ORIGINAL PAPER
Modelling the substitution of hard coal in input–output tables: implications for the Polish energy market
 
More details
Hide details
1
Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences
 
 
Submission date: 2025-09-09
 
 
Final revision date: 2025-09-30
 
 
Acceptance date: 2025-10-01
 
 
Publication date: 2025-12-16
 
 
Corresponding author
Monika Pepłowska   

Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences
 
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2025;41(4):5-32
 
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
The article presents a model for substituting hard coal in the Polish energy market based on input–output tables. The study addresses the crucial issue of how the gradual reduction in domestic hard coal supply can be compensated for through alternative energy carriers. The proposed model combines techno-economic parameters with inter-industry flows, allowing the simultaneous assessment of technical feasibility, cost structures, and macroeconomic consequences of substitution. Several Reduction Variants (25%, 50%, 75% and 100%) were analyzed together with Substitution Variants, covering imported coal, natural gas, and electricity under diverse price scenarios. Import capacity limits, conversion efficiencies, and investment and operating costs were explicitly included, which makes the results not only technically possible but also economically meaningful. The results show that substitution structures are highly sensitive to price relations between imported coal and natural gas. When gas prices are low, natural gas dominates as the main substitute. Conversely, when imported coal is cheaper, coal retains its advantage. Electricity imports, due to high unit costs and limited infrastructure, play only a marginal role. Beyond the energy balance, the model also reflects changes in depreciation, net operating surplus, and tax flows, thereby capturing the broader economic impact. The findings underline the importance of flexible import infrastructure and reducing exposure to international price volatility.
FUNDING
This work was carried out as part of the statutory activity of the Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences.
CONFLICT OF INTEREST
The Author has no conflicts of interest to declare.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Modelowanie substytucji węgla kamiennego z wykorzystaniem tablic przepływów międzygałęziowych: implikacje dla polskiego rynku energii
węgiel kamienny, dekarbonizacja, transformacja energetyczna, model substytucji, tablice przepływów międzygałęziowych
W artykule przedstawiony jest model substytucji węgla kamiennego energetycznego na rynku energii w Polsce, oparty na tablicach przepływów międzygałęziowych. Badanie podejmuje kluczowy problem kompensacji stopniowego ograniczania krajowej podaży węgla poprzez alternatywne nośniki energii. Proponowany model łączy parametry techniczno-ekonomiczne z powiązaniami międzygałęziowymi, co umożliwia jednoczesną ocenę wykonalności technicznej, struktur kosztowych oraz konsekwencji makroekonomicznych procesów substytucji. Analizie poddano kilka Wariantów Redukcji (25%, 50%, 75% i 100%) w połączeniu z Wariantami Substytucji obejmującymi importowany węgiel, gaz ziemny i energię elektryczną w różnych scenariuszach cenowych. W modelu uwzględniono ograniczenia przepustowości importowej, sprawności konwersji oraz nakłady inwestycyjne i koszty operacyjne, dzięki czemu uzyskane wyniki są nie tylko technicznie możliwe, lecz także ekonomicznie uzasadnione. Wyniki wskazują, że struktury substytucji są silnie zależne od relacji cenowych między importowanym węglem a gazem ziemnym. Przy niższych cenach gazu to on dominuje jako główny substytut, natomiast w sytuacji tańszego węgla przewagę utrzymuje węgiel. Import energii elektrycznej, ze względu na wysokie koszty jednostkowe i ograniczoną infrastrukturę, odgrywa jedynie marginalną rolę. Poza bilansem energetycznym model odzwierciedla także zmiany w amortyzacji, nadwyżce operacyjnej i przepływach podatkowych, ujmując szerszy wymiar gospodarczy. Wyniki podkreślają znaczenie elastycznej infrastruktury importowej oraz konieczność ograniczania ryzyk związanych ze zmiennością cen światowych.
REFERENCES (25)
1.
ARE 2023 – Electricity statistics (Statystyka elektroenergetyki). Warszawa (in Polish).
 
2.
ARP 2023b – Basic information about the hard coal market and sector in Poland in 2010–2022 (Podstawowe informacje o rynku oraz sektorze węgla kamiennego w Polsce w latach 2010–2022). Katowice (in Polish).
 
3.
Businessinsider 2022 – PGNiG will invest PLN 700 million in two oil and gas mines and extend production (PGNiG zainwestuje 700 mln zł w dwie kopalnie ropy i gazu i przedłuży wydobycie). [Online:] https://businessinsider.com.pl... [Accessed: 2022-06-07] (in Polish).
 
4.
Chmielarz, P. 2023. Natural gas supply security policy in Poland in 2017–2021 against the background of the European Union energy security strategy (Doctoral dissertation) (Polityka bezpieczeństwa dostaw gazu ziemnego w Polsce w latach 2017–2021 na tle strategii bezpieczeństwa energetycznego Unii Europejskiej (Rozprawa doktorska)) (in Polish).
 
5.
Grupa Orlen 2023a – Orlen Group 2023 (Grupa Orlen 2023). [Online:] https://www.orlen.pl/ [Accessed: 2024-01-01].
 
6.
Grupa Orlen 2023b – ORLEN focuses on safety – the largest investment in domestic gas storage facilities begins (ORLEN stawia na bezpieczeństwo – rusza największa inwestycja w krajowe magazyny gazu) [Online:] https://tiny.pl/d738z [Accessed: 2023-08-31] (in Polish).
 
7.
GUS 2019 – Input-output balance at current basic prices in 2015 (Bilans przepływów międzygałęziowych w bieżących cenach bazowych w 2015 r.). Warszawa (in Polish).
 
8.
GUS 2022a – Household Energy Consumption in 2021. Signal Information (Zużycie energii w gospodarstwach domowych w 2021 r. Informacje sygnalne). Warszawa (in Polish).
 
9.
GUS 2023b – Energy efficiency 2011–2021 (Efektywność wykorzystania energii w latach 2011–2021). Warszawa–Rzeszów (in Polish).
 
10.
Hebda, W. 2022. Natural gas in the process of decarbonizing the Polish energy sector (Gaz ziemny w procesie dekarbonizacji polskiej energetyki). Analiza KBN Nr 2(97), 2(2), pp. 1–5 (in Polish).
 
11.
IEA 2020 – International Energy Agency and Nuclear Energy Agency (2020). Projected Costs of Generating Electricity.
 
12.
Ogrzewamy 2023 – Calorific value (Wartość opałowa). [Online:] https://tiny.pl/dr727 [Accessed: 2023-10-25].
 
13.
(in Polish).
 
14.
Olczak, P. and Matuszewska D. 2023. Energy Storage Potential Needed at the National Grid Scale (Poland) in Order to Stabilize Daily Electricity Production from Fossil Fuels and Nuclear Power. Energies 16(16), DOI: 10.3390/en16166054.
 
15.
Pepłowska, M. 2024. The effect of coal mine closures on worker migration in Poland: an input-output analysis. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 40(4), DOI: 10.24425/gsm.2024.152721.
 
16.
PGNiG 2022 – PGNiG Annual Report 2022 (PGNiG Raport roczny 2022). [Online:] https://pgnig2021.pl/ [Accessed: 2023-02-02] (in Polish).
 
17.
PIG-PIB 2022 – Natural gas (Gaz ziemny). [Online:] https://www.pgi.gov.pl/surowce... 05.05.2023) (in Polish).
 
18.
PSE 2022 – Production resources 2022 (Zasoby wytwórcze 2022). [Online:] https://www.pse.pl/kariera/-/a... [Accessed: 2023-03-13] (in Polish).
 
19.
Sobczyk-Grygiel, S. 2022. We can extract more gas (Możemy wydobywać więcej gazu). [Online:] https://serwisy.gazetaprawna.p... [Accessed: 2023-10-25] (in Polish).
 
20.
Szurlej i in. 2015 – Szurlej, A., Ruszel, M. and Olkuski. T. 2015. Will natural gas be competitive fuel? (Czy gaz ziemny będzie paliwem konkurencyjnym?). Rynek Energii 5 (in Polish).
 
21.
Śliwa, R. 2012. Sunk costs in telecommunications (Koszty utopione w działalności telekomunikacyjnej). Telekomunikacja i Techniki Informacyjne, pp. 10–17 (in Polish).
 
22.
Tarnawska, K. 2014. Theoretical Analysis of Regional Development Determinants in the Light of Evolutionary Economic Geography (Analiza determinant rozwoju regionalnego w świetle ewolucyjnej geografii ekonomicznej). Prace Naukowe Uniwersytetu Ekonomicznego we Wrocławiu 367, DOI: 10.15611/pn.2014.367.38.
 
23.
TGE 2023 – Polish Power Exchange. Market data (Towarowa Giełda Energii. Dane rynkowe). [Online:] https://tge.pl/ [Accessed: 2023-02-01] (in Polish).
 
24.
URE 2023 – Thermal energy in numbers – 2022 (Energetyka cieplna w liczbach – 2022). Warszawa (in Polish).
 
25.
Vinet, L. and Zhedanov, A. 2011. A “missing” family of classical orthogonal polynomials. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 44(8), DOI: 10.1088/1751-8113/44/8/085201.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953
Journals System - logo
Scroll to top