INWENTARYZACJA EMISJI PYŁU PM10 I PM2 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 SPRAWNOŚĆ CIEPLNA ŹRÓDEŁ ZUŻYCIE PALIW WSKAŹNIKI EMISJI DLA PM10 i PM2.5 Metodyka obliczeń została przedstawiona na schemacie. Obejmowała ona kolejno: EMISJE ROCZNE PM10 i PM2.5 [kg/r] Dane o powierzchni zabudowy i liczbie mieszkańców WSKAŹNIKI NARAŻENIA NA EMISJĘ PYŁU [kg/M], [g/m2]

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 [%] Na wykresie przedstawiono udziały % różnych źródeł ciepła stosowanych do ogrzewania mieszkań. Wynika z niego że około 19 % mieszkań jest podłączonych do zewnętrznych sieci cieplnych, około 63 % posiada własne źródła opalane paliwem stałym (różne rodzaje węgla kamiennego z dodatkiem drewna (często także odpadów komunalnych) 13% posiada ogrzewanie gazowe, 1% olejowe, 3%elektryczne, a zaledwie 0,1% wykorzystuje inne paliwa, w tym biomasę.

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 Sprawność cieplna źródeł wynosi od 50% (a czasem nawet mniej) dla pieców kaflowych i starych kotłów komorowych do ponad 90 % dla kotłów gazowych. Niska sprawność cieplna jest powodowana niepełnym spalaniem paliwa i stratami kominowymi

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 Źródła ciepła na paliwa ciekłe (oleje opałowe, nafta) 3 2.7 Źródła ciepła na biomasę 109 103 Z analizy wskaźników emisji wynika, że znaczący wpływ na poziom emisji pyłu spalanie paliw stałych – węgla i biomasy. Źródła wykorzystujące paliwa ciekłe i gazowe mają znikomy udział w emisji (z uwagi na wskaźniki emisji jak i niski udział w produkcji ciepła (olej)

Sumaryczna emisja pyłu PM10 i PM2 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% 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 475 Jelenia Góra 378 Nysa woj. opolskie 274 Pszczyna 273 Jastrzębie-Zdrój 232 Głuchołazy 224 Opole 223 Czerwionka-Leszczyny 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

Wskaźnik narażenia na emisję PM10 z ogrzewania mieszkań w gminach – 2007 r.

Gminy o największym narażeniu na pył – woj. dolnośląskie

Gminy o największym narażeniu na pył – woj. opolskie

Gminy o największym narażeniu na pył – woj. śląskie

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 METEO Baza wskaźników emisji Procesor emisji Preprocesor CALMET (przetwarza dane meteo) Baza wyników Model obliczeniowy CALPUFF

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 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 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 Na obszarze gminy Pszczyna jest 15 rozłącznych obszarów zabudowy zaznaczonych na rysunku kolorem szarym. Dla każdego z tych obszarów wyznaczana będzie siatka emitorów zastępczych (w postaci punktów) umożliwiająca symulowanie emisji obszarowej pyłu. 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 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