Transcript Baza danych o emisji pyłu

INWENTARYZACJA EMISJI PYŁU PM10 I PM2.5 Z
MAŁYCH ŹRÓDEŁ CIEPŁA W REGIONIE
PRZYGRANICZNYM Z CZECHAMI
mgr inż. Marian Cenowski
Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych, Katowice
Cel obliczeń emisji pyłu PM10 oraz
pyłu PM2.5
Celem przeprowadzonych obliczeń emisji pyłów
PM10 i PM2.5 było wytypowanie obszarów (gmin) o
największym zagrożeniu emisją pyłu z niskich
źródeł ciepła oraz opracowanie programów
minimalizacji emisji pyłu dla 3 wybranych gmin
Obszar obliczeń obejmował 241 gmin w 3
województwach przylegających do granicy polsko –
czeskiej. Obliczenia wykonano dla lat 2006 i 2007
wykorzystując dane o powierzchni zabudowy
mieszkaniowej z uwzględnieniem sposobów
wytwarzania ciepła oraz danych meteorologicznych.
Schemat obliczeń emisji pyłów PM10 i PM2.5
DANE O POWIERZCHNI MIESZKAŃ Z
PODZIAŁEM NA RODZAJE ŹRÓDEŁ CIEPŁA,
TYPY PALIWA, JEDNOSTKOWE
ZAPOTRZEBOWANIE CIEPŁA
Dane
METEO
ZAPOTRZEBOWANIE NA CIEPŁO
ZUŻYCIE PALIW
WSKAŹNIKI
EMISJI DLA
PM10 i
PM2.5
EMISJE ROCZNE PM10 i PM2.5
[kg/r]
WSKAŹNIKI NARAŻENIA NA
EMISJĘ PYŁU [kg/M], [g/m2]
SPRAWNOŚĆ
CIEPLNA
ŹRÓDEŁ
Dane o
powierzchni
zabudowy i
liczbie
mieszkańców
Rodzaje systemów grzewczych
uwzględnione w inwentaryzacji emisji pyłu
Bazując na danych GUS określono udziały różnych
systemów grzewczych w powierzchni ogrzewanych
mieszkań w gminach
Uwzględniono następujące rodzaje źródeł:
- centralne ogrzewanie(sieciowe)
- piece węglowe (kaflowe, żeliwne, 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
Dodatkowe założenia do obliczeń
W obliczeniach założono, że w przypadku centralnego
ogrzewania sieciowego i ogrzewania elektrycznego emisja
niska pyłów nie występuje (emisja występuje wtedy w
miejscu wytwarzania energii – ciepłowni, elektrowni, jednak
jest znacznie niższa).
Uwzględniono kotłownie wbudowane, obsługujące budynek
wielomieszkaniowy
Zastosowano podział kotłów węglowych na 3 różne typy, co
ma istotny wpływ na wielkości emitowanych ładunków pyłu
(ze względu duże różnice we wskaźnikach emisji). Z uwagi
na brak danych statystycznych struktura rodzajowa kotłów
została opracowana we własnym zakresie, po analizie
danych ankietowych o wieku kotłów (programy PONE)
Udziały różnych systemów grzewczych w
powierzchni ogrzewanych mieszkań
[%]
30,0
26,9
25,0
20,0
23,3
19,1
15,0
13,2
9,9
10,0
3,7
5,0
2,9
0,9
0,1
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
ogrzewanie
olejowe
inne paliwa
(biomasa)
ogrzewanie
elektryczne
1 etap obliczeń - obliczenie zapotrzebowania
na ciepło
Określono 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
Q = qm* P * k
qm - 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
Na etapie inwentaryzacji zabudowy mieszkaniowej wydzielono 3
rodzaje budynków, zależnie od czasu budowy i wykonanych
termomodernizacji, różnicując wskaźniki zapotrzebowania na
ciepło:
‘- budynki o małych stratach ciepła 0,5 W/m2 °K
- budynki o przeciętnych stratach ciepła 1,1 W/m2 °K
- budynki o dużych stratach ciepła 2,5 W/m2 °K
2 etap obliczeń - obliczenie zużycia paliw
Znając zapotrzebowanie ciepła i udziały poszczególnych
typów źródeł w jego wytwarzaniu, obliczono zużycie paliw
Z
Z = Q/ [GJ/rok] gdzie:
Q – zapotrzebowanie na ciepło dla danego typu źródeł
 - średnia sprawność źródła ciepła
Charakterystyka źródeł ciepła
Typy źródeł ciepła
Średnia
sprawność [%]
Piece węglowe (kaflowe, żeliwne,
kuchenne itp.)
50
Kotły węglowe komorowe
starego typu
55
Kotły węglowe komorowe
nowego typu
75
Kotły węglowe z automatycznym
sterowaniem
82
Źródła ciepła na paliwa gazowe
92
Źródła ciepła na paliwa ciekłe
87
Źródła ciepła na biomasę
72
3 etap obliczeń - obliczenie emisji pyłu
E = we* Zp
we – wskaźnik emisji pyłu PM10 lub PM2.5 [g/GJ] Zp – zużycie paliwa [GJ]
Średnie wartości wskaźników emisji w zależności od typu paliwa
i rodzaju źródła
Rodzaj źródła ciepła
Wskaźnik emisji
PM10 [g/GJ]
Wskaźnik emisji
PM2.5 [g/GJ]
Piece węglowe (kaflowe,
żeliwne, kuchenne itp.)
450
438
Kotły węglowe komorowe
starego typu
460
448
Kotły węglowe komorowe
nowego typu
130
121
Kotły węglowe z
automatycznym sterowaniem
70
61
Źródła ciepła na paliwa
gazowe
0.5
0.5
3
2.7
109
103
Źródła ciepła na paliwa ciekłe
(oleje opałowe, nafta)
Źródła ciepła na biomasę
Sumaryczna emisja pyłu PM10 i PM2.5 z małych
źródeł ciepła po polskiej stronie analizowanego
obszaru przygranicznego
Rok
Emisja PM10
[ton/rok]
Emisja PM2.5
[ton/rok]
2006
21420
20800
2007
20210
19620
Zmiana emisji
2007/2006
- 5,7%
- 5,7%
Emisja roczna pyłu PM10 w gminach wynosiła od 15
t/rok do 790 t/rok
Gminy o największej emisji PM10 z małych źrodeł
ciepła (2007 r.)
Gmina
Województwo
Emisja PM10
[t/rok]
Wałbrzych
woj. dolnośląskie
794
Rybnik
woj. śląskie
746
Bielsko-Biała
woj. śląskie
475
Jelenia Góra
woj. dolnośląskie
378
Nysa
woj. opolskie
274
Pszczyna
woj. śląskie
273
JastrzębieZdrój
woj. śląskie
232
Głuchołazy
woj. opolskie
224
Opole
woj. opolskie
223
CzerwionkaLeszczyny
woj. śląskie
218
Wyniki obliczeń emisji pyłu PM10 w gminach dla 2007 r. [kg/rok]
4 etap obliczeń – określenie wskaźników
narażenia na emisję pyłu
Określono stopień narażenia 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 m2 obszaru zabudowanego
[g/m2]
Każdy z tych wskaźników jest miarą narażenia na pył,ale można je
również zastosować w postaci skumulowanej. Ta metoda pozwala na
jednoczesną ocenę obszarów o różnych typach zabudowy (miasto,
wieś)
5 etap obliczeń – określenie skumulowanego
wskaźnika narażenia na pył
Dla obu wskaźników narażenia 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
(Wxśr = 0,66 kg PM10/M, Wyśr = 8,27 g PM10/m2 obszaru
zabudowy)
Parametr Wn (bezwymiarowy) przyjęto jako ostateczne kryterium
narażenia na emisję pyłu i podstawę do ustalenia „listy rankingowej”
gmin.
Wyniki obliczeń emisji i ranking gmin
Nazwa gminy
Powiat
Województwo
Kamienna Góra (gm. miejska)
pow. kamiennogórskiwoj. dolnośląskie
Nowa Ruda (gm. miejska) pow. kłodzki
woj. dolnośląskie
Wałbrzych
pow. wałbrzyski
woj. dolnośląskie
Boguszów-Gorce
pow. wałbrzyski
woj. dolnośląskie
Kowary
pow. jeleniogórski woj. dolnośląskie
Kłodzko (gm. miejska)
pow. kłodzki
woj. dolnośląskie
Lubawka
pow. kamiennogórskiwoj. dolnośląskie
Nowa Ruda (gm. wiejska) pow. kłodzki
woj. dolnośląskie
Mieroszów
pow. wałbrzyski
woj. dolnośląskie
Wojcieszów
pow. złotoryjski
woj. dolnośląskie
Szczawno-Zdrój
pow. wałbrzyski
woj. dolnośląskie
Złoty Stok
pow. ząbkowicki
woj. dolnośląskie
Paczków
pow. nyski
woj. opolskie
Pszów
pow. wodzisławski woj. śląskie
Jedlina-Zdrój
pow. wałbrzyski
woj. dolnośląskie
Bardo
pow. ząbkowicki
woj. dolnośląskie
Świebodzice
pow. świdnicki
woj. dolnośląskie
Jawor
pow. jaworski
woj. dolnośląskie
Lubomia
pow. wodzisławski woj. śląskie
Kamieniec Ząbkowicki
pow. ząbkowicki
woj. dolnośląskie
Świdnica (gm. miejska) pow. świdnicki
woj. dolnośląskie
Głuszyca
pow. wałbrzyski
woj. dolnośląskie
Zawidów
pow. zgorzelecki
woj. dolnośląskie
Złotoryja (gm. miejska)
pow. złotoryjski
woj. dolnośląskie
Bolesławiec (gm. miejska)pow. bolesławiecki woj. dolnośląskie
Głuchołazy
pow. nyski
woj. opolskie
Rydułtowy
pow. wodzisławski woj. śląskie
Bielawa
pow. dzierżoniowski woj. dolnośląskie
Bolków
pow. jaworski
woj. dolnośląskie
Jelenia Góra
Jelenia Góra
woj. dolnośląskie
Ujsoły
pow. żywiecki
woj. śląskie
Walce
pow. krapkowicki
woj. opolskie
Pow.zabudo
wy [m2]
3223616
4904255
26532906
7806064
5078608
5641466
10103124
10136922
6818561
2679004
2281575
3740222
9006027
6631091
3325321
3961885
6845694
4268044
5841905
7782713
8500585
6185512
1584419
3359238
8305786
19931063
10462610
5748821
9424890
23498959
13603264
4364297
Emisja
PM10
[Mg/rok]
147
181
794
164
95
118
127
127
80
36
38
47
120
99
43
49
117
81
71
84
164
76
25
60
147
224
145
102
99
378
64
48
Emisja PM10
[g/m2 zab]
Emisja PM10
[kg/mieszk]
45,68
37,00
29,91
20,95
18,74
20,97
12,53
12,50
11,74
13,57
16,56
12,51
13,36
14,97
12,93
12,44
17,02
19,04
12,07
10,82
19,32
12,35
15,62
17,80
17,73
11,25
13,83
17,78
10,49
16,07
4,67
11,00
0,70
0,75
0,64
0,99
0,82
0,42
1,09
1,05
1,08
0,94
0,67
0,98
0,88
0,70
0,86
0,89
0,51
0,34
0,88
0,97
0,27
0,83
0,56
0,36
0,36
0,87
0,66
0,33
0,90
0,44
1,35
0,82
Wskaźnik
skumulowany
Wn
6,58
5,61
4,59
4,04
3,50
3,18
3,17
3,10
3,06
3,06
3,02
3,00
2,95
2,88
2,86
2,86
2,83
2,81
2,80
2,77
2,75
2,74
2,74
2,70
2,70
2,68
2,67
2,65
2,63
2,62
2,61
2,58
Wskaźnik narażenia na emisję PM10 z ogrzewania mieszkań w gminach – 2007 r.
Ka
ow
a
na
R
G
ór
a
(g
c
wo
r
bk
ow
Ja
e
rd
o
bo
dz
ic
Ba
ic
ki
m
.m
ie
jsk
a)
G
łu
sz
yc
a
Za
wi
dó
w
Zą
Św
ie
(g
ie
ni
ca
m
ie
n
Św
id
Ka
ud
m
.m
ie
js
a
ka
(g
m
)
.m
ie
js
ka
)
W
ał
Bo
br
zy
gu
ch
sz
ów
-G
or
ce
Kł
od
Ko
zk
wa
o
(g
ry
m
.m
ie
js
N
ka
ow
)
a
L
R
ub
ud
a
wk
a
(g
a
m
.w
ie
js
ka
)
M
ie
ro
sz
ów
W
oj
cie
sz
Sz
ów
cz
aw
no
-Z
dr
ój
Zł
ot
y
St
Je
ok
dl
in
aZd
ró
j
N
m
ie
n
Gminy o największym narażeniu na pył – woj. dolnośląskie
7,00
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
St
rz
e
ln
i
wa
d
e
k
po
ls
ki
ni
e
M
ur
ów
ko
wi
ce
O
m
ie
n
Kr
ap
lc
e
Ka
d
ja
z
tó
w
ice
ow
sk
i
U
rfa
n
lo
n
Ko
e
zk
ów
zk
i
hc
m
pr
ac
Pr
ós
Za
a
ec
zk
i
Bi
ał
St
rz
el
Ko
Ko
m
ie
br
za
ys
a
ca
O
tm
uc
hó
w
Je
Lu
N
ni
k
ce
y
oł
az
W
al
ch
cz
kó
w
Pr
ud
G
łu
Pa
Gminy o największym narażeniu na pył – woj. opolskie
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
ie
ad
z
ad
l
G
ol
wy
-W
ie
p
rz
c
in
ice
Ży
wi
e
R
klo
w
ró
j
ie
es
zó
Kr
w
zy
ża
no
wi
ce
R
ac
ib
ór
z
Kr
za
no
wi
ce
ch
o
M
ar
hy
b
eZd
ow
ic
łk
C
ny
cz
y
sz
ów
zy
ce
G
od
G
or
nk
aLe
za
G
oc
ze
rw
io
R
C
k
ice
yb
ni
m
ow
R
ły
ic
e
jso
cz
ko
w
U
y
m
ia
to
w
bo
yd
uł
W
ila
Bu
R
Lu
zó
w
Ps
Gminy o największym narażeniu na pył – woj. śląskie
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
Inwentaryzacja emisji pyłów - podsumowanie
 Oceny narażenia mieszkańców na pył PM10 i PM2.5
pochodzący z niskich źródeł ciepła dokonano poprzez
wykorzystanie danych o wielkości emisji, liczbie mieszkańców i
powierzchni zabudowy;
 Opracowany na potrzeby projektu kalkulator emisji pyłów PM10
i PM2.5 jest dostępny na stronie internetowej projektu i
umożliwia wykonanie szacunków emisji pyłu na poziomie
jednostki
administracyjnej
oraz
określenie
efektów
ekologicznych dla różnych wariantów działań ograniczających
emisję
(termomodernizacja,
wymiana
źródeł
ciepła,
uciepłownienie)
 Kolejnym etapem projektu będzie modelowanie rozkładów
stężeń pyłu pochodzącego z niskich źródeł ciepła; modelowanie
będzie przeprowadzone dla każdej jednostki administracyjnej
oddzielnie
z
wykorzystaniem
danych
emisyjnych
zgromadzonych na etapie inwentaryzacji emisji
Schemat obliczeń stężeń pyłu
GIS
Baza
wskaźników
emisji
METEO
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
każdego obszaru zabudowy,
• dane o wysokości terenu.
Baza danych meteorologicznych
Do modelowania stężeń zostaną wykorzystane 1godzinne 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 każdego okresu symulacji procesor emisji
współdziałający z bazą wyznacza wielkość emisji w
zależności od temperatury otoczenia w czasie
poprzednich 12 godzin i przekazuje te dane do
preprocesora
Modelowanie stężeń pyłu na przykładzie gminy
Pszczyna
1. Na obszarze gminy Pszczyna jest 15 rozłącznych obszarów
zabudowy zaznaczonych na rysunku kolorem szarym.
2. Dla każdego z tych obszarów wyznaczana będzie siatka
emitorów zastępczych (w postaci punktów) umożliwiająca
symulowanie emisji obszarowej pyłu.
3. W 1-godzinnym cyklu obliczeniowym:
- określane będą warunki meteorologiczne,
- określona będzie emisja z każdego emitora
zastępczego
- program Calpuff obliczy rozkład stężeń PM10 i PM2.5 na
obszarze gminy (w poszczególnych obszarach zabudowy) i
zapisze je w bazie wyników
4. Dane o rozkładzie stężeń będą wykorzystane w ewentualnych
programach minimalizacji emisji pyłu w wybranych gminach
Modelowanie stężeń pyłu na przykładzie gminy
Pszczyna
Dziękuję za uwagę