpieczeństwa, które przeprowadzone będą w fazie projektowania badanej instalacji.
W ramach określenia ryzyka poważnej awarii i ustalenia bezpiecznych odległości przeprowadza się ilościową analizę ryzyka (ang. quantitative risk assessment – QRA), biorąc pod uwagę następujące czynniki:
W obiektach instalacji do produkcji i dystrybucji wodoru prowadzone będę procesy technologiczne z użyciem substancji mogących wytworzyć mieszaniny wybuchowe. W związku z tym przewiduje się występowanie stref zagrożenia wybuchem. W obszarach, w których wyznaczone zostaną strefy zagrożenia wybuchem, wymagane będą specjalne urządzenia elektryczne i nieelektryczne w wykonaniu przeciwwybuchowym. Uwzględniając powyższe oraz identyfikację mediów palnych, określa się klasyfikację stref zagrożenia wybuchem wraz ze wstępnym określeniem źródeł emisji oraz zasięgów stref zagrożenia wybuchem, które należy zweryfikować w fazie projektu wykonawczego. Wszystkie urządzenia elektryczne pracujące w strefach zagrożenia wybuchem muszą zostać dobrane odpowiednio do rodzaju strefy, klasy temperaturowej i grupy wybuchowości substancji.
Podsumowując: obiekty, w których stosuje się lub przechowuje substancje palne, powinny być zaprojektowane, eksploatowane i konserwowane zgodnie z wymaganiami odpowiednich przepisów polskiego prawa, polskich norm, norm branżowych oraz dokumentacji techniczno-ruchowej, instrukcji oraz zaleceń ich producentów. Zgodnie z klasyfikacją przestrzenie, w których istnieje możliwość wystąpienia atmosfery wybuchowej w ilościach zagrażających bezpieczeństwu i zdrowiu, należy oznaczyć w miejscach wstępu do tych przestrzeni odpowiednim znakiem ostrzegawczym. W przypadku wystąpienia zmian w obszarze technologicznym i technicznym należy zaktualizować ocenę zagrożenia wybuchem. Opracowany dokument należy poddać ponownej weryfikacji na etapie realizacji projektu wykonawczego, a także na etapie użytkowania obiektów i instalacji.
Zgodnie z definicją Environmental Protection Agency EPA ocena ryzyka ekologicznego to proces polegający na oszacowaniu prawdopodobieństwa związanego ze zdarzeniem lub działaniem powodującym szkody dla zdrowia ludzi lub środowiska. Ryzyko ekologiczne może być powodowane przez oddziaływanie sił przyrody na człowieka i gospodarkę (oddziaływanie antroposferyczne) oraz oddziaływanie człowieka, czyli związane z prowadzoną przez niego działalnością mającą wpływ na środowisko (oddziaływanie biosferyczne). Szczególny rodzaj zagrożeń występujących w środowisku to klęski o charakterze naturalnym: powodzie, huragany, katastrofy i wypadki związane z technologiami i wytworami (uwalnianie się niebezpiecznych substancji chemicznych, wybuchy, katastrofy komunikacyjne), charakteryzujące się niepowtarzalnością, losowością, wieloprzyczynowością i różnorodnością bezpośrednich skutków. Mogą one powodować zagrożenie zdrowia i życia ludzi, degradację środowiska czy też poważne straty gospodarcze.
Sprawny proces zarządzania zagrożeniem ekologicznym polega na ochronie ludzi i zasobów przyrody przed zagrożeniami związanymi z zanieczyszczaniem wody, powietrza, gleby, a także innych komponentów środowiska, w którym została naruszona równowaga. Szkodą w przypadku wystąpienia zagrożenia są negatywne skutki środowiskowe spowodowane zanieczyszczeniem komponentów środowiska lub zmianami w ekosystemach znajdujących się w zasięgu oddziaływania zdarzenia.
Czynnikami wpływającymi na istotność szkody ekologicznej jest jej wielkość, rozległość, czas trwania oraz charakter szkodliwego działania zanieczyszczenia.
Proces zarządzania ryzykiem ekologicznym charakteryzują dwie fazy:
1) analizy ryzyka, której celem jest zidentyfikowanie i ocenienie ryzyka,
2) postępowania z ryzykiem, której celem jest wybór metod sterowania ryzykiem, wdrożenie ich w życie oraz monitorowanie i aktualizacja podjętych rozwiązań.
Podsumowanie
Nadchodzi właściwy czas, aby wykorzystać potencjał energetyczny pierwiastka, którego właściwości są już znane. Wiele wskazuje na to, że to wodór odegra najważniejszą rolę w procesie dochodzenia do innej rzeczywistości energetycznej – czystej, bezpiecznej i, jak można przypuszczać, przystępnej cenowo. Możliwe, że nastąpi to w nieodległej perspektywie czasowej. Zwiększenie skali pozyskiwania wodoru stwarza warunki obniżenia kosztów, dzięki czemu wodór mógłby być szeroko stosowany. Porozumienie sektorowe powinno wspomóc rządowe działania zmierzające do opracowania pragmatycznych i wykonalnych regulacji prawnych. Dzięki takiemu porozumieniu przemysł miałby szansę wejść w tę obiecującą dynamikę. Praktyka eksploatowania właściwości wodoru to okazja sprostania różnym krytycznym wyzwaniom. Zastosowania wodoru umożliwiają bowiem dekarbonizację szeregu sektorów, w tym takich, jak: transport dalekobieżny, przemysł chemiczny, hutnictwo żelaza i stali, gdzie trudno jest osiągnąć znaczne redukcje emisji. Następstwem tych zastosowań byłaby poprawa jakości powietrza, wzmocnienie bezpieczeństwa energetycznego kraju. Jest wiele możliwości i metod pozyskania wodoru: przy wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii (opcja magazynowania energii ze źródeł odnawialnych), za pomocą energetyki jądrowej, z gazu ziemnego, węgla czy ropy naftowej.
Wodór może być transportowany jako gaz rurociągami lub w postaci płynnej, np. statkami, podobnie jak skroplony gaz ziemny. Zarówno wodór, jak i produkowane na jego bazie paliwa mogą transportować energię ze źródeł odnawialnych na duże odległości – od regionu z zasobami słonecznymi i wiatrowymi do energochłonnych miast i przemysłu. Wodór można przekształcić w energię elektryczną i metan do zasilania budynków mieszkalnych, a także pozyskać jako paliwo do samochodów, ciężarówek, statków czy samolotów.
Dla rozwoju produkcji i wszechstronnego wykorzystania czystego wodoru w przestrzeni globalnej istotne znaczenie będzie miała międzynarodowa współpraca. Kooperacja rządowa różnych krajów prowadziłaby do pozyskania wodoru na szeroką skalę w skoordynowany sposób. Miałoby to realny wpływ na nowe inwestycje w fabryki i infrastrukturę, co z kolei pozwoliłoby obniżyć koszty. W konsekwencji możliwe byłoby dzielenie się wiedzą i najlepszymi praktykami. Biznes wodorowy skorzystałby, gdyby zostały wprowadzone wspólne międzynarodowe normy. Szczególne wsparcie w tym zakresie może zaoferować Międzynarodowa Agencja Energetyczna IEA, do której należy również Polska.
W związku z powyższym warto podejść do nadchodzących zmian śmiało i praktycznie. Już dziś można się do nich przygotować, wyznaczyć sobie swego rodzaju mapę drogową – studium wykonalności w zakresie produkcji, magazynowania i użytkowania wodoru.
