Emisja i wskaźniki emisji zanieczyszczeń powietrza dla celów monitoringu stanu jakości powietrza oraz POP (wybrane zagadnienia)

Transkrypt

1 Emisja i wskaźniki emisji zanieczyszczeń powietrza dla celów monitoringu stanu jakości powietrza oraz POP (wybrane zagadnienia) Aleksander Warchałowski Katarzyna Bebkiewicz Warszawa, wrzesień 2011

2 WPROWADZENIE Jest rzeczą oczywistą, że wielkość emisji zanieczyszczeń do atmosfery decyduje o jej jakości. Dlatego do oceny stopnia odpowiedzialności za jakość powietrza dla stanu istniejącego i dla prognozy konieczne są narzędzia bądź dane empiryczne o emisji i jej parametrach stanowiące wsad do modeli opisujących rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń. Podstawowym dowodem na wypełnianie zobowiązań konwencji jest coroczne opracowywanie inwentaryzacji emisji i pochłania gazów cieplarnianych przez kraje sygnatariuszy konwencji.

3 Emisja [Gg ekw. CO2] STAN OBECNY I TRENDY ZMIAN EMISJI Emisja gazów cieplarnianych na przestrzeni lat [Gg ekw. CO 2 ] Emisja GHG 6% cel wyznaczony przez Protokół z Kioto

4 STAN OBECNY I TRENDY ZMIAN EMISJI 0,20% 6% 9% 83% 2% 1. Energia 2. Procesy przemysłowe 3. Użytkowanie rozpuszczalników i innych produktów 4. Rolnictwo 15% 18% 57% 1. Przemysły energetyczne 2. Przemysł wytwórczy i budownictwo 3. Transport 6. Odpady 10% 4. Inne sektory Udział poszczególnych sektorów w całkowitej emisji gazów cieplarnianych w 2009 roku. Struktura emisji gazów cieplarnianych z sektora Spalanie paliw w 2009 roku.

5 Emisja GHG [Gg ekw. CO2] STAN OBECNY I TRENDY ZMIAN EMISJI Emisja gazów cieplarnianych w latach w podziale na sektory Odpady 4. Rolnictwo 3. Użytkowanie rozpuszczalników i innych produktów 2. Procesy przemysłowe 1. Energia 0

6 ŹRÓDŁA POWSTAWANIA ZANIECZYSZCZEŃ procesy spalania w sektorze produkcji i transformacji energii (elektrownie, elektrociepłownie, ciepłownie, rafinerie), procesy spalania w sektorze komunalno-bytowym, procesy spalania w przemyśle, procesy produkcyjne, wydobycie i dystrybucja paliw kopalnych, transport samochodowy, inne pojazdy i urządzenia (np. maszyny produkcyjne zasilane na olej napędowy, ciągniki rolnicze, transport powietrzny oraz żegluga), zagospodarowanie odpadów, rolnictwo (wypalanie ściernisk, gospodarka odchodami).

7 Zużycie [TJ] ŹRÓDŁA POWSTAWANIA ZANIECZYSZCZEŃ Zużycie ogółem nośników energii pierwotnej w gospodarce narodowej Węgiel kamienny węgiel brunatny Ropa naftowa Gaz ziemny Torf i drewno opałowe Energia wody, wiatru, słoneczna, geotermalna, pompy ciepła Paliwa odpadowe stałe i inne surowce

8 Emisja CO2 [Gg] TRENDY EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ Krajowa emisja CO2 w latach CO2 z uwzględnieniem pochłaniania CO2 bez uwzględniania pochłaniania

9 Emisja [Mg] TRENDY EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ Krajowa emisja SO2 w latach SO

10 Emisja [Mg] TRENDY EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ Krajowa emisja NOx w latach NOx

11 Emisja [Mg] TRENDY EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ Krajowa emisja CO w latach CO

12 Emisja [Mg] TRENDY EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ Krajowa emisja pyłów w latach TSP PM10 PM

13 Emisja [Mg] TRENDY EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ Emisja Pb, Cu, Zn i Ni w latach Pb Cu Ni Zn

14 Emisja [Mg] TRENDY EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ Emisja Cd, Hg, As, Cr w latach Cd Hg As Cr

15 ZASADY OKREŚLANIA EMISJI ZE SPALANIA Wzory wykorzystane do obliczania stężeń i emisji zanieczyszczeń: Wydajność kotła kg D h Moc źródła D gdzie: D wydajność kotła [ton pary/h] h p entalpia pary dobrana z wykresu [kj/kg] h w entalpia wody [kj/kg] W kj h h p w h

16 ZASADY OKREŚLANIA EMISJI ZE SPALANIA Wzory wykorzystane do obliczania stężeń i emisji zanieczyszczeń: Moc cieplna źródła gdzie: W moc źródła [kj/h] M W [ MW ] Strumień paliwa gdzie: W moc źródła [kj/h] η sprawność kotła [%] Q wartość opałowa paliwa [kj/kg] B W kg Q h

17 ZASADY OKREŚLANIA EMISJI ZE SPALANIA Wzory wykorzystane do obliczania stężeń i emisji zanieczyszczeń: Objętość spalin wilgotnych dla l rzeczywistej V w sp V + um kg l V pow, t sp, w 1 gdzie: V W sp objętość spalin wilgotnych [um 3 /kg] Objętość spalin suchych, dla l rzeczywistej V gdzie: V W sp objętość spalin wilgotnych [um 3 /kg] V sp w sp um kg 1 X w 3 3

18 ZASADY OKREŚLANIA EMISJI ZE SPALANIA Wzory wykorzystane do obliczania stężeń i emisji zanieczyszczeń: Objętość powietrza do spalania, obliczona wzorem empirycznym, w oparciu o wartość opałową paliwa jest następująca: 3 0, 241 Q µm V + pow, t 0, kg gdzie: Q wartość opałowa paliwa [kj/kg] Objętość spalin wilgotnych, obliczona z tych samych parametrów paliwa, przy założeniu, że l =1 3 0, 212 Q µm V sp w +, 1, kg gdzie: Q wartość opałowa paliwa [kj/kg]

19 ZASADY OKREŚLANIA EMISJI ZE SPALANIA Wzory wykorzystane do obliczania stężeń i emisji zanieczyszczeń: Stężenie dwutlenku siarki w spalinach gdzie: C SO 2 2 s V kg um 3 sp s zawartość siarki w paliwie [%] V sp objętość spalin suchych, dla l rzeczywistej [um 3 /kg] Stężenie dwutlenku azotu gdzie: C NO C 2 stężenie NO 2 w spalinach [ppm] NO ppm M NO 2 masa molowa NO 2 [g/mol] 2 C M kg um NO2 ppm NO2 3 22,41

20 ZASADY OKREŚLANIA EMISJI ZE SPALANIA gdzie: Wzory wykorzystane do obliczania stężeń i emisji zanieczyszczeń: CO ppm C NO C stężenie CO w spalinach [ppm] M CO masa molowa CO [g/mol] Stężenie dwutlenku węgla gdzie: C NO C 2 stężenie CO 2 w spalinach [ppm] CO ppm M CO 2 masa molowa CO 2 [g/mol] 2 2 C Mco kg um COppm 3 C 22,41 M kg um CO2 ppm CO2 3 22,41

21 ZASADY OKREŚLANIA EMISJI ZE SPALANIA Wzory wykorzystane do obliczania stężeń i emisji zanieczyszczeń: Stężenie pyłu w spalinach wynosi: gdzie: C pyły a u V kg um 3 sp a zawartość popiołu [%] u unos popiołu z paleniska [%] V sp objętość spalin suchych, dla l rzeczywistej [um 3 /kg]

22 ZASADY OKREŚLANIA EMISJI ZE SPALANIA Wzory wykorzystane do obliczania stężeń i emisji zanieczyszczeń: Emisje poszczególnych składników wynoszą: kg ESO V C B 2 sp SO2 h gdzie: V sp objętość spalin suchych, dla l rzeczywistej [um 3 /kg] C stężenie dwutlenku siarki w spalinach [um 3 /kg] SO 2 B strumień paliwa [kg/h] kg ENO V C B 2 sp NO2 h gdzie: V sp objętość spalin suchych, dla l rzeczywistej [um 3 /kg] C stężenie dwutlenku azotu w spalinach [um 3 /kg] NO 2 B strumień paliwa [kg/h]

23 ZASADY OKREŚLANIA EMISJI ZE SPALANIA Wzory wykorzystane do obliczania stężeń i emisji zanieczyszczeń: kg ECO Vsp CCO B h gdzie: V sp objętość spalin suchych, dla l rzeczywistej [um 3 /kg] C stężenie tlenku węgla w spalinach [um 3 /kg] CO B strumień paliwa [kg/h] kg ECO V C B 2 sp CO2 h gdzie: V sp objętość spalin suchych, dla l rzeczywistej [um 3 /kg] C stężenie dwutlenku węgla w spalinach [um 3 /kg] NO 2 B strumień paliwa [kg/h]

24 ZASADY OKREŚLANIA EMISJI ZE SPALANIA Wzory wykorzystane do obliczania stężeń i emisji zanieczyszczeń: Emisja pyłu uwzględniająca sprawność urządzenia odpylającego: kg E pyły Vsp C pyu B 1 odp h gdzie: V sp objętość spalin suchych, dla l rzeczywistej [um 3 /kg] C stężenie pyłu w spalinach [um 3 /kg] Pyły 2 Emisja CO2 B strumień paliwa [kg/h] η odp sprawność urządzenia odpylającego [%] gdzie: E CO2 = B * C * 44/12 * FO C zawartość pierwiastka węgla w paliwie, FO wskaźnik utleniania węgla, zależny od typu paliwa i technologii spalania.

25 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Kataster emisji NO2 w Sopocie w 2008 r.

26 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Rejony emisji

27 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Kataster emisji PM10

28 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Emisja PM10 ze źródeł powierzchniowych w 2008 roku.

31 WSKAŹNIKI EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Emisje zanieczyszczeń z silników pojazdów samochodowych elementarnych kategorii można opisać wzorem: E m W ij Całkowita emisja danego zanieczyszczenia z danej kategorii jest równa sumie emisji z poszczególnych rodzajów środków transportu należących do tego działu: j E i E ij gdzie: E emisja, m zużycie paliwa, W wskaźnik emisji, i indeks oznaczający rodzaj zanieczyszczenia (CO 2, CH 4, N 2 O, CO, NMLZO, itd.), j indeks oznaczający rodzaj środków transportu, l liczba rodzajów środków transportu w danej kategorii. i j1 ij

32 WSKAŹNIKI EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Przykładowe wskaźniki emisji dla pojazdów samochodowych Rodzaj środka transportu Wskaźniki emisji [g/kg] CO NMLZO NOx PM Samochody osobowe zasilane benzyną 230,0 44,0 34,1 0,0 Samochody o masie całkowitej do 3500 kg zasilane olejem napędowym 18,0 4,0 18,8 6,0 Samochody ciężarowe o masie całkowitej powyżej 3500 kg 32,5 12,5 53,0 6,0

33 WSKAŹNIKI EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Europejskie regulacje dotyczące ograniczenia emisji z pojazdów samochodowych zawarte w Dyrektywie 1999/96/WE, są powszechnie znane jako normy Euro. Norma Data CO HC HC+NOx NOx PM Silniki o ZS [g/km] Euro I ,72-0,97-0,14 Euro II ,7-0,08 Euro III ,64-0,56 0,5 0,05 Euro IV ,5-0,3 0,25 0,025 Euro V ,5-0,23 0,18 0,005 Euro VI ,5-0,17 0,08 0,005 Norma Data CO HC HC+NOx NOx PM Silniki o ZI [g/km] Euro I ,72-0, Euro II ,2-0,5 - - Euro III ,3 0,2-0,15 - Euro IV ,1-0,08 - Euro V ,1-0,06 0,005 Euro VI ,1-0,06 0,005 Samochody osobowe z silnikiem o zapłonie samoczynnym i o zapłonie iskrowym

34 b NOx [g/km] b PM [g/km] WSKAŹNIKI EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0, v AV [km/h] 12 Zależność emisji drogowej cząstek stałych b PM z samochodów ciężarowych od średniej prędkości v AV Zależność emisji drogowej NOx b NOx z samochodów ciężarowych od średniej prędkości v AV v AV [km/h]

35 b NOx [g/km] b PM [g/km] 0,06 0,05 WSKAŹNIKI EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO 0,04 0,03 0,02 0, Zależność emisji drogowej cząstek stałych b PM z silników lekkich samochodów ciężarowych od średniej prędkości v AV 0,8 v AV [km/h] 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 Zależność emisji drogowej NOx b NOx z silników lekkich samochodów ciężarowych 0,2 od średniej prędkości v AV 0, v AV [km/h]

36 b NOx [g/km] b PM [g/km] WSKAŹNIKI EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO 0,02 0,018 0,016 0,014 0,012 0,01 0,008 0,006 0,004 0,002 0, v AV [km/h] Zależność emisji drogowej cząstek stałych b PM z silników samochodów osobowych od średniej prędkości v AV 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Zależność emisji drogowej NOx b NOx z silników samochodów osobowych od średniej prędkości v AV v AV [km/h]

37 WSKAŹNIKI EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Prognoza ruchu pojazdów w roku 2015

38 WSKAŹNIKI EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Prognoza ruchu pojazdów w roku 2025

39 OKREŚLANIE EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Całkowita emisja substancji szkodliwych dla środowiska jest sumą emisji z poszczególnych pojazdów we wszystkich możliwych warunkach ruchu, można więc przedstawić ją poniższą formułą jako kombinację: gdzie: m (z) N i1 K k1 b (z,k,i) L (j) b (z,k,i) średnia emisja drogowa substancji z z pojazdów kategorii i w warunkach ruchu j, L (j) liczność pojazdów w kategorii i, p (j) średnia droga przebywana przez pojazd kategorii i w okresie bilansowania na obszarze bilansowania, u (k,j) stosunek średniej drogi przebywanej przez pojazd kategorii i w warunkach ruchu j i średniej drogi przebywanej przez pojazd kategorii i w okresie bilansowania na obszarze bilansowania, I liczba kategorii pojazdów, J liczba warunków ruchu. p (j) u (k,j)

40 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO SDR samochodów osobowych na drogach krajowych w 2005r. Gdańsk Szczecin Gorzów Wlkp. Bydgoszcz Toruń Poznań Olsztyn Warszawa Białystok W N S E Zielona Góra Łódz Wrocław Opole Katowice Kielce Kraków Lublin Rzeszów miasta województwa samochody osobowe

41 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Emisja NO2 na drogach krajowych w 2005r. Gdańsk Szczecin Gorzów Wlkp. Bydgoszcz Toruń Poznań Olsztyn Warszawa Białystok W N S E Zielona Góra Łódz Wrocław Opole Katowice Kielce Kraków Lublin Rzeszów miasta województwa NO2 [t/a]

42 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Emisja SO2 na drogach krajowych w 2005r. Gdańsk Szczecin Gorzów Wlkp. Bydgoszcz Toruń Poznań Olsztyn Warszawa Białystok W N S E Zielona Góra Łódz Wrocław Opole Katowice Kielce Kraków Lublin Rzeszów miasta województwa SO2 [t/a]

43 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Emisja PM10 na drogach krajowych w 2005r. Gdańsk Szczecin Gorzów Wlkp. Bydgoszcz Toruń Poznań Olsztyn Warszawa Białystok W N S E Zielona Góra Łódz Wrocław Opole Katowice Kielce Kraków Lublin Rzeszów miasta województwa PM10 [t/a]

44 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Suma emisji NO2 pochodzącej z dróg krajowych w województwach w 2005r. Pomorskie Zachodniopomorskie Kujawsko- Pomorskie Warmińsko-Mazurskie Podlaskie W N S E Lubuskie Wielkopolskie Mazowieckie Łódzkie Dolnośląskie Opolskie Śląskie Lubelskie Świętokrzyskie Małopolskie Podkarpackie województwa NO2 [Gg/a]

45 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Suma emisji SO2 pochodzącej z dróg krajowych w województwach w 2005r. Pomorskie Zachodniopomorskie Kujawsko- Pomorskie Warmińsko-Mazurskie Podlaskie W N S E Lubuskie Wielkopolskie Mazowieckie Łódzkie Dolnośląskie Opolskie Śląskie Lubelskie Świętokrzyskie Małopolskie Podkarpackie województwa SO2 [Gg/a]

46 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Suma emisji PM10 pochodzącej z dróg krajowych w województwach w 2005r. Pomorskie Zachodniopomorskie Kujawsko- Pomorskie Warmińsko-Mazurskie Podlaskie W N S E Lubuskie Wielkopolskie Mazowieckie Łódzkie Dolnośląskie Opolskie Śląskie Lubelskie Świętokrzyskie Małopolskie Podkarpackie województwa PM10 [Gg/a]

47 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Natężenie i struktura ruchu w Sopocie 2008 r.

48 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Emisja NOx ze źródeł liniowych w 2008 roku.

49 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Emisja NOx ze źródeł liniowych w 2008 roku w powiatach

50 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Emisja PM10 ze źródeł liniowych w 2008 roku.

51 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Emisja PM10 ze źródeł liniowych w 2008 roku w powiatach

52 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Emisja PM2.5 ze źródeł liniowych w 2008 roku.

53 ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO Emisja PM2.5 ze źródeł liniowych w 2008 roku w powiatach.