Ing. David Kupka, Ph.D.
Řešeno v rámci projektu Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
Cíle studie Provést emisní bilanci vybrané obce Analyzovat dopad vytápění domácností na kvalitu ovzduší Definovat problematické činitele Identifikovat faktory mající vliv na emise Kvantifikovat potenciál pro omezení produkce znečišťujících látek Navrhnout opatření pro zlepšení situace Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
2
Hodnocená obec - Metylovice 1700 obyvatel. V uzavřeném údolí na úpatí Beskyd. Střední nadmořská výška 370 m.n.m.
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
3
Zdroje znečištění 1 zdroj kategorie
REZZO 2 (spalován ZP) Slabý vliv liniových zdrojů (doprava) Významný vliv plošných zdrojů (vytápění domácností)
Metylovice Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
4
Které ZL sledovat? Nadlimitní koncentrace PM10 na většině území MSK. Data za rok 2013 pro celou ČR. Lokální vytápění domácností Veřejná energetika
Silniční doprava Ostatní
Zemědělství a lesnictví
100%
80%
60%
40%
20%
0%
TZL
VOC
NOx
SO2
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
B(a)P 5
Bytový fond Vytápěná plocha cca 54 000 m2 Průměr na byt 95 m2 Zateplený
Částečně zateplený
575 domů
Nezateplený 16%
36%
565 domácností 48%
545 v RD
20 v BD
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
6
Vytápění domácností Z tuhých paliv převažuje hnědé uhlí
Uhlí
Litinové (prohořívací)
Vyšší podíl automatických kotlů
78,5% Ocelové (odhořívací)
14,4%
2,8% 0,4%
Uhlí a koks
9,7%
Biomasa 31,0%
Zemní plyn
13,1%
Elektřina
Automatické na uhlí
7,2%
Biomasa Litinové (prohořívací)
55,7%
Ocelové (odhořívací)
Propan-butan 31,0%
12,0%
9,8%
Energie z TČ 9,8%
Ostatní
24,6%
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
Automatické na dřevo
Zplyňovací na dřevo
7
Spotřeba paliv 27% rozdíl mezi topnými sezónami 2010/2011 a 2014/2015. Data za období 2010/2011.
32%
Potřeba tepla [GJ]
Spotřeba paliva [kg]
Spotřeba paliva [m3]
Černé uhlí
3 788
216 988
-
Hnědé uhlí
8 492
791 074
-
Biomasa
4 582
477 117
-
Zemní plyn
11 698
-
375 466
Celkem
28 681
1 488 011
375 466
Palivo
Černé uhlí
15% Hnědé uhlí
5,4%
5,5%
5 000
D21
4 000 3 000
4 081 3 845
3 978
28,7%
4216 3 492
Biomasa
53%
2 996
Prohořívací Odhořívací
2 000
Automatický
1 000
60,3%
0
Zplyňovací
2010/2011 2011/2012 2012/2013 2013/2014 2014/2015
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
8
Emisní faktory tradičních paliv Nejvíce problematické látky - TZL a PAU Černé uhlí
Hnědé uhlí
Biomasa
6000 5000 4000 3000
2000 1000 0 TZL [g/MJ]
TOC [g/MJ]
NOx [g/MJ]
CO [g/MJ]
SO2 [g/MJ]
SPAU [mg/MJ]
B(a)P [mg/MJ]
PCB [ng/MJ] PCDD/F TEQ [ng/MJ]
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
9
Emisní bilance obce Produkce znečišťujících látek z vytápění domácností Palivo
TZL [t]
TOC [t]
NOX [t]
CO [t]
SO2 [t]
PAU [kg]
B(a)P [kg]
PCB [g]
PCDD/F [g]
Celkem
8,3
13,9
3,2
122,0
8,1
14,9
5,2
73,3
3,5
Topná sezóna 2011/2012.
Pro srovnání Elektrárna Třebovice: Teplo pro 86 tisíc domácností. 93 tun TZL za celý rok 2011.
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
10
Příspěvek k emisi ZL dle paliva TZL
SO2
ΣPAU 1%
9%
19% Černé uhlí
13% 20% 77% 71%
15%
Č er n é u hl í
27%
Biomasa Zemní plyn
41%
10%
27%
6%
Hnědé uhlí
22%
5% 3%
Černé uhlí Hnědé uhlí
31%
48%
Biomasa
31% 42%
Zemní plyn
82%
NOX
PCB
PCDD/F
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
11
Příspěvek k emisi ZL dle typu kotle TZL
SO2
ΣPAU
1%
0%
7%
1% 55%
13%
Prohořívací
62%
Odhořívací Automatický
43%
9%
38%
80%
Zplyňovací
9%
4%
25%
1%
0%
12% 20%
Prohořívací Odhořívací
58%
32%
Automatický
67%
Zplyňovací 63%
NOX
PCB
PCDD/F
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
12
Co ovlivňuje emisní bilanci obce? Skladba vytápěcích systémů • elektrické topné systémy nezpůsobují lokální emise
Konstrukční řešení spalovacího zařízení • jednoduché koncepce kotlů mají omezenou schopnost záchytu TZL a nižší účinnost
Druh paliva a jeho parametry • obsah vody, popelovin, síry, chloru a jiných prvků má přímý vliv na množství emisí
Přístup obsluhy • dávkování paliva, regulace vzduchu, požadovaná teplota v místnosti
Instalace a údržba • spolupráce topného systému se zdrojem, odvod spalin
Klimatické podmínky • určují potřebu tepla na vytápění Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
13
Měrné emise paliv s odpady
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
14
Dopad spoluspalování na kvalitu ovzduší Roční potřeba tepla na vytápění 60 GJ. Prohořívací kotel spalující dobře vysušené dřevo. Nižší spotřeba paliva při spoluspalování PET. Samotné dřevo
Dřevo s PE sáčky
+52% 0%
1000
-33% +59%
+88% +70%
100 10
Dřevo s PET lahvemi
+98% +38%
+63% +39%
+65% +6%
+1% -9%
+28%
1
-68%
0,1 TZL [kg]
TOC [kg]
NOx [kg]
CO [kg]
SPAU [g]
B(a)P [g]
PCB [mg]
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
PCDD/F [mg] 15
Změna složení ZL ve skupině PAU V ovzduší kolem 500 látek skupiny PAU Sledovaných je 16. Měřeny obvykle 4 jako PAU. Měrná emise [mg/kg]
30 25
Dřevo
Dřevo + PET
Dřevo + PE
20 15
PAU
10 5 0
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
16
Vliv výkonu kotle Hypotetická domácnost (60 GJ, prohořívací kotel). Uvažováno s 56 % jmenovitého výkonu kotle. O 150°C nižší teplota odcházejících spalin při sníženém výkonu. O 11 % vyšší účinnost při sníženém výkonu. O 800 kg nižší spotřeba paliva při sníženém výkonu. TZL [kg]
TOC [kg]
NOX [kg]
CO [kg]
SO2 [kg]
PAU [g]
B(a)P [g]
PCB [mg]
PCDD/F [mg]
Jmenovitý
4,6
42,0
4,8
316,9
-
16,3
4,2
113,3
0,8
Snížený
26,8
139,3
3,0
512,3
-
12,3
3,3
113,8
0,3
Změna v %
+481
+232
-36
+62
-
-25
-22
+1
-59
Výkon
Topná sezóna 2011/2012.
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
17
Vliv spalovacího zařízení Hypotetická domácnost (60 GJ, automatický kotel). Moderní kotel na pelety vs. starší (výroba kolem roku 2000). 10% rozdíl v účinnosti. O řád nižší jednotka, než v případě prohořívacího kotle.
Typ
TZL [kg]
TOC [g]
NOX [kg]
CO [kg]
Automatický, emisní třída 5
0,8
3,8
5,1
3,7
Automatický, emisní třída 3
3,2
17,0
6,4
11,5
+301
+348
+25
+214
Změna v % Topná sezóna 2011/2012.
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
18
Vliv obsluhy Hypotetická domácnost (60 GJ, automatický, palivo HU). Zejména u kotlů s ručním přikládáním (mimo zplyňovacích). Znázorněno prostřednictvím přívodu spalovacího vzduchu.
Provoz
TZL [kg]
TOC [kg]
NOx [kg]
CO [kg]
SO2 [kg]
PAU [g]
B(a)P [g]
PCB [mg]
PCDD/F [mg]
Normální provoz
2,0
1,5
14,3
45,9
38,6
0,2
0,0
336,4
1,1
Omezený přívod vzduchu
14,4
19,5
8,6
506,4
48,9
135,9
47,1
60,7
1,1
Změna v %
+612
+1 170
-39
+1 004
+27
+104
+105
-82
0
Topná sezóna 2011/2012.
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
19
Opatření pro zlepšení situace Snížení potřeby tepla na vytápění • zateplení objektu, nižší teplota v interiéru
Používání kvalitního paliva • vysušené dřevo, málo sirnaté uhlí, zemní plyn
Instalace moderního spalovacího zařízení • automatický, zplyňovací nebo odhořívací kotel s vyšší emisní třidou
Vhodný provozní režim • přikládání paliva, přísun spalovacího vzduchu, údržba
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
20
Zateplení budov Realizované u 10 % dosud nezateplených objektů (17). Pokles potřeby tepla na vytápění domu z 240 na 120 W/m2. Snížení spotřeby hnědého uhlí v obci o cca 75 tun. 9000
Prohořívací
8000
Odhořívací
7000 6000 5000 4000
22% úbytek prachu 10% úbytek PAU
3000 2000 1000 0 TZL [kg]
TOC [kg]
NOx [kg]
CO [kg]
SO2 [kg]
SPAU [g]
B(a)P [g]
PCB [mg]
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
PCDD/F TEQ [mg]
21
Kvalitní palivo (ZP) 20 domů dosud vytápěných hnědým uhlím. Nově/opětovně zemní plyn. Snížení spotřeby tuhých paliv o 10 % (cca 150 tun HU). 18000
Prohořívací
Odhořívací
16000 14000 12000 10000 8000
44% úbytek prachu 17% úbytek PAU
6000 4000 2000 0 TZL [kg]
TOC [kg]
NOx [kg]
CO [kg]
SO2 [kg]
SPAU [g]
B(a)P [g]
PCB [mg]
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
PCDD/F TEQ [mg]
22
Kvalitní palivo (vysušené dřevo) 20 domů dosud vytápěných hnědým uhlím. Přechod na spalování dřeva. Zvýšení spotřeby tuhých paliv o 20 tun (+ dřevo, - HU). 6000
Prohořívací
40% úbytek prachu
Odhořívací
17% úbytek PAU
4000 2000
0 TZL [kg]
TOC [kg]
NOx [kg]
CO [kg]
SO2 [kg]
SPAU [g]
B(a)P [g]
PCB [mg]
-2000
PCDD/F TEQ [mg]
-4000 -6000
14% nárůst produkce těkavých látek
-8000 -10000
10% nárůst produkce bifenylů Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
23
Moderní kotel (biomasa) 20 domů spalujících dřevo v kotli s ručním přikládáním. Pořízen nový zplyňovací kotel na dřevo. Snížení spotřeby dřeva o cca 40 tun. 12000
9% úbytek CO
Prohořívací
Odhořívací
10000
8000 6000
6% úbytek PAU 4000
3% úbytek prachu 2000
0 TZL [kg]
TOC [kg]
NOx [kg]
CO [kg]
SO2 [kg]
SPAU [g]
B(a)P [g]
PCB [mg]
-2000
Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
PCDD/F TEQ [mg]
24
Moderní kotel (hnědé uhlí) 20 domů spalujících HU v kotli s ručním přikládáním. Pořízen nový automatický kotel. Snížení spotřeby paliva o cca 45 tun. 18000
9% úbytek CO
16000
Prohořívací
Odhořívací
14000 12000 10000 8000 6000
25% úbytek prachu 6% úbytek PAU
43% úbytek prachu 3% úbytek prachu
4000 2000 0 -2000
TZL [kg]
TOC [kg]
NOx [kg]
CO [kg]
SO2 [kg]
SPAU [g]
B(a)P [g]
PCB [mg]
4% nárůst produkce NOx Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
PCDD/F TEQ [mg]
25
Závěr Spoluspalování plastů • prokazatelně vyšší emise u všech škodlivin – očekávání více pesimistická • při sníženém výkonu se rozdíly poněkud stírají
Palivo určující činitel zejména v případě TZL a SO2 • ale uhlí spálené v moderním kotli bude lepší, než dřevo ve starém kotli • vysoká vlhkost paliva = vyšší spotřeba = vyšší emise
Provoz kotle • vyšší emise při sníženém výkonu zejména u kotlů s ručním přikládáním
• násobně vyšší emise při omezení přísunu vzduchu
Znečišťující látky • potíže způsobují hlavně prachové částice a PAU
• dioxiny se nejeví jako problém Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích
26
Děkuji za pozornost
Projekt je realizován v rámci OP Slovenská republika – Česká republika, který je spolufinancován z Evropského fondu pro regionální rozvoj