Emisja i wskaźniki emisji zanieczyszczeń powietrza dla ... · Wzory wykorzystane do obliczania stężeń i emisji zanieczyszczeń: Objętość powietrza do spalania, obliczona wzorem

Emisja i wskaźniki emisji zanieczyszczeń

powietrza dla celów monitoringu stanu

jakości powietrza oraz POP

(wybrane zagadnienia)

Aleksander Warchałowski

Katarzyna Bebkiewicz

Warszawa, wrzesień 2011

WPROWADZENIE

• Jest rzeczą oczywistą, że wielkość emisji zanieczyszczeń do

atmosfery decyduje o jej jakości.

• Dlatego do oceny stopnia odpowiedzialności za jakość powietrza dla

stanu istniejącego i dla prognozy konieczne są narzędzia bądź dane

empiryczne o emisji i jej parametrach stanowiące wsad do modeli

opisujących rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń.

• Podstawowym dowodem na wypełnianie zobowiązań konwencji jest

coroczne opracowywanie inwentaryzacji emisji i pochłania gazów

cieplarnianych przez kraje – sygnatariuszy konwencji.

STAN OBECNY I TRENDY ZMIAN EMISJI

Emisja gazów cieplarnianych na przestrzeni lat 1988-2009 [Gg ekw. CO2]

300 000

350 000

400 000

450 000

500 000

550 000

600 0001988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

Em

isja

[G

g e

kw

. C

O2]

Emisja GHG

6% cel wyznaczony przez

Protokół z Kioto

STAN OBECNY I TRENDY ZMIAN EMISJI

2%

9%0,20%

6%

83%

1. Energia

2. Procesy

przemysłowe

3. Użytkowanie

rozpuszczalników i

innych produktów4. Rolnictwo

6. Odpady

18%

15%

10%

57%

1. Przemysły

energetyczne

2. Przemysł wytwórczy

i budownictwo

3. Transport

4. Inne sektory

Udział poszczególnych sektorów w całkowitej

emisji gazów cieplarnianych w 2009 roku.

Struktura emisji gazów cieplarnianych z sektora

Spalanie paliw w 2009 roku.

STAN OBECNY I TRENDY ZMIAN EMISJI Emisja gazów cieplarnianych w latach 1988-2009 w podziale na sektory.

0

100 000

200 000

300 000

400 000

500 000

600 000

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

Emis

ja G

HG

[Gg

ekw

. CO

2]

6. Odpady

4. Rolnictwo

3. Użytkowanie rozpuszczalników i innych produktów

2. Procesy przemysłowe

1. Energia

ŹRÓDŁA POWSTAWANIA ZANIECZYSZCZEŃ

• procesy spalania w sektorze produkcji i transformacji energii (elektrownie, elektrociepłownie, ciepłownie, rafinerie),

• procesy spalania w sektorze komunalno-bytowym,

• procesy spalania w przemyśle,

• procesy produkcyjne,

• wydobycie i dystrybucja paliw kopalnych,

• transport samochodowy,

• inne pojazdy i urządzenia (np. maszyny produkcyjne zasilane na olej napędowy, ciągniki rolnicze, transport powietrzny oraz żegluga),

• zagospodarowanie odpadów,

• rolnictwo (wypalanie ściernisk, gospodarka odchodami).

ŹRÓDŁA POWSTAWANIA ZANIECZYSZCZEŃ

Zużycie ogółem nośników energii pierwotnej w gospodarce narodowej

0

500 000

1 000 000

1 500 000

2 000 000

2 500 000

3 000 000

3 500 000

4 000 000

1988 1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Zuż

ycie

[TJ

]

Węgiel kamienny

węgiel brunatny

Ropa naftowa

Gaz ziemnyTorf i drewno opałowe

Energia wody, wiatru, słoneczna, geotermalna, pompy ciepła

Paliwa odpadowe stałe i inne surowce

TRENDY EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ

Krajowa emisja CO2 w latach 1988-2009

0

50 000

100 000

150 000

200 000

250 000

300 000

350 000

400 000

450 000

500 00019

88

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

Emis

ja C

O2

[Gg]

CO2 z uwzględnieniem pochłaniania CO2 bez uwzględniania pochłaniania


Krajowa emisja SO2 w latach 1980-2009

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

4000000

4500000

1980

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

Emis

ja [

Mg]

SO2

TRENDY EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ Krajowa emisja NOx w latach 1980-2009

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

160000019

80

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

Emis

ja [

Mg]

NOx


Krajowa emisja CO w latach 1980-2009

0

1 000 000

2 000 000

3 000 000

4 000 000

5 000 000

6 000 000

7 000 000

8 000 000

9 000 00019

80

1990

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

Emis

ja [

Mg]

CO


Krajowa emisja pyłów w latach 1980-2009

0

50 000

100 000

150 000

200 000

250 000

300 000

350 000

400 000

450 000

500 000

1980 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Emis

ja [

Mg]

TSP

PM10

PM2.5


Emisja Pb, Cu, Zn i Ni w latach 1980 – 2009

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

Emis

ja [

Mg]

Pb

Cu

Ni

Zn


Emisja Cd, Hg, As, Cr w latach 1980 – 2009

0

50

100

150

200

250

300

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

Emis

ja [

Mg]

Cd

Hg

As

Cr

ZASADY OKREŚLANIA EMISJI ZE SPALANIA

Wzory wykorzystane do obliczania stężeń i emisji zanieczyszczeń:

Wydajność kotła

D

h

kg

Moc źródła

h

kJhhDW wp

gdzie: D – wydajność kotła [ton pary/h] hp – entalpia pary dobrana z wykresu [kJ/kg] hw – entalpia wody [kJ/kg]



Moc cieplna źródła

][103600 3

MWW

M

gdzie: W – moc źródła [kJ/h]

Strumień paliwa

h

kg

Q

WB

gdzie: W – moc źródła [kJ/h] η – sprawność kotła [%] Q – wartość opałowa paliwa [kJ/kg]

Objętość spalin wilgotnych dla l rzeczywistej

+

kg

um V V V t pow w sp

w

sp

3

, , 1 l

gdzie:

V W sp – objętość spalin wilgotnych [um 3 /kg]

Objętość spalin suchych, dla l rzeczywistej

kg

um X V V w

w

sp sp

3

1

gdzie:

V W sp – objętość spalin wilgotnych [um 3 /kg]





Objętość powietrza do spalania, obliczona wzorem empirycznym, w oparciu o wartość opałową paliwa jest następująca:

+

kg

µm Q V t pow

3

, 5 , 0 1000

241 , 0

gdzie: Q – wartość opałowa paliwa [kJ/kg]

Objętość spalin wilgotnych, obliczona z tych samych parametrów paliwa, przy założeniu, że l =1

+

kg

µm Q V w sp

3

, 65 , 1 1000

212 , 0

gdzie:

Q – wartość opałowa paliwa [kJ/kg]



Stężenie dwutlenku siarki w spalinach

3

22 um

kg

V

sC

sp

SO

gdzie: s – zawartość siarki w paliwie [%]

Vsp – objętość spalin suchych, dla l rzeczywistej [um3/kg] Stężenie dwutlenku azotu

341,22

22

2 um

kgMCC

NOppmNO

NO

gdzie:

ppmNOC2

– stężenie NO2 w spalinach [ppm]

2NOM – masa molowa NO2 [g/mol]



341,222 um

kgMcoCC

COppm

NO

gdzie:

ppmCOC – stężenie CO w spalinach [ppm]

COM – masa molowa CO [g/mol]

Stężenie dwutlenku węgla

341,22

22

2 um

kgMCC

COppmCO

NO

gdzie:

ppmCOC2

– stężenie CO2 w spalinach [ppm]

2COM – masa molowa CO2 [g/mol]



Stężenie pyłu w spalinach wynosi:

3um

kg

V

uaC

sp

pyły

gdzie: a – zawartość popiołu [%] u – unos popiołu z paleniska [%]

Vsp – objętość spalin suchych, dla l rzeczywistej [um3/kg]



Emisje poszczególnych składników wynoszą:

h

kgBCVE SOspSO 22

gdzie:


2SOC – stężenie dwutlenku siarki w spalinach [um3/kg]

B – strumień paliwa [kg/h]

h

kgBCVE NOspNO 22

gdzie:


2NOC – stężenie dwutlenku azotu w spalinach [um3/kg]




h

kgBCVE COspCO

gdzie:


COC – stężenie tlenku węgla w spalinach [um3/kg]


h

kgBCVE COspCO 22

gdzie:


2NOC – stężenie dwutlenku węgla w spalinach [um3/kg]




Emisja pyłu uwzględniająca sprawność urządzenia odpylającego:

h

kgBCVE odppyusppyły 1

gdzie:


2PyłyC – stężenie pyłu w spalinach [um3/kg]

B – strumień paliwa [kg/h] ηodp – sprawność urządzenia odpylającego [%]

Emisja CO2

ECO2 = B * C * 44/12 * FO gdzie:

C – zawartość pierwiastka węgla w paliwie, FO – wskaźnik utleniania węgla, zależny od typu paliwa i technologii spalania.

ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI

Kataster emisji NO2 w Sopocie w 2008 r.

ROZKŁADY PRZESTRZENNE EMISJI Rejony emisji


Kataster emisji PM10


Emisja PM10 ze źródeł powierzchniowych w 2008 roku.





WSKAŹNIKI EMISJI Z TRANSPORTU

SAMOCHODOWEGO

Emisje zanieczyszczeń z silników pojazdów samochodowych elementarnych kategorii można opisać wzorem:

ijjij WmE

Całkowita emisja danego zanieczyszczenia z danej kategorii jest równa sumie emisji z poszczególnych rodzajów środków transportu należących do tego działu:

i

1j

iji EE

gdzie: E – emisja,

m – zużycie paliwa, W – wskaźnik emisji, i – indeks oznaczający rodzaj zanieczyszczenia (CO2, CH4, N2O, CO, NMLZO, itd.), j – indeks oznaczający rodzaj środków transportu, l – liczba rodzajów środków transportu w danej kategorii.


SAMOCHODOWEGO

Przykładowe wskaźniki emisji dla pojazdów samochodowych

Wskaźniki emisji [g/kg] Rodzaj środka transportu

CO NMLZO NOx PM

Samochody osobowe zasilane benzyną 230,0 44,0 34,1 0,0

Samochody o masie całkowitej do 3500 kg zasilane olejem napędowym 18,0 4,0 18,8 6,0

Samochody ciężarowe o masie całkowitej powyżej 3500 kg 32,5 12,5 53,0 6,0


SAMOCHODOWEGO

Europejskie regulacje dotyczące ograniczenia emisji z pojazdów samochodowych

zawarte w Dyrektywie 1999/96/WE, są powszechnie znane jako normy Euro. Norma Data CO HC HC+NOx NOx PM

Silniki o ZS [g/km]

Euro I 07.1997 2,72 - 0,97 - 0,14

Euro II 01.1996 1 - 0,7 - 0,08

Euro III 01.2000 0,64 - 0,56 0,5 0,05

Euro IV 01.2005 0,5 - 0,3 0,25 0,025

Euro V 09.2009 0,5 - 0,23 0,18 0,005

Euro VI 09.2014 0,5 - 0,17 0,08 0,005

Norma Data CO HC HC+NOx NOx PM

Silniki o ZI [g/km]

Euro I 07.1997 2,72 - 0,97 - -

Euro II 01.1996 2,2 - 0,5 - -

Euro III 01.2000 2,3 0,2 - 0,15 -

Euro IV 01.2005 1 0,1 - 0,08 -

Euro V 09.2009 1 0,1 - 0,06 0,005

Euro VI 09.2014 1 0,1 - 0,06 0,005

Samochody osobowe

z silnikiem o zapłonie

samoczynnym i o

zapłonie iskrowym


SAMOCHODOWEGO

Zależność emisji drogowej

cząstek stałych bPM z

samochodów ciężarowych od

średniej prędkości vAV

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 20 40 60 80 100

vAV [km/h]

bP

M [

g/k

m]

Zależność emisji drogowej NOx

bNOx z samochodów ciężarowych

od średniej prędkości vAV

0

2

4

6

8

10

12

0 20 40 60 80 100

vAV [km/h]

bN

Ox [

g/k

m]


SAMOCHODOWEGO


cząstek stałych bPM z silników

lekkich samochodów

ciężarowych od średniej

prędkości vAV 0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0 20 40 60 80 100 120 140

vAV [km/h]

bP

M [

g/k

m]


NOx bNOx z silników lekkich

samochodów ciężarowych

od średniej prędkości vAV

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 20 40 60 80 100 120 140

vAV [km/h]

bN

Ox [

g/k

m]


SAMOCHODOWEGO


cząstek stałych bPM z silników

samochodów osobowych od



NOx bNOx z silników

samochodów osobowych od


0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

0,014

0,016

0,018

0,02

0 20 40 60 80 100 120 140

vAV [km/h]

bP

M [

g/k

m]

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 20 40 60 80 100 120 140

vAV [km/h]

bN

Ox [

g/k

m]


SAMOCHODOWEGO

Prognoza ruchu pojazdów w roku 2015


SAMOCHODOWEGO

Prognoza ruchu pojazdów w roku 2025

OKREŚLANIE EMISJI Z TRANSPORTU

SAMOCHODOWEGO

Całkowita emisja substancji szkodliwych dla środowiska jest sumą emisji z poszczególnych

pojazdów we wszystkich możliwych warunkach ruchu, można więc przedstawić ją poniższą formułą jako kombinację:

j)(k,(j)(j)

N

1i

K

1k

i)k,(z,(z) upLbm

gdzie: b(z,k,i) – średnia emisja drogowa substancji „z” z pojazdów kategorii „i” w warunkach ruchu „j”, L(j) – liczność pojazdów w kategorii „i”, p(j) – średnia droga przebywana przez pojazd kategorii „i” w okresie bilansowania na obsza-rze bilansowania, u(k,j) – stosunek średniej drogi przebywanej przez pojazd kategorii „i” w warunkach ruchu „j” i średniej drogi przebywanej przez pojazd kategorii „i” w okresie bilansowania na obszarze bilansowania, I – liczba kategorii pojazdów, J – liczba warunków ruchu.


Z TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO

SDR samochodów osobowych na drogach krajowych w 2005r.

#Y#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

Szczecin

Łódz

Opole

Toruń

Gdańsk

Kielce

Kraków

Lublin

Poznań

Olsztyn

Rzeszów

Wrocław

Katowice

Warszawa

BiałystokBydgoszcz

Zielona Góra

Gorzów Wlkp.

N

EW

S

samochody osobowe1 - 50005000 - 75007500 - 1500015000 - 3000030000 - 61893

województwa#Y miasta



Emisja NO2 na drogach krajowych w 2005r.

#Y#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

Łódz

Opole

Toruń

Gdańsk

Kielce

Kraków

Lublin

Poznań

Olsztyn

Rzeszów

Wrocław

Katowice

Szczecin

Warszawa

BiałystokBydgoszcz

Zielona Góra

Gorzów Wlkp.

N

EW

S

NO2 [t/a]0 - 11 - 1010 - 5050 - 100100 - 384.2




Emisja SO2 na drogach krajowych w 2005r.

#Y#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

Łódz

Opole

Toruń

Gdańsk

Kielce

Kraków

Lublin

Poznań

Olsztyn

Rzeszów

Wrocław

Katowice

Szczecin

Warszawa

BiałystokBydgoszcz

Zielona Góra

Gorzów Wlkp.

N

EW

S

SO2 [t/a]0 - 0.010.01 - 0.10.1 - 11 - 1010 - 31.2




Emisja PM10 na drogach krajowych w 2005r.

#Y#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

#Y

Łódz

Opole

Toruń

Gdańsk

Kielce

Kraków

Lublin

Poznań

Olsztyn

Rzeszów

Wrocław

Katowice

Szczecin

Warszawa

BiałystokBydgoszcz

Zielona Góra

Gorzów Wlkp.

N

EW

S

PM10 [t/a]0 - 0.10.1 - 11 - 1010 - 5050 - 141.1




Suma emisji NO2 pochodzącej z dróg krajowych w województwach w 2005r.

Mazowieckie

Lubelskie

Łódzkie

Wielkopolskie

Podlaskie

Śląskie

Pomorskie

Dolnośląskie

Lubuskie

PodkarpackieMałopolskie

Warmińsko-Mazurskie

Opolskie

Zachodniopomorskie

Kujawsko-

Pomorskie

Świętokrzyskie

N

EW

S

NO2 [Gg/a]3 - 3.53.5 - 4.25.1 - 7.37.3 - 911.1 - 13.9

województwa



Suma emisji SO2 pochodzącej z dróg krajowych w województwach w 2005r.

Mazowieckie

Lubelskie

Łódzkie

Wielkopolskie

Podlaskie

Śląskie

Pomorskie

Dolnośląskie

Lubuskie



Opolskie

Zachodniopomorskie

Kujawsko-

Pomorskie

Świętokrzyskie

N

EW

S

SO2 [Gg/a]0.24 - 0.260.26 - 0.360.36 - 0.460.46 - 0.740.74 - 1.1

województwa



Suma emisji PM10 pochodzącej z dróg krajowych w województwach w 2005r.

Mazowieckie

Lubelskie

Łódzkie

Wielkopolskie

Podlaskie

Śląskie

Pomorskie

Dolnośląskie

Lubuskie



Opolskie

Zachodniopomorskie

Kujawsko-

Pomorskie

Świętokrzyskie

N

EW

S

PM10 [Gg/a]0.8 - 0.90.9 - 11 - 1.62 - 2.72.7 - 4

województwa



Natężenie i struktura ruchu w Sopocie 2008 r.



Emisja NOx ze źródeł liniowych w 2008 roku.



Emisja NOx ze źródeł liniowych w 2008 roku w powiatach



Emisja PM10 ze źródeł liniowych w 2008 roku.



Emisja PM10 ze źródeł liniowych w 2008 roku w powiatach



Emisja PM2.5 ze źródeł liniowych w 2008 roku.



Emisja PM2.5 ze źródeł liniowych w 2008 roku w powiatach.


Z ROLNICTWA

Informacja o użytkowaniu - CORINE


Z ROLNICTWA

Emisja pyłu PM2.5 z rolnictwa w roku 2008.


Z ROLNICTWA

Emisja PM10 z rolnictwa w roku 2008.

Documents

Emisja i wskaźniki emisji zanieczyszczeń powietrza dla ... · Wzory wykorzystane do obliczania stężeń i emisji zanieczyszczeń: Objętość powietrza do spalania, obliczona wzorem