INWENTARYZACJA EMISJI PYŁU PM10 I PM2.5 Z MAŁYCH ŹRÓDEŁ CIEPŁA W REGIONIE PRZYGRANICZNYM Z CZECHAMI dr hab.inŝ. Stanisław Hławiczka, mgr inŝ. Marian Cenowski Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych, Katowice
Cel obliczeń emisji pyłu PM10 oraz pyłu PM2.5 Celem przeprowadzonych obliczeń było wytypowanie obszarów (gmin) o największym zagroŝeniu emisją pyłu z niskich źródeł ciepła oraz opracowanie programu minimalizacji emisji pyłu dla 3 wybranych gmin Obliczenia wykonano dla 241 gmin dla lat 2006 i 2007
Metodyka obliczeń INWENTARYZACJA MIESZKAŃ Z PODZIAŁEM NA RODZAJE ŹRÓDEŁ CIEPŁA CHARAKTERYSTYKA WARUNKÓW METEOROLOGICZNYCH OBLICZENIE ZAPOTRZEBOWANIA NA CIEPŁO OBLICZENIE ZUśYCIA PALIW SPRAWNOŚĆ CIEPLNA ŹRÓDEŁ WSKAŹNIKI EMISJI DLA PM10 i PM2.5 OBLICZENIE EMISJI ROCZNYCH PM10 i PM2.5 [kg/r] WYZNACZENIE WSKAŹNIKÓW NARAśENIA NA EMISJĘ PYŁU [kg/m], [g/m2]
Rodzaje systemów grzewczych uwzględnione w inwentaryzacji emisji pyłu - centralne ogrzewanie(sieciowe) - emisja pyłu nie występuje - piece węglowe (kaflowe, Ŝeliwne, kominki itp.) - kotły węglowe komorowe starego typu - kotły węglowe komorowe nowego typu - kotły węglowe z automatycznym sterowaniem -źródła ciepła na paliwo gazowe (GZ, LPG) - źródła ciepła na paliwo ciekłe (oleje opałowe, nafta) - źródła ciepła na biomasę - ogrzewanie elektryczne - emisja pyłu nie występuje Uwzględnienie 3 róŝnych typów kotłów węglowych ma bardzo istotny wpływ na obliczenie emitowanych ładunków pyłu (duŝe róŝnice we wskaźnikach emisji). Z uwagi na brak danych statystyczych struktura rodzajowa kotłów została opracowana we własnym zakresie, po analizie danych ankietowych o wieku kotłów (programy PONE)
[%] Udziały róŝnych systemów grzewczych w powierzchni ogrzewanych mieszkań 30,0 26,9 25,0 23,3 20,0 19,1 15,0 13,2 10,0 9,9 5,0 3,7 2,9 0,0 centralne ogrzewanie palenika domowe (piece, kuchnie, kominki) kotły węglowe komorowe starego typu kotły węglowe komorowe nowego typu kotły węglowe automatyczne (retortowe, miałowe) ogrzewanie gazowe 0,9 ogrzewanie olejowe 0,1 źródła na biomasę ogrzewanie elektryczne
1 etap obliczeń - obliczenie zapotrzebowania na ciepło Określono roczne zapotrzebowanie ciepła (GJ/rok) do ogrzewania mieszkań w poszczególnych gminach uwzględniając rzeczywiste warunki meteorologiczne w latach 2006 i 2007 i charakterystykę cieplną budynków Q = q m * P * k q m - wskaźnik określający zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania, odniesiony do powierzchni mieszkalnej P - powierzchnia ogrzewanych mieszkań w danej klasie cieplnej k- liczba tzw. stopniodni w sezonie grzewczym - budynki o małych stratach ciepła 0,5 W/m 2 K - budynki o przeciętnych stratach ciepła 1,1 W/m 2 K - budynki o duŝych stratach ciepła 2,5 W/m 2 K
2 etap obliczeń - obliczenie zuŝycia paliw Znając zapotrzebowanie ciepła i udziały poszczególnych typów źródeł w jego wytwarzaniu, obliczono zuŝycie paliw Z Z = Q/η [GJ/rok] gdzie: Q zapotrzebowanie na ciepło dla danego typu źródeł η - średnia sprawność źródła ciepła
Charakterystyka źródeł ciepła Typy źródeł ciepła Piece węglowe (kaflowe, Ŝeliwne, kuchenne itp.) 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 Źródła ciepła na biomasę Średnia sprawność [%] 50 55 75 82 92 87 72,4
3 etap obliczeń - obliczenie emisji pyłu E = w e * Z p w e wskaźnik emisji pyłu [g/gj] Z p zuŝycie paliwa [GJ] Rodzaj źródła ciepła Piece węglowe (kaflowe, Ŝeliwne, kuchenne itp.) 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 Wskaźnik emisji PM10 450 460 130 70 0.5 3 109 Wskaźnik emisji PM2.5 438 448 121 61 0.5 2.7 103
Wyniki obliczeń emisji pyłu PM10 w gminach dla 2007 r. [kg/rok]
Sumaryczna emisja pyłu PM10 i PM2.5 z małych źródeł ciepła po polskiej stronie analizowanego obszaru przygranicznego Rok 2006 Emisja PM10 [ton/rok] 2142 Emisja PM2.5 [ton/rok] 2080 2007 2021 1962 Zmiana emisji 2007/2006-5,7% - 5,7% Emisja roczna pyłu PM10 w gminach wynosiła od 1.5 t/rok do 79 t/rok
4 etap obliczeń określenie wskaźników naraŝenia na emisję pyłu Określono stopień naraŝenia na pył na obszarach zabudowy mieszkaniowej w poszczególnych gminach biorąc pod uwagę 2 parametry: 1) Wx - wielkość emisji PM10 na mieszkańca [kg/m] 2) Wy - wielkość emisji PM10 na m 2 obszaru zabudowanego [g/m2] KaŜdy z tych wskaźników jest miarą naraŝenia na pył,ale moŝna je równieŝ zastosować w postaci skumulowanej. Ta metoda pozwala na jednoczesną ocenę obszarów o róŝnych typach zabudowy (miasto, wieś)
5 etap obliczeń określenie skumulowanego wskaźnika naraŝenia na pył Dla obu wskaźników naraŝenia określonych w 4 etapie obliczeń obliczono wartości średnie dla całego obszaru polskiego (Wxśr, Wyśr), a następnie porównano wskaźniki w poszczególnych gminach z tymi wartościami (Wx/Wxśr, Wy/Wyśr) W kolejnym kroku obliczono parametr Wn jako sumę tych ilorazów Wn = Wx/Wxśr +Wy/Wyśr Parametr Wn (bezwymiarowy) przyjęto jako ostateczne kryterium naraŝenia na emisję pyłu i podstawę do ustalenia listy rankingowej gmin.
Wyniki obliczeń emisji i ranking gmin Lp. Nazwa gminy Powiat Województwo Emisja PM10 [kg/rok] Emisja PM10 [g/m2 zab] Emisja PM10 [kg/mieszk] Wskaźnik skumulowany Wn 1 Kamienna Góra (gm. miejska) pow. kamiennogórskiwoj. dolnośląskie 14727 45,68 0,70 6,58 2 Nowa Ruda (gm. miejska) pow. kłodzki woj. dolnośląskie 18147 37,00 0,75 5,61 3 Wałbrzych pow. wałbrzyski woj. dolnośląskie 79369 29,91 0,64 4,59 4 Boguszów-Gorce pow. wałbrzyski woj. dolnośląskie 16355 20,95 0,99 4,04 5 Kowary pow. jeleniogórski woj. dolnośląskie 9518 18,74 0,82 3,50 6 Kłodzko (gm. miejska) pow. kłodzki woj. dolnośląskie 11833 20,97 0,42 3,18 7 Lubawka pow. kamiennogórskiwoj. dolnośląskie 12657 12,53 1,09 3,17 8 Nowa Ruda (gm. wiejska) pow. kłodzki woj. dolnośląskie 12669 12,50 1,05 3,10 9 Mieroszów pow. wałbrzyski woj. dolnośląskie 8005 11,74 1,08 3,06 10 Wojcieszów pow. złotoryjski woj. dolnośląskie 3636 13,57 0,94 3,06 11 Szczawno-Zdrój pow. wałbrzyski woj. dolnośląskie 3778 16,56 0,67 3,02 12 Złoty Stok pow. ząbkowicki woj. dolnośląskie 4679 12,51 0,98 3,00 13 Paczków pow. nyski woj. opolskie 12032 13,36 0,88 2,95 14 Pszów pow. wodzisławski woj. śląskie 9925 14,97 0,70 2,88 15 Jedlina-Zdrój pow. wałbrzyski woj. dolnośląskie 4300 12,93 0,86 2,86 16 Bardo pow. ząbkowicki woj. dolnośląskie 4929 12,44 0,89 2,86 17 Świebodzice pow. świdnicki woj. dolnośląskie 11653 17,02 0,51 2,83 18 Jawor pow. jaworski woj. dolnośląskie 8128 19,04 0,34 2,81 19 Lubomia pow. wodzisławski woj. śląskie 7054 12,07 0,88 2,80 20 Kamieniec Ząbkowicki pow. ząbkowicki woj. dolnośląskie 8419 10,82 0,97 2,77 21 Świdnica (gm. miejska) pow. świdnicki woj. dolnośląskie 16426 19,32 0,27 2,75 22 Głuszyca pow. wałbrzyski woj. dolnośląskie 7637 12,35 0,83 2,74 23 Zawidów pow. zgorzelecki woj. dolnośląskie 2474 15,62 0,56 2,74 24 Złotoryja (gm. miejska) pow. złotoryjski woj. dolnośląskie 5980 17,80 0,36 2,70 25 Bolesławiec (gm. miejska) pow. bolesławiecki woj. dolnośląskie 14725 17,73 0,36 2,70 26 Głuchołazy pow. nyski woj. opolskie 22413 11,25 0,87 2,68 27 Rydułtowy pow. wodzisławski woj. śląskie 14471 13,83 0,66 2,67 28 Bielawa pow. dzierŝoniowskiwoj. dolnośląskie 10220 17,78 0,33 2,65 29 Bolków pow. jaworski woj. dolnośląskie 9888 10,49 0,90 2,63 30 Jelenia Góra Jelenia Góra woj. dolnośląskie 37768 16,07 0,44 2,62 31 Ujsoły pow. Ŝywiecki woj. śląskie 6354 4,67 1,35 2,61 32 Walce pow. krapkowicki woj. opolskie 4802 11,00 0,82 2,58
Wskaźnik naraŝenia na emisję PM10 z ogrzewania mieszkań w gminach 2007 r.
Inwentaryzacja emisji pyłów - podsumowanie Oceny naraŝenia mieszkańców na pył PM10 pochodzący z niskich źródeł ciepła dokonano poprzez wykorzystanie danych o wielkości emisji, liczbie mieszkańców i powierzchni zabudowy; Opracowany na potrzeby projektu kalkulator emisji jest dostępny na stronie internetowej i umoŝliwia wykonanie szacunków emisji pyłu na poziomie jednostki administracyjnej oraz określenie efektów ekologicznych dla róŝnych wariantów działań ograniczających emisję (termomodernizacja, wymiana źródeł ciepła, uciepłownienie) Kolejnym etapem projektu będzie modelowanie rozkładów stęŝeń pyłu pochodzącego z niskich źródeł ciepła; modelowanie będzie przeprowadzone dla kaŝdej jednostki administracyjnej oddzielnie z wykorzystaniem danych emisyjnych zgromadzonych na etapie inwentaryzacji emisji
Schemat obliczeń stęŝeń pyłu GIS METEO Baza emisji Procesor emisji Preprocesor CALMET (przetwarza dane meteo) Model obliczeniowy CALPUFF Baza wyników
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 kaŝdego obszaru zabudowy, dane o wysokości terenu.
Baza danych meteorologicznych Do modelowania stęŝeń zostaną wykorzystane 1- godzinne dane meteorologiczne (uzyskane przy pomocy modelu meteorologicznego MM5) dla lat 2006-2007 w siatce 10x10km pokrywającej całą strefę objętą projektem Dane meteorologiczne zawierają m.in. informacje o: wektorze wiatru, temperaturze, wysokości tzw. warstwy mieszania.
Baza danych o emisji pyłu 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 Dla kaŝdego okresu symulacji procesor emisji współdziałający z bazą wyznacza wielkość emisji w zaleŝności od temperatury otoczenia w czasie poprzednich 12 godzin i przekazuje te dane do preprocesora
Modelowanie stęŝeń pyłu na przykładzie gminy Pszczyna 1. Na obszarze gminy Pszczyna jest 15 rozłącznych obszarów zabudowy zaznaczonych na rysunku kolorem szarym. 2. Dla kaŝdego z tych obszarów wyznaczana będzie siatka emitorów zastępczych (w postaci punktów) umoŝliwiająca symulowanie emisji obszarowej pyłu. 3. W 1-godzinnym cyklu obliczeniowym: - określane będą warunki meteorologiczne, - określona będzie emisja z kaŝdego emitora zastępczego - program Calpuff obliczy rozkład stęŝeń PM10 i PM2.5 na obszarze gminy (w poszczególnych obszarach zabudowy) i zapisze je w bazie wyników 4. Dane o rozkładzie stęŝeń będą wykorzystane w ewentualnych programach minimalizacji emisji pyłu w wybranych gminach
Modelowanie stęŝeń pyłu na przykładzie gminy Pszczyna
Dziękuję za uwagę