Predikování budoucích nákladů za zpracování odpadů s využitím nástroje NERUDA

TVIP 2015, 18. – 20. 3. 2015, HUSTOPEČE - HOTEL CENTRO

Predikování budoucích nákladů za zpracování odpadů s využitím nástroje NERUDA Martin Pavlas, Radovan Šomplák Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Ústav procesního a ekologického inženýrství, Technická 2, 616 69 Brno, Česká Republika; e-mail: [email protected]; tel.: +420 541 144 908

V důsledku zákazu skládkování neupravených komunálních odpadů po roce 2024 a s ohledem na existenci cílů specifikovaných v Plánu odpadového hospodářství bude muset v ČR dojít v následujících 10 letech k zásadním změnám ve fungování systému odpadového hospodářství. Klíčovou otázkou je, jestli všichni zúčastnění aktéři (municipality, státní správa, investoři) mají dostatek informací pro strategická rozhodnutí související s budováním nezbytné infrastruktury. Příspěvek představí metodiku predikce budoucích nákladů z pohledu producentů na mikroregionální úrovni. Pozornost je věnována převážně směsným komunálním odpadům. Pro posouzení možných scénářů budoucího vývoje se využívá ojedinělý nástroj NERUDA, který optimalizuje tok odpadů mezi producenty a zpracovatelskými kapacitami. Výsledky výpočtů    

jsou využitelné jako klíčové vstupy pro studie proveditelnosti (výnosnost, rizika apod.), podporují uzavírání kontraktů a definování strategie vyjednávání kontraktů - koho oslavit a jakou cenu nabídnout (z pohledu investora), hodnotí dopady nečinnosti a pasivního přístupu (z pohledu producenta), prezentují účelnosti svazků původců, stanovení spravedlivé ceny v rámci svazku, návrh metodiky přefakturování apod.

Úvod Institut pro udržitelný rozvoj měst a obcí (IURMO) každoročně prezentuje rozsáhlou analýzu současného stavu hospodaření s odpady v obcích. Pro různé hmotnostní toky odpadů, časová období a územní celky (Kraje, ORP) jsou hodnoceny náklady, jejich struktura a souhrnné analýzy hlavních parametrů, které je ovlivňují. Jeden z výsledků je patrný z obr. 1. Ukazuje rozdílnost současných nákladů (rok 2013) na nakládání s SKO.


Obr. 1: Náklady na sběr, svoz a odstranění SKO v ČR, rok 2013 (převzato z [1]) Průměrné náklady na SKO činily cca 2300 Kč/t, z čehož vlastní skládkování tvoří cca polovinu ceny, 1200 Kč/t . U materiálově využitelných složek (MVO) činí náklady pro: papír 4500 Kč/t, plasty 7500 Kč/t, sklo 1500 Kč/t [1]. V důsledku vývoje legislativy v minulém období (schválení Plánu odpadového hospodářství ČR na rok 2015 až 2024, dále jen POH) dojde v následujících cca 10 letech k výrazné změně ve způsobu nakládání s odpady, která je motivována dosažením obecně známých cílů: -

příprava odpadů k recyklaci, zákaz skládkování neupravených odpadů, odklon biodegradabilních odpadů.

Splnění cílů bude vyžadovat změnu toků klíčových odpadových proudů, vyjádřených katalogovými čísly nebo charakteristickými vlastnostmi, tak jak bylo provedeno v [2] (MVO, SKO, BRKO atd.). Předpokládá se následující změna v tocích, viz [2]: -

-

SKO (bez vytříditelných složek): Zvýšení podílu energetického využití na 67 % a naopak snížení skládkování na 33 %. BRKO: Zvýšení podílu kompostování a digesce na 36 %, materiálového využití na 53 % a snížení skládkování na 10 %. Energetické využití BRKO se předpokládá v minimální míře. MVO: Zvýšení materiálového využití na 84 % a snížení skládkování na 13 %. Energetické využití bude opět zanedbatelné.


-

Nebezpečné složky KO: Je očekáván významný pokles míry materiálového využití na 5 % a naopak zvýšení podílu spalování na 31 % a skládkování na 63 %.

Výše uvedené prognózy a cíle, pokud budou naplněny, současně definují základní obrysy kapacitního řešení nezbytné infrastruktury. ČR disponuje sítí zařízení pro nakládání s odpady, která podle POH čítá 178 skládek, z toho 152 skládek je určeno pro ukládání odpadu kategorie „ostatní“ s volnou kapacitou přes 30 mil. m3, tři zařízení EVO, kompostárny a bioplynové stanice. Přesto se infrastruktura bude muset v souvislosti s realizací POH dále rozvíjet. Budou realizovány nezbytné investice. Budou zohledňovány regionální potřeby, bude vzrůstat význam dopravy odpadů. Lze konstatovat, že přijetím POH a novelou zákona č. 185/2001 Sb., o odpadech ve znění č. 229/2014 Sb. definovala ČR svůj cíl. Jasnou deklarací preferencí materiálového využití také strategii. Je evidentní, že současné náklady na systém OH jsou neudržitelné a v budoucnu budou růst a cenová mapa prezentovaná v obr. 1 se změní. Cílem tohoto příspěvku je prezentovat výpočtové možnosti prognózy budoucí ceny za zpracování odpadů na mikroregionální úrovni, při kterém se využívá ojedinělého optimalizačního nástroje NERUDA. Budoucí cena je stanovena na základě:  



návrhu optimální sítě nakládání s odpady na úrovni ČR pro různé scénáře budoucího vývoje, komplexního hodnocení výsledků z pohledu investorů s cílem definovat udržitelnost investičních záměrů v jednotlivých lokalitách vzhledem k požadované návratnosti a specifickým podmínkám v dané lokalitě, komplexního hodnocení výsledků z pohledu producentů s cílem definovat rozsah budoucích nákladů ve vztahu k reálným alternativám existence zpracovatelské koncovky.

Přínos tohoto postupu je, že výsledky:    

jsou využitelné pro klíčové vstupy pro studie proveditelnosti (výnosnost, rizika apod.), podporují uzavírání kontraktů a definování strategie vyjednávání kontraktů - koho oslavit a jakou cenu nabídnout (z pohledu investora), hodnotí dopady nečinnosti a pasivního přístupu (z pohledu producenta), prezentují účelnosti svazků původců, stanovení spravedlivé ceny v rámci svazku, návrh metodiky přefakturování apod.

Nástroj NERUDA Na pracovišti ÚPEI VUT Brno byl vyvinut komplexní optimalizační nástroj NERUDA, který dává do souvislosti následující aktuální otázky a problémy: -

Návrh vhodné lokality pro výstavbu zařízení a jejich optimální kapacita. Popis toku odpadu (materiálu) v rámci sledovaného území.


-

Podpora návrhu logistického řetězce (svozová vozidla, překládací stanice, silniční a železniční doprava) Hodnocení atraktivity záměrů – dostupnost odpadu a očekávaná cena za jeho zpracování. Podpora zavádění legislativních opatření.

Hlavní idea tohoto optimalizačního nástroje vychází z následujícího jednoduchého principu: Vlastník odpadu (obec) se rozhoduje, jak s odpadem (SKO) naloží, přičemž kritériem je dosažení nejnižší ceny. Ta je dána cenou za zpracování v daném zařízení (tzv. gate-fee) a cenou dopravy (resp. nezbytného logistického celku). Tato hlavní idea je zobrazena na obr. 2.

?

Obr. 2: Hlavní myšlenka výpočtového nástroje NERUDA pro podporu plánování zařízení v oblasti odpadového hospodářství Z matematického pohledu se jedná o řešení tzv. svozové (logistické) úlohy spalitelných odpadů na území ČR do jednotlivých zařízení (existujících i potenciálních v budoucnu - EVO, MBÚ) schopných nakládat s komunálním odpadem. Území ČR je rozděleno do více než 220 bodů (dále jen uzel modelu), které popisují lokality na úrovni obcí s rozšířenou působností (ORP). Pro každý uzel jsou definovány potřebné vstupní a okrajové podmínky. Idea nástroje byla představena v příspěvku [3], výsledky konkrétní aplikace pak v [4].

Počet zařízení, optimální kapacita a náklady na zpracování - analýza na úrovni ČR V následujícím textu bude prezentována ukázka výstupů simulací zaměřených na hodnocení potřebného počtu projektů EVO s různou zpracovatelskou kapacitou. Výpočty se snaží odpovědět na otázku: Jaká kapacita je optimální? Kromě zařízení se zpracovatelskou kapacitou 100 kt/r a vyšší byla prověřena udržitelnost také koncepčně odlišné varianty spaloven s kapacitou do 60 kt/r. S tímto kapacitním rozsahem uvažuje např. projekt v Chebu nebo v Jihlavě [5].


Následující série grafů ukazuje výsledky, které byly získány v rámci projektu MPO Efekt 2014 (viz [6]), řešeného firmou EVECO Brno, při kterých se používal nástroj NERUDA. Bylo provedeno celkem 40 tisíc simulací, v rámci kterých se posuzovaly různé scénáře vzniku projektů v daných lokalitách, různá produkce SKO, apod. Levá strana obr. 3 až obr. 8 udává četnost počtů výskytů projektů v daném kapacitním rozmezí (maximální hodnota je rovna celkovému počtu simulací, který činil 40 tis). Na obr. 3 bylo v kapacitním rozmezí 10 až 20 kt/r pro celou ČR doporučeno vystavět v průměru jeden projekt (v 38 000 případů) a v omezeném počtu výsledků (cca 2 000 případů) dva projekty. Pravá strana obr. 3 až obr. 8 udává pravděpodobnost výskytu daného počtu doporučených projektu. Pravděpodobnost lze chápat jako míru udržitelnosti projektu. V případě, že se doporučí vystavět jeden projekt v daném kapacitním rozmezí, neznamená to, že se jedná vždy o stejnou lokalitu. Lokalita je doporučena vždy na základě konkurenceschopnosti projektů ve všech lokalitách.

Obr. 3 Histogram výskytů projektů ZEVO v kapacitním rozmezí 10 – 20 kt/r






Obr. 8 Histogram výskytů projektů ZEVO v kapacitním rozmezí 200 – 400 kt/r Výsledky výpočtů ukazují, kolik zařízení EVO je v budoucnu v ČR reálných. Nízká četnost u některých projektů odráží budoucí velké riziko toho, že daný projekt nebude konkurenceschopný např. v důsledku exportu odpadu do zahraničí v důsledku poklesu tamních cen (jako kritická hodnota se jeví hodnota 70 EUR/t). Výsledky potvrdily výhodnost zařízení s větší zpracovatelskou kapacitou. Současně se jeví jako velmi zajímavá alternativa výstavba zařízení s kapacitou do 60 kt/r.


Průměrné náklady na zpracování odpadu Získané výsledky byly dále analyzovány z pohledu nákladů na zpracování. Mezi regiony můžou být poměrně velké rozdíly v cenách za zpracování odpadu.

Obr. 9 Histogram průměrných nákladů na zpracování 1t odpadů v zařízeních EVO (bez dopravy) Průměrné náklady na zpracování odpadu jsou uvedeny na obr. 9. Z 80 % všech výpočtů byly průměrné náklady nad cca 1600 Kč/t zároveň pouze necelých 20 % průměrných nákladu překonalo hodnotu 2100 Kč/t. Tyto informace však nic neříkají o variabilitě nákladů mezi jednotlivými obcemi. Pro některé obce můžou být náklady na zpracování 1t SKO výrazně vyšší. Obr. 10 udává poměr minimálních a maximálních celkových nákladů na zpracování SKO pro jednotlivé kraje v rámci všech zohledněných scénářů výpočtů. Barevná škála ukazuje jejich variabilitu. Nejvíce se se měnily celkové náklady v kraji Vysočina, u nejhoršího scénáře byly téměř dvounásobné v porovnání s nejpříznivějším scénářem. Ve většině krajů se může variabilita pohybovat mezi 20 a 30 %. To dokládá velký význam aktivního přístupu zástupců samospráv při hledání a prosazování schůdných řešení. Naopak nečinnost popř. pasivní přístup v regionech s vysokou variabilitou může vést k promarnění příležitosti zajistit zpracování za přijatelnou cenu a vysokým nákladům v budoucnosti.


Obr. 10: Variabilita nákladů na zpracování SKO u jednotlivých krajů

Analýza svozových oblastí a podpora přípravy kontraktů Výsledky výpočtů nástroje NERUDA lze rovněž využít k podpoře uzavírání kontraktů o budoucí dodávce odpadů a definování strategií vyjednávání kontraktů - koho oslavit a jakou cenu nabídnout. Obr. 11 zobrazuje výsledky simulace svozových oblastí pro konkrétní zařízení EVO. Barevná škála potom ukazuje, z kolika procent bylo konkrétní ORP obslouženo uvažovaným zařízením.

Obr. 11: Svozová oblast pro vybrané zařízení EVO


Prostřednictvím analýzy výsledků zahrnující různé scénáře (různé okrajové podmínky výpočtu) je možné kvantifikovat ekonomický dopad u dotčených ORP z pohledu realizace nebo zastavení určitého projektu. Obr. 12 ukazuje průměrnou změnu celkových nákladu na zpracování 1t SKO pro případ, že by se zařízení EVO z obr. 11 nerealizovalo. Producenti by musely nalézt jinou variantu pro odstranění nebo využití odpadů vyprodukovaných na jejich území. Tato alternativa může znamenat výrazně jiné ekonomické podmínky. V uvažovaném modelovém případě by nejhůře dopadly ORP s označením 3, 4 a 14 (severní část zobrazeného území). Naopak ORP 5, 6, 10, 12 a 17 by měly možnost nalézt podmínky výhodnější. To je dáno změnou konkurenčních podmínek v regionu, což má za následek vznik jiných projektů, které mohou nabídnout dobrou cenu, popřípadě snížení nákladů na dopravu z důvodu vhodnější polohy nového zařízení.

Obr. 12: Změna průměrných nákladů na zpracování SKO pro různé varianty nakládaní u vybraných lokalit Popsaná analýza může poskytnout cenné informace investorům, protože ukazuje, které ORP jsou pro investora problematické z pohledu vyjednávání o budoucí ceně. Současně výpočet ukazuje, které ORP nemají lepší alternativu. Současně analýza poskytuje informace k hodnocení účelnosti popř. slabých míst připravovaných svazků původců. Detailní cenové kalkulace jsou rovněž užitečné pro stanovení spravedlivé ceny v rámci svazku, popř. návrh metodiky přefakturování nákladů. Výsledky mohou být analyzovány ještě hlouběji. Pro každé ORP lze definovat spektrum budoucích možností. Každou variantu je možné posoudit z pohledu očekávané budoucí ceny a pravděpodobnosti, že k takovému řešení dojde. Obr. 13 ukazuje konkrétní příklad vybraného ORP. Je k dispozici histogram nákladů pro všechny scénáře. Jednotlivá maxima v histogramu pak odpovídají konkrétním řešení.


Obr. 13: Možné varianty nakládání s SKO pro konkrétní ORP (ceny bez dopravy) V zájmu ORP by opět mělo být aktivně podporovat řešení, která povedou k nejnižším nákladům.

Závěr Pomocí nástroje NERUDA byl proveden výpočet s cílem identifikovat ekonomicky udržitelné kapacitní řešení v různých lokalitách ČR v případě neurčitého vývoje OH. Byly analyzovány kapacity zařízení EVO nad 100 kt/r, ale i menší kapacitní řešení pod 60 kt/r. Článek ukazuje možnosti nástroje NERUDA pro simulaci různých variant řešení pro různé scénáře vývoje projektů a podmínek v OH z pohledu producentů odpadu. Je možno vyhodnotit ekonomické dopady v případě neaktivního přístupu ze strany zastupitelů. Z pohledu investora je možné identifikovat hierarchii partnerů (producentů) pro oboustranně výhodnou smluvní dohodu. Nástroj může pomoci při hledání kompromisního řešení přijatelného pro obě strany smluvního vztahu.

Poděkování Příspěvek vznikl na základě finanční podpory poskytnuté Technologickou agenturou České republiky v rámci výzkumného projektu TAČR č. TE02000236 "Waste-to-Energy (WTE) Competence Centre" a za finančního přispění Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu “Národní program udržitelnosti I“ projektu NETME CENTRE PLUS (LO1202)


Literatura [1] Hodnocení nákladů na hospodaření s komunálními odpady v obcích ČR (za rok 2013), 2014. [Online]. Dostupné z:http://www.instituturmo.cz/images/Hodnoceni_nakladu_na_hospodaren_s_KO_2014_F2.pdf. [Přístup 2. 2. 2015]. [2] HŘEBÍČEK J.; KALINA J.; SOUKUPOVÁ J.:, Vypracování prognózy produkce komunálních odpadů a prognózy nakládání s nimi v České republice v období 2014-2024, Masarykova univerzita, Institut biostatistiky a analýz, 2013.. [3] PAVLAS, M., ŠOMPLÁK, R.; Sofistikované výpočtové nástroje pro koncepční návrh spaloven a jejich praktické aplikace, Odpadové fórum, 15-17.4.2013, Kouty nad Desnou. [4] ŠOMPLÁK, R.; PAVLAS, M., Potenciál výroby energie z odpadů v případě zákazu skládkování. Odpadové fórum, č. 2, s. 95-104. ISSN: 1804- 0195, 2014. [5] Energetická agentura Vysočiny, Analýza možností energetického využívání odpadů v kraji vysočina, Jihlava, 2014. [6] UCEKAJ. V.: hodnocení energetické a ekonomické efektivnosti technologií pro energetické využití odpadů aplikovatelných v české republice. Závěrečná zpráva projektu MPO-Efekt 2014. Brno, leden 2015.

Predikování budoucích nákladů za zpracování odpadů s využitím nástroje NERUDA

Recommend Documents