MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE. Bc. Kateřina Gattermayerová, DiS

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA

DIPLOMOVÁ PRÁCE

BRNO 2011

Bc. Kateřina Gattermayerová, DiS.

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky

Využití geografického informačního systému při modelování šíření emisí z bodového zdroje znečištění ovzduší Diplomová práce

Vedoucí práce:

Vypracovala:

Doc. Ing. Rudolf Rybář CSc.

Bc. Kateřina Gattermayerová, DiS.

Brno 2011

PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: Využití geografického informačního systému při modelování šíření emisí z bodového zdroje znečištění ovzduší vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.

dne………………………………………. podpis diplomanta……………………….

Poděkování

Tímto bych ráda poděkovala vedoucímu své diplomové práce, panu docentu Rybářovi za pomoc, podnětné připomínky a především čas, který mi vždy ochotně věnoval. Dále bych ráda poděkovala panu Mgr. Buckovi, který mi poskytl potřebná data a byl mi odborným poradcem při zpracování rozptylové studie.

Anotace Hlavním tématem a současně cílem této diplomové práce je prezentace možnosti využití geografického informačního systému v konkrétním případě, tj. využití GIS při grafické prezentaci výsledků z modelování šíření emisí ze stacionárního zdroje znečišťování ovzduší. V první, teoretické části je stručně definován pojem GIS, uveden historický vývoj, jeho funkce, dále jsou uvedeny možnosti aplikace GIS v činnostech souvisejících nejen s ochranou životního prostředí. V závěru teoretické části je popsáno posuzované zařízení (bioplynová stanice, z pohledu vlivu na ovzduší jde o provoz kogeneračních jednotek). V praktické části je popsán navrhovaný postup řešení, prezentace vstupních dat a následných výstupů pomocí GIS, konkrétně software ArcMap 9.3. Závěr této práce hodnotí realizovatelnost záměru (provoz bioplynové stanice ve zvolené lokalitě) z pohledu vlivu emisí a následného imisního dopadu na kvalitu ovzduší v předmětné lokalitě.

Klíčová slova: geografický informační systém, emise, rozptylová studie.

Anotation The main theme, while the aim of this thesis is to present the possibility of using geographic information system in a particular case, ie the use of GIS in graphic presenting the results of modeling of emissions from stationary sources of air pollution. In the theoretical part briefly defined the concept of GIS, the historical development, its function, then lists some possible applications of GIS related activities, not only to environmental protection. In conclusion, the theoretical part of the investigation described devices (biogas plant, in terms of air for operation of cogeneration units). The practical part includes the proposed solution procedure, the presentation of input data and subsequent outputs with GIS software, specifically ArcMap 9.3. The conclusion of this study evaluates the feasibility of the project (operating biogas plants in the selected area) in terms of emissions and subsequent impact of air pollution in the subject area.

Key words: geographic information system, emission, dispersion study.

Obsah: 1.

ÚVOD..................................................................................................................... 10

2.

CÍL PRÁCE ............................................................................................................ 11

3.

LITERÁRNÍ ČÁST ................................................................................................ 12

4.

3.1

Historie GIS ..................................................................................................... 12

3.2

Geografický informační systém ....................................................................... 14

3.2.1

Pojem GIS................................................................................................. 15

3.2.2

Geografické souřadné systémy ................................................................. 16

3.1.2.1

Systém šířka-délka (WGS-84)........................................................... 16

3.1.2.2

S-JTSK .............................................................................................. 17

3.1.2.3

Gaus/Krügerovo zobrazení a UTM ................................................... 18

3.2.3

Prostorové objekty .................................................................................... 19

3.2.4

Atributové vlastnosti................................................................................. 19

3.2.5

Zdroje údajů pro geoobjekty..................................................................... 19

3.3

Oblasti využití GIS........................................................................................... 22

3.4

Posuzovaná bioplynová stanice........................................................................ 25

3.4.1

Kapacita zařízení....................................................................................... 25

3.4.2

Příjem surovin:.......................................................................................... 26

3.4.3

Popis procesu fermentace: ........................................................................ 26

3.4.4

Plynové hospodářství:............................................................................... 27

PRAKTICKÁ ČÁST .............................................................................................. 30 4.1

Metodika řešení ................................................................................................ 30

4.1.1

Vstupní údaje pro zpracování RS ............................................................. 30

4.1.1.1

Vstupní údaje o bodových zdrojích................................................... 30

4.1.1.2

Meteorologické a klimatické vstupní údaje....................................... 31

4.1.1.3

Údaje o referenčních bodech a terénu ............................................... 33

4.1.2

Metodika „SYMOS 97“............................................................................ 34

4.1.3

Požadavky na software ............................................................................. 36

4.2

Postup řešení .................................................................................................... 38

4.3

Vstupní data pro výpočet rozptylové studie..................................................... 43

4.3.1

Umístění záměru ....................................................................................... 43

4.3.2

Síť referenčních bodů, terén v lokalitě ..................................................... 44

4.3.3

Větrná růžice............................................................................................. 45

4.3.4

Emisní charakteristika kogeneračních jednotek ......................................... 46

4.4

Prezentace výstupů RS pomocí izolinií imisí vykreslených v ArcMap 9.3. .... 47

4.5

Přípustná úroveň znečištění ovzduší ................................................................ 52

4.6

Vyhodnocení stávajícího imisního stavu v lokalitě ......................................... 53

4.6.1

Vyhodnocení stávajícího imisní zatížení v lokalitě na základě Sdělení OOO

MŽP ČR: ................................................................................................................. 53 4.6.2

Vyhodnocení imisního zatížení na základě dat Automatizovaného imisního

monitoringu - AIM: ................................................................................................. 54 4.6.3

Vyhodnocení stávajícího imisního zatížení lokality dle Krajské rozptylové

studie Jihomoravského kraje: .................................................................................. 56 4.7

Diskuse výsledků - vyhodnocení realizovatelnosti záměru v lokalitě na základě

příspěvkových imisí z provozu posuzovaného zařízení ............................................. 59 4.8

Návrh vhodného opatření za účelem minimalizace negativního působení zdroje

znečišťování ovzduší .................................................................................................. 61 5.

ZÁVĚR ................................................................................................................... 64

6.

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY .................................................................... 66

7.

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK, OBRÁZKŮ A TABULEK ....................... 69

8.

SEZNAM PŘÍLOH................................................................................................. 72

1. ÚVOD Často se říká, že žijeme v „informačním věku“. Na informace se nahlíží jako na klíč k úspěchu v současném moderním světě (v politice, obchodě i ve vědě). Informační společnost nelze ignorovat a není před ní úniku. Nejde však jen o využívání informací a informačních technologií, ale o práci s informacemi a související změny myšlení vůbec. Geografické informační systémy (GIS) mají v naší společnosti bezpochyby stále větší význam. Tyto systémy nabízejí velké množství nástrojů a operací schopných simulovat metody a přístupy užívané nejen v přírodních vědách. Obohacují tradiční výzkumné metody o další rozměr – digitální zpracování. GISy se staly nástrojem dennodenní práce geografů, kartografů, ekologů a dalších odborníků, ale i pracovníků ve státní správě či běžných uživatelů v soukromém sektoru. Např. správci inženýrských sítí využívají geografická data pro sledování a řízení těchto sítí, obchodníci pro určování optimálních zásobovacích tras a vyhledávání potenciálních zákazníků. Správci dopravní infrastruktury je používají při stanovení množství a nákladů na materiály při údržbě a výstavbě dálničních a železničních tahů. V oblasti zemědělství, lesnictví, hornictví a vodních zdrojů se používají tato data pro odhadování výnosu a návrhu strategie řízení. Geografická data jsou využívána v široké škále aplikací v oblasti životního prostředí, jako je monitorování a modelování eroze půdy, modelování šíření záplavové vlny, grafické výstupy znečištění půdy, vody a vzduchu. Základní úlohou GIS je tedy zpracovávat data, která jsou nějakým způsobem vázaná na geografickou polohu zkoumaného objektu. Pomocí metod a výpočetních technologií tak vytváříme modely reálné skutečnosti.

10

2. CÍL PRÁCE Tato práce by měla poskytnout ucelený přehled o významu pojmu geografický informační systém a jeho vývoji, dále uvést možnosti využití geografického informačního systému v různých činnostech člověka. V praktické části je navržen vhodný metodický postup k hodnocení řešeného problému (zdali provoz bioplynové stanice bude či nebude mít negativní vliv na stávající imisní situaci v lokalitě, popř. hodnocení významnosti vlivu tohoto záměru a jeho realizovatelnost v lokalitě). Dále je popsán samotný pracovní postup (tj. jaké vstupní údaje byly použity, jaký software byl k hodnocení využit) a v závěru práce je potom zpracováno samotné hodnocení řešeného problému.

11

3. LITERÁRNÍ ČÁST 3.1 Historie GIS Historie technologií pro zpracování geografických informací sahá do poloviny 18. století, kdy kartografie vyvinula první přesné základní mapy. Tematické mapování přichází o něco později. V 18. století dochází také ke zdokonalení kartografických technik, začíná rozvoj statistických metod a matematické teorie. Hovoříme-li však o dnešním pojetí GIS, lze za zlomový okamžik považovat nástup výpočetní techniky v polovině 20. století. Koncem 50. let 20. století již meteorologové, geofyzici a geologové běžně využívali počítačem generované mapy. Armáda USA vyvinula v tomto období zobrazovací zařízení, které konvertovalo radarové údaje do počítačem generovaných obrazů. Zařízení bylo součástí systému protivzdušné obrany (Semi-Automatic Ground Environment – SAGE). Za první skutečný GIS lze označit tzv. CGIS, neboli Kanadský GIS, který byl uveden do provozu v roce 1971. Tento systém je dodnes funkční a čítá přes 10 000 map a přes stovky parametrů o celém území Kanady. Tento systém obsahuje informace o zemědělství, lesnictví, životním prostředí, rekreačních možnostech, lidnatosti a využívání krajiny. Kanada byla tedy první zemí, která využila možnosti geografických analýz z podrobných mapových podkladů pro mnohé aspekty využívání přírodních zdrojů a vývoj ekonomických podmínek na státní úrovni. Harold McCarty z University of Iowa a Wiliam Garrison z University of Washington

patřili k prvním, kteří rozvinuli kvantitativní metody geografických

analýz. University of Washington a vůbec univerzity na severozápadě USA se stávají centrem rozvoje GIS v 60. letech. Kromě jiných výsledků k nejznámějším patří vývoj systému Synagraphic Mapping System (SYMAP). Center for Urban and Regional Affairs, University of Minnesota vyvinulo v roce 1967 databázi geografických informací v celostátním měřítku, která se později rozvinula ve státní plánovací agenturu. Svoji úlohu sehrály i vládní instituce a armáda. Začátkem 60. let kancelář United States Forest Service Berkeley přišla se systémem MIADS, který umožňoval ukládat a zpracovávat atributy přiřazené buňkám, vykonat jednoduché matematické

12

operace a vytvářet grafické výstupy. MIADS byl pravděpodobně první GIS „s úplnými službami“ – full – service pro zpracování informací o přírodních zdrojích USA. V 60. letech se komerčně prosazují digitizéry a plotry jako grafické terminály počítačů, což výrazně vylepšilo možnosti vstupu a výstupu geografických údajů. Největší rozvoj a první akceptování technologie praktickými uživateli nastává v 70. letech. Svoji úlohu sehrává v tomto období i orientace na problémy životního prostředí, jejichž řešení vyžaduje analýzu velkého množství souvisejících geograficky definovaných údajů. Za průkopníka je možné pokládat Iana Mc Harga, který v roce 1969 publikoval knihu „Design with nature“, ve které přichází s myšlenkami o interakci mezi přírodními systémy a možnostmi použití průsvitných map na identifikaci těchto vztahů. Dalším milníkem ve vývoji představuje např. rok 1982, kdy byl uvolněn první komerčně dostupný software pro budování GIS, ArcInfo americké firmy ESRI (Environmental Systems Research Institute) nebo rok 1984, kdy byl Americkým ministerstvem obrany uveden do provozu Globální polohový systém (GPS). ArcInfo představoval jeden z prvních efektivních vektorových systémů. ESRI rozvíjelo práce Harvardské laboratoře pro počítačovou grafiku tvorbou vlastních programů. Na jedné straně je to typ „rastrového GIS“ nazývaného GRID a na druhé straně „vektorového GIS“ prezentovaného na začátku pod názvem PIOS (ve vztahu k práci vykonané pro město San Diego). Z něho se později vyvinulo ArcInfo. Obrovským impulsem pro rozvoj GIS bylo zvyšování kapacit a rychlostí procesorů v 70. a 80. letech. Na začátku 80. let vývoj ovlivnily nové poznatky v hardwarové oblasti. Byly to obzvlášť zobrazovací zařízení – monitory a elektrostatické a tryskové plotry, které výrazně zvýšily kvalitu vytvářených výstupů. Dalším mezníkem ve vývoji byla integrace databázových principů s grafikou. Průkopníkem v této oblasti byly firmy Comarc Design System, ESRI a Intergraph. (Tuček, 1998) Na našem území se počátek vývoje GISů datuje zhruba od počátku sedmdesátých let, kdy byly zahájeny práce na Informačním systému o území (ISÚ). V 80. letech se rozvoj ISÚ zpomalil. Ke kvalitativnímu zvratu došlo až na počátku 90. let s příchodem programového vybavení pro budování GISů. Dříve byly tyto prostředky nedostupné, neboť byly z důvodů možného vojenského využití předmětem přísného embarga. Po jeho zrušení a získání programového vybavení ArcInfo byly datové báze

13

ISÚ převedeny do tohoto prostředí a další vývoj ISÚ přešel na firmu ARCDATA Praha. Jinak existence GISů u nás nezačala zrovna nejlépe. Bez jakékoliv hlubší znalosti problému a rozumné analýzy situace bylo rozhodnuto vybavit referáty životního prostředí všech okresních a jim naroveň postavených úřadů geografickými informačními systémy (konkr. ArcInfo). Zodpovědní pracovníci si však neuvědomili onen „drobný detail“, že totiž nekupují geografický informační systém, ale jen jeho dvě nezbytné složky – a to technické a programové vybavení. Při téměř absolutní neexistenci digitálních dat, při totálním nedostatku lidí schopných pracovat s GISy a při neexistenci vhodných organizačních opatření však lze konstatovat, že byly ne příliš efektivně vynaloženy značné finanční prostředky. Dodnes se nepodařilo situaci zcela zvládnout a část pořízeného vybavení stále ještě není využívána odpovídajícím způsobem. A tak jedinou světlou stránkou této akce je, že byly vytvořeny předpoklady pro to, aby prakticky celá oblast životního prostředí u nás pracovala s jednotným systémem. Vedlejším efektem existence tohoto vybavení byla svým způsobem i popularizace geografických informačních systémů. (Rapant, 2002) Současný vývoj je velice bouřlivý, aplikace GISů vznikají v celé řadě oblastí, jako je monitorování stavu životního prostředí a jeho ochrana, státní správa (na úrovni obcí, měst, okresů a regionů), správa inženýrských sítí, správa dopravních sítí, městská hromadná doprava, lesní hospodářství, zemědělství, územní plánování, záchranné služby, policie, vojenství, marketing, rozmisťování zdrojů apod. (Rapant, 2002) GISy dosáhly od svého vzniku značného rozšíření. Jen za roky 1990-1995 se celosvětový trh s GISy odhadoval na 12 mld. USD, přičemž meziroční nárůst se pro stejný časový interval odhadoval na 30%. Pro Evropu se uvádí roční nárůst průmyslu geografických informací 20%. (Rapant, 2002)

3.2 Geografický informační systém S postupným rozšiřováním okruhu využití GIS vznikaly nespočetné definice tohoto systému. Mezi nejznámější autory patří: S. Aronoff (1991), J. Star aj. Estes (1990), Konečný (1985), Burrough (1986), Aronoff (1991), Goodchild, Kemp (1990), Fisher, Nijkamp (1993). Většina se však shoduje v tom, že GIS je velmi široké organizační řešení dlouhodobě integrující informace a data o všech objektech zájmů uživatele, které se v daném území nacházejí. Toto řešení je v současnosti technicky podpořené nasazením 14

vhodného hardware a software. Toto organizované spojení počítačového hardware, software, geografických dat a osob je vytvořené za účelem efektivního získávání, ukládání, aktualizace, manipulace, prostorových 3D, časoprostorových 4D analýz a zobrazení všech forem geograficky lokalizovaných informací. GIS není jen počítačový systém na tvorbu map, i když může vytvářet mapy nejrůznějších měřítek, obsahů a barev. Jakýkoliv GIS je nástroj pro analýzu. (Vidová, 2008) Oproti klasickým analogovým mapám (papírovým), které plní 2 funkce (ukládání geografických dat a jejich prezentace), má GIS výhodu především v tom, že umožňuje data analyzovat, aktualizovat, presentovat různými způsoby a uspokojit tak odlišné požadavky uživatelů. Jako obecně použitelnou uvádím na závěr definici, kterou používá firma Environmental Systems Research Institue (ESRI) v materiálech ke svému systému ArcInfo: „GIS je organizovaný soubor počítačového hardwaru, softwaru a geografických údajů (naplněné báze dat) navržený na efektivní získávání, ukládání, upravování obhospodařování, analyzování a zobrazování všech forem geografických informací“. (Tuček, 1998)

3.2.1

Pojem GIS

Pochopení významu pojmu GIS lze také provést snadným rozborem samotného pojmu: -

geo znamená, že GIS pracuje s údaji a informacemi vztahujícími se k Zemi, pro které známe jejich lokalizaci v prostoru. Je to tedy údaj o hmotném nebo nehmotném objektu, kde její nutnou součástí je údaj o geografické poloze objektu,

-

grafický znamená, že GIS využívá prostředků grafické prezentace dat a výsledků analýz a grafické komunikace s uživatelem,

-

informační znamená, že GIS provádí sběr, ukládání, analýzu a syntézu dat s cílem získat nové informace, potřebné pro rozhodování, řízení, plánování a modelování,

-

systém znamená, že GIS představuje integraci technických a programových prostředků, dat, pracovních postupů, personálu, uživatelů apod., do jednoho celku. (Kubíček, 2008) 15

GIS je elektronický systém pro zpracování geografických informací. Veškeré další metody a postupy neelektronického charakteru přesahují rámec GIS směrem do významu

pojmu

Geografická

informační

technologie.

Jádro

GISů

spočívá

v matematickém zpracování složitých a různorodých údajů v kontextu geografického prostoru a času. (Hrubý, 2006)

3.2.2

Geografické souřadné systémy

Aby bylo možné pracovat s geoinformacemi, je nutné definovat prostorové vztahy pro geoobjekty. Vzniká potřeba souřadnicového systému. Takový souřadnicový systém musí splňovat tři požadavky: 1. definice polohy je jednoznačná (objekty se stejnou polohou jsou identické a naopak), 2. definice polohy je kvantifikovatelná (lze definovat jednotku a v té měřit), 3. musí být definována metrika tak, že lze měřit vzdálenost mezi objekty.

Souřadný systém obecně je nástroj k vyjádření polohy bodu v nějakém prostoru. V GIS hovoříme o geografickém prostoru, tedy obvykle o povrchu Země. Rozlišujeme dva typy souřadných systémů: -

systémy globální (WGS-84, UTM)

-

systémy lokální (národní, územní) jako například S-JTSK. 3.1.2.1 Systém šířka-délka (WGS-84) Systém šířka-délka je tradiční souřadný systém užívaný v mnoha oborech

spojených s pohybem na Zemi. Zeměpisná šířka je udáním úhlu, který svírá bod na povrchu Země s rovinou rovníku. Přirozeným počátek souřadné osy zeměpisné šířky byl vždy rovník, který tedy nese šířku nula stupňů a rozděluje planetu na dvě polokoule – severní a jižní. Severní pól má 90 st. Severní šířky, podobně jižní pól. V počítačovém vyjádření dáváme severní šířce kladné znaménko. Nultý poledník byl stanoven na úroveň hvězdárny v Greenwich nedaleko Londýna. Anglický systém v měření délky převzaly později i další státy (do té doby byl pařížský nultý poledník, vídeňský apod.) (Hrubý, 2006)

16

3.1.2.2 S-JTSK S-JTSK (Souřadnicový systém Jednotné trigonometrické sítě katastrální) je základní souřadnicový systém platný na území České republiky a Slovenska. Jedná se o národní souřadný systém s těmito vlastnostmi: -

je to pravoúhlý souřadný systém

-

jednotkou je metr

-

chyba způsobená transformací (projekcí) reality do souřadného systému S-JTSK je na sledovaném území snesitelná. Projekci sledovaného území (dnešní ČR a SR) do pravoúhlé sítě navrhl a

zpracoval Josef Křovák v době po rozpadu Rakouska-Uherska v nově vzniklé Československé republice. Podle tzv. Křovákova zobrazení se Besselův elipsoid (náhradní elipsoid pro naše území) konformně zobrazí na Gaussovu kouli, jejíž poloměr se zmenší o jednu desítitisícinu. Ta se pak konformně zobrazuje do roviny všeobecným konformním kuželovým zobrazením (proto se někdy toto zobrazení nazývá dvojité konformní zobrazení). Pro zpracování podkladů pro návrh parametrů zobrazení musel tým Ing. Křováka celé území geodeticky přeměřit. Vznikla triangulační síť první úrovně s asi 120 body se změřenou polohou. Síť byla vztažena k několika referenčním bodům zaměřených ještě za starého Rakouska. Časem se ukázala tím vzniklá chyba, která se později korigovala za pomoci dalších vyměřování. (Hrubý, 2006)

Obrázek 1 - projekce v Křovákově zobrazení

17

3.1.2.3 Gaus/Krügerovo zobrazení a UTM Toto zobrazení se stalo základem pro definici souřadných systémů S-42 a UTM (Universal Transverse Mercator Geographic Coordinate System). V tomto zobrazení se povrch celého elipsoidu rozdělí po polednících na poledníkové pásy. Zvolený poledníkový pás se konformně zobrazí na válec. Podstatné je, že pouze zvolený poledníkový pás geoidu se dotýká válce (ostatní se zobrazí „rozmazaně“). Pruh poledníku se dál řeže na pásy zeměpisné šířky. Pak se značí pruh (číslem, od Greenwich) a pás (písmenem abecedy).

Obrázek 2 - UTM projekce

Celá Země je rozdělena do zón jako šachovnice. Každá zóna se natočí ideálně vzhledem k válci a na něj se projektuje. Výsledkem je pravoúhlá souřadná síť se souřadnicemi v metrech, která je pseudo-globální. Souřadnice je totiž platná pouze v dané zóně a nelze ji vztahovat vzhledem k dalším zónám. UTM souřadnice je jedna ze dvou norem (UTM, WGS-84) výstupu souřadnice z GPS přijímačů. (Hrubý, 2006)

Obrázek 3 - UTM Grid Zones of the World compiled by Alan Morton

18

3.2.3

Prostorové objekty

Dimenze prostorového objektu charakterizuje jeho rozšíření v různých směrech prostoru. Bereme-li do úvahy geometrii a topologii geoobjektů, pracuje se v geovědách maximálně s trojdimenziálním – trojrozměrným prostorem, i když obecně matematika či statistika připouštění n-rozměrné prostory. Pro potřeby geometrického modelování můžeme uvažovat s objekty různých dimenzí: -

objekty bezrozměrné 0-D: (body, které mají definovanou polohu v prostoru, ale nemají délku nebo plochu)

-

objekty jednorozměrné 1-D: (přímé úseky čar, které mají konečnou délku, ale ne plochu)

-

objekty dvojrozměrné 2-D: (polygony, které mají konečnou plochu)

-

objekty trojrozměrné 3-D: (tělesa, která mají objem nebo plochy ohraničující tělesa – polyhedrony – které nemají objem).

Při aplikaci na tematické modelování nazýváme počet definovaných atributů tematickou dimenzí. Pokud bereme do úvahy dynamiku geoobjektů, někdy se hovoří o čase jako o čtvrté dimenzi. (Tuček, 1998) 3.2.4

Atributové vlastnosti

Další součástí údajů, které popisují geografické objekty, jsou jejich atributy. Např. objektem je obec. Jeho atributem může být počet obyvatel, rozloha, koncentrace imisí znečišťující látky v ovzduší, atd. Tyto atributy se někdy nazývají i „neprostorové atributy“, protože nereprezentují informaci o lokalizaci, ani o prostorových vztazích. Svojí povahou jde o informace, pro které informatika rozvinula nejlepší metody pro strukturování, ukládání i analýzu v prostředí databázových systémů. V prostředí GIS se předpokládá vazba těchto údajů na prostorové a možnost využít tyto vztahy při popisu reality, analýzách, či simulování a modelování procesů. (Tuček, 1998)

3.2.5

Zdroje údajů pro geoobjekty

Existují různé zdroje údajů, ať už jde o mapy různých druhů v analogové či digitální podobě, náčrty v určitém souřadném systému, fotogrammetrické podklady nebo údaje z dálkového průzkumu země (dále jen DPZ) taktéž v analogové či digitální 19

podobě, a údaje z geodetického měření. Přesnost jednotlivých metod je pro geodetické metody v řádu (mm-cm), pro fotogrammetrii v řádu (cm-dm), pro DPZ v řádu (m-km). Fotogrammetrie a DPZ jsou vedle geodetických metod jedněmi ze základních zdrojů primárních informací o území. (Jusková, 2010)

Fotogrammetrie je vědní obor geodézie a kartografie, který se zabývá zpracováním informací získaných o objektech měření z obrazových záznamů, nejčastěji z fotografických snímků. Pořízení obrazového záznamu probíhá bezdotykovým měřením ve velmi krátké době. Dle polohy stanoviska dělíme fotogrammetrii na pozemní (nepohyblivé stanoviště umístěné na Zemi) a leteckou (stanoviště je umístěné v letadle nebo jiném pohybujícím nosiči). Výhodou pozemní je jednodušší zpracování, výhodou letecké fotogrammetrie je velká plocha zobrazené oblasti na snímku a konzistentní přesnost. Nevýhodou je neznámá přesná prostorová poloha snímku v okamžiku expozice, z čehož plyne složitější zpracování. Dle počtu a konfigurace snímku rozlišujeme jednosnímkovou či vícesnímkovou fotogrammetrii. Podle technologického postupu dělíme metody na analogové, analytické či digitální. Při zpracování je vstupem fotografický snímek (středový průmět zobrazeného předmětu), výstupem je mapa, plán (pravoúhlý průmět zobrazovaného předmětu), při zpracování dochází k převodu středového na pravoúhlý průmět. Fotogrammetrie se využívá při zpracování státních mapových děl (topografické mapy 1:10 000), vojenských topografických map, pro účely GIS, ve stavebnictví, v problematice životního prostředí, při památkové péči a dalších oblastech (územní plánování, vodní hospodářství, inventarizace, strojírenství, medicína, apod.). (Jusková, 2010)

Dálkový průzkum Země (DPZ) je metoda i umění, která umožňuje získávat a zpracovávat data naměřená bezkontaktním způsobem o zemském povrchu. Pro měření je využíváno elektromagnetické záření různých vybraných vlnových délek. Elektromagnetické záření je nositelem informace v DPZ. Jeho měření je způsob sběru dat. Zpracování dat probíhá formou interpretace a analýzy. Data jsou většinou ve formě obrazových dat a obsahují dva druhy informací – prostorové (fotogrammetrie) a tematické informace (DPZ). (Jusková, 2010) 20

Při pořizování dat je využito měření množství zářivé energie v odraženém nebo emitovaném záření od jednotlivých částí zemského povrchu – registrace změn způsobených chemickou reakcí – fotografické kamery, odečítání změn elektrických veličin – různé varianty radiometru. Data u fotografických kamer jsou zaznamenána přímo na nosiči. U skenerů většinou přenášena radiovou cestou do přijímací stanice, kde jsou zaznamenána. Měření prováděné v určitém intervalu vlnových délek se nazývá spektrální. Je-li měřeno ve více intervalech je to tzv. multispektrální měření. Počet a šířka pásem určují spektrální rozlišovací schopnost přístroje. Multispektrální měření může být paralelní – to znamená, že záření je měřeno v různých vlnových pásmech současně, nebo může být sekvenční – kdy záření je měřeno postupně, během doby měření není možné měnit místo, jedná se o stacionární měření (z 1 místa). Při pořizování dat je nutné znát podmínky měření, kterými jsou časový okamžik řešení, vlnová délka nebo rozsah vlnových délek měření, polarizace, místo měření, úhel měření. Výsledek měření závisí na geometrickém uspořádání měření, tyto parametry jsou souhrnně označovány jako přístrojové parametry. Rozlišujeme stacionární a nestacionární měření. Stacionární měření probíhá na větším počtu míst, která souvisle pokrývají plochu určitého území. Toho lze docílit pomocí fotografických kamer. Nestacionární měření probíhá za změny polohy přístroje nebo jeho geometrického uspořádání. Data mohou být pořízena v profilech anebo v ploše. Profilové měření se provádí za pomoci trasovacího radiometru umístěného na pohyblivém nosiči. Měření v ploše se provádí skenerem podél směru pohybu nosiče a napříč jeho pohybu. Aby bylo možné vytvořit obrazová dat, je nutné přejít od měření v jednom směru (trasový radiometr) k plošnému směru = dvousměrnému měření, tzn. ve směru letu a napříč – většinou kolmo, někdy po části kružnice. Tento způsob se nazývá skenování = řádkování, kdy měřená data jsou uspořádána do stejného prostorového uspořádání jako při měření a tak vzniká obraz. Přístroje provádějící takováto měření jsou tzv. zobrazující radiometry = skenery. Skenery se dělí na dva druhy – mechanické a elektronické. Mechanický skener používá pro posun zorného pole radiometru pohyblivé zrcátko, kterým pohybuje mechanický systém. Zrcadlo a mechanický systém tvoří skenovací jednotku skeneru. Prostorovou rozlišovací schopností přístroje rozumíme velikost plochy, z níž je měřena elektromagnetická energie – jedna hodnota v jednom pásmu – při sestavení do 21

obrazové podoby je představen 1 pixelem. U fotografických kamer je rozlišovací schopnost dána počtem čar na 1 mm. Časovou rozlišovací schopností rozumíme dobu, která uplyne od pořízení dvou měření obrazových dat stejného území ze stejného přístroje. Rozsah desítky minut až desítky dní. Družice jsou pasivní přístroje, naopak radary aktivní přístroje. (Jusková, 2010)

3.3 Oblasti využití GIS Geografické informační systémy nacházejí postupně uplatnění v nejrůznějších oblastech lidské činnosti. V následujícím textu jsou stručně uvedeny oblasti, v nichž se můžeme s GIS setkat nejčastěji. Životní prostředí: Jedná se o historicky první oblast užití geografických informačních systémů. GIS jsou používány pro potřeby inventarizace přírodních zdrojů, dále pro potřeby modelování přírodních procesů, jako je eroze půd, šíření znečištění nebo modelování šíření povodňové vlny v povodí řeky při náhlém přívalu dešťových srážek. Správa zdrojů: GIS lze s výhodou použít i pro správu přírodních zdrojů. Těmto aplikacím se říká „informační systémy pro správu zdrojů“. Tyto systémy integrují různými metodami získané údaje o přírodních zdrojích a na základě jejich zpracování a analýzy poskytují podklady pro rozhodování správcům přírodních zdrojů. Tyto informační systémy velice často pracují s daty získanými různými metodami dálkového průzkumu Země, leteckým průzkumem počínaje a družicovými nosiči konče. Územní plánování: Do GIS je možné vložit také mapy znázorňující rozčlenění města na zóny a dále mapy znázorňující existující územní plán. Aplikace umožňuje vyhledávat vhodné parcely pro určitou činnost, či poskytuje informace o tom, do které zóny je ta která parcela začleněna a jaké je do budoucna plánované její využití. V neposlední řadě GIS slouží jako velice silný podpůrný nástroj pro samotnou tvorbu územního plánu. Záchranné služby: Dispečeři záchranných služeb jsou zodpovědní za včasnou a bezchybnou reakci na nouzové volání. Ke své práci využívají celou řadu podkladů, jako jsou papírové mapy, kartotéky, databáze, vlastní znalosti, v nichž jsou zaznamenány potřebné informace. GIS může významně pomoci při orientaci v těchto podkladech, získávání potřebných informací o místě události apod. Po zavolání systém 22

automaticky zobrazí dispečerovi mapu s vyznačením adresy volajícího a bezprostřední okolí tohoto místa. Zatímco dispečer přijímá hlášení a organizuje odeslání záchranné jednotky, může z mapy vyčíst další potřebné informace např. o místech s nebezpečnými látkami nacházejících se v těsné blízkosti zásahu apod. Dále může GIS pomoci při navádění vozidel do místa neštěstí zobrazením optimální trasy a přesunu vozidel. GIS je možné použít i pro analýzu neštěstí. Do databází GIS nejprve vložíme údaje o lokalizaci jednotlivých událostí za zadaný časový interval a pak můžeme provádět jejich analýzu. Lze tak odhalit některé trendy ve vývoji kriminality, nebo nehodovosti apod., nebo vazby na jiné fenomény, které při běžném zpracovávání hlášení nejsou zřejmé. Vojenství: GIS je ve vojenské oblasti využíván pro řešení celé řady úloh. Jedná se například o použití digitálních modelů terénu v leteckých simulátorech, leteckých navigačních systémech, zbraňových systémech (např. rakety s plochou dráhou letu používané americkou armádou využívající pro navádění právě digitální modely terénu), v systémech velení a v systémech určených pro plánování akcí letectva. Veřejná správa: Běžné je využití GIS pro potřeby územního plánování, evidence nemovitostí, vyměřování některých typů daní, evidencí všeho druhu, správu majetku, správu dopravní infrastruktury, veřejné městské dopravy, při organizací požární a záchranné služby, policie apod. Telekomunikace:

Provozovatelé

telekomunikačních

sítí

rovněž

patří

k nejvýznamnějším uživatelům GIS technologie. Celá řada evropských společností dnes GIS využívá pro plánování přenosových sítí. Aplikace ve sféře financí: V této oblasti je GIS využíván obdobným způsobem jako v oblasti maloobchodu, tedy pro vyhledávání míst vhodných pro umístění nových poboček např. bank nebo pojišťoven. V oblasti pojišťovnictví je GIS využíván pro vyhledávání oblastí se zvýšeným resp. sníženým pojišťovacím rizikem. K tomu jsou potřebné komplexní databáze obsahující údaje o kriminalitě, nehodovosti, geologii, vývoji počasí, hodnotách nemovitostí apod. GIS pak umožňuje provádět složité a poměrně detailní analýzy i více faktorů současně. Maloobchod: V této oblasti GIS slouží například pro výběr nejvhodnějších míst pro supermarkety. Do GIS jsou uložena demografická a socioekonomická data o potenciálních zákaznících, údaje o potenciálních konkurenčních obchodech a mapa

23

jízdních časů, z které lze stanovit velikost spádové oblasti. Na základě těchto údajů pak zadavatel provede výběr nejvhodnějších lokalit. Inženýrské sítě: Správci inženýrských sítí patří opět k největším uživatelům GIS. GIS slouží jednak pro správu dat o sítích, jednak pro modelování reakcí sítí na změnu poptávky, na poruchy a nečekané události apod. Používají se také pro operativní vykreslování map položených vedení, rozvoden, potrubí, ventilů atd. Péče o zdraví obyvatelstva: Pomocí GIS lze provádět důležité studie zdravotního stavu obyvatelstva, jako je vyhledávání oblastí s rizikem výskytu specifických typů nemocí, nebo sledování a případně i modelování šíření epidemií v populaci. Svoz komunálního odpadu: Svoz kom. odpadu představuje poměrně perspektivní oblast nasazení GIS. GIS je možné použít jednak pro sběr potřebných podkladových dat, dále pro záznam aktuálně získaných dat například o množství svezeného komunálního odpadu apod. Dále umožní dynamicky plánovat trasy svozu odpadů dle aktuálního vývoje jejich produkce a průběžně tyto trasy sledovat a vyhodnocovat pomoci přijímačů GPS umístěných na sběrných vozidlech. GIS tak může napomoci snížení nákladů spojených se svozem komunálních odpadů. Geomarketing: Je dnes zcela samozřejmou součástí všech obchodních aktivit firem. Velký význam má především pro velké obchodní řetězce a specializované prodejce, kteří se zaměřují na přesně definovanou skupinu spotřebitelů. Typickým příkladem využití GIS v geomarketingu je cílený prodej vozidel firmy Mercedes s pohonem na všechny čtyři kola. Specialisté si obstarali údaje o oblastech, ve kterých bydlelo nadprůměrné množství lépe vydělávajících lidí, jako jsou lékaři, právníci a podnikatelé. Tyto informace zkombinovali s geografickými údaji. Pak vybrali výše položené oblasti se strmými silnicemi, v nichž se každoročně vyskytuje nadprůměrné množství sněhu a kde zůstává sníh dlouho ležet. Když začal v oblastech Německa a Rakouska odpovídajících zvoleným kritériím hustě padat sníh, dostali všichni obyvatelé cílové oblasti přímý dopis, v němž byli informování o novém typu Mercedesu – čtyřkolce. Nával v prodejnách Mercedesu na sebe nedal dlouho čekat. (Rapant, 2006)

24

3.4 Posuzovaná bioplynová stanice Zařízením, u kterého budou hodnoceny vlivy jeho provozu na životní prostředí, konkrétně vlivy na ovzduší pomocí geografického informačního systému, bude provoz kogeneračních jednotek v bioplynové stanici (dále jen BS). V BS bude zpracováván biologicky rozložitelný odpad (rostlinného i živočišného původu), ze kterého bude získáván bioplyn určený pro spalování v kogeneračních jednotkách (spalovací motor s generátorem). Dalším výstupem je stabilizovaný tekutý digestát sloužící jako ekologické hnojivo. Kogenerační jednotky budou produkovat elektrickou energii a teplo.

Uvažovaný

technologický

proces

je

dvoustupňový

s uzavřenými

technologickými celky. Informace o bioplynové stanici byly čerpány se souhlasem společnosti Projekce psb, a.s. z projektové dokumentace pro rozhodnutí o umístění stavby a to energetického centra na zpracování bioodpadů Tišnov. Fotodokumentace obdobného zařízení tvoří přílohu č. 3 této diplomové práce. Fotodokumentace byla pořízena autorkou diplomového práce při osobní návštěvě energetického centra (EC) ve Zwentendorfu v únoru roku 2010. 3.4.1

Kapacita zařízení

Bioplynová stanice bude v provozu 8760 hod/rok, u kogeneračních jednotek uvažujeme využití v řádu 8000 hod/rok. V rámci posuzované bioplynové stanice je plánována instalace a provoz následujících typů kogeneračních jednotek: -

JMS 312 GS-B.LC (palivem je bioplyn), elektrický výkon 526 kW

-

JMS 312 GS-N.L (palivem je zemní plyn s možností přepojení na bioplyn), elektrický výkon 526 kW. Dodávka vstupních surovin bude probíhat pravidelně, denní potřeba surovin pro

plynulý provoz bioplynové stanice bude 46 600 kg/den vstupního materiálu. Roční potřeba surovin pro zajištění maximálního výkonu bude 17 000 000 kg/rok. Zpracováním 1 tuny vstupní suroviny dojde k vývinu až 94 m3 bioplynu, při výše uvedeném množství zpracovávaného vstupního materiálu lze očekávat produkci cca 1 600 000 m3 bioplynu za rok, tedy 4384 m3 bioplynu denně. Co se týče produkce elektřiny, je bioplynová stanice schopna vygenerovat 3.897.650 kWhel ročně, u tepla je to potom hodnota 3.878.490 kWht ročně. Zpracováním vstupního materiálu vznikne kapalný digestát (vyhořelý substrát) v množství cca 13 382 000 kg/rok. Ze zemědělského hlediska je digestát považován za organické hnojivo. Dalším zbytkovým produktem bude pevný separát (výstup ze 25

šnekového separátoru) v množství cca 2 088 000 kg/rok. Ze zemědělského hlediska je tento separát považován taktéž za organické hnojivo, které je možné aplikovat přímo na pole, nebo ho po registraci prodávat jako balený substrát ke hnojení nebo jako kompost. 3.4.2

Příjem surovin:

Doprava vstupních surovin je zajišťována přepravními automobily. Ty vjedou dovnitř haly příjmu surovin. Zařízení je konstruováno pro příjem surovin jak ve formě pevných látek a to buď ze sběrných vozů, nebo ze sběrných nádob, tak ve formě tekutých suspenzí, dovážených v cisternách. Suroviny ve formě pevných látek budou vykládány z dopravních prostředků do přijímací jímky s víkem, ze které je substrát dopravován šnekovými dopravníky k separaci kovů a drcení (úprava materiálu). Všechny nádrže, zařízení a dopravní systémy příjmu a přípravy surovin jsou uzavřené a budou umístěné v příjmové hale, jejíž větrací systém bude udržovat v hale stálý podtlak. Větrací systém bude vybaven biologickým filtrem pro odstranění případného zápachu. Na zařízeních příjmu surovin a hygienizace budou instalována odběrná místa pro odběr poměrných vzorků již tepelně ošetřených vedlejších živočišných produktů k laboratornímu a bakteriologickému vyšetření. 3.4.3

Popis procesu fermentace:

První stupeň anaerobní fermentace hygienizovaného substrátu probíhá ve čtyřech ležatých uzavřených válcových nádržích, tzv. rourových fermentorech, umístěných za halou příjmu. Každý z fermentorů má objem 160 m3, je vybaven navijákovým míchadlem a je vytápěn. Provozní teplota uvnitř válcových fermentorů se pohybuje mezi 36o-38oC. Regulace teploty se provádí měřícími čidly, která jsou umístěna v různých částech fermentoru. Válcové fermentory mají tepelnou izolaci pláště. V anaerobním prostředí se biosubstrát odbourává pomocí metanových bakterií. Na základě konstrukce fermentorů je dosaženo určitého druhu pístového proudění, takže dochází k efektivnějšímu organickému odbourávání. Válcové fermentory jsou zcela naplněné a na konci jsou opatřeny přepadem, odkud při každém přísunu čerstvého materiálu je zfermentovaný materiál vytlačen do dofermentoru (druhého stupně fermentace). Všechny čtyři fermentory jsou vzájemně propojeny tak, aby bylo umožněno přečerpávání substrátu a optimalizace procesu fermentace ve všech nádržích. Konstrukce fermentorů a jejich náklon zajišťuje optimální průběh fermentačních procesů a snadné odstraňování organických příměsí (písek, hlína).

26

Z rourových fermentorů je dále substrát transportován do tzv. druhého stupně fermentace. Druhý stupeň fermentace, kterým je zajišťována stabilizace substrátu, probíhá v uzavřené betonové nádrži dofermentoru o velikosti 1880 m3, umístěné rovněž mimo halu příjmu, pod rourovými fermentory. Do dofermentoru je částečně také přidáván čerstvý materiál, v důsledku promísení zčásti zfermentovaného a čerstvého biosubstrátu se uskutečňuje kontinuální přeočkování čerstvého materiálu bakteriemi, takže je proces kvašení v betonovém dofermentoru podstatně stabilnější a efektivnější. Provozní teplota uvnitř betonového dofermentoru

se pohybuje mezi 36o-38oC,

zajištěna je kruhovým regulovatelným topením umístěným na stěnách nádrže. Promíchávání materiálu je zajištěno kombinací pomalu a rychle se otáčejících míchadel. Betonový fermentor je vybaven přetlakovou a podtlakovou pojistkou, aby se v případě poruchy mohly vyrovnat výkyvy tlaku. Cíleným a řízeným vháněním vzduchu se provádí odsíření vznikajícího bioplynu, který je následně dopravován plynovým systémem do plynojemu a odtud do kogeneračních jednotek. Dofermentor obsahuje také přepad, který ústí do plynotěsného skladu substrátu. Při každém přítoku materiálu se tedy starší materiál přepadem dostane do skladu substrátu. Sklad substrátu je také součástí plynového systému, protože zde ještě vzniká poslední zbytek plynu (do 5%). 3.4.4

Plynové hospodářství:

Vyprodukovaný bioplyn je jímán ze všech 4 rourových fermentorů, z dofermentoru i skladu substrátu a je skladován ve vakovém membránovém zásobníku plynu umístěném v hale příjmů (objem zásobníku je 300 m3). V každém fermentoru je umístěno měřící číslo (plynoměr) pro měření množství a kvality bioplynu. Průměrně obsahuje bioplyn 63,1% metanu. Po úpravě (odvodnění a odsíření) je plyn dopravován ke spalování v kogenerační jednotce. Celý systém je vybaven předepsanými bezpečnostními a regulačními prvky. Na havarijní výpusti plynového systému do vnějšího ovzduší bude osazena fléra s automatickým zapalovacím systémem tak, aby do ovzduší nemohl uniknout nespálený bioplyn. Plynový systém je zdánlivě beztlaký, přesto jsou nainstalována četná měřidla, aby se během provozu mohl kontrolovat tlak a mohly se rychle rozpoznat a odstranit případné poruchy. K základnímu vybavení patří bezpečnostní plynová zařízení jako hlídače plynu, pojistky proti zpětnému prošlehnutí atd. 27

Výroba energie:

Pro výrobu elektrické energie jsou

navrženy

kogenerační

dvě

jednotky,

kompaktní jedna

na

spalování bioplynu – typ JMS 312 GSB.LC a druhá na spalování zemního plynu a bioplynu – typ JMS 312 GS- Obrázek 4 - kogenerační jednotka JMS 312 GS-B.LC N.L. Druhá jednotka je navržena jako špičkovací zařízení, pro zvýšení efektivity a pro případné zvýšení výkonu, bude také využívána v případě přerušení chodu první jednotky z důvodu oprav atd. Jednotky budou instalovány v uzavřené, hlukově izolované a větrané místnosti – strojovně. Kogenerační jednotky budou kompaktního provedení s motorem a generátorem spojeným elastickou spojkou, na pružně uloženém základovém rámu. Součástí kompaktu budou výfukový výměník tepla a tlumič výfuku (hluku). Vyrobená elektrická energie bude dodávána do sítě přes transformátory do rozvaděče VN vybaveným vypínačem VN se systémem ochran. Tepelná energie bude využívána jednak pro vlastní potřebu centra (vytápění haly, vytápění provozních prostor a zázemí personálu, ohřev TUV), k ohřevu přípravných a fementačních nádrží a k hygienizaci, případně vytápění dalších objektů v blízkosti energetického centra. Přebytek tepla (zejména v letních měsících) bude zpracován v chladicím kondenzátním zařízení, které je umístěno venku za halou příjmů. Sklad stabilizovaného substrátu (digestátu) – 2x 4527 m3, celkem 9054 m3 Zahuštěný stabilizovaný substrát přepadající z dofermentoru do skladu substrátu (zásobník zbytkového kvašení) se z vyrovnávací nádrže bude čerpat na šnekový separátor, kde se oddělí pevná část substrátu od tekuté části. Pevná část substrátu se bude dočasně skladovat na dvou vodohospodářsky zajištěných zpevněných plochách v areálu EC (s 2-měsíční rezervou). Tekutá část ze šnekového separátoru bude čerpána jako digestát do dvou ocelových nádrží, zakrytých fólií (sklady stabilizovaného digestátu, dvě nevytápěné ocelové nadzemní nádrže), ze kterých bude odebírán a odvážen cisternami ke hnojení na pole.

28

Zbytkový substrát (separát) po výstupu z odstředivky bude skladován na zajištěných plochách pro uskladnění separátu uvnitř areálu EC, odkud bude odvážen jako hnojivo k přímé aplikaci na pole. Další alternativou pro úpravu digestátu je použití odpařovacího zařízení. Odstředivka a odpařovací zařízení jsou vhodnou a účinnou alternativou úpravy koncové kvality digestátu s ohledem na případné požadavky smluvních odběratelů.

Dezodorizační biofiltr Jednotlivá odsávací místa (příjmová část haly, homogenizační jímky) jsou propojena nerezovým spiropotrubím do odsávacího ventilátoru rovněž z nerez materiálu. Odsávací ventilátor je součástí biofiltru, který je umístěn ve venkovním prostoru podél haly.

Systém kontroly a řízení Celý výrobní proces v navrhovaném energetickém centru bude vybaven automatizovaným řídicím systémem, zajišťujícím sběr dat, jejich vyhodnocení, optimalizaci probíhajících procesů a kontrolu funkčnosti bezpečnostních zařízení a prvků. Dále bude řídicí systém poskytovat obsluze aktuální informace o stavu probíhajících procesů a aktuálních i historických výkonových a fyzikálních parametrech jednotlivých částí procesu.

Fléra Vyprodukovaný bioplyn je jímán ze všech čtyř rourových fermentorů, z dofermentoru i skladu substrátu a je skladován ve vakovém zásobníku plynu. Po úpravě (odvodnění a odsíření) je plyn dopravován ke spalování v kogenerační jednotce. Celý systém je vybaven předepsanými bezpečnostními a regulačními prvky. Na havarijní výpusti plynového systému do vnějšího ovzduší bude osazena fléra s automatickým zapalovacím systémem tak, aby do ovzduší nemohl uniknout nespálený bioplyn. V případě vzniku přetlaku v plynojemu (např. při malém odběru pro spalování v jednotkách) se automaticky otevře pojistný ventil a plyn je odveden potrubím do bioplynové fakule, kde dojde k jeho spálení. Zařízení obsahuje ocelový stojan s hořákem, ve kterém jsou zapalovací elektrody. (Havlík, Energetické centrum na zpracování bioodpadů Tišnov) 29

4. PRAKTICKÁ ČÁST V praktické části se práce zabývá návrhem vhodného postupu řešení, prezentací vstupních dat a následných výstupů pomocí GIS, konkrétně software ArcMap 9.3. Závěr této práce hodnotí realizovatelnost záměru (provoz bioplynové stanice v lokalitě) z pohledu vlivu emisí a následných imisí na kvalitu ovzduší v předmětné lokalitě.

4.1 Metodika řešení Realizovatelnost záměru bude posouzena na základě výsledků rozptylové studie. Rozptylové studie dle zákona č. 86/2002 Sb. o ochraně ovzduší se zpracovávají shodně jako posudky pro střední až zvláště velké zdroje v rámci územního a stavebního řízení na stavby, které tyto zdroje obsahují a k uvádění zdrojů do provozu. Rozptylové studie se dále zpracovávají v rámci tzv. procesu EIA podle zákona č. 100/2001 Sb. o posuzování vlivů na životní prostředí. Jejich vypracování pro oznámení záměru nebo pro zpracování dokumentace není povinné, ale pokud záměr stavby obsahuje zdroj znečišťování ovzduší, je vhodné ji nechat zpracovat anebo počítat s tím, že si ji některá z příslušných institucí, které se ke stavbě vyjadřují, vyžádá. Rozptylová studie je obdobně jako hluková studie, přílohou oznámení záměru nebo dokumentace zpracovávaných podle tohoto zákona. 4.1.1

Vstupní údaje pro zpracování RS

Mezi nezbytné vstupní údaje potřebné ke zpracování rozptylové studie (RS), tj. k výpočtu znečištění ovzduší z posuzovaného zdroje patří: -

údaje o zdrojích,

-

meteorologické a klimatické podklady,

-

údaje o topografickém rozložení referenčních bodů, ve kterých se bude výpočet provádět.

4.1.1.1

Vstupní údaje o bodových zdrojích

Za bodové zdroje se považují zejména komíny a výduchy, jejichž rozměr je zanedbatelný oproti vzdálenostem, ve kterých se počítá znečištění ovzduší. U bodových zdrojů, jako jsou kogenerační jednotky, je nutné znát tyto údaje: -

poloha, tj. souřadnice xz, yz [m] ve zvolené souřadné síti

-

nadmořská výška zz [m] terénu v místě zdroje

30

-

výška H [m] koruny komína (konce výduchu) nad terénem.

-

u spalovacích procesů a) množství spáleného paliva Sh [kg.h-1, m3.h-1] za hodinu při instalovaném tepelném výkonu spalovacího zařízení b) roční množství spáleného paliva Sr [kg.r-1, m3.r-1]

-

objem spalin (u spalovacích procesů) nebo vzdušiny (u technologií) Vs odcházející komínem nebo výduchem přepočtený na normální podmínky (teplotu 273,15 K a tlak 101325 Pa)

-

dále roční provozní doba zdroje Pr [hod.r-1]

-

teplota ts [oC] spalin nebo vzdušiny v koruně komína (výduchu)

-

v případě, že ts > 80 oC, je nutné navíc znát vnitřní průměr komína (výduchu) Dv [m]

-

tepelnou vydatnost, která se stanovuje na základě předchozích vstupních dat podle vzorce

kde Vs je objem spalin nebo vzdušniny odcházející komínem nebo výduchem za normálních podmínek [Nm3.s-1] cs – měrné teplo exhalací o hodnotě 1,371 kJ.m-3.K-1 ts – teplota odcházejících exhalací v koruně komína nebo výduchu [oC] ts – teplota okolního vzduchu. Obvykle předpokládáme, že teplota okolí je 0 oC. (Bubník a kol., Symos 97) 4.1.1.2

Meteorologické a klimatické vstupní údaje

Meteorologické a klimatické údaje potřebné pro výpočty znečištění ovzduší se obvykle týkají období 1 roku. Existují speciální aplikace, kdy je možné a někdy i nutné použít údaje pro jednotlivé sezóny či konkrétní časový úsek. Toto se však netýká modelování šíření emisí z provozu kogeneračních jednotek. Běžnými výpočty znečištění ovzduší rozumíme výpočty od zdrojů, jejich charakteristiky nejsou přímo ovlivňované meteorologickými podmínkami (tedy od bodových, plošných a liniových zdrojů, nikoliv však od chladících věží). Pro takové výpočty je nejdůležitějším klimatickým vstupním údajem větrná růžice rozlišená podle rychlosti větru a teplotní stability atmosféry.

31

Výběr větrné růžice provádíme přednostně podle umístění zdroje, v případě mnoha zdrojů a větší oblasti je třeba zvolit větrnou růžici konstruovanou speciálně pro tuto oblast. Rychlost rozptylu znečišťujících látek v atmosféře závisí zejména na dvou veličinách: rychlosti větru a intenzitě termické turbulence. Protože intenzita termické turbulence je přímo závislá na teplotní stabilitě atmosféry, je nejdůležitějším vstupním údajem větrná růžice rozlišená podle rychlosti větru a teplotní stability atmosféry. Rychlost větru se popisuje pomocí 3 tříd rychlosti: Tabulka 1 - definice tříd rychlosti větru

Rychlostí větru se přitom rozumí rychlost zjišťovaná ve standardní meteorologické výšce 10 m nad zemí. Intenzita termické turbulence závisí velmi silně na termické stabilitě atmosféry, tj. na jejím teplotním zvrstvení. Tato stabilita se v metodice popisuje pomocí stabilitní klasifikace Bubník-Koldovský odvozené v ČHMÚ. Stabilitní klasifikace obsahuje 5 tříd stability ovzduší. Tabulka 2 - stabilitní klasifikace podle Bubníka a Koldovského

Vertikální teplotní gradient je definován:

kde T(z) je teplota vzduchu závisející na výšce.

32

Ne všechny třídy stability atmosféry se vyskytují za všech rychlostí větru. Následující tabulka obsahuje rozmezí rychlostí větru a výskyt jednotlivých tříd rychlosti větru při jednotlivých třídách stability ovzduší: Tabulka 3 - rozmezí rychlostí větru a výskyt jednotlivých tříd rychlosti větru pro jednotlivé třídy stability ovzduší

V praxi se tedy může vyskytnout 11 kombinací tříd stability a tříd rychlosti větru. Větrná růžice, která je vstupem pro výpočet znečištění ovzduší, musí tedy obsahovat relativní četnosti směru větru z 8 základních směrů pro těchto 11 různých typů rozptylových podmínek a kromě toho četnost bezvětří pro každou třídu stability atmosféry. Četnosti se udávají v % s přesností na 2 desetinná místa. (Bubník a kol., Symos 97)

4.1.1.3

Údaje o referenčních bodech a terénu

Pro každý referenční bod, pro který se počítá znečištění ovzduší, je nutné znát tyto údaje: -

název referenčního bodu (není povinné, ale je užitečné)

-

poloha referenčního bodu, tj. souřadnice x, y [m] ve zvolené souřadné síti

-

nadmořská výška terénu z [m] v místě referenčního bodu

-

pokud je referenční bod umístěn jinde než v úrovni terénu (např. na budově), pak jeho výšku „l“ nad terénem

Hodnoty vypočtených koncentrací v referenčním bodě závisí mimo jiné na tvaru terénu mezi zdrojem a referenčním bodem. V případě, že terén mezi zdrojem a referenčním bodem není rovinný, je třeba mít informace o jeho tvaru. V praxi se výpočty provádějí obvykle v pravidelné nebo nepravidelné síti referenčních bodů. Z údajů o jejich poloze a nadmořských výškách terénu v jejich místě se vyhodnocuje tvar a charakteristiky terénu ve sledované oblasti. Přesnost výpočtu 33

profilu terénu mezi zdrojem a referenčním bodem závisí na dostatečné hustotě referenčních bodů v síti. Hustotu sítě referenčních bodů je proto nutné volit takovou, aby postihla všechny podstatné terénní útvary v daném území. (Bubník a kol., Symos 97) 4.1.2

Metodika „SYMOS 97“

Výpočet krátkodobých i průměrných ročních koncentrací znečišťujících látek a doby překročení zvolených hraničních koncentrací byl proveden podle metodiky „SYMOS 97“ (Systém modelování stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší SYMOS´97 – verze 2006), která byla vydána MŽP ČR v r.1998. Tato metodika je založena na předpokladu Gaussovského profilu koncentrací (viz příloha č. 2) na průřezu kouřové vlečky. Umožňuje počítat krátkodobé i roční průměrné koncentrace znečišťujících látek v síti referenčních bodů, dále doby překročení zvolených hraničních koncentrací (např. imisních limitů a jejich násobků) za rok, podíly jednotlivých zdrojů nebo skupin zdrojů na roční průměrné koncentraci v daném místě a maximální dosažitelné koncentrace a podmínky (třída stability ovzduší, směr a rychlost větru), za kterých se mohou vyskytovat. Metodika zahrnuje korekce na vertikální členitost terénu, počítá se stáčením a zvyšováním rychlosti větru s výškou a při výpočtu průměrných koncentrací a doby překročení hraničních koncentrací bere v úvahu rozložení četností směru a rychlosti větru. Výpočty se provádějí pro 5 tříd stability atmosféry (tj. 5 tříd schopnosti atmosféry rozptylovat příměsi) a 3 třídy rychlosti větru. Charakteristika tříd stability a výskyt tříd rychlosti větru vyplývají z následující tabulky: Tabulka 4 – rozptylové podmínky

třída stability

rozptylové podmínky

výskyt tříd rychlosti větru (m/s)

I II III

silné inverze, velmi špatný rozptyl 1,7 inverze, špatný rozptyl 1,7 slabé inverze nebo malý vertikální gradient 1,7 teploty, mírně zhoršené rozptylové podmínky

5 5

IV V

normální stav atmosféry, dobrý rozptyl labilní teplotní zvrstvení, rychlý rozptyl

5 5

34

1,7 1,7

11 11

Termická stabilita ovzduší souvisí se změnami teploty vzduchu s výškou nad zemí. Vzrůstá-li teplota s výškou, těžší studený vzduch zůstává v nižších vrstvách atmosféry a tento fakt vede k útlumu vertikálních pohybů v ovzduší a tím i k nedostatečnému rozptylu znečišťujících látek. To je právě případ inverzí, při kterých jsou rozptylové podmínky popsané pomocí tříd stability I a II. Inverze se vyskytují převážně v zimní polovině roku, kdy se zemský povrch intenzivně vychlazuje a ochlazuje přízemní vrstvu ovzduší. V důsledku nedostatečného slunečního záření mohou trvat i nepřetržitě mnoho dní za sebou. V letní polo-vině roku, kdy je příkon slunečního záření vysoký, se inverze obvykle vyskytují pouze v ranních hodinách před východem slunce. Výskyt inverzí je dále omezen pouze na dobu s menší rychlostí větru. Silný vítr vede k velké mechanické turbulenci v ovzduší, která má za následek normální pokles teploty s výškou a tedy rozrušení inverzí. Silné inverze (třída stability I) se vyskytují jen do rychlosti větru 2 m/s, běžné inverze (třída stability II) do rychlosti větru 5 m/s. Běžně se vyskytující rozptylové podmínky představují třídy stability III a IV, kdy dochází buď k nulovému (III. třída) nebo mírnému (IV. třída) poklesu teploty s výškou. Mohou se vyskytovat za jakékoli rychlosti větru, při silném větru obvykle nastávají podmínky ve IV. třídě stability. V. třída stability popisuje rozptylové podmínky při silném poklesu teploty s výškou. Za těchto situací dochází k silnému vertikálnímu promíchávání v atmosféře, protože lehčí teplý vzduch směřuje od země vzhůru a těžší studený klesá k zemi, což vede k rychlému rozptylu znečišťujících látek. Výskyt těchto podmínek je omezen na letní půlrok a slunečná odpoledne, kdy v důsledku přehřátého zemského povrchu se silně zahřívá i přízemní vrstva ovzduší. Ze stejného důvodu jako u inverzí se tyto rozptylové podmínky nevyskytují při rychlosti větru nad 5 m/s. Metodika SYMOS'97 však musela být oproti původní verzi upravena. V souvislosti s předpokládaným vstupem ČR do EU se legislativa v oboru životního prostředí přizpůsobuje platným evropským předpisům, a proto v ní vznikají změny, na které musí reagovat i metodika výpočtu znečištění ovzduší, má-li vést i nadále k výsledkům snadno použitelným v běžné praxi. Tyto změny zahrnují např.: •

stanovení imisních limitů pro některé znečišťující látky jako hodinových průměrných hodnot koncentrací nebo 8-hodinových průměrných hodnot (dříve 1/2-hodinové hodnoty)

35

•

stanovení imisních limitů pro některé znečišťující látky jako denních průměrných hodnot koncentrací

•

hodnocení znečištění ovzduší oxidy dusíku také z hlediska NO2 (dříve pouze NOx).

4.1.3

Požadavky na software

Pro zpracování rozptylové studie bude použito výpočtového programu: „Rozptylová studie“. Spoluautorem a vlastníkem licence je Mgr. J. Bucek. Tento program vznikl pro potřebu výpočtů rozptylových studií plynných znečišťujících látek do atmosféry. Je zpracován na základě metodiky SYMOS '97, upravené podle nových skutečností a nových imisních limitů platných v roce 2003. Program je schopen počítat imisní modely pro všechny znečišťující látky, které jsou uvedeny v metodice výpočtu rozptylových studií ČHMU. Model byl testován na více jak několika desítkách výpočtů s programy SYMOS '97 verze 2003 a jiných modelových programech pracujících na bázi metodiky SYMOS.

Dále bude použit geografický informační systém firmy ESRI a to verze ArcMap 9.3. Pro snazší orientaci v produktové řadě GIS společnosti ESRI uvádím stručný přehled produktů: ArcGIS Desktop je profesionální nástroj GIS firmy ESRI pro tvorbu a správu informačních systémů. Je k dispozici v podobě tří softwarových produktů, z nichž každý poskytuje různou úroveň funkcionality. • ArcView Nabízí základní funkcionalitu pro mapování, analýzy a nástroje k jednoduchému editování a zpracování geodat. • ArcEditor Je vybaven všemi funkcemi ArcView, ale navíc má pokročilé editační možnosti (kartografické nástroje, COGO, editace rastru, topologické nástroje, podporu geodatabází, a další) • ArcInfo Je nejvyšší verzí, která obsahuje vše předchozí a pokročilé možnosti zpracování geodat.

36

ArcView, ArcEditor a ArcInfo mají jednotnou architekturu a uživatelé pracující s kterýmkoli z těchto klientů mohou sdílet výsledky své práce s ostatními uživateli. Mapy, data, symboly, mapové vrstvy, uživatelské nástroje a rozhraní, výstupní sestavy, metadata atd. mohou být vzájemně sdíleny a vyměňovány mezi všemi třemi produkty. Použití jednotné architektury přináší uživatelům i tu výhodu, že k ovládání kterékoliv aplikace ArcGIS Desktop se stačí naučit ovládat jediné jednotné uživatelské rozhraní.

Základním uživatelským rozhraním (ve všech třech produktových úrovních) je ArcMap. Je to centrální aplikace ArcGIS Desktop, která slouží pro všechny mapově orientované úlohy včetně kartografie, prostorových analýz a editace dat. Aplikace ArcMap poskytuje dva různé módy zobrazení mapy: -

zobrazení grafických dat (data view)

-

zobrazení výkresu mapy (layout view)

Další aplikací je ArcCatalog, který pomáhá organizovat a spravovat geodeta, jako jsou mapové šablony, datové sady, modely, metadata a služby. Aplikace ArcCatalog je vhodná pro organizaci, vyhledávání a využití GIS dat stejně jako pro tvorbu dokumentace geografických dat pomocí metadat odpovídajících standardům. Administrátoři GIS databáze používají ArcCatalog pro návrhy a tvorbu geodatabází, administrátor aplikace ArcGIS Server spravuje pomocí aplikace ArcCatalog rámec GIS serveru. Funkčně nezbytnou aplikací je ArcToolbox, který obsahuje kompletní sadu funkcí pro zpracování prostorových dat včetně nástrojů pro správu a konverzi dat, vektorové i rastrové analýzy a statistické analýzy. ArcToolbox je začleněn do aplikací ArcCatalog a ArcMap a je k dispozici ve všech třech produktových úrovních (ArcView, ArcEditor a ArcInfo). Každá úroveň produktu obsahuje různý počet nástrojů pro zpracování prostorových dat. (Klimánek, 2008) Existují další doplňkové aplikace jako ModelBuilder, 3D Analyst, Spatial Analyst apod. Mezi další software potřebný pro zpracování RS byl použit: MS Excel verze 2007, dále Grid export a Surfer verze 9.11 od společnosti Golden Software. Mapové podklady byly získány z geoportálu www.cenia.cz (Česká informační agentura životního prostředí).

37

4.2 Postup řešení V této kapitole budou uvedeny jednotlivé kroky nutné pro naplnění cíle této diplomové práce, tj. využití geografického informačního systému při modelování šíření emisí ze stacionárního zdroje znečišťování ovzduší. 1. Zjištění souřadnic x, y (v souřadném systému JTSK) přesného umístění zdroje znečišťování ovzduší pomocí software ArcMap verze 9.3

Souřadnice x, y

Obrázek 5 – náhled pracovního prostředí programu ArcMap 9.3

2. Vytvoření

sítě

referenčních

bodů pomocí aplikace: Grid export a Surfer verze 9.11

od

společnosti

Golden Software V tomto kroku je nutné vybrat levý dolní a pravý horní roh zvolené sítě referenčních bodů a tyto údaje zadat do programu Grid export. Stejně tak je nutné načíst binární soubor s výškopisem. Program Grid export poté vygeneruje „grid“ s potřebnými daty. Obrázek 6 – pracovní prostředí programu Grid export

38

3. Data vygenerovaná programem Grid export otevřeme v programu Surfer např. verze 9.11 a následně je uložíme pod vhodným názvem jako typ DAT XYZ.

Obrázek 7 – náhled pracovního prostředí software Surfer verze 9.11

4. Tento soubor typu DAT XYZ uložíme v programu MS Excel jako soubor typu xls:

Obrázek 8 – síť RB v programu MS Excel

39

5. Soubor typu .xls se sítí referenčních bodů načteme do ArcMap za účelem zjištění souřadnice „z“ u zdroje znečišťování ovzduší:

Obrázek 9 – vykreslení sítě RB v programu ArcMap verze 9.3

6. Zjištění nezbytných vstupních údajů o zdroji znečišťování ovzduší (viz kap. 4.3.1., 4.3.2., 4.3.3.) 7. Zadání vstupních údajů do výpočtového programu: Rozptylová studie

Obrázek 10 – náhled importu vstupních údajů v programu Rozptylová studie

40

8. Spuštění výpočtu, následný export vypočtených výsledků

Obrázek 11 – náhled exportu výsledků výpočtu rozptylové studie

9. Výsledky jsou vyexportovány ve formátu .csv. Pro načtení dat do programu ArcGIS je nutné je uložit jako typ .xls. Poté je načíst do ArcGIS a vykreslit izolinie šíření emisí z bodového zdroje znečišťování ovzduší pomocí nástroje 3D Analyst – Interpolate to raster – Kriging.

Obrázek 12 – vykreslování izolinií maximálních hodinových konc. NO2

41

Obrázek 13 - vykreslené izolinie imisí v ArcMap

10. Pro lepší orientaci mezi přechody izolinií imisí znečišťujících látek byl použit v ArcMap 9.3. nástroj 3D Analyst → Surface Analysis → Contour

Obrázek 14 - vykreslení kontur izolinií

42

4.3 Vstupní data pro výpočet rozptylové studie 4.3.1

Umístění záměru

Zpracovatelka diplomové práce se rozhodla umístit fiktivní bioplynovou stanici na pozemek sousedící se zemědělským areálem náležejícím do katastru města Kuřim. Tato lokalita byla vybrána zcela náhodně. Na tomto pozemku se dle dostupných informací s žádným podobným záměrem neuvažuje. Smyslem bylo pouze umístit záměr do členitého terénu pro atraktivnější zobrazení izolinií imisí z bodového zdroje znečišťování ovzduší.

Obrázek 15 - umístění bioplynové stanice (ortofotosnímek území)

Obrázek 16 - vizualizace terénu ve 3D (zpracováno v programu Surfer verze 9.11)

43

Terén je v předmětné lokalitě mírně zvlněný, bez výrazných krajinných prvků bránících dobrému rozptylu znečišťujících látek. Lokalita je poměrně dobře provětrávaná. 4.3.2

Síť referenčních bodů, terén v lokalitě

Pro bylo

výpočet

vytvořeno

imisí

zájmové

území se sítí uzlových bodů v počtu 4473 s krokem 50 m (základní síť RB). K tvorbě sítě referenčních bodů: Síť referenčních

uzlových bodů

pro

potřebu výpočtu rozptylové studie je vytvářena nezávisle na zeměpisných souřadnicích dané lokality.

Obrázek 17 - síť referenčních bodů

Jejím účelem je pokrýt dané zájmové území tak, aby matematická modelace zatížení ovzduší dané lokality škodlivinami postihla v rámci zadaných dat co nejvěrněji reálný stav. Rozsah a tvar území pokrytého sítí referenčních bodů je stanoven s ohledem na předpokládaný plošný rozsah hodnocených vlivů, obvykle ve tvaru jednoduchého geometrického obrazce libovolného tvaru (obdélník, čtverec). Krok jednotlivých referenčních bodů (jejich vzdálenost od sebe) je volen na základě obdobných požadavků, může být v rámci jedné sítě různý (např. v oblasti předpokládaných vyšších koncentrací škodlivin je síť hustší). Číslování referenčních bodů se provádí tak, že jeden bod je zvolen za počátek („0“) a ostatní body se číslují čísly dle vzestupné aritmetické řady (1,2,....n). Způsob zvolení počátku i systém dalšího číslování referenčních bodů závisí na úsudku zpracovatele rozptylové studie, na úroveň výsledků studie nemá žádný vliv. Obvykle je jako počátek volen bod nacházející se v levém spodním rohu sítě tak, aby při odečítání souřadnic nebylo nutno používat záporných hodnot.

44

Po vytvoření sítě referenčních bodů jsou jednotlivým referenčním bodům přiřazovány souřadnice x,y,z podle následujícího systému: x: vzdálenost referenčního bodu od zvoleného počátku na vodorovné ose v metrech y: vzdálenost referenčního bodu od zvoleného počátku na svislé ose v metrech z: nadmořská výška referenčního bodu v metrech (odečítá se z vrstevnicové mapy) Uvedené souřadnice pro jednotlivé referenční body tvoří jeden ze základních souborů vstupních dat nutných pro konstrukci rozptylové studie, neboť pro zvolené referenční body jsou počítány příslušné hodnoty znečištění. Ztotožnění posléze vzniklého obrazu s reálem se provádí např. grafickou konstrukcí izolinií znečištění pro jednotlivé škodliviny v rozsahu zvolené sítě referenčních bodů a jejich překrytím s mapovým podkladem hodnoceného zájmového území. (Bubník a kol., Symos 97) 4.3.3

Větrná růžice

Z dat ČHMU byla převzata větrná růžice pro Kuřim. Větrná růžice je rozpočtena do 120

směrů

větru

(po

3

stupních).

Označení směrů větru se provádí po směru hodinových ručiček, přičemž 0 stupňů je severní vítr, 90 stupňů východní vítr, 180 stupňů jižní vítr, 270 stupňů západní

vítr.

Bezvětří

(calm)

je

rozpočteno do první třídy rychlosti směru Obrázek 18 - grafické zobrazení větrné růžice pro Kuřim

větru.

Zeměpisné značení směrů větru označuje, odkud vítr vane (severní vítr fouká od severu, jižní od jihu atd.). Tabulka 5 - větrná růžice pro Kuřim Celková růžice rychlost větru [m/s] 1,7 5 11 součet

o

směry větrů [ ] 0 4,00 7,20 0,80 12,00

45 3,20 4,50 0,80 8,50

90 1,91 4,20 0,40 6,51

135 5,20 8,29 2,00 15,49

180 3,60 5,80 1,10 10,50

45

225 2,90 4,30 0,60 7,80

suma 270 3,39 5,39 1,00 9,78

315 5,39 9,00 1,60 15,99

calm 13,43

13,43

43,02 48,68 8,3 100,00

4.3.4

Emisní charakteristika kogeneračních jednotek

Tabulka 6 - emisní charakteristika zdroje

Kogenerační jednotka 1 (dále KJ) - typ JMS 312 GS-B.LC

Kogenerační jednotka 2 (dále KJ) –typ JMS 312 GS-N.L popis: pístový motor zážehový spalující plynná paliva, záložní kogenerační jednotka pro bioplyn, spalující zemní plyn.

Charakteristika

Jednotky

popis: pístový motor zážehový spalující plynná paliva, konkr. bioplyn

Množství spáleného bioplynu: FPD: Objem odpadní vzdušniny z KJ: Výška komínu: Průměr komínu: Teplota odpadní vzdušniny:

[m3/rok]

1 600 000

500 000

[hod/rok]

8 000

2 000

[Nm3/s]

cca 1,18

cca 1,06

[m] [m]

8 0,4

8 0,4

[oC]

cca 250

cca 120

Dle přílohy č. 4 Nařízení vlády č. 146/2006 Sb. ve znění p. p. jsou emisní limity pro pístové spalovací motory spalující plynné palivo stanoveny na následující úrovni: Tabulka 7 - emisní limity dle NV 146/2006 Sb. ve znění p.p.

Emisní limit dle jmenovitého tepelného příkonu vztažený na normální škodlivina

stavové podmínky a suchý plyn (pro TZL vztaženo na vlhký plyn). [mg.m-3] při referenčním obsahu kyslíku 5%.

TZL NOx CO

130 1000 1300

Tabulka 8 - emisní limity garantované dodavatelem zařízení

Hodnoty emisí garantované dodavatelem zařízení. (vztaženo na škodlivina

normální stavové podmínky a suchý plyn, pro TZL vztaženo na vlhký plyn). [mg.m-3] při referenčním obsahu kyslíku 5%.

TZL 50 NOx 500 CO 1000 Příspěvky zdroje jsou spočítány z hodnot emisí garantovaných dodavatelem zařízení, tj. dle hodnot uvedených v tabulce č. 8.

46

4.4 Prezentace výstupů RS pomocí izolinií imisí vykreslených v ArcMap 9.3. NO2 – maximální hodinové koncentrace Nejvyšší vypočtené maximální hodinové koncentrace znečišťující látky NO2 z provozu kogeneračních jednotek bioplynové stanice budou na úrovni do 43,72 µg/m3. Imisní limit je 200 µg/m3. Příspěvek zdroje tvoří 21,86 % imisního limitu. Největší imisní dopad lze očekávat 350 m severním směrem v kopci Cimperk. U nejbližší obytné zástavby se příspěvky zdroje pro maximální hodinové koncentrace pohybují na úrovni do 18 µg/m3. Tabulka 9 - územní maxima NO2 (max. hod. konc.)

*imisní limit koncentrace [µg/m3]

nejvyšší příspěvky [µg/m3] 43,72

max. hod *200 *IL platí pro imise ze souběhu všech zdrojů v lokalitě

Obrázek 19 - vykreslení izolinií max. hod. konc. NO2

47

NO2 – průměrné roční koncentrace Příspěvek zdroje, tj. provoz kogeneračních jednotek, k nejvyšším průměrným ročním koncentracím této škodliviny pak bude na úrovni do 0,37 µg/m3. Příspěvek dosahuje 0,93% IL. Převážný imisní dopad lze očekávat v areálu bioplynové stanice a blízkém okolí. U nejbližší obytné zástavby dosahují příspěvky hodnot 0,08 µg/m3. Obytná zástavba nebude významně zasažena emisemi a následným imisním dopadem ze zdroje. Šíření izolinií je patrné z obrázku níže. Tabulka 10 – územní maxima NO2 (prům. roční konc.)

koncentrace

*imisní limit [µg/m3]

nejvyšší příspěvky [µg/m3] 0,37

prům. rok *40 *IL platí pro imise ze souběhu všech zdrojů v lokalitě

Obrázek 20 – vykreslení izolinií prům. ročních konc. NO2

48

PM10 – nejvyšší průměrné denní koncentrace Nejvyšší vypočtené průměrné denní koncentrace znečišťující látky PM10 z provozu kogeneračních jednotek budou na úrovni do 31,12 µg/m3.

Krátkodobý

maximální imisní dopad lze očekávat v kopci s názvem Cimperk, opět ve vzdálenost 350 m severním směrem od zdroje. Imisní limit je 50 µg/m3. Maximální příspěvek tvoří 62,2 % imisního limitu. U nejbližší obytné zástavby bude imisní dopad na úrovni 12,1 µg/m3. Tabulka 11 - územní maxima PM10 – prům. denní konc.

koncentrace

*imisní limit [µg/m3]

nejvyšší prum. denní

*50

nejvyšší příspěvky [µg/m3] 31,12

*IL platí pro imise ze souběhu všech zdrojů v lokalitě

Obrázek 21 - vykreslení izolinií PM10 prům. denních konc.

49

PM10 – průměrné roční koncentrace Příspěvek zdroje k nejvyšším průměrným ročním koncentracím téže škodliviny pak bude na úrovni do 0,36 µg/m3, IL je 40 µg/m3. Příspěvek tedy tvoří cca 0,9% IL pro průměrné roční koncentrace PM10. Místo převážného imisního dopadu bude v blízkosti areálu provozovatele. U nejbližší obytné zástavby bude imisní dopad na úrovni 0,06 µg/m3. Tabulka 12 - územní maxima PM10 – prům. roční konc.

koncentrace

*imisní limit [µg/m3]

prům rok

*40

nejvyšší příspěvky [µg/m3] 0,36

*IL platí pro imise ze souběhu všech zdrojů v lokalitě

Obrázek 22 - vykreslení izolinií PM10 prům. ročních konc.

50

CO – oxid uhelnatý Příspěvek z provozu kogeneračních jednotek k maximálnímu 8 hodinovému klouzavému průměru se pohybuje na úrovni do 587,4 µg/m3. IL je 10000 µg/m3. Příspěvek tvoří necelých 6% imisního limitu. Imisní zátěž ze zdroje bude v blízkém okolí areálu provozovatele. U nejbližší obytné zástavby se příspěvek pohybuje na úrovni do 128 µg/m3.

Tabulka 13 - územní maxima CO 8hod. kl. průměr

koncentrace

*imisní limit [µg/m3]

8hod. kl. průměr

*10000

nejvyšší příspěvky [µg/m3] 587,4

*IL platí pro imise ze souběhu všech zdrojů v lokalitě

Obrázek 23 - vykreslení izolinií 8 hod. kl. průměru CO

51

4.5 Přípustná úroveň znečištění ovzduší Přípustné úrovně znečištění (imisní limity a cílové imisní limity) Imisní limity a cílové imisní limity jsou dány nařízením vlády č. 42/2011 Sb., kterým se mění nařízení vlády č. 597/2006 Sb., o sledování a vyhodnocování kvality ovzduší. Všechny uvedené přípustné úrovně znečištění ovzduší pro plynné znečišťující látky se vztahují na standardní podmínky (objem přepočtený na teplotu 293,15 K a normální tlak 101,325 kPa). U všech přípustných úrovní znečištění ovzduší se jedná o aritmetické průměry. Imisní limity vyhlášené pro ochranu zdraví lidí a přípustné četnosti jejich překročení za kalendářní rok Tabulka 14 - imisní limity vybraných znečišťujících látek a přípustné četnosti jejich překročení Znečišťující látka

Doba průměrování

Imisní limit

Oxid siřičitý Oxid siřičitý Oxid uhelnatý PM10 PM10 PM2,5 Olovo

1 hodina 24 hodin max. denní osmihodinový 24 hodin 1 kalendářní rok 1 kalendářní rok 1 kalendářní rok

350 µg.m125 µg.m10 mg.m-3 50 µg.m-3 40 µg.m-3 25 µg.m-3 0,5 µg.m-3

Přípustná četnost překročení

24 3 35 -

Tabulka 15 - imisní limity oxidu dusičitého a přípustné četnosti jejich překročení Znečišťující látka

Oxid dusičitý Oxid dusičitý

Doba průměrování

Přípustná četnost překročení

Imisní limit

200 µg.m 40 µg.m-3

1 hodina 1 kalendářní rok

-

18 -

Imisní limity vyhlášené pro ochranu ekosystémů a vegetace Tabulka 16 - imisní limity vyhlášené pro ochranu ekosystémů a vegetace Znečišťující látka

Doba průměrování

Oxid siřičitý Oxidy dusíku

kalendářní rok a zimní období (1. října – 31. 20 µg.m-3 1 kalendářní rok 30 µg.m-3

Imisní limit

Imise je emise, která se dostala do styku s životním prostředím. Imise se mohou kumulovat v půdě, vodě či v organismech. V praxi jsou imisemi například těžké kovy nebo jiné znečišťující látky, které se ukládají v životním prostředí, například podél silnic nebo v potravním řetězci. Imise jsou následkem emisí - koncentrace jsou stálé a nižší než emise; imise se drží při zemském povrchu (ve městech jsou pravidelně monitorovány). Patří do nich také spad = pevné částice dopadlé na zem.

52

4.6 Vyhodnocení stávajícího imisního stavu v lokalitě Vyhodnocení stávajícího imisního stavu v posuzované lokalitě je provedeno na základě Vymezení oblastí se zhoršenou kvalitou ovzduší (OZKO), dále dle naměřených dat z vybrané stanice automatického imisního monitoringu (AIM) a dle výsledků Krajské rozptylové studie Jihomoravského kraje (data za rok 2008). 4.6.1

Vyhodnocení stávajícího imisní zatížení v lokalitě na základě Sdělení OOO MŽP ČR:

Oblasti se zhoršenou kvalitou ovzduší (dále jen OZKO)‚ jsou území v rámci zóny nebo aglomerace, kde je překročena hodnota imisního limitu u jedné nebo více znečišťujících látek. Vymezení OZKO a jejich případné změny provádí Ministerstvo životního prostředí jedenkrát za rok a zveřejňuje je ve Věstníku Ministerstva životního prostředí. Mapy oblastí se zhoršenou kvalitou ovzduší jsou konstruovány v síti 1x1 km. Mapové vrstvy jsou volně ke stažení ve formátu shapefile (.shp, ESRI) v souřadných systémech S-42, JTSK a WGS84 a to na webových stránkách Českého hydrometeorologického úřadu. Vrstvy jsou rozdělené po zónách a aglomeracích.

OZKO 2007: V roce 2007 nebylo území Stavebního úřadu Městského úřadu Kuřim zařazeno mezi oblasti se zhoršenou kvalitou ovzduší. Dokládá to Sdělení uveřejněné ve věstníku MŽP č.2/2009 – OZKO za rok 2007. (Věstník MŽP č. 6/2009)

OZKO 2008: V roce 2008 již území Stavebního úřadu Městského úřadu Kuřim bylo zařazeno mezi oblasti se zhoršenou kvalitou ovzduší a to vzhledem k překročení cílového imisního limitu pro škodlivinu BaP na 0,1% území stavebního úřadu. Dokládá to Sdělení č. 8 uveřejněné ve věstníku MŽP, částka 6 z června 2009 – OZKO za rok 2008. (Věstník MŽP č. 4/2010)

OZKO 2009: V roce 2009 nebylo území Stavebního úřadu Městského úřadu Kuřim zařazeno mezi oblasti se zhoršenou kvalitou ovzduší. Dokládá to Sdělení uveřejněné ve věstníku MŽP č. 4/2011 – OZKO za rok 2009. (Věstník MŽP č. 4/2011)

53

Tabulka 17 - vymezení oblastí se zhoršenou kvalitou ovzduší (v % území)

Rok 2007 2008 2009

Stavební úřad Městský úřad Kuřim Městský úřad Kuřim Městský úřad Kuřim

PM10 (d IL) 0 0 0

BaP 0 0,1 0

Grafické zobrazení OZKO:

Obrázek 24 - zobrazení OZKO pro škodlivinu BaP pro rok 2008

Území posuzované bioplynové stanice neleží v oblasti se zhoršenou kvalitou ovzduší. Uvažovány byly roky 2007, 2008 a 2009. 4.6.2

Vyhodnocení imisního zatížení na základě dat Automatizovaného imisního monitoringu - AIM:

V předmětné lokalitě se stanice AIM nenachází, nejbližší měřící stanice jsou umístěny ve městě Brně a jeho okolí. Kuřim leží cca 11 km severozápadním směrem od města Brna. Jako pozaďová měřící byla vybrána stanice automatizovaného imisního monitoringu v Brně – Tuřanech vzdálená cca 21 km od posuzované lokality. Informace z vybrané měřící stanice slouží pouze k dokreslení celkové imisní situace.

54

Umístění vybrané stanice AIM:

Obrázek 25 - umístění stanice AIM Brno Tuřany

stanice ČHMÚ BBNYA umístění:

Brno – Tuřany

data:

za rok 2009

reprezentativnost dat:

oblastní měřítko – městské nebo venkov (4-50 km)

typ měřícího programu:

automatizovaný měřící program

vzdálenost od záměru:

cca 21 km

Tabulka 18 - data měřící stanice BBNYA

naměřená hodnota [µg/m3]

imisní limit [µg/m3]

NO2 - oxid dusičitý maximální hodinové koncentrace MV19 (19. nejvyšší hodnota max. krátkodobé konc. v roce) četnost překročení IL 200 µg/m3 průměrná roční koncentrace

110,6 82,4 0 19,4

200 18 40

PM10 - frakce prašného aerosolu ˂10 µm maximální denní koncentrace MV36 (36. nejvyšší hodnota max. denní konc. v roce) četnost překročení IL 50 µg/m3 průměrná roční koncentrace

158,4 47,2 30 27,5

50 35 40

škodlivina

55

CO – oxid uhelnatý maximální 8 hodinový kl. průměr

není měřen

10 000

Dle dat výše uvedené tabulky lze hodnotit imisní situaci v lokalitě jako poměrně příznivou. Imisní limity škodliviny NO2 a PM10 jsou s určitou rezervou dodržovány. (www.chmi.cz)

4.6.3

Vyhodnocení

stávajícího

imisního

zatížení

lokality

dle

Krajské

rozptylové studie Jihomoravského kraje: Krajská rozptylová studie Jihomoravského kraje je jedním ze strategických dokumentů odboru životního prostředí Krajského úřadu Jihomoravského kraje a je zpracována na základě dat o zdrojích REZZO 1, 2, 3 a 4. Zdroje, emitující do ovzduší znečišťující látky, jsou celostátně sledovány v rámci tzv. Registru emisí zdrojů znečišťování ovzduší (REZZO). Podle zákona č. 86/2002 Sb. o ochraně ovzduší se zdroje znečišťování člení na zdroje mobilní a stacionární. Zdroje stacionární jsou dále členěny podle míry vlivu na kvalitu ovzduší (zvláště velké, velké, střední a malé zdroje) a podle technického a technologického uspořádání (spalovací zdroje, spalovny odpadů a ostatní zdroje). Spalovací zdroje se zařazují do kategorie podle tepelného příkonu nebo výkonu. Stacionární zdroje jsou zahrnuty v dílčích souborech REZZO 1 - 3, mobilní zdroje jsou začleněny v dílčím souboru REZZO 4. Správou databáze REZZO za celou Českou republiku je pověřen Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ). Jednotlivé dílčí databáze REZZO 1-4, které slouží k archivaci a prezentaci údajů o stacionárních a mobilních zdrojích znečišťování ovzduší, tvoří součást Informačního systému kvality ovzduší (ISKO) provozovaného rovněž ČHMÚ jako jeden ze základních článků soustavy nástrojů pro sledování a hodnocení kvality ovzduší ČR. Dle údajů Krajské rozptylové studie Jihomoravského kraje za rok 2008 (Mgr. J. Bucek) je situace v předmětné lokalitě následující: Oxid dusičitý: Průměrné roční koncentrace NO2 jsou v předmětné lokalitě na úrovni 20,9 µg/m3. Imisní limit je 40 µg/m3. Tedy stávající vypočtené hodnoty dosahují 1/2 platného imisního limitu a lze tedy říci, že je zde dostatečná imisní rezerva. Maximální 56

hodinové koncentrace NO2 se v lokalitě pohybují na úrovni 90 µg/m3. Imisní limit je stanoven na 200 µg/m3. Imisní limity pro průměrné roční a maximální hodinové koncentrace této škodliviny jsou dodržovány.

Obrázek 26 - stávající stav průměrné roční konc. NO2

Obrázek 27 - stávající stav maximální hod. konc. NO2

57

Částice PM10: Pro škodlivinu PM10 platí následující: Nejvyšší průměrné roční koncentrace PM10 jsou přímo v lokalitě na úrovni do 19 µg/m3. Imisní limit je 40 µg/m3. Tedy stávající hodnoty jsou podobně jako u škodliviny NO2 pod hranici platných imisních limitů s dostatečnou rezervou.

Obrázek 28 - stávající stav průměrné roční konc. PM10

CO – oxid uhelnatý: Pro škodlivinu CO platí následující: Maximální 8 hodinový klouzavý průměr škodliviny CO se v lokalitě pohybuje na úrovni do 700 µg/m3. Imisní limit je 10 000 µg/m3. I u této škodliviny je v lokalitě dostatečná imisní rezerva.

Obrázek 29 - stávající stav 8 hod. kl. průměr CO

58

Vzhledem k charakteru území a posuzovaným škodlivinám lze považovat pozaďové zatížení okolí z hlediska uvažovaných škodlivin za přijatelné. Lze hovořit o mírně až středně znečištěném území. Na základě dostupných informací můžeme také konstatovat, že v širším okolí záměru se nevyskytují další významné zdroje sledovaných polutantů, které by mohly s výše uvedeným zdrojem spolupůsobit.

4.7 Diskuse výsledků - vyhodnocení realizovatelnosti záměru v lokalitě

na

základě

příspěvkových

imisí

z provozu

posuzovaného zařízení Dle vymezení OZKO za rok 2007 a 2009 nepatřilo území Stavebního úřadu Městského úřadu Kuřim k oblastem se zhoršenou kvalitou ovzduší. Dle vymezení OZKO za rok 2008 se však území stavebního úřadu městského úřadu Kuřim nachází v OZKO z důvodu překročení cílového imisního limitu škodliviny BaP na 0,1% území. Dle grafického zobrazení se však předmětná lokalita v OZKO nenachází. Z toho lze usuzovat na dlouhodobě přijatelnou imisní zátěž v lokalitě. Tím spíše, že posuzované kogenerační jednotky nejsou zdrojem emisí této škodliviny, tj. škodliviny BaP. Dle údajů Krajské rozptylové studie v lokalitě taktéž nedochází k překračování platných imisních limitů u posuzovaných škodlivin, průměrné roční koncentrace škodliviny PM10 a NO2 se pohybují na ½ imisního limitu, u škodliviny CO je taktéž dostatečná imisní rezerva. Toto hodnocení je podpořeno i daty z měřící stanice automatického imisního monitoringu v Brně-Tuřanech. Příspěvky posuzovaných škodlivin z uvažovaného zdroje znečišťování ovzduší se pohybují na následující úrovni: NO2 – maximální hodinové koncentrace: územní maxima lze očekávat na úrovni do 43,7 µg/m3, tj. 21,8 % imisního limitu. Největší imisní dopad lze očekávat severním směrem v kopci Cimperk. Nejbližší obytná zástavba nebude provozem zdroje nadlimitně zatížena.

NO2 – průměrné roční koncentrace: příspěvky zdroje k nejvyšším průměrným ročním koncentracím se budou pohybovat na úrovni do 0,4 µg/m3, tj. do1% imisního limitu. Převážný imisní dopad lze očekávat v areálu bioplynové stanice a blízkém okolí. 59

U nejbližší obytné zástavby budou příspěvky hluboce pod úrovní imisních limitů, obytná zástavba nebude emisemi z kogeneračních jednotek a následným imisním dopadem významně zasažena.

PM10 – nejvyšší průměrné denní koncentrace: příspěvek zdroje k nejvyšším průměrným denním koncentracím znečišťující látky PM10 bude na úrovni 31,12 µg/m3. Tato hodnota představuje 62,2% imisního limitu. U nejbližší obytné zástavby lze očekávat imisní dopad na úrovni 12,1 µg/m3.

PM10 – průměrné roční koncentrace: příspěvek zdroje k nejvyšším průměrným ročním koncentracím této škodliviny bude na úrovni do 0,36 µg/m3, což představuje 0,9% imisního limitu. Místo převážného imisního dopadu bude v blízkosti areálu provozovatele. Obytná zástavba bude zatížena imisemi ze zdroje na téměř zanedbatelné úrovni.

CO – maximální 8 hod. kl. průměr: příspěvky zdroje k maximálnímu 8hodinovému klouzavému průměru lze očekávat na úrovni do 587,4 µg/m3, ve vztahu k imisnímu limitu jde o hodnotu 6%. Imisní zátěž ze zdroje bude opět v blízkém okolí areálu provozovatele. Obytná zástavba nebude významně zatížena imisemi ze zdroje.

Lze tedy říci, že provoz zařízení na zpracování organického materiálu (z pohledu vlivu na ovzduší jde o provoz kogeneračních jednotek), je vzhledem k povaze lokality a stávající imisní zátěži v okolí únosný. Toto hodnocení je podpořeno skutečností, že u dlouhodobých charakteristik nebude docházet k překračování imisních limitů a to s ohledem ke stávajícímu imisnímu zatížení lokality. Posuzované zařízení dává dobrý předpoklad k dodržování limitů stanovených legislativou o ochraně ovzduší u všech sledovaných imisních parametrů. Samozřejmě za předpokladu dodržování správné technologické kázně.

60

4.8 Návrh vhodného opatření za účelem minimalizace negativního působení zdroje znečišťování ovzduší Mezi negativní vlivy při provozu bioplynových stanic patří často emise pachových látek. Bioplynová stanice je dle vyhlášky č. 362/2006 Sb. uvedena jako stacionární zdroj, u kterého se stanovuje koncentrace pachových látek. Pachové látky nesmějí být vnášeny do ovzduší nad míru způsobující obtěžování obyvatelstva. Přípustná míra obtěžování zápachem je překročena vždy, pokud si na obtěžování zápachem stěžuje více než 20 osob podle § 1 odst. 3 vyhlášky č. 362/2006 Sb. Standardní provoz BPS musí být ověřen autorizovaným měřením pachových látek v době zkušebního provozu. U předmětné bioplynové stanice pracuje celá technologie v uzavřeném systému od svozu surovin v uzavřených vozech, vykládky v uzavřených a odsávaných halách s dočištěním odpadního vzduchu a uzavřené nádrži s digestátem. Anaerobní technologie pracuje ve dvoustupňovém režimu – to odpovídá metodickému pokynu MŽP o stavbě bioplynových stanic a současně tato technologie umožňuje dokonalé vyhnívání substrátu a snížení tvorby pachových látek. Koncentrované emise škodlivin resp. pachových látek budou likvidovány na kogenerační jednotce. Pokud jsou dodrženy všechny parametry pro spalovací vzduch, patří tato technologie mezi nejúčinnější technologie k eliminaci pachových látek. V případě poruchy kogenerační jednotky je připraven pro použití biofiltr. Méně zatížený odpadní vzduch bude likvidován na biofiltru s předřazenou pračkou vzduchu. Tato technologie patří mezi BAT technologie pro posuzovaný proces. Naměřené emise pachových látek na shodných technologiích vykázaly plnění dodavatelem garantované koncentrace 500 ouE·m-3. Silně znečištěná vzdušina pachovými látkami bude tedy likvidována formou přídavného spalovacího vzduchu v kogeneračních jednotkách. Ostatní vzdušina znečištěna pachovými látkami bude vedena přes biofiltr s předřazenou pračkou vzduchu. Toto opatření a řešení lze považovat za dostatečné, při správném technologickém provozu není třeba stanovit další opatření k minimalizaci rizik plynoucí z pachové zátěže.

61

Mezi další negativní vlivy plynoucí z provozu bioplynové stanice patří emise znečišťujících látek. Předmětné zdroje znečišťování ovzduší jsou zakategorizovány následujícím způsobem: Bioplynová stanice - výroba bioplynu - podle ust. § 4 odst. 5 písm. b) zákona o ochraně ovzduší č. 86/2002 Sb. a dle bodu 1.3 přílohy č. 1 k nařízení vlády č. 615/2006 Sb. jako - velký ostatní stacionární zdroj znečišťování ovzduší.

Kogenerační jednotka – posuzovaný spalovací zdroje zařazen podle ust. § 4 odst. 5 písm. c) zákona o ochraně ovzduší č. 86/2002 Sb. a jako - střední spalovací zdroj znečišťování ovzduší.

Pro uvedené zdroje znečišťování ovzduší platí následující emisní limity a četnosti měření emisí: Výroba bioplynu - dle tab. 1.3 „Zplyňování a zkapalňování uhlí, výroba a rafinace plynů a minerálních olejů, výroba energetických plynů (generátorový plyn, svítiplyn), syntézních plynů a bioplynu“ nařízení vlády č. 615/2006 Sb. o stanovení emisních limitů a dalších podmínek provozování ostatních stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší je výroba bioplynu jako celek velkým zdrojem znečišťování ovzduší s následujícími emisními limity: Tabulka 19 - emisní limit pro výrobu bioplynu

Emisní limit (mg/m3) Vztažené podmínky TZL

SO2

NO2

CO

sulfan

amoniak

150

2 500

500

800

10

50

A

Vztažené podmínky A – koncentrace příslušné látky při normálních podmínkách (tlak 101,325 kPa a teplotě 273,15 K) v suchém plynu

V případě výroby bioplynu jako zdroje znečišťování ovzduší se obvykle ve smyslu ust. § 9 odst. 1 zákona č. 86/2002 Sb. upouští od měření emisí znečišťujících látek z důvodu absence definovaného výduchu. Veškerý vyrobený bioplyn bude energeticky využit (spálen) v kogenerační jednotce popř. ve výjimečných havarijních stavech ve fléře.

62

V případě spalování bioplynu v kogeneračních jednotkách se jedná o spalovací stacionární zdroje znečišťování ovzduší, pro které jsou stanoveny specifické emisní limity nařízením vlády č. 146/2006 Sb., příloha č. 4, kapitola 2. Stacionární pístové spalovací motory – bioplyn (jejichž stavba byla zahájena po 17.5.2006): Tabulka 20 - emisní limit pro kogenerační jednotky

Emisní limit v (mg/m3 vztaženo na normální stavové podmínky a suchý plyn) Jmenovitý tepelný příkon (MW)

Tuhé zneč. látky

0,2 až 1 MW

130

ní obsah

Oxidy Oxid

dusíku

Oxid

siřičitý

jako

uhelnatý

NO2 1)

Referenč

1000

1300

Organické látky jako

kyslíku (%)

suma uhlíku ---

5

1) obsah síry v palivu nesmí překročit limitní hodnoty obsažené ve zvláštním právním předpisu stanovujícím požadavky na kvalitu paliv z hlediska ochrany ovzduší a v motorové naftě nesmí překročit 0,05% hmotnostních

Způsob zjišťování emisí je upraven vyhláškou č. 205/2009 Sb. Podle ust. § 5 této vyhlášky se emisní parametry posuzovaných zdrojů verifikují jednorázovým autorizovaným měřením emisí do 3 měsíců od uvedení zdroje do zkušebního provozu a dále v intervalu jedenkrát za 3 kalendářní roky, ne dříve než po uplynutí 18 měsíců od data předchozího měření (platí pro kogenerační jednotky). Vzhledem k tomu, že dodavatel kogeneračních jednotek garantuje hodnoty emisí uvedené v tabulce č. 8, lze toto považovat za dostatečné opatření k minimalizaci negativních vlivů.

63

5. ZÁVĚR Na počátku GISů ležela práce s nimi jen v rukou špičkových odborníků. Tomu odpovídala cena, operační prostředí a velké nároky na odbornost uživatele. GISy patřily k jednomu z nejnáročnějších způsobů využití výpočetní techniky. Současnost a budoucnost je však ve znamení mnoha nových trendů, především obrat k široké zákaznické obci. Rozvoj softwarových a hardwarových prostředků umožnil GISům vyjít ze stínu ostatních technologií a začít proměnu v ryze uživatelskou aplikaci. Geografický informační systém představuje informační systém pracující s informacemi vztahující se k Zemi, lokalizuje informace v prostoru, využívá prostředků grafické prezentace dat. Aplikace GIS umožňuje provádět sběr, ukládání, analýzu a syntézu dat s cílem získat nové informace potřebné pro rozhodování, řízení, plánování a modelování. Jde o integraci technických a programových prostředků, dat, postupů, uživatele do jednoho celku. V současné době se můžeme s využitím GISů setkat v následujících oborech či oblastech: životní prostředí (šíření znečištění, modelování šíření povodňové vlny, modelování eroze půd, apod.), správa zdrojů, územní plánování, záchranné služby, vojenství, aplikace ve sféře financí, telekomunikace, maloobchod, veřejná správa, inženýrské sítě, svoz komunálního odpadu apod. Cílem této práce bylo mimo jiné navrhnout vhodný metodický postup k hodnocení řešeného záměru - tím byl provoz bioplynové stanice. Z pohledu vlivu na ovzduší jde o provoz kogeneračních jednotek spalující vyprodukovaný bioplyn a zemní plyn. Realizovatelnost záměru byla posouzena na základě výsledků příspěvkové rozptylové studie. Pro úspěšné zpracování RS jsou nutná správná vstupní data (údaje o posuzovaném

zdroji znečišťování

ovzduší, meteorologických

a

klimatických

podmínkách dané lokality a konečně údaje o topografickém rozložení referenčních bodů, ve kterých byl výpočet prováděn, tj. údaje o terénu). Výpočet příspěvkových koncentrací znečišťujících látek byl proveden dle metodiky „SYMOS 97“, která byla vydána MŽP ČR v r. 1998. Výsledky byly graficky prezentovány v geografickém informačním systému firmy ESRI a to verzi ArcMap 9.3. Pro zhodnocení, zda příspěvky z nového zdroje znečišťování ovzduší ovlivní, či neovlivní stávající imisní zátěž, je nutné znát pozaďové koncentrace uvažovaných škodlivin, tj. správně vyhodnotit stávající imisní zatížení lokality. To se v běžné praxi děje na základě Vymezení Oblastí se zhoršenou kvalitou ovzduší za několik posledních let (z toho je 64

zřejmý trend zlepšení či zhoršení imisní zátěže v lokalitě, počet let závisí na úsudku zpracovatele RS, obvykle se uvádí minimálně poslední 2 roky), dále dle veřejně dostupných dat stanic Automatizovaného imisního monitoringu, popř. Krajské rozptylové studie, pokud si ji nechá krajský úřad daného kraje zpracovat. Na základě posouzení stávajícího imisního zatížení lokality a velikosti příspěvků z posuzovaného zdroje bylo konstatováno, že provoz zařízení na zpracování organického materiálu je vzhledem ke stávající povaze lokality a imisní zátěži únosný. Příspěvky nezpůsobí významné zhoršení imisní situace, při dodržování garantovaných emisí dodavatelem zařízení a dodržování správné technologické kázně nebude docházet k překračování platných imisních limitů.

65

6. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY BUBNÍK Jiří, RNDr., KEDER Josef, RNDr., CSc., Macoun Jan, Maňák Jan, RNDr.,: Symos 97 – Systém modelování stacionárních zdrojů, Český hydrometeorologický ústav, ISBN 80-85813-55-6

Český hydrometeorologický ústav, sekce Ovzduší, podsekce Tabelární ročenky, [on-line]. [cit. 28.2.2011]. dostupný z http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/uoco/isko/ tab_roc/tab_roc_CZ.html

HAVLÍK, Ing., Projekce PSB, a.s., Projektová dokumentace pro rozhodnutí o umístění stavby: Energetické centrum na zpracování bioodpadů Tišnov, 01/2010

HRUBÝ Martin, Ing. Ph.D.: Geografické informační Systémy (GIS) – studijní opora, Brno, 2006, Vysoké učení technické, Fakulta informačních technologií. [on-line]. [cit. 10.1.2011]. Dostupný z: http://perchta.fit.vutbr.cz/vyuka-gis/uploads/1/GIS-final2.pdf

JUSKOVÁ Kateřina Ing. a kol. Internetové stránky LA-MA (Land Management), Fakulta stavební ČVUT, Praha, [on-line]. [cit. 20.2.2011]. Dostupný z http://www.lama.cz/?p=70

KLIMÁNEK Martin, Ing., Ph.D. a kol., Geoinformační systémy – návody ke cvičením v systému ArcGIS, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Lesnická a dřevařská fakulta 2008, ISBN 978-80-7375-211-8

KUBÍČEK Josef, Ing., Geografické informační systémy – GIS, [on-line]. [cit. 15.1.2011] Dostupný z: http://www.fce.vutbr.cz/veda/JUNIORSTAV2007/Sekce_7/Kubicek_Josef_CL.pdf

MACOUN Jan, Transport, rozptyl a transformace znečišťujících látek v atmosféře; Depozice, ČHMÚ, Pracovní materiál semináře 10020557: Rozptylové studie látek znečišťujících ovzduší, rok 2006, Český hydrometeorologický ústav Praha

66

RAPANT Petr, doc. Ing. CSc.: Úvod do geografických informačních systémů. Skripta PGS.

Program

celoživotního

vzdělávání

"Geoinformatika

a

geoinformační

technologie". VŠB – TU Ostrava, 2002. 110 str. [on-line]. [cit. 10.1.2011] Dostupný z: http://gisak.vsb.cz/livecd/texty/UGIS.pdf

RAPANT Petr, doc. Ing. CSc.: Geoinformační technologie. Vysokoškolská skripta. Institut geoinformatiky, VŠB-TU Ostrava, 2006. 2. vydání. 126 str. ISBN 80-248-12630.

SMUTNÝ Jaroslav, Ing.: Geografické informační systémy, Vysoké učení technické v Brně, 1998, ISBN 80-214-0977-0

TUČEK Ján,: Geografické informační systémy, Principy a praxe, Praha, Computer Press, 1998, str. 20-26, ISBN 80-7226-091-X

VIDOVÁ Gabriela, Ing., MIHÁLIKOVÁ Ingrida, Ing.: Geografický informační system, Banská Štiavnica 2008, [on-line]. [cit. 15.1.2011] Dostupný z: http://www.mikovini.sk/stranka_data/subory/geodet-projekt/8-gis.pdf

VOŽENÍLEK Vít, doc., RNDr. CSc,: Geografické informační systémy I., pojetí, historie, základní komponenty, Vydavatelství Univerzity Palackého, 1998, ISBN 807067-802-X

Zákon č. 86/2002 Sb., ve znění p.p. o ochraně ovzduší a o změně některých dalších zákonů (zákon o ochraně ovzduší)

Zákona č. 100/2001 Sb., ve znění p.p. o o posuzování vlivů na životní prostředí a o změně některých souvisejících zákonů (zákon o posuzování vlivů na životní prostředí)

Nařízení vlády č. 146/2007 Sb. o emisních limitech a dalších podmínkách provozování spalovacích stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší

Nařízení vlády č. 597/2006 Sb. o sledování a vyhodnocování kvality ovzduší ve znění p.p. 67

Vyhláška č. 205/2009 Sb. o zjišťování emisí ze stacionárních zdrojů a o provedení některých dalších ustanovení zákona o ochraně ovzduší

Věstník MŽP č. 6/2009 – Sdělení odboru ochrany ovzduší MŽP o hodnocení kvality ovzduší: Vymezení oblastí se zhoršenou kvalitou ovzduší na základě dat za rok 2007

Věstník MŽP č. 4/2010 – Sdělení odboru ochrany ovzduší MŽP o hodnocení kvality ovzduší: Vymezení oblastí se zhoršenou kvalitou ovzduší na základě dat za rok 2008

Věstník MŽP č. 4/2011 – Sdělní odboru ochrany ovzduší MŽP o hodnocení kvality ovzduší: Vymezení oblastí se zhoršenou kvalitou ovzduší na základě dat za rok 2009

Věstník MŽP č. 12/2008 – Metodický pokyn Ministerstva životního prostředí k podmínkám schvalování bioplynových stanic před uvedením do provozu

68

7. SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK, OBRÁZKŮ A TABULEK Seznam symbolů a zkratek: AIM

automatizovaný imisní monitoring

BaP

benzo(a)pyren

BAT

Best Available Techniques

CO

oxid uhelnatý

ČHMÚ

Český hydrometeorologický ústav

DPZ

dálkový průzkum země

EC

energetické centrum

EIA

Environmental Impact Assesment

FPD

fond pracovní doby

GIS

geografický informační systém

IL

imisní limit

ISKO

Informační systém kvality ovzduší

KJ

kogenerační jednotka

MŽP

Ministerstvo životního prostředí

NOx

oxidy dusíku

NO2

oxid dusičitý

OOO

odbor ochrany ovzduší

OZKO

Oblast se zhoršenou kvalitou ovzduší

PM10

frakce prašného aerosolu ˂10 µm

REZZO

Registr emisí zdrojů znečišťování ovzduší

RS

rozptylová studie

SYMOS

Systém modelování stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší

S-JTSK

souřadnicový systém jednotné trigonometrické sítě katastrální

TUV

teplá užitková voda

TZL

tuhé znečišťující látky

VN

vysoké napětí

ZP

zemní plyn

69

Seznam obrázků: Obrázek 1 - projekce v Křovákově zobrazení ............................................................... 17 Obrázek 2 - UTM projekce............................................................................................ 18 Obrázek 3 - UTM Grid Zones of the World compiled by Alan Morton ....................... 18 Obrázek 4 - kogenerační jednotka JMS 312 GS-B.LC.................................................. 28 Obrázek 5 – náhled pracovního prostředí programu ArcMap 9.3 ................................. 38 Obrázek 6 – pracovní prostředí programu Grid export.................................................. 38 Obrázek 7 – náhled pracovního prostředí software Surfer verze 9.11........................... 39 Obrázek 8 – síť RB v programu MS Excel.................................................................... 39 Obrázek 9 – vykreslení sítě RB v programu ArcMap verze 9.3.................................... 40 Obrázek 10 – náhled importu vstupních údajů v programu Rozptylová studie............. 40 Obrázek 11 – náhled exportu výsledků výpočtu rozptylové studie ............................... 41 Obrázek 12 – vykreslování izolinií maximálních hodinových konc. NO2.................... 41 Obrázek 13 - vykreslené izolinie imisí v ArcMap ......................................................... 42 Obrázek 14 - vykreslení kontur izolinií ......................................................................... 42 Obrázek 15 - umístění bioplynové stanice (ortofotosnímek území).............................. 43 Obrázek 16 - vizualizace terénu ve 3D (zpracováno v programu Surfer verze 9.11).... 43 Obrázek 17 - síť referenčních bodů ............................................................................... 44 Obrázek 18 - grafické zobrazení větrné růžice pro Kuřim ............................................ 45 Obrázek 19 - vykreslení izolinií max. hod. konc. NO2 ................................................. 47 Obrázek 20 – vykreslení izolinií prům. ročních konc. NO2 .......................................... 48 Obrázek 21 - vykreslení izolinií PM10 prům. denních konc. ........................................ 49 Obrázek 22 - vykreslení izolinií PM10 prům. ročních konc.......................................... 50 Obrázek 23 - vykreslení izolinií 8 hod. kl. průměru CO ............................................... 51 Obrázek 24 - zobrazení OZKO pro škodlivinu BaP pro rok 2008 ................................ 54 Obrázek 25 - umístění stanice AIM Brno Tuřany ......................................................... 55 Obrázek 26 - stávající stav průměrné roční konc. NO2................................................. 57 Obrázek 27 - stávající stav maximální hod. konc. NO2 ................................................ 57 Obrázek 28 - stávající stav průměrné roční konc. PM10............................................... 58 Obrázek 29 - stávající stav 8 hod. kl. průměr CO.......................................................... 58

70

Seznam tabulek: Tabulka 1 - definice tříd rychlosti větru ........................................................................ 32 Tabulka 2 - stabilitní klasifikace podle Bubníka a Koldovského .................................. 32 Tabulka 3 - rozmezí rychlostí větru a výskyt jednotlivých tříd rychlosti větru pro jednotlivé třídy stability ovzduší.................................................................................... 33 Tabulka 4 – rozptylové podmínky ................................................................................. 34 Tabulka 5 - větrná růžice pro Kuřim ............................................................................. 45 Tabulka 6 - emisní charakteristika zdroje...................................................................... 46 Tabulka 7 - emisní limity dle NV 146/2006 Sb. ve znění p.p. ...................................... 46 Tabulka 8 - emisní limity garantované dodavatelem zařízení ....................................... 46 Tabulka 9 - územní maxima NO2 (max. hod. konc.) .................................................... 47 Tabulka 10 – územní maxima NO2 (prům. roční konc.)............................................... 48 Tabulka 11 - územní maxima PM10 – prům. denní konc. ............................................ 49 Tabulka 12 - územní maxima PM10 – prům. roční konc. ............................................. 50 Tabulka 13 - územní maxima CO 8hod. kl. průměr ...................................................... 51 Tabulka 14 - imisní limity vybraných znečišťujících látek a přípustné četnosti jejich překročení ...................................................................................................................... 52 Tabulka 15 - imisní limity oxidu dusičitého a přípustné četnosti jejich překročení...... 52 Tabulka 16 - imisní limity vyhlášené pro ochranu ekosystémů a vegetace................... 52 Tabulka 17 - vymezení oblastí se zhoršenou kvalitou ovzduší (v % území)................. 54 Tabulka 18 - data měřící stanice BBNYA ..................................................................... 55 Tabulka 19 - emisní limit pro výrobu bioplynu ............................................................. 62 Tabulka 20 - emisní limit pro kogenerační jednotky..................................................... 63

71

8. SEZNAM PŘÍLOH Příloha č. 1

Emisní limity dle Nařízení vlády č. 146/2006 Sb., ve znění p.p.

Příloha č. 2

Gaussovské modely

Příloha č. 3

Fotodokumentace

PŘÍLOHY

Příloha č. 1

Emisní limity pro pístové spalovací motory dle přílohy č. 4 Nařízení vlády č. 146/2006 Sb., ve znění p.p.

Příloha č. 2

Gaussovské modely Gaussovské modely představují jeden z nejrozšířenějších typů modelů transportu a rozptylu znečištění v atmosféře. Jedná se v podstatě o speciální případ analytického řešení rovnice difůze se zavedením řady zjednodušujících předpokladů. Rovnice je řešena pro stacionární případ (meteorologie i emisní parametry) a v základním tvaru je schopna popsat rozptyl z bodového zdroje (tj. zdroje, jehož horizontální rozptyl je mnohem menší ve srovnání s výpočetní vzdáleností) v ustáleném poli proudění. Výpočetní rovnice předpokládá, že osa x je položena ve směru proudění a pracujeme nad rovinným terénem:

Tento základní tvar Gaussovského modelu je v praxi modifikován řadou úprav, které rozšiřují možnost využití těchto modelů. Zavádí se např. různé korekce na zahrnutí terénu, příkladem je fce ˂ (koeficient vlivu terénu) v modelu SYMOS´97, která je jistou charakteristickou hodnotou průběhu terénu mezi referenčním bodem a zdroje. Další často využívanou úpravou je zavedení virtuálního zdroje pod úrovní terénu a ve vyšších hladinách, pomocí nichž jsou simulovány odrazy od zemského povrchu a od horní hladiny směšovací vrstvy. Parametry rozptylu σh a σz jsou v mnoha modelech uvažovány jako funkce času nebo vzdálenosti zdroj- referenční bod. V literatuře jsou dostupné i složitější parametrizace rozptylu znečišťujících látek v atmosféře. Parametry obecně závisí na stabilitě atmosféry. Pro praktické využití je potom zaváděna celá řada stabilitách klasifikací. Ve světě je nejčastěji využívána klasifikace Pasquil-Gifford, v ČR je široce využívána stabilitní klasifikace BubníkKoldovský. Základní rovnice jsou dále vylepšovány zahrnutím depozičního a transformačního členu, eventuelně členu popisujícího radioaktivní rozpad.

Gaussovské modely nacházejí široké uplatnění zejména při rozhodovacích procesech spojených s výstavbou či rekonstrukcí zdrojů znečištění, při hodnocení různých scénářů, pro stanovení průměrných koncentrací za delší časové období. Tedy všude tam, kde nemáme k dispozici skutečné meteorologické pole (výhledové studie na několik let dopředu) nebo kde by výpočet na reálných datech trval neúměrně dlouho. (Macoun, 2006)

Gaussovský model rozptylu znečišťující příměsi:

Příloha č. 3 Fotodokumentace – bioplynová stanice Zwentendorf

pohled na BPS od nejbližší obytné zástavby (Zwentendorf)

objekt BPS EBK Reiter - Zwentendorf

příjezd vstupního materiálu (váha)

couvání TNV do objektu BPS

vstupní jímka materiálu (pohled za druhými rolovacími vraty)

kontejner s odseparovaným, dále nezpracovávaným materiálem

sklad materiálu

fermentory (pohled ze střechy)

míchací tanky

kogenerační jednotka

pachové filtry (pohled ze střechy)

pachové filtry

pohled ze střechy BPS na nejbližší obytnou zástavbu

náhled na výstup softwaru (informace o procesech na BPS)