Analiza możliwości polepszenia jakości powietrza w regionie przygranicznym Czechy-Polska

Transkrypt

1 Analiza możliwości polepszenia jakości powietrza w regionie przygranicznym Czechy-Polska PROJEKT BADAWCZY Polepszenie jakości powietrza w regionie przygranicznym Czechy-Polska w ramach Programu Operacyjnego Współpracy Transgranicznej Republika Czeska Rzeczpospolita Polska Ewa Strzelecka-Jastrząb, Marian Cenowski Otwarte seminarium IETU, Katowice 16 czerwca 2011

2 PARTNER WIODĄCY: Wyższa Szkoła Górnicza-Uniwersytet Techniczny, Czechy Ostrawa, PARTNER PROJEKTU: Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych, Katowice, Polska prof. dr hab. inż. Stanisław Hławiczka dr Joachim Bronder mgr inż. Marian Cenowski mgr inż. Jacek Długosz dr Czesław Kliś Iwona Owczarska mgr inż. Ewa Strzelecka- Jastrząb Okres realizacji: październik 2008 marzec 2012

3 PROJEKT: Polepszenie jakości powietrza w regionie przygranicznym Czechy-Polska - ogólny cel i zakres - Cele kierunkowe Projektu: ocena roli emisji pyłu z procesów ogrzewania mieszkań w kształtowaniu stężeń tego zanieczyszczenia w gminach obszaru nadgranicznego i wskazanie obszarów o podwyższonych (ponadnormatywnych) stężeniach pyłu wskazanie działań prowadzących do obniżenia emisji pyłu z procesów ogrzewania mieszkań w wybranych gminach Przedmiot działań naprawczych: emisja niska - emisje pyłu z palenisk i kotłowni domowych (szacuje się, że źródła te mogą być odpowiedzialne za ponad połowę ogólnej wartości stężeń pyłu w powietrzu)

4 PROJEKT: Polepszenie jakości powietrza w regionie przygranicznym Czechy-Polska - cele szczegółowe - 1. Utworzenie bazy danych o przestrzennej lokalizacji obszarów zabudowy w gminach objętych Projektem, będących źródłem emisji pyłu z ogrzewania mieszkań 2. Rozpoznanie rodzajów paliw wykorzystywanych w tych źródłach 3. Opracowanie przestrzennego rozkładu emisji pyłu PM10, PM2,5 w gminach obszaru nadgranicznego z procesów ogrzewania mieszkań 4. Modelowanie stężeń pyłu PM10 i PM2.5 emitowanego ze źródeł j.w. 5. Wskazanie obszarów o podwyższonych stężeniach pyłu oraz przeprowadzenie analizy działań technicznych i organizacyjnych prowadzących do obniżenia emisji (3 wybrane gminy po polskiej i 3 po czeskiej stronie granicy)

5 PROJEKT: Polepszenie jakości powietrza w regionie przygranicznym Czechy-Polska - obszar wsparcia objęty Projektem - podregion bielski podregion jeleniogórski podregion nyski podregion opolski podregion rybnicki podregion wałbrzyski powiat pszczyński Královéhradecký kraj Liberecký kraj Moravskoslezský kraj Olomoucký kraj Pardubický kraj

6 PROJEKT: Polepszenie jakości powietrza w regionie przygranicznym Czechy-Polska - grupy docelowe Projektu - - Administracja lokalna: gminy oraz miasta na prawach powiatów, powiaty, województwa - Inne podmioty: związki gmin, euroregiony - Wykorzystanie wyników: do wskazania sposobów obniżenia emisji pyłów i pomoc w realizacji działań prowadzących do poprawy jakości powietrza w gminach

7 PROJEKT: Polepszenie jakości powietrza w regionie przygranicznym Czechy-Polska - stan aktualny realizacji Projektu - Inwentaryzacja obszarów i obiektów niskiej emisji pyłu i ich charakterystyka (zwłaszcza: rodzaj zabudowy, izolacyjność budynków, rodzaj paliw, rodzaj palenisk) Wyznaczenie wielkości emisji pyłu PM10 i PM2.5 ze źródeł ciepła w budynkach mieszkalnych Wybór gmin dla wykonania analizy możliwości obniżenia emisji pyłu z procesów ogrzewania mieszkań (Rydułtowy, Paczków, Nowa Ruda) Modelowanie stężeń pyłu PM10 i PM2.5 ze źródeł niskich Analiza szczegółowa w trzech wybranych obszarach pilotowych Strona internetowa Projektu jako narzędzie do prezentacji wyników i komunikacji z gminami

8 Inwentaryzacja obszarów emisji

9 Inwentaryzacja obszarów emisji uzyskane wyniki:

10 Inwentaryzacja obszarów emisji cel określenie przestrzennej lokalizacji źródeł emisji wyznaczenie na terenie poszczególnych gmin obszarów zabudowy: zwartej, luźnej i rozproszonej źródło danych: - Centralny Ośrodek Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej, Państwowy Rejestr Granic - European Environment Agency, warstwa informacyjna GIS, CORINE LAND COVER 2000

11 Ocena stanu termicznej izolacyjności mieszkań cel określenie zapotrzebowania na ciepło mieszkań Kryterium oceny stanu budynków mieszkalnych: - okres budowy (przed 1918 rokiem oraz w latach: , , , , , i w 2007 roku) oraz - wykonane prace termoizolacyjne (mieszkania w budynkach ocieplonych, mieszkania z wymienioną stolarką budowlaną) źródło danych: GUS, Bank Danych Regionalnych - budynki o małych stratach ciepła - 1,1 W/m 2 K - budynki o średnich stratach ciepła - 1,6 W/m 2 K - budynki o dużych stratach ciepła - 2,5 W/m 2 K

12 Struktura powierzchni użytkowej mieszkań [%] wg okresu budowy (stan na rok 2007) dolnośląskie opolskie 11% 10% 6% 1% 32% 14% 9% 6% 1% 16% 8% 7% 25% 12% 17% 25% śląskie przed % 17% 11% 2% 5% 10% 16% 26% % 11% 5% % 13% 26% 17% %

13 Struktura powierzchni użytkowej mieszkań [%] wg stopnia izolacji termicznej (stan na rok 2007) dolnośląskie śląskie 33% 40% 41% 51% 16% 19% 35% opolskie 45% mieszkania o małych stratach ciepła (1,1 W/m 2 K) 35% mieszkania 45% o średnich stratach ciepła (1,6 W/m 2 K) 20% 20% mieszkania o dużych stratach ciepła (2,5 W/m 2 K)

14 Inwentaryzacja sposobów ogrzewania mieszkań i rodzajów paliw stosowanych do ogrzewania mieszkań cel określenie zużycia paliw i wielkości emisji pyłu uwzględniono następujące sposoby ogrzewania mieszkań: - c.o. z sieci, - c.o. z kotłowni obsługującej budynek wielomieszkaniowy, - kotłownie indywidualne, - piece, - inne (przenośne grzejniki elektryczne, gazowe, kozy itp.) uwzględniono następujące czynniki grzewcze: - paliwa stałe, - paliwa ciekłe, - paliwa gazowe, - energia elektryczna, - systemy 2-paliwowe, - inne źródło danych: GUS, Narodowy Spis Powszechny 2002

15 Udziały różnych systemów grzewczych w powierzchni ogrzewanych mieszkań (2007) piece 17% inne (grzej niki) 1% CO zbiorowe z sieci 20% CO zbiorowe z kotłowni 2% CO indywidualne 60%

16 Struktura zużycia paliw dla różnych rodzajów urządzeń grzewczych stosowanych do indywidualnego ogrzewania mieszkań w obszarze przygranicznym (2007) Rodzaj źródła Paliwa stałe Paliwa gazowe Paliwa ciekłe Energia elektr. System dwupali wowy Inne Kotły 79,0% 15,2% 2,0% 1,8% 1,8% 0,1% Piece 95,9% 1,2% 0,2% 2,4% 0,2% 0,0% Grzejniki 20,5% 11,1% 1,7% 62,9% 1,4% 2,4%

17 Struktura zużycia paliw dla różnych rodzajów urządzeń grzewczych stosowanych do indywidualnego ogrzewania mieszkań w obszarze przygranicznym (2007) Kotły Piece Grzejniki Grzejniki paliwa stałe paliwa gazowe paliwa 2% ciekłe 20% 1% 11% 64% energia elektryczna 2% system dwupaliwowy inne (biomasa)

18 Rodzaje systemów grzewczych uwzględnione w szacunkach emisji W analizach zaopatrzenia w ciepło uwzględniono następujące rodzaje źródeł: - centralne ogrzewanie (sieciowe) emisja niska nie występuje - piece węglowe (kaflowe, żeliwne, kominki itp.) - kotły na paliwo stałe (węgiel kamienny) 3 rodzaje - komorowe starego typu - komorowe nowego typu - kotły z automatycznym sterowaniem - kotły na węgiel brunatny (tylko po stronie czeskiej) - źródła ciepła na paliwo gazowe (GZ, LPG) - źródła ciepła na paliwo ciekłe (oleje opałowe, nafta) - źródła ciepła na biomasę - ogrzewanie elektryczne emisja niska nie występuje

19 Udziały różnych typów źródeł ciepła w powierzchni ogrzewanych mieszkań Paczków 2007 r. 6% 1% 5% 6% Ogrzewanie centralne z sieci 14% 5% 35% 28% Piece węglowe (kaflowe, żeliwne, kuchenne itp.) Tradycyjne kotłownie węglowe starego typu Tradycyjne kotłownie węglowe nowego typu Kotłownie węglowe z automatycznym sterowaniem Urządzenia grzewcze na paliwa gazowe Kotłownie olejowe Kotłownie spalające biomasę Elektryczne urządzenia grzewcze

20 Schemat obliczeń emisji pyłów PM10 i PM2,5 Jedn. zapotrz. ciepła GJ/m 2 C DANE O POWIERZCHNI MIESZKAŃ Z PODZIAŁEM NA RODZAJE ŹRÓDEŁ CIEPŁA i TYPY PALIW ZAPOTRZEBOWANIE NA CIEPŁO ZUŻYCIE PALIW Dane meteo o rozkładzie temperatury SPRAWNOŚĆ CIEPLNA ŹRÓDEŁ WSKAŹNIKI EMISJI DLA PM10 i PM2,5 EMISJE ROCZNE PM10 i PM2.5 [kg/r] WSKAŹNIKI NARAŻENIA NA EMISJĘ PYŁU [kg/m], [g/m2] Dane o powierzchni zabudowy i liczbie mieszkańców

21 1 etap obliczeń - obliczenie zapotrzebowania na ciepło Określono godzinne i roczne zapotrzebowanie ciepła (GJ/rok) do ogrzewania mieszkań w poszczególnych gminach z uwzględnieniem rzeczywistych warunków meteorologicznych w latach 2006 i 2007 i charakterystyki cieplnej budynków (3 klasy cieplne) Q = q m * P * k q m - wskaźnik określający zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania, odniesiony do powierzchni mieszkalnej, zależny od stopnia zaizolowania budynku P - powierzchnia ogrzewanych mieszkań w danej klasie cieplnej k- liczba tzw. stopniogodzin (21 -t z )

22 2 etap obliczeń - obliczenie zużycia paliw Znając całkowite zapotrzebowanie gminy na ciepło i udziały poszczególnych typów źródeł w powierzchni mieszkań, obliczono produkcję ciepła, a następnie zużycie paliw przez poszczególne typy źródeł: Z = Q/ [GJ/rok] gdzie: Q zapotrzebowanie na ciepło dla danego typu źródeł - średnia sprawność źródła ciepła Typy źródeł ciepła Piece węglowe (kaflowe, żeliwne, kuchenne itp.) Kotły węglowe komorowe starego typu Kotły węglowe komorowe nowego typu Kotły węglowe z automatycznym sterowaniem (retortowe) Źródła ciepła na paliwa gazowe (gaz ziemny, LPG) Źródła ciepła na paliwa ciekłe (olej, nafta) Średnia sprawność [%] Źródła ciepła na biomasę 72

23 3 etap obliczeń - obliczenie emisji pyłu E = w e * Z p Średnie wartości wskaźników emisji w zależności od typu paliwa i rodzaju źródła Rodzaj źródła ciepła Piece węglowe (kaflowe, żeliwne, kuchenne itp.) Wskaźnik emisji PM10 [g/gj] Wskaźnik emisji PM2.5 [g/gj] Kotły węglowe komorowe starego typu* Kotły węglowe komorowe nowego typu Kotły węglowe z automatycznym sterowaniem Źródła ciepła na paliwa gazowe Źródła ciepła na paliwa ciekłe (oleje opałowe, nafta) Źródła ciepła na biomasę

24 Wyniki obliczeń emisji pyłu PM10 w gminach dla 2007 r. [kg/rok] Rok Emisja PM10 [ton/rok] Emisja PM2.5 [ton/rok]

25 Wyniki inwentaryzacji emisji pyłu PM10 i PM2.5 w gminach

26 Wartość wskaźnika emisji PM10 na osobę i powierzchnię mieszkalną

27 Wyniki obliczeń emisji i ranking gmin Nazwa gminy Powiat Województwo Pow.zabudo wy [m2] Emisja PM10 [Mg/rok] Emisja PM10 [g/m2 zab] Emisja PM10 [kg/mieszk] Wskaźnik skumulowany Wn Kamienna Góra (gm. miejspow. kamiennogórsk woj. dolnośląskie ,68 0,70 6,58 Nowa Ruda (gm. miejska) pow. kłodzki woj. dolnośląskie ,00 0,75 5,61 Wałbrzych pow. wałbrzyski woj. dolnośląskie ,91 0,64 4,59 Boguszów-Gorce pow. wałbrzyski woj. dolnośląskie ,95 0,99 4,04 Kowary pow. jeleniogórski woj. dolnośląskie ,74 0,82 3,50 Kłodzko (gm. miejska) pow. kłodzki woj. dolnośląskie ,97 0,42 3,18 Lubawka pow. kamiennogórsk woj. dolnośląskie ,53 1,09 3,17 Nowa Ruda (gm. wiejska) pow. kłodzki woj. dolnośląskie ,50 1,05 3,10 Mieroszów pow. wałbrzyski woj. dolnośląskie ,74 1,08 3,06 Wojcieszów pow. złotoryjski woj. dolnośląskie ,57 0,94 3,06 Szczawno-Zdrój pow. wałbrzyski woj. dolnośląskie ,56 0,67 3,02 Złoty Stok pow. ząbkowicki woj. dolnośląskie ,51 0,98 3,00 Paczków pow. nyski woj. opolskie ,36 0,88 2,95 Pszów pow. wodzisławski woj. śląskie ,97 0,70 2,88 Jedlina-Zdrój pow. wałbrzyski woj. dolnośląskie ,93 0,86 2,86 Bardo pow. ząbkowicki woj. dolnośląskie ,44 0,89 2,86 Świebodzice pow. świdnicki woj. dolnośląskie ,02 0,51 2,83 Jawor pow. jaworski woj. dolnośląskie ,04 0,34 2,81 Lubomia pow. wodzisławski woj. śląskie ,07 0,88 2,80 Kamieniec Ząbkowicki pow. ząbkowicki woj. dolnośląskie ,82 0,97 2,77 Świdnica (gm. miejska) pow. świdnicki woj. dolnośląskie ,32 0,27 2,75 Głuszyca pow. wałbrzyski woj. dolnośląskie ,35 0,83 2,74 Zawidów pow. zgorzelecki woj. dolnośląskie ,62 0,56 2,74 Złotoryja (gm. miejska) pow. złotoryjski woj. dolnośląskie ,80 0,36 2,70 Bolesławiec (gm. miejska)pow. bolesławiecki woj. dolnośląskie ,73 0,36 2,70 Głuchołazy pow. nyski woj. opolskie ,25 0,87 2,68 Rydułtowy pow. wodzisławski woj. śląskie ,83 0,66 2,67 Bielawa pow. dzierżoniowski woj. dolnośląskie ,78 0,33 2,65 Bolków pow. jaworski woj. dolnośląskie ,49 0,90 2,63 Jelenia Góra Jelenia Góra woj. dolnośląskie ,07 0,44 2,62 Ujsoły pow. żywiecki woj. śląskie ,67 1,35 2,61 Walce pow. krapkowicki woj. opolskie ,00 0,82 2,58

28 Schemat obliczeń stężeń pyłu GIS METEO Baza wskaźników emisji Procesor emisji Preprocesor CALMET (przetwarza dane meteo) Model obliczeniowy CALPUFF Baza wyników

29 Baza danych GIS Baza danych GIS(System Informacji Geograficznej) to mapa w postaci elektronicznej zawierająca: granice wszystkich jednostek administracyjnych, granice zidentyfikowanych obszarów zabudowy w jednostkach administracyjnych, współrzędne receptorów reprezentatywnych dla każdego obszaru zabudowy, dane o wysokości terenu.

30 Baza danych meteorologicznych Do modelowania stężeń zostały wykorzystane 1-godzinne dane meteorologiczne (uzyskane przy pomocy modelu meteorologicznego MM5) dla lat w siatce o rozdzielczości10x10km pokrywającej całą strefę objętą projektem Dane meteorologiczne zawierają m.in. informacje o: wektorze wiatru, temperaturze, wysokości tzw. warstwy mieszania

31 Baza danych o emisji pyłu i obliczanie stężeń Wykorzystana do modelowania baza danych o emisji pyłu zawiera informacje o wskaźnikach emisji pyłu PM10 i PM2.5 zebrane w trakcie inwentaryzacji emisji w przeliczeniu na jednostkę powierzchni oraz na temperaturę otoczenia Źródła emisji stanowią obszary zabudowy mieszkaniowej na obszarze gmin podzielone na podobszary Dla każdego okresu symulacji (1 godz.) procesor emisji współdziałający z bazą wyznacza wielkość emisji w zależności od temperatury otoczenia i przekazuje te dane do preprocesora W zależności od wielkości emisji i warunków meteo w danej godzinie model CALPUFF wylicza stężenia pyłu PM10 i PM2.5 w punktach receptorowych na obszarze gminy

32 Przykładowy rozkład dobowych stężeń PM2,5 jako efekt emisji z ogrzewania mieszkań gminy województwa dolnośląskiego

33 Analiza wyników uzyskanych z modelowania stężeń pyłu Do analizy wybrano obszary emisji na których w 2006 i/lub 2007 roku zlokalizowane były stacje monitoringu powietrza pracujące w ramach Państwowego Monitoringu Środowiska. Dane pomiarowe (stężenia dobowe PM10) z tych stacji posłużyły jako materiał porównawczy do analizy. W polskiej części obszaru wsparcia projektu zidentyfikowano 33 stacje monitoringu powietrza pracujące w latach 2006 i/lub Przeanalizowano modelowe wyniki stężeń pyłu dla 33 obszarów emisji: 13 obszarów emisji w województwie dolnośląskim, 10 obszarów emisji w województwie opolskim, 10 obszarów emisji w województwie śląskim. źródło danych: - baza AirBase dla Polski, wersja 4

34 Stężenie PM10 [ g/m 3 ] % Opole - Minorytów 2006 modelowane zmierzone dopuszczalne %

35 Stężenie PM10 [ g/m 3 ] modelowane zmierzone dopuszczalne Zdzieszowice - Os. Piastów % 36%

36 Stężenie PM10 [ g/m 3 ] modelowane zmierzone dopuszczalne Działoszyn %

37 Stężenie PM10 [ g/m 3 ] modelowane zmierzone dopuszczalne Rybnik % 51%

38 Ilość przekroczeń dobowego stężenia dopuszczalnego PM10 powodowana emisją z ogrzewania mieszkań (woj. dolnośląskie)

39 Oryginalność rozwiązań metodycznych zastosowanych w projekcie obszary emisji w obrębie rozpatrywanych gmin: uwzględnienie rzeczywistej lokalizacji obszarów zabudowy mieszkalnej (podkłady mapowe CORINE Land Cover, ortofotomapy - zdjęcia lotnicze, dane gminne o systemach przesyłu ciepła paliw gazowych) uwzględnienie zróżnicowania gęstości zabudowy mieszkalnej metoda szacowania emisji z procesów ogrzewania mieszkań: szczegółowość danych źródłowych (rodzaj paliw, izolacyjność cieplna budynków, rodzaj systemów grzewczych, zmienność dobowa temperatur powietrza) nowe narzędzie optymalizacji emisji modelowanie emisji: powiązanie emisji z temperaturą otoczenia powiązanie emisji z rzeczywistym miejscem jej generowania modelowanie stężeń: wyznaczanie stężeń chwilowych uwzględniających zmienność temperatury powietrza w ciągu doby możliwość wyznaczania udziałów stężeń generowanych procesami ogrzewania mieszkań w stężeniu całkowitym.

40 Dziękujemy za uwagę