Transcript Модель GAINS

Семинар по применению модели GAINS для ревизии
Гетеборгского протокола
с фокусом на ключевые меры по улучшению качества
атмосферного воздуха в Европе
и роль стран ВЕКЦА в этом процессе
20-21 июня 2011
IIASA, Лаксенбург
Janusz Cofala (IIASA), Stefan Åström (IVL)
Модель GAINS
Методология расчета выбросов
и оценка потенциала их снижения
Outline
• общая информация
• метод
• наглядные результаты
Общая информация о модели GAINS
• Модель GAINS является обновленной и улучшенной версией более
ранней модели RAINS
• Модель RAINS изначально была разработана для поддержки Конвенции
о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния
(КТЗВБР)
• Модель GAINS дает возможность предлагать международные стратегии
снижения трансграничного переноса загрязнений, ориентированные на
воздействия
• Эти стратегии дешевле, чем стратегии с одинаковыми для всех стран
целями качества воздуха
• Модель GAINS включает также расчет парниковых газов
• Модель GAINS обеспечивает поддержку при работе с вопросами
загрязнения воздуха в ЕС и в рамках КТЗВБР, а также усилия ЕС по
снижению выбросов парниковых газов внутри ЕС
Общая информация о модели GAINS
• Модель рассчитывает экономическую эффективность с "техникоэкономической" точки зрения (влияние на макроэкономику не
рассматривается)
• Модель не включает денежную оценку воздействия загрязнения
воздуха на здоровье населения и окружающую среду. Анализ
затрат-выгод может выполняться в качестве отдельного задания
другой исследовательской группой (AEA Technology)
• Существет несколько версий модели:
- Онлайн версия анализа сценариев для стран:
 Европы (в рамках сети EMEP), Центральной Азии (включая
Китай), Южной Азии, других стран мира
- Оффлайн версия, минимизирующая затраты, используется
IIASA
 национальные модели длa: Ирландии, Италии, Нидерланов,
Швеции, России
- Калькулятор усилий по снижению выбросов парниковых газов
(для стран Приложения I)
Методология GAINS
– Важное напоминание!!
Модель показывает упрощенную версию реальности,
которая может быть использована с целью
демонстрации сложных взаимодействий
Методология GAINS
– Важное напоминание!!
Разработка сценариев
Сценарий – это описание вероятного, согласованного
будущего развития системы (например, энергетики,
транспорта или сельского хозяйства)
Целями разработки сценария являются:
• количественное представление различных направлений
будущего развития технических систем и анализ
последствий этих направлений развития (затраты,
воздействие на окружающую среду)
• анализ изменений системы в результате изменения внешних
параметров
Friedrich, 2010
Подход множества загрязнителей
/множества воздействий
ГФУ
PM (BC,
OC)
SO2


NOx
VOC
NH3
CO2
CH4
N2O
ПФУ
SF6
Воздействия на здоровье:
Твердые частицы
Тропосферный озон









Ущерб растительности и
экосистемам:
Тропосферный озон

Подкисление
Эвтрофикация




Влияние на климат:
- долгосрочное (GWP100)







-среднесрочное









Структурные блоки модели GAINS
Энергетические и
сельскохозяйственные
прогнозы
PRIMES, POLES, CAPRI,
IEA, национальные прогнозы
Варианты контроля выбросов
Выбросы
Затраты
Рассеивание в атмосфере
Воздействие загрязнения
воздуха,
Ряд выбросов парниковых
газов
Симуляция/
Режим анализа
сценариев,
доступный
онлайн
Режим оптимизации модели GAINS
Энергетические и
сельскохозяйственные
прогнозы
PRIMES, POLES, CAPRI,
IEA, национальные
прогнозы
Варианты контроля выбросов
Выбросы
Затраты
ОПТИМИЗАЦИЯ
Рассеивание в атмосфере
Воздействие
загрязнения воздуха,
Ряд выбросов
парниковых газов
Экологические цели
Модели помогают разделить
стратегические и технические вопросы
Лица и организации,
принимающие решения
Модели
Принимают решение
относительно:
Определяют экономическиэффективные и устойчивые меры:
•Уровня амбиций
(экологических целей)
•Уровня приемлемого риска
•Желания платить
• Баланс мер контроля по различным
странам, секторам и загрязняющим
веществам
• Региональные различия в Европе
• Побочные эффекты стратегий
• Максимизация синергизма с другими
проблемами качества воздуха
•Поиск устойчивых стратегий
Amann, 2009
Аггрегирование данных по
энергетическим ресурсам
Категории топлив:
• Уголь
• Нефть
• Газ
• Биомасса
• Возобновляемые
источники
• Атомная энергия
• Электричество
• Тепло (пар, горячая
вода)
Включая различные типы и
градации
Секторы первого уровня:
• Тепло- и
электроэнергетика
• Преобразование энергии
• Промышленность
• Бытовое потребление
• Транспорт
• Неэнергетическое
использование
Далее разделены на
секторы второго и т.д.
уровней
Аггрегирование данных по передвижным
источникам
• Дорожный транспорт
– Легковые автомобили и малолитражные автобусы
– Грузовые автомобили и автобусы большой
грузоподъемности
– Мотоциклы и мопеды, оснащенные 2-х или 4-х тактными
двигателями
• Внедорожные передвижные источники
– Железные дороги, авиация, внутренние водные пути
– Национальное морское судоходство и ловля рыбы
– Передвижные механизмы, применяемые в
промышленности, строительстве и сельском хозяйстве
– Другие (бытовой сектор, газонокосилки,
лесохозяйственная и военная техника)
• Для каждого источника оценивается количество
транспортных средств и потребление топлива. Для
дорожного транспорта оценивается также пробег
Аггрегирование данных по процессам
Производство сырья:
• сталь
• алюминий
• другие металлы
• цемент
• стекло
• нефть и природный газ
• нефтепереработка
• удобрения…
Хранение и транспортировка
продукции:
• уголь
• сельскохозяйственная
продукция
• металлическая руда
• удобрения
• другие…
Строительная деятельность
Перереботка и удаление
отходов
Варианты контроля выбросов
загрязняющих веществ:
Стационарные источники:
• SO2:
•
•
– Топлива с низким содержанием
серы
– Контроль "в топке"
– Десульфаризация дымовых
газов
– Контроль выбросов от
процессов
NOx:
– Модификация процесса
сгорания
– Каталитическое и
некаталитическое снижение
NH3:
– Изменения в рационе питания
– Адаптация животноводческих
построек и очистка воздуха
– Методы хранения и
применения навоза
– Замена мочевины
•
VOC:
•
PM
– Основные методы управления
– Замена растворителей
– Меры "на конце трубы"
– Циклоны, (электро-)фильтры
– Более чистые промышленные
процессы
– Улучшенные котлы и печи
– Надлежащая технология
Передвижные источники:
• Стандарты EURO
• Эквиваленты EURO для
внедорожных источников
База данных модели GAINS по мерам
контроля выбросов
SO2:
NOx:
PM:
NH3:
VOC:
GHG:
180 вариантов мер
400 вариантов мер
850 вариантов мер
(для передвижных источников – те же меры, что и для NOx)
110 вариантов мер
500 вариантов мер
300 (примерно), включая структурные меры для CO2,
варианты мер для CH4, N2O, F-газов
szczagner, Klimont, 2009
Методология модели GAINS - сценарии
• С помощью использования базы данных,
содержащей информацию о:
–
–
–
–
показателях выбросов без учета мер контроля
рассеивании загрязнений по Европе
чувствительности экосистем, распределении населения
технологиях и вариантах снижения выбросов,
включающих такие параметры как:
• эффективность снижения выбросов
• затраты на применение
• И с использованием сценарных оценок (прогнозов),
содержащих данные о:
– видах деятельности, вызывающих загрязнение
– степени применения технологий по снижению выбросов
Результаты модели GAINS
• Модель GAINS может рассчитать следующие результаты:
– Выбросы в стране
– Обусловленное выбросами воздействие на окружающую среду
и здоровье населения
– Затраты на снижение выбросов в стране
• С учетом того, что:
– Некоторые методы снижения выбросов могут привести к
увеличению выбросов других загрязняющих веществ
– Выбросы в некоторых странах оказывают большее
воздействие на здоровье населения и окружающую среду, чем
выбросы других стран
Методология модели GAINS–
Расчет выбросов
Ei 
E
i , j ,k ,m
j ,k ,m

A
i , j ,k
ef i , j ,k ( 1  eff m )X i,j,k,m
j ,k ,m
i,j,k,m
Страна, сектор, топливо, мера/метод контроля
Ei
Выбросы в стране i
A
Объем деятельности в данном секторе
ef
Фактор эмиссии “неочищенного газа"
effm
Эффективность снижения выбросов с помощью меры m
X
Степень применения рассматриваемой меры контроля
Klimont, 2009
Расчет затрат в модели GAINS
•
•
•
•
Все затраты выражены в Euro 2005
После учета налога
Метод "годовых затрат"
Затраты основаны на международных инвестициях и
опыте эксплуатации
• Для развивающихся стран в стоимость инвестиций
включены локальные компоненты
• Три уровня учетной ставки
– 4% (social)
– 10% (business)
– 20% (private)
Компоненты затрат
•Общие (одинаковые для всех стран)
- удельные затраты на инвестиции,
- фиксированные затраты на эксплуатацию (ОМ),
- необходимая дополнительная рабочая сила,
энергия и материалы
• Специфические (зависящие от страны)
- размер установки,
- заводские факторы,
- цены на рабочую силу, электричество, топливо
и другие материалы
- стоимость переработки и удаления отходов
Расчет затрат на снижение выбросов
Компоненты затрат:
•общие (одинаковые для всех стран)
- удельные годовые затраты на инвестиции, Iann
- фиксированные затраты на эксплуатацию, OMfix
- необходимая дополнительная рабочая сила, энергия и
материалы, OMvar
• зависящие от страны, OMvar
- размер установки,
- заводские факторы,
- цены на рабочую силу, электричество, топливо и другие
материалы
- стоимость переработки и удаления отходов
C = Iann + OMfix + OMvar
Cofala, 2009
Расчет рассеивания загрязняющих веществ
(Зависимость источник-рецептор для PM2.5 – из модели EMEP)
PM 2 .5 j    ijA * p i    ijA * s i 
iI
iI
 0 .5 * (   ijS * a i    ijS * n i ) 
iI
iI
 0 .5 * min(max( 0,  c1 *  ijW * a i   c1 *
i I
iI
14
*  ijW * s i  k1 j ),  c 2 * ijW * n i  k 2 j )
32
i I
PM2.5j
Среднегодовая концентрация PM2.5 в –ячейке-рецепторе j
I
Ряд источников выбросов (стран)
J
Ряд рецепоторов (ячеек сети)
pi
Первичные выбросы PM2.5 в стране i
si
Выбросы SO2 в стране i
ni
Выбросы NOx в стране i
ai
Выбросы NH3 в стране i
αS,Wij, νS,W,Aij, σW,Aij, πAij Линейные матрицы переноса восстановленного и
окисленного азота, серы и первичных PM2.5, для зимы, лета и
среднегодовые
Воздействие загрязнения
атмосферного воздуха
Ущерб здоровью населения:
• снижение ожидаемой продолжительности жизни,
связанное с воздействием PM2.5
• смертность связанная с воздействием тропосферного озона
Ушерб растительности:
• подкисление и эвтрофикация лесов,
полу-естественных экосистем, территорий Natura 2000
Выбросы парниковых газов
Результаты- примеры
Выбросы загрязняющих веществ в Европе в
настоящем и будущем (2020), кт
20000
18000
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
SO2
NOx
2000
PM 2.5
Baseline
NH3
VOC
Max. Reductions
Пример кривой затрат для SO2
Кривые затрат описывают рост затрат на контроль выбросов в
зависимости от роста снижаемых выбросов
Marginal costs (EURO/ton SO 2 removed)
3000
0.01 % S
diesel oil
FGD
large industrial
boilers
2500
FGD
small industrial
boilers
2000
0.2 % S
diesel oil
0.6 % S
heavy fuel oil
FGD
oil fired
power plants
1500
FGD baseload
power plants
1000
1%S
heavy fuel oil
Low sulfur
coal
Remaining
measures
500
Present legislation
0
0
50
100
150
200
Remaining emissions (kt SO2)
250
300
Снижение ожидаемой продолжительности жизни
связанное с мелкодисперсной пылью [месяцы]
2000
2020
CAFE базовый сценарий
действующее законодательство
2020
Максимальное технически
осуществимое снижение
выбросов
Снижение среднестатистической продолжительности жизни в результате
воздействия неопределенных PM2.5 антропогенного происхождения, расчет
для метеорологических данных 1997
Превышение выпадения кислот в лесных
экосистемах
2000
2020
2020
CAFE базовый сценарий
Максимальное технически
действующее законодательство
осуществимое
снижение выбросов
Процент площади лесов с выпадением кислот выше уровня критических
нагрузок, расчет для метеорологических данных 1997
Более подробная информация
Документация
http://www.iiasa.ac.at/rains/gains-methodology.html?sb=10
Презентации
http://www.iiasa.ac.at/rains/meetings/GAINS-tutorial/presentations.html