Inwentaryzacja emisji metanu z układów wentylacyjnych i z układów odmetanowania kopalń węgla kamiennego w Polsce w latach

Transkrypt

1 1 Inwentaryzacja emisji metanu z układów wentylacyjnych i z układów odmetanowania kopalń węgla kamiennego w Polsce w latach Dr inż. Renata Patyńska Główny Instytut Górnictwa Pracę zrealizowano w ramach projktu Lowcarb w Głównym Instytucie Górnictwa w latach pt: "Low carbon mine site energy initiatives" (Research Programme of the Research Fund for Coal and Steel; Kontract no, RFCR-CT )

2 Krajowa inwentaryzacja emisji metanu z kopalń węgla kamiennego W 2009 roku w Polsce opublikowano Raport Krajowej Inwentaryzacji Emisji i Pochłaniania gazów cieplarnianych za rok 2007 sporządzony celem wypełnienia zobowiązań Polski zgodnie z wymaganiami artykułu 3,1 decyzji 280/2004/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 11 lutego 2004 roku dotyczącej mechanizmu monitorowania emisji gazów cieplarnianych Wspólnoty oraz wdrażania Protokołu z Kioto, jak również na potrzeby Ramowej Konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu (UNFCCC). Z Raportu Krajowej Inwentaryzacji wynika, że brak jest danych szczegółowych dotyczących wskaźników emisji metanu z kopalń węgla kamiennego dla Polskiego górnictwa. W związku z tym, przygotowano i obliczono szczegółowo emisje metanu z kopalń metanowych Górnośląskiego Zagłębia Węglowego w Polsce. Zastosowana metodyka szacowania metanu z kopalń GZW, wykonana została min. dla dwóch źródeł jego emisji. Obliczono emisję metanu w trakcie procesu eksploatacji węgla jako emisję wentylacyjną oraz emisję z układów odgazowania. Takie podejście wynikało z wytycznych IPCC. Aktualizacja proponowanych metod wytycznych IPCC (2006) szacowania emisji kopalń węgla kamiennego oraz modyfikacja krajowej metodyki zastosowanej dla polskiego górnictwa, polega na założeniu, że wskaźnik emisji metanu (EF) obliczamy w oparciu o wydobycie z kopalń metanowych oraz rzeczywiste wielkości metanowości bezwzględnej. Rezultat inwentaryzacji i metody szacowania emisji metanu dla polskich metanowych kopalń węgla kamiennego to równanie wskaźnika emisji metanu EF.

3 Zagrożenie metanowe w kopalniach węgla kamiennego GZW Na podstawie statystyki prowadzonej w GIG w postaci Raportów rocznych o stanie podstawowych zagrożeń naturalnych i technicznych w górnictwie węgla kamiennego w latach ", w rozdziale dotyczącym Zagrożenia gazowego, zestawiono m.in. dane dotyczące wydobycia węgla kamiennego, metanowości bezwzględnej, odmetanowania oraz zagospodarowania metanu z kopalń GZW w Polsce w latach W latach produkcja oraz liczba funkcjonujących kopalń węgla kamiennego w polskim górnictwie węgla kamiennego uległa znacznemu zmniejszeniu. Wydobycie węgla ze 102,78 mln ton ograniczono do 76,15 mln ton. Eksploatacja pokładów realizowana w 43 zakładach górniczych w roku 2001, na skutek likwidacji oraz połączenia kopalń, w roku 2010 dotyczyła 29 kopalń. Liczba 30 kopalń metanowych w roku 2001, w których wydobywano węgiel na poziomie 72,37 mln ton, w roku 2010 wynosiła 21 kopalń, produkujących 52,18 mln ton węgla. Należy nadmienić, że w analizowanym okresie lat w polskim górnictwie węglowym zlikwidowano 1 kopalnię KWK Niwka-Modrzejów sp. z o.o., pomimo tego pomiary emisji wentylacyjnej metanu wykonywano do roku Wyniki pomiarów z lat , uwzględniono w obliczeniach rocznych oraz w zestawieniach zbiorczych oszacowanych emisji. Dane z Raportu pozwalają na stwierdzenie, że pomimo spadku produkcji węgla oraz malejącej liczby kopalń w GZW w Polsce wentylacyjna emisja metanu z procesów eksploatacji węgla kopalń metanowych od roku 2001 wzrosła o około 50 m 3 /tonę. W miarę upływu lat, wysiłki na rzecz odmetanowania niosą pozytywny skutek. Pomimo wzrostu "strat" metanu w procesie odmetanowania, z roku na rok zwiększa się ilość metanu ujętego systemami odmetanowania.

4 Liczba kopalń i metanowość węgla kamiennego w Polsce w latach ROK Liczba kopalń węgla kamiennego Wydobycie ogółem, mln ton Liczba kopalń metanowych Wydobycie z kopalń metanowych, mln t Metanowość względna wentylacyjna, m 3 /t Metanowość względna systemów odmetanowania, m 3 /t Metanowość względna strat odmetanowania, m 3 /t Metanowość bezwzględna z kopalń zlikwidowanych, mln m 3 /rok , ,37 300,22 82,74 30,71 0, , ,13 304,08 78,11 30,91 0, , ,71 345,69 92,08 40, , ,17 320,26 91,14 38, , ,35 287,98 87,57 37, , ,52 305,62 NA NA , ,47 325,56 101,33 38, , ,54 361,11 116,40 51, , ,27 385,35 120,09 43, , ,18 350,78 110,82 38,58 -

5 Metodyka szacowania emisji metanu Wymieniona w Raporcie Krajowego Centrum Inwentaryzacji Emisji (KCIE) oraz w publikacji Państwowego Instytutu Geologicznego, metodyka szacowania emisji metanu z węgla kamiennego kopalń jest obecnie zalecaną i stosowaną w celu szacowania emisji metanu w polskim górnictwie. Według Kwarcińskiego (2005), używane w krajowych inwentaryzacjach emisji, wskaźniki emisji metanu dla poszczególnych źródeł systemu węgla kamiennego, przedstawione w dwóch pracach metodycznych Gawlik i inni (1994), oraz Gawlik i Grzybek (2001) wymagały weryfikacji. Wyniki pracy Kwarcińskiego z 2005 roku, w której oszacowano - na nowo - wskaźniki emisji na podstawie bardzo szczegółowych danych i pomiarów odnoszą się jednak tylko do roku W pracy tej dokonano gruntownej analizy wskaźników emisji porównując je z wynikami z poprzednich prac. Zarówno autorzy ww. prac jak i zalecenia IPCC (2006) odnośnie szacowania emisji metanu z układu węgla kamiennego wyróżniają: emisję metanu w trakcie procesu eksploatacji węgla emisja podziemna (emisja wentylacyjna, emisja z układów odgazowania), emisję metanu w procesach poeksploatacyjnych emisja powierzchniowa. Wytyczne IPCC (2006) zalecają aby każde ze zidentyfikowanych źródeł emisji potraktować niezależnie i dlatego szacunek z każdego źródła przeprowadza się oddzielnie z zastosowaniem wzoru: E = Q * We gdzie E wielkość emisji z danego zidentyfikowanego źródła emisji (m 3 ) Q wielkość wydobycia węgla (aktywność systemu) (t) We wskaźnik emisji (m 3 /t wydobytego węgla) Zalecenia IPCC (2006) położyły bardzo duży nacisk na poprawną ocenę wskaźników emisji, przy czym w zależności od stopnia rozpoznania metanonośności eksploatowanych pokładów węgla oraz dostępności wyników badań zalecane są następujące metody szacowania emisji metanu z systemu węgla kamiennego: 1. metoda średnich światowych, 2. metoda specyficzna dla kraju (zagłębia węglowego), 3. metoda specyficzna dla poszczególnych kopalń, Metody te różnią się znacznie dokładnością szacowania emisji.

6 Modyfikacja metody szacowania emisji metanu z węgla kamiennego w Polsce Poniżej syntetycznie przedstawiono metodologię szacowania emisji metanu w kopalniach polskich (czynnych i zlikwidowanych) w latach : Szacunek emisji wentylacyjnej - Emisję wentylacyjną Ew (m 3 ) dla poszczególnych kopalń obliczono na podstawie wzoru: Ew = We* Qw gdzie: Qw wydobycie węgla z kopalń metanowych (mln t), We - wskaźnik emisji wentylacyjnej (m 3 CH 4 /t węgla), Ilość metanu z tego źródła (Ew) oceniono na podstawie danych udostępnionych przez poszczególne kopalnie węgla kamiennego i zastawionych w Raporcie rocznym ( ) [20], Należy dodać, że wskaźnik emisji wyraża objętość metanu uwalnianego do atmosfery, przypadającego na jednostkę masy (tonę) wyeksploatowanego węgla, Z uwagi na wymogi sprawozdawczości objętość metanu przeliczono na jednostkę masy (Gg) z zastosowaniem współczynnika konwersji 0,67 (t/mln m 3 ), Szacunek emisji metanu z układów odmetanowania - jest wartością emisji strat ujętego metanu, przyjętą na podstawie pomiarów wykonywanych w kopalniach i zestawionych w Raporcie rocznym ( ), Emisja z układów odmetanowania (Eo) każdej z kopalń w której prowadzono odmetanowanie, obliczana jest jako różnica ilości metanu ujętego (Mui) i ilości metanu wykorzystanego (Mwi) według wzoru: Eo = Mui - Mwi [mln m 3 CH 4 ] Ostateczną wartość emisji wentylacyjnej oraz emisji metanu z układów odmetanowania przeliczono na warunki standardowe (293 o K) za pomocą wzoru: Ew(N) = Ew(o) * 293 / (273 + tp) gdzie: Ew(N) emisja wentylacyjna przeliczona na warunki standardowe (20 o C), [mln m 3 ], Ew emisja wentylacyjna [mln m 3 ], Eo emisja z układów odmetanowania [mln m 3 ], tp =30 średnioroczna temperatura powietrza wentylacyjnego [ o C],

7 52, , , , ,852 11, ,101 metanu z kopalń metanowych węgla kamiennego w Polsce w roku 2010 L,P, Kopalnie metanowe w roku 2010 Wielkość wydobycia, mln t Metanowość bezwzględna, mln m 3 CH 4 /rok Odmetanowanie mln m 3 /rok Wentylacyjna emisja metanu, mln m 3 /rok Wentylacyjna emisja metanu w warunkach standardowych, mln Nm 3 Wskaźnik emisji wentylacyjnej, m 3 /t Emisja metanu systemu wentylacyjnego, Gg 1 Bielszowice 1,764 32,000 7,000 25,000 24,175 13,704 16,197 2 Bolesław Śmiały 1,668 0,080 0,000 0,080 0,077 0,046 0,052 3 Borynia 2,171 27,930 9,300 18,630 18,015 8,298 12,070 4 Brzeszcze - Silesia 1, ,030 40,800 98,230 94,988 49,994 63,642 5 Budryk 3,060 41,620 13,800 27,820 26,902 8,791 18,024 6 Chwałowice 2,333 13,200 3,800 9,400 9,090 3,897 6,090 7 Halemba Wirek 1,750 11,460 4,700 6,760 6,537 3,736 4,380 8 Jankowice 2,950 18,790 3,700 15,090 14,592 4,947 9,777 9 Jas Mos 1,588 19,160 9,800 9,360 9,051 5,700 6, Knurów - Szczygłowice 3,971 45,940 12,300 33,640 32,530 8,191 21, Krupiński 2,192 81,630 51,700 29,930 28,942 13,206 19, Marcel 2,618 20,800 4,000 16,800 16,246 6,205 10, Murcki - Staszic 4,267 32,300 3,800 28,500 27,559 6,459 18, Mysłowice - Wesoła 3,600 57,170 10,600 46,570 45,033 12,509 30, Pniówek 2, ,260 43,900 73,360 70,939 27,088 47, Pokój 1,288 3,210 0,000 3,210 3,104 2,410 2, Rydułtowy - Anna 2,528 28,910 6,300 22,610 21,864 8,650 14, Sośnica - Makoszowy 3,769 47,250 8,200 39,050 37,761 10,020 25, Wieczorek 1,730 19,460 0,000 19,460 18,818 10,877 12, Wujek 2,720 27,560 7,700 19,860 19,205 7,061 12, Zofiówka 1,699 50,100 14,500 35,600 34,425 20,257 23,065

8 52,184 94,800 91,671 1,777 61,420 Emisja metanu z układów odmetanowania kopalń metanowych węgla kamiennego w Polsce w roku 2010 L,P, Kopalnie metanowe w roku 2010 Wielkość wydobycia, mln t Ilość wypuszczonego metanu, mln m 3 /rok Ilość wypuszczonego metanu w warunkach standardowych, mln Nm 3 Wskaźnik emisji systemu odmetanowania, m 3 /t Emisja metanu systemu odmetanowania, Gg 1 Bielszowice 1,764 5,100 4,932 2,796 3,304 2 Bolesław Śmiały 1,668 0,000 0,000 0,000 0,000 3 Borynia 2,171 3,500 3,384 1,559 2,268 4 Brzeszcze - Silesia 1,900 0,000 0,000 0,000 0,000 5 Budryk 3,060 2,800 2,708 0,885 1,814 6 Chwałowice 2,333 3,800 3,675 1,575 2,462 7 Halemba Wirek 1,750 1,700 1,644 0,940 1,101 8 Jankowice 2,950 0,700 0,677 0,229 0,454 9 Jas Mos 1,588 1,500 1,450 0,913 0, Knurów - Szczygłowice 3,971 8,500 8,219 2,070 5, Krupiński 2,192 31,800 30,750 14,031 20, Marcel 2,618 1,900 1,837 0,702 1, Murcki - Staszic 4,267 2,300 2,224 0,521 1, Mysłowice - Wesoła 3,600 2,300 2,224 0,618 1, Pniówek 2,619 8,600 8,316 3,175 5, Pokój 1,288 0,000 0,000 0,000 0, Rydułtowy - Anna 2,528 6,300 6,092 2,410 4, Sośnica - Makoszowy 3,769 4,600 4,448 1,180 2, Wieczorek 1,730 0,000 0,000 0,000 0, Wujek 2,720 7,700 7,446 2,738 4, Zofiówka 1,699 1,700 1,644 0,967 1,101

9 Niepewność szacowania aktywności emisji metanu z polskich kopalń węgla kamiennego w latach Rok Wydobycie ogółem, mln t Wydobycie z kopalń metanowych, mln t Niepewność szacowania aktywności emisji metanu z kopalń, % ,78 72,37 27, ,07 72,13 27, ,41 65,71 34, ,17 69,17 26, ,17 67,35 27, ,27 64,52 29, ,40 62,47 27, ,40 57,54 30, ,27 53,27 31, ,15 52,18 32,27 Niepewność pomiarów - to parametr związany z wynikiem pomiaru, charakteryzujący rozrzut wartości, które w uzasadniony sposób można przypisać wielkości mierzonej, Przyjmując do analiz wydobycie z kopalń metanowych, niepewność szacowania aktywności emisji metanu, zmniejszyła się średnio o około 29,4%,

10 Zestawienie wydobycia i emisji metanu z metanowych kopalń węgla kamiennego w Polsce w latach ROK Rodzaj emisji Wydobycie z kopalń metanowych Emisja metanu w warunkach standardowych Wskaźnik emisji Emisja metanu mln t mln Nm 3 m 3 CH 4 /t Gg 515,314 7, , Emisja z układów odmetanowania 72,366 85,185 0,990 57,074 Emisja procesu wydobywczego 600,499 8, , ,660 7, , Emisja z układów odmetanowania 72,129 82,894 0,996 55,539 Emisja procesu wydobywczego 621,554 8, , ,487 8, , Emisja z układów odmetanowania 65,708 96,612 1,353 64,730 Emisja procesu wydobywczego 645,099 9, , ,020 7, , Emisja z układów odmetanowania 69, ,569 1,281 68,721 Emisja procesu wydobywczego 658,589 8, , ,200 8, , Emisja z układów odmetanowania 67, ,446 1,500 71,989 Emisja procesu wydobywczego 683,646 9, ,043

11 Zestawienie wydobycia i emisji metanu z metanowych kopalń węgla kamiennego w Polsce w latach Rok Rodzaj emisji Wydobycie z kopalń metanowych Emisja metanu w warunkach standardowych Wskaźnik emisji Emisja metanu mln t mln Nm 3 m 3 CH 4 /t Gg 537,592 8, , Emisja z układów odmetanowania 64, ,870 1,966 85,003 Emisja procesu wydobywczego 664,462 10, , ,090 9, , Emisja z układów odmetanowania 62,465 99,630 1,637 66,752 Emisja procesu wydobywczego 689,720 11, , ,677 10, , Emisja z układów odmetanowania 57, ,816 2,137 76,256 Emisja procesu wydobywczego 700,492 12, , ,243 11, , Emisja z układów odmetanowania 53,271 96,990 1,815 64,983 Emisja procesu wydobywczego 673,233 12, , ,852 11, , Emisja z układów odmetanowania 52,184 91,671 1,777 61,420 Emisja procesu wydobywczego 651,524 12, ,521

12 Emisja metanu oraz wskaźnik emisji na tle wielkości eksploatacji węgla kamiennego w Polsce w kopalniach metanowych w latach Emisja metanu (Gg), Wydobycie (mln t) Years Wskaźnik emisji, m 3 CH4/t Emisja metanu z metanowych kopalń czynnych i zlikwidowanych, Gg Wydobycie węgla kamiennego z kopalń metanowych, mln t Wskaźnik emisji metanu, m3 CH4 /t

13 Rozkład wskaźników emisji metanu na tle wydobycie metanowych kopalń węgla kamiennego w Polsce w latach Wskaźnik emisji, m 3 CH4/t EF = -0,0045Q 2 + 0,3104Q + 9,1473 R 2 = 0, Wydobycie metanowych kopalń węgla kamiennego, mln t

14 Podsumowanie 1. Na podstawie zaproponowanej metodyki szacowania emisji metanu w polskich kopalniach węgla kamiennego, podano ostateczne zestawienia uzyskanych wielkości wydobycia z kopalń metanowych wraz z ich emisją metanu i na tej podstawie obliczono wskaźniki emisji metanu dla górnictwa polskiego (w trakcie procesu eksploatacji węgla kamiennego) w latach Dane wejściowe z poszczególnych kopalń w poszczególnych latach pochodzą z wiarygodnych źródeł (Raport roczny w latach ). Zastosowano krajową metodologię szacowania emisji metanu z kopalń węgla kamiennego dla dwóch źródeł: z układów wentylacyjnych, z układów odmetanowania. 3. Uzyskano sumaryczny rozkład rzeczywistych wskaźników podziemnej emisji metanu w latach z kopalń metanowych w Polsce, który wykazuje trend zgodny z rozkładem funkcji wielomianowej o dopasowaniu wynoszącym R 2 = 0, Rezultat modyfikacji i zaproponowanej metody szacowania emisji metanu dla polskich metanowych kopalń węgla kamiennego to równanie wskaźnika emisji metanu EF w postaci: gdzie : EF - wskaźnik emisji metanu, m 3 /ton EF = -0,0045 Q 2 + 0,3104 Q + 9,1473 Q - wydobycie kopalń metanowych węgla kamiennego w Polsce, mln ton.

15 Dziękuję za uwagę