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Coal, Carbon, and the Future of the Global Energy Mix

By Richard Morse

Woods Institute Energy SeminarMarch 4, 2009

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Agenda

1. Background

2. Fundamentals of the Global Trade

3. Coal in the West: Impact of Carbon on Coal

4. China’s Coal Market

5. Coal and CO2 Mitigation

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Coal under siege?

“Coal‐fired power stations are death factories.  Close them. […] coal is the single greatest threat to civilization and all life on our planet.” – Dr. James Hansen of NASA

“If somebody wants to build a coal fired power plant they can, its just that it will bankrupt them because they are going to be charged a huge sum for all that greenhouse gas that’s being emitted.” – Barack Obama to SF Chronicle

“Coal is my worst nightmare.” – Steve Chu (pre‐DOE)

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Or coal renaissance?

0%

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80%

100%

Non‐OECD OECD

All other fuelsCoal

Shares of incremental energy demand Reference Scenario,  2006 – 2030 (IEA)Increase in primary demand, 2000 – 2007 (IEA)

Mtoe

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1 000

Coal Oil Gas Renewables Nuclear

4.8%

1.6% 2.6%

2.2%

0.8%

% = average annual rate of growth

Source: IEA WEO 2008

Coal is the world’s fastest growing fossil fuel

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Emissions from coal outpace all other energy sources

0

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40

45

1980 1990 2000 2010 2020 2030

Gigaton

nes International

marine bunkersand aviation

Non‐OECD ‐ gas

Non‐OECD ‐ oil

Non‐OECD ‐ coal

OECD ‐ gas

OECD ‐ oil

OECD ‐ coal

IEA Projection of Energy Related Emissions to 2030

Source: IEA WEO 2008

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Asia’s massive growth of coal‐ fired generation capacity 

Drivers

•Cheap cost of energy fuels development

• Energy security: wide distribution of reserves and suppliers   

Source: ABARE

Total: 579.21 GW20% realization = ~400 million tons of coal new demand annually

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PESD’s work on coal

Goal: How will country‐level political economy factors affect global patterns of coal production, trade, and use under different scenarios? 

Two Part Study:

1. Global Coal Trade Model (DIW Berlin)

2. Political Economy Case Studies

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Agenda

1. Background

2. Fundamentals of the Global Trade

3. Coal in the West: Impact of Carbon on Coal

4. China’s Coal Market

5. Coal and CO2 Mitigation

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Distribution of global reserves

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Ritschel, Schiffer 2007

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Steam coal trade has increased dramatically

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1985 1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

million metric tons

Overland Trade

Source: IEA Coal Statistics

Steam Coa

lsCo

king

 Coa

ls

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The global market: trade flows

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Ritschel, Schiffer 2007

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Jan‐08

Mar‐08

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Sep‐08

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Jan‐09

$ / metric ton

Price formation is increasingly linked in the international market

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Richards Bay

Europe

Central Appalachia

Newcastle

Source: Reuters

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Domestic markets are increasingly linked to international markets

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USD/ton Spot price of Qinghuangdao(QHD) and Newcastle

Source: Newcastle data from Reuters; Qinhuangdao Data from CCTD converted with exchange rate data from NY Fed.Newcastle coals are 6700 kc/kg , QHD coals are 5800kc/kg

QHD

Newcastle

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Agenda

1. Background

2. Fundamentals of the Global Trade

3. Coal in the West: Impact of Carbon on Coala) Europeb) USA

4.   China’s Coal Market

5.   Coal and CO2 Mitigation

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‐40

‐30

‐20

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0

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70

€/ MWh

Carbon Starts to Close the Gap

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€/ MWh

Coal is More Profitable

Power generation economics favor coal

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Spark

Clean Spark‐Dark

Clean Dark

Clean Spark

Spark‐Dark

Dark

Source: Reuters

The German power market

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Carbon markets to 2012

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0

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30

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€/ ton

EUA Futures Markets

Dec '12 Dec '11

Dec '10 Dec '09

Source: Reuters, ECX

Post 2012?   NO REAL MARKET – Huge policy uncertainty creates big risks for coal investment

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Agenda

1. Background

2. Fundamentals of the Global Trade

3. Coal in the West: Impact of Carbon on Coala) Europeb) USA

4. China’s Coal Market

5. Coal and CO2 Mitigation

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Lurking cap and trade

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The risk is real but not much else…

Obama’s budget assumes roughly $14 / ton in 2012 with full auctioning.

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Political tolerance for carbon prices are likely to constrain carbon’s impact on coal

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Source: PJM

$55/ton

Regional politics are likely to dictate the amount of carbon permits that are initially sold vs. given away for free 

(allocations vs. auctions)

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Mass vs. EPA signals looming CO2 regulation

• Regulation is being used to stop coal plant permitting and is likely to have a greater impact than carbon price signals for the foreseeable future.

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The environmental movement poses a serious challenge to coal

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Source: Sierra Club Coal Campaign

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Agenda

1. Background

2. Fundamentals of the Global Trade

3. Coal in the West: Impact of Carbon on Coala) Europeb) USA

4. China’s Coal Market

5. Coal and CO2 Mitigation

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Coal is Dominant Energy for China

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Oil 20%

Natural Gas 3%

Coal 70%

Nuclear Energy 1%

Hydro electric 6%

70% of China Primary Energy from CoalSource: 2007 data from China National Bureau of Statistics, 2008

Coal‐fired81%

Hydro17%

Nuclear2%

WindOthers

81% Electricity Generated by CoalSource: 2008 data from China Electricity Council

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Jun‐06

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Jan‐08

Feb‐08

Mar‐08

Apr‐08

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8

Aug

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Beijing Power ($/MWh)

Coal Cost ($/ MWh)

Uneven reform of the Chinese energy sector creates erratic market behavior

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Implied margin for power generators (excluding O&M)

July 1: power prices raised slightly

Aug 20: power prices raised slightly again

June 19: coal prices capped

Aug 20: export taxes on all coals

July 24: price cap reinforced

Sources: McCloskey’s, China NRDC

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Agenda

1. Background

2. Fundamentals of the Global Trade

3. Coal in the West: Impact of Carbon on Coal

4. China’s Coal Market

5. Coal and CO2 Mitigation

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The state of clean coal for power generation

Vattenfall’s 30 MW demo plant at Schwarze Pumpe, Germany

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Efficiency gains represent huge mitigation potential in the near term

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CCS:  Green Gen 400 MW demo plant to be fully operational by 2020… 

Efficiency investment may represent the greatest CO2mitigation potential in the near term

Coal plant efficiency and emissions

Source: IEA Clean Coal Center

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Agenda

1. Background

2. Fundamentals of the Global Trade

3. Coal in the West: Impact of Carbon on Coal

4. China’s Coal Market

5. Coal and CO2 Mitigation

Conclusions:

1. Large growth in coal demand ahead2. Cap and trade has some impact in the West when carbon prices are strong, but 

regulation and policy risk could play a larger role in the near term3. Asian development currently depends on coal4. Need to understand China (and Asia’s) coal markets and evaluate all possible 

mitigation options

Contact: rkmorse@stanford.edu

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US coal pricing

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$ / metric ton

Central App

PRB Wyoming

Europe

Source: Reuters

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Long term generation outlook: capacity shortage will need to be filled

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Source: RWE

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Coal’s carbon exposure is complex

Key Cap and Trade Issues from Coal’s Perspective

• Political tolerance for strong carbon prices?

• Will we reach a meaningful switching point?

– Customer First proposal

• AEP, Duke, Progress Energy, Southern Company back 100% free permits

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Policy uncertainty is the biggest threat to investment in new coal capacity

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Carbon Post 2012:

•Indecision on Kyoto offset provisions, CER quantity and quality, EC favors tightening

•Long term prices could reach meaningful switching points

•Possible increase to from 20% to 30% Kyoto reduction target

•Coal Emissions Performance Standard?

Renewables Threaten Coal Utilization Rates and Favor Gas:

•Renewables target 20% by 2020, could be exceeded (IEA 27%)

•Decreases coal utilization rates, creates uncertain economics

•Increasingly favors gas for balancing power

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What we know about EU ETS beyond 2012: auctions vs. allocations

EU ETS Phase III: 

1.   Regional discrepancies in the cost of emissions permits split coal economics

• Full auctioning in the West

• The East ramps up auctioning slowly, reaching full auctioning in 2020

2.   Impacts:

• RWE cancels all coal plants in western Europe

• Are we seeing an East / West split for coal economics?

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Implications for US cap and trade?