7. MEGASKOPSKI NIVO OPISA

MODELOVANJE I SIMULACIJA PROCESA 1

MODELOVANJE I SIMULACIJA PROCESA

7. Megaskopski nivo opisa; analiza uticaja procesa i

proizvoda na životnu sredinu

http://elektron.tmf.bg.ac.rs/modProf. dr Nikola Nikačević

MEGASKOPSKI NIVO OPISA• Nivo opisa širi od procesa i postrojenja osim

tehničko-tehnoloških, uključuje društvene aspe-kte: ekonomske, pravne, zaštitu životne sredine...

• Modeli složeni, sadrže navedene aspekte, pa zavise od razvoja i potreba datog društva i njihovih normativnih akata (ali nisu detaljni po pitanju fizičkih i hemijskih pojava).

• Primeri upotrebe: – Planiranje proizvodnje i lanca nabavke za više fabrika,– Analiza uticaja proizvoda na životnu sredinu tokom

njegovog životnog ciklusa.– Procena uticaja novih projekata na životnu sredinu– Predviđanje scenarija zagađenja i disperzije štetnih materija

u životnu sredinu.

1

2

7. MEGASKOPSKI NIVO OPISA

MODELOVANJE I SIMULACIJA PROCESA 2

PROGRAMI ZA PLANIRANJE PROIZVODNJE

• Dinamičko planiranje operacija i procedura u jednom ili više postrojenja u cilju optimizacije proizvodnje.

• Automatsko generisanje detaljinih planova proizvodnje pomoću heurističkih modela i optimizacionih metoda.

• Ciljevi: povećanje kapaciteta proizvodnje, smanjenje materijalnih troškova, i dr.

Aspen Plant Scheduler

PROGRAMI ZA PLANIRANJE LANCA NABAVKE

• Dinamičko planiranje upotrebe radne snage i opreme, naba-vke sirovina, unutrašnjeg i spo-ljašnjeg transporta, kapaciteta skladišta i dr.

• Modeli daju rešenja za opti-malnu upotrebu i tok resursa u skladu sa kapacitetima kompanije u proizvodnji i distribuciji.

• Ciljevi – povećanje: poslovne profitabilnosti, produktivnosti, kvaliteta usluge, ušteda...

3

4

7. MEGASKOPSKI NIVO OPISA

MODELOVANJE I SIMULACIJA PROCESA 3

ANALIZA UTICAJA PROCESA / PROIZVODA NA ŽIVOTNU SREDINU

• Mnogostruki efekti hemijskog procesa na životnu sredinu: emisije štetnih supstanci, stvaranje otpada, ekstenzivna potrošnja energije i materije, promena normalnih uslova sredine i dr.

• Efekti mogu negativno utiču na klimatske promene, očuvanje ekosistema i biodiverziteta, prirodnih resursa, zdravlje stanovništva i društvene aspekte.

• Da bi se negativni uticaji smanjili određene procedure i standardi su zakonski obavezujući za projekte i aktivnosti.

• Složene interakcije proizvodnih postrojenja, ili proizvoda sa životnom sredinom je teško kvantifikovati, te postoji veliki broj metodologija, modela i softvara za ove analize.

ANALIZA ŽIVOTNOG CIKLUSA PROIZVODA(Life Cycle Analysis – LCA)

• Integralna analiza koja kvantifikuje uticaje posmatranog proizvoda na životnu sredinu tokom celog „životnog veka“ proizvoda

• Metod danas dosta koriste kompanije pri samom konci-piranju proizvoda u cilju dizajna ekološki prihvatljivih proizvoda

Priprema sirovina

Proces proizvodnje

Distribucija proizvoda

Upotreba proizvoda

Reciklaža Odlaganje proizvoda

Životna sredina

5

6

7. MEGASKOPSKI NIVO OPISA

MODELOVANJE I SIMULACIJA PROCESA 4

ANALIZA ŽIVOTNOG CIKLUSA PROIZVODA(Life Cycle Analysis – LCA)

• Procedura, koja je deo ISO:14000 standarda, obuhvata:– Prikupljanje svih podataka o ulaznim materijama i energiji, kao i

emisijama u životnu sredinu (vezanih za životni ciklus proizvoda)– Ocenjivanje potencijalnih uticaja koji se odnose na ulaze i emisije– Analiza rezultata

• Metod za ocenjivanje uticaja definiše kategorije uticaja, indikatore, ekviva-lentne jedinice i težinske udele• Softveri: SimaPro (prikazan na slici), Gabi, Umberto, Sustainable Minds

WAR – PREDVIĐANJE UTICAJA NA Ž.S. U PROCESU PROIZVODNJE

• Kvantifikovanje potencijalnih uticaja hemijskih procesa na čoveka i životnu sredinu (na pr. humana toksičnost, zagađenost vode i tla, globalno zagrevanje, gubitak ozonskog omotača i dr.)

• Osnovu čine materijalni i energetski bilansi procesa i indeksi zagađenja.

• Pomoću simulatora procesa se postavljaju i izračunavaju bilansi, a korisnik arbitrarno unosi koeficijente značaja za sve indekse zagađenja, u skladu sa datim slučajem.

• Nakon toga, program redizajnira proces u pravcu smanjenja indeksa zagađenja i ponovo računa bilanse.

• Postupak je iterativan, ponavlja se do postizanja optimalnog dizajna procesa po pitanju ekološkog uticaja.

7

8

7. MEGASKOPSKI NIVO OPISA

MODELOVANJE I SIMULACIJA PROCESA 5

PRIKAZ WAR ALGORITMA

Cilj WAR metode je da redukuje negativne uticaje samog procesa, a ne da smanji količinu polutanta koja nastaje tokom životnog ciklusa pr.

Životni ciklus proizvoda:

Priprema sirovina

Proces proizvodnje

Distribucija proizvoda

Upotreba proizvoda

Reciklaža Odlaganje proizvoda

Životna sredina

WAR algoritam

WAR - prednosti:- Daje meru ekološke prihvatljivosti procesa,- Mogu se proceniti modifikacije procesa po pitanju ekoloških uticaja.

WAR - nedostaci:- Subjektivnost i arbitrarnost su prisutni u proračunu.- Ne prikazuje uzroke nastanka i načine za smanjenje otpada.

WAR – BILANSNE JEDNAČINE

genizulsis III

dt

dI Gde je protok (brzina) uticaja:- ul – ulazni, iz – izlazni, gen – brzina nastajanja uticaja u procesu

I

k

kjkjj j

izulj

izuljizul xMII ,,

, Gde su:

maseni protok struje j

izuljM ,

maseni udeo komponente k u struji j

ukupan ekološki uticaj komponente k iz struje j

kjx

kj

Pretpostavke:1) Svi neželjeni proizvodi (NP ) su polutanti.2) Ekološki uticaj svih proizvoda (P ) je: 0 j

9

10

7. MEGASKOPSKI NIVO OPISA

MODELOVANJE I SIMULACIJA PROCESA 6

WAR – INDEKSI ZAGAĐENJA• Indeksi prvog reda – karakterišu potencijalne uticaje u

samom procesu:

Gde je maseni protok proizvoda p = masa NP / masa P (mera masene neefikasnosti)

• Indeksi drugog reda – karakterišu emisije potencijalnih uticaja iz procesa:

(izračunavaju se analognim jednačinama, kao i indeksi prvog reda)

• Manji indeksi znače veću ekološku efikasnost procesa (cilj)

NPgenI NP

genM

pp

NPgenNP

gen P

II

ˆNP

ulNPiz

NPgen III

pp

j j k

NPkj

ulj

k

NPkj

izj

NPgen P

xMxM

M

ˆ

NPgenI

pP

NPizI

NPizI

NPizM

PROCENA UTICAJA PROJEKATA NA ŽIVOTNU SREDINU

• Obavezna procedura za nove projekte iz različitih sektora privrede (procesna, mašinska, prehrambena, energetika, poljoprivreda, infrastruktura...)

• Cilj je da se negativni uticaji na ž.s. spreče ili smanje pre nego se dozvoli izgradnja – preventivni mehanizam

• Proces procene uticaja, koje vrše stručnjaci, obuhvata:– Detaljan opis projekta i lokacije (uže i šire)– Identifikaciju uticaja – efekata projekta na životnu sredinu– Ocenjivanje uticaja– Opis mera za sprečavanje i suzbijanje negativnih uticaja

• Procenu uticaja ocenjuju nadležni organi i odobravaju je (ili zahtevaju poboljšanje / odbijaju)

11

12

7. MEGASKOPSKI NIVO OPISA

MODELOVANJE I SIMULACIJA PROCESA 7

ENVIGO – SOFTVER ZA PROCENU UTICAJA PROJEKATA NA ŽIVOTNU SREDINU

• Jedinstven softver specijali-zovan za procenu uticaja, razvijen od strane srpskih stručnjaka.

• Može se primeniti na sve tipove projekata iz privrede.

• Envigo sadrži:– Strukturu koja prati zakone i

pomoć za stručni unos– Bazu potencijalnih uticaja za

proces identifikacije – Metod za kvantitaivno

ocenjivanje svih uticaja– Alate za analizu – grafike,

tabele, statistiku dr.

ENVIGO METOD ZA OCENJIVANJE UTICAJA

• Na osnovu odgovora stručnjaka na 7 kriterijuma (na slici) i formule se izračunava ocena za svaki uticaj. Raspon ocena od -6 do +6 (od vrlo negativnih do jako pozitivnih)

• Uticaji su grupisani po kategorijama Ž.S. i fazama projekta

13

14

7. MEGASKOPSKI NIVO OPISA

MODELOVANJE I SIMULACIJA PROCESA 8

ANALIZA DISPERZIJE POLUTANATA U ŽIVOTNU SREDINU

• Država propisuje dozvoljene emisije i imisije štetnih materija značajno tačno odrediti količine koje se emituju iz procesa i postrojenja, kao i njihovu disperziju u atmosferi, vodi i tlu.

• Modeli pored operativnih podataka iz procesa i postroje-nja, sadrže podatke o konfiguraciji i karakteristikama terena, rasporedu građevinskih objekata, atmosferskim uslovima i kretanjima (vetru).

• Rezultati mogu da služe za optimalno projektovanje sistema za prečišćavanje, ispuštanje, kao i procenu uticaja.

• Funkcije modela su i da predvide disperzije u akcidentnim situacijama i ispitaju različita negativna scenarija.

SOFTVERI ZA SIMULACIJE DISPERZIJE POLUTANATA

• Različite metodologije i modeli izračunavanja disperzije, koriste se metode prostorne diskretizacije (slično kao za CFD), ali modeli često sadrže i funkcije verovatnoće.

• Poznati softveri su Breeze, CERC, Lakes i dr.

Breeze softver za disperzije u vazduh, koristi model AERMOD (US EPA), kao i dosta drugih softvera

15

16

7. MEGASKOPSKI NIVO OPISA

MODELOVANJE I SIMULACIJA PROCESA 9

1 – CFD MODEL DISPERZIJE ŠTETNOG GASA U ATMOSFERU

• Analiza disperzije štetnog dima oko objekata u cilju optimalnog projekto-vanja dimnjaka i ventilacionih sistema

Širenje dimne zavese iz dimnjaka Vektori strujanja vazduha

Strujnice vazduha – kretanje i zumiranje kamerom

Pogled odozgo na strujnice

2 – CFD MODELI ZAGAĐENJA VODENIH TOKOVA

• Ispuštanje otpadne vode iz postrojenja za farbanje tekstila – predviđanje koncentracionog profila i razblaživanja boje u rečnom toku.

• Koncentracija zagađujuće materije u podzemnom prirodnom rezervoaru vode.

17

18

7. MEGASKOPSKI NIVO OPISA

MODELOVANJE I SIMULACIJA PROCESA 10

LINKOVI KA NAVEDENIM SOFTVERIMA

• Aspen Tech: www.aspentech.com/• Gabi (Sphera): www.gabi-software.com/• Sustainable Minds: www.sustainableminds.com/• Umberto: www.ifu.com/en/umberto/lca-

software/• WAR: www.epa.gov/chemical-research/waste-reduction-

algorithm-chemical-process-simulation-waste-reduction

• Envigo: www.envigo.software• Breeze: www.breeze-software.com/• Lakes: www.weblakes.com/

19