Laboratorijska vaja: Analiza okoljskega odtisa proizvodnje električne energije SKUPINE Št. Priimek, Ime Država Kazalci 1 Gabrovšek Simon Hvala Klemen Španija ODP, AP, HTP 2 Laure Aljaž Kovač Gregor Avstrija ADPelements, TETP FAETP, 3 Ortar Jernej Erjavec Urška Bolgarija ADPfossil, MAETP, POCP 4 Možic Valerija Kovšca kevin Poljska GWP, AP, EP 5 Mlakar Urška Orehek Uroš Francija ODP, MAETP, HTP 6 Pavalec Klemen Voglar Tit Italija GWP, FAETP, EP 7 Planinc Alja Žibrik Anže Portugalska ADPelements, EP MAETP, Bokal Urban 8 Jašarević Ajdin Norveška ADPfossil, AP, POCP - Cilj in namen laboratorijske vaje V programskem orodju Gabi Thinkstep pridobite podatke o prizvodnji električne energije za mešanico proizvodnje električne energije za posamezno državno na podlagi plana, ki je na voljo v knjižnici Gabi Professional (pokazano na avditorni vaji). Pridobite tudi podatke za Slovenijo, ki bodo služili kot primerjalni podatki pri analizi. Na podlagi podatkov naredite raziskavo in pripravite predstavitev, ki bo trajala med 5 in 10 minut in bo vsebovala vse najpomembnejše rezultate (skupaj z uvodno predstavitveno prosojnico ne sme presegati 10 prosojnic). Funkcionalna enota: 1kWh električne energije 1 P a g e
NALOGE 1. Naloga Izrišite tortni diagram proizvodnje električne energije za izbrano državo. Navedite kolikšne so izgube v električnem omrežju in kolikšna je lastna raba omrežja. Identificirate vse tehnologije proizvodnje električne energije v dotični državi in podate ustrezen komentar. Enako naredite za Slovenijo in državi primerjate. 2. Naloga Za obe državi naredite okoljsko bilanco za 1kWh električne energije pri porabniku in rezultate med seboj primerjate. Najboljši način je izris radarskega diagrama, ki nam pove relativno primerjavo med posameznimi tehnologijami/procesi. Za posamezni mešanici električne energije za 1kWh določite še emisije SOx, NOx in maso trdnih delcev: particles to air, pri čemer podajte absolutno vrednost vseh delcev in razmerje v % med prahom, delci >pm10, delci pm10, delci med pm2,5 pm10, delci pm2,5, nedefiniranimi kovinskimi delci in silikagel delci. 3. Naloga Za določeno državo izdelajte plan v Gabi Thinkstep, v katerem primerjate za obravnavane tri okoljske kazalce vse obstoječe tehnologije za proizvodnjo električne energije v obravnavani državi, pri čemer je funkcionalna enota 1 kwh. Po izračunu okoljskih bilanc podatke izvozite v excel, kjer nadaljujete analizo in izris ustreznih diagramov. 2 P a g e
Primer Nizozemske v Gabi Thinkstep programskem okolju V spodnji preglednici je na podlagi zgornje sheme proizvodnje 3,6 Mj ali 1 kwh električne energije izačunan delež posamezne tehnologije v celotni energijski mešanici Nizozemske. NIZOZEMSKA jedrska 0,108 MJ 2,9% črni premog 0,915 MJ 24,4% uplinjanje premoga 0,109 MJ 2,9% zemeljski plin 2,05 MJ 54,7% kurilno olje 0,0465 MJ 1,2% biomasa trda 0,108 MJ 2,9% bioplin 0,0363 MJ 1,0% odpadki 0,14 MJ 3,7% hidro 0,00412 MJ 0,1% veter 0,209 MJ 5,6% PV 0,0191 MJ 0,5% Po izgradnji in sestavi numeričnega modela (ne pozabite na nastavitev proizvodnje na 1 kwh) analizirajte vpliv na okolje za vse tehnologije proizvodnje električne energije za izbrano državo, z izbrano metodo CML 2001 ocenjevanja vpliva življenjskega cikla (Life Cycle Impact Assessment - LCIA) proizvodnje električne energije skozi spodaj navedene okoljske kazalce. (vključite vse navedene). Če želite analizirati rezultate vašega modela, morate najprej izračunati okoljsko ravnotežje vhodnih in izhodnih tokov (emisije, materiali, viri, itd.). 3 P a g e
Ko imate narejen okoljski izračun izvozite rezultate v preglednico excel in tam analizirajte vse podatke. Za vsak okoljski kazalec izdelajte diagram za vse posamezne tehnologije proizvodnje električne energije, da boste lahko videli vpliv specifične tehnologije proizvodnje električne energije v celotni energijski mešanici za izbrano državo. Podatki za LCA analizo v Gabi Obseg študije: od vrtine do kolesa Funkcionalna enosta: 1 kwh električne energije Metoda vrednotenja okoljskih vplivov: CML 2001, SOFI indicators, masna bilanca Vključene tehnologije: vse tehnologije prisotne v izbrani državi* Okoljski kazalci za interpretacijo: Obravnavane tehnologije za proizvodnjo električne energije v Gabi Thinkstep: 1. WtE waste to energy: iz odpadkov 2. Wind: veter 3. Solar_thermal: sončna termalna 4. Photovoltaics: fotovoltaika 5. Peat: šota 6. Nuclear: jedrska 7. Natural_gas: zemeljski plin 8. Lignite: lignite 9. Hydro: vodna 10. HFO heavy fuel oil. Kurilno olje 11. Hard_coal: rjavi/črni premog 12. Geo_thermal: geotermalna 13. Coal_gases: sintezni plin (uplinjanje premoga) 14. Biomass_solid: biomasa trdna 15. Biogas: bioplinarne KAZALNIKI OKOLJSKIH VPLIVOV Ocena vplivov življenjskega cikla (LCIA) identificira in ovrednoti količino ter pomembnost potencialnih vplivov na okolje. Osnova LCIA je analiza inventarja z naslednjo pretvorbo vstopnih in izstopnih tokov v vplivne kategorije oz. okoljske kazalce. To se imenuje klasifikacija. Izbira okoljskih kazalcev je odvisna predvsem od predhodno določenih ciljev študije LCA. Naslednji korak LCIA je karakterizacija ali obtežba, ki z dejavniki obtežbe kvantificira posamezne okoljske vplive, [6]. 4 P a g e
Dejavniki obtežbe so zastavljeni z različnimi metodami vrednotenja okoljskih vplivov. Metode neprestano posodabljajo mednarodne raziskovalne institucije. V osnovi poznamo dva osnovna pristopa pri vrednotenju okoljskih vplivov. Razlika med njima je osredotočenost analize, pri prvem na okoljske spremembe in pri drugem na škodo, povezano z njimi. Najpogosteje uporabljeni metodi sta CML2001 (ang. Centre of Environmental Studies; University of Leiden, EU), t. i.»mid-point«metoda, ki prikazuje splošne spremembe oz. posledice na okolje, in TRACI (ang. Tool for the Reduction and Assessment of Chemical and other Environmental Impacts; Environmental Protection Agency, ZDA), ki je prav tako»mid-point«metoda. Omenjena metoda se omejuje na kvantitativno modeliranje v zgodnjih fazah v zaporedju vzrokov in učinkov, da se zmanjšuje negotovost končnih rezultatov. Rezultati so predstavljeni v tako imenovane»midpoint«kategorije, glede na splošne posledice na okolje (npr. sprememba podnebja) ali skupne splošno privzete kategorije (npr. ekotoksičnost). Neobvezen korak vrednotenja okoljskih vplivov je normiranje. Pogosto je uporabljen za medsebojno primerjavo analiziranih proizvodov oz. procesov. V metodologiji CML2001 poznamo okoljske kazalce, ki se delijo na globalne, regionalne in lokalne okoljske kazalce, [7]: potencial izčrpavanja abiotičnih virov (fosil ADP) [MJ], potencial zakisljevanja (AP) [kg SO2- ekv.], evtrofikacijski potencial (EP) [kg fosfat- ekv.], potencial ekotoksičnosti sveže vode (FAETP inf.) [kg DCB-ekv.], potencial globalnega segrevanja (100 let GWP) [kg CO2-ekv.], potencial toksičnosti za človeka in okolje (HTP inf.) [Kg DCB-ekv.], potencial za ekotoksičnost v morju (MAETP inf.) [Kg DCB-ekv.], potencial tanjšanja ozonske plasti (ODP) [kg R11-ekv.], potencial fotokemičnega nastajanja ozona (POCP) [kg Ethene-ekv.], potencial ekotoksičnosti v zemljini (TETP inf.) [Kg DCB-ekv.], Globalni okoljski kazalci Potencial izčrpavanja virov (ADP, kg Antimona (Sb) -ekv.) Omenjena kategorija vplivov na okolje se nanaša na zmanjševanje oz. izčrpavanje neživih (abiotičnih) virov, kot so fosilna goriva, minerali, glina in šota. Kategorija je izražena v kilogramih kemijskega elementa anitimona (Sb). Potencial izčrpavanja abiotičnih virov (ADP, fosil ADP) [MJ]) ADP kategorija se nanašana na zgodnjo definicijo okoljskega kazalca vendar je izražena količina izčrpavanja abiotičnih virov v enoti MJ fosilnih goriv. 5 P a g e
Potencial globalnega segrevanja (GWP, kg CO2-ekv.) Gre za merilo, koliko določena masa toplogrednega plina (CO2, CH4, NOX) pripomore h globalnemu segrevanju. To je posledica povečanja koncentracije toplogrednih plinov, ki spremenijo absorpcijo infrardečega sevanja v atmosferi. Predstavljen je v obliki CO2 ekvivalenta. Ko računamo CO2 ekvivalente, je v izračun vključen čas zadrževanja toplogrednih plinov v troposferi in postavlja se vprašanje, kolikšna je časovna doba, na katero se nanaša izračun GWP v modelu. Obstajajo izračuni za 20, 50 in 100 let. Medtem ko model za 20 let pomeni naj boljšo možno napoved, 100-letni model po referencah nemške agencije za okolje najbolje odraža dolgoročne vplive globalnega segrevanja. Potencial tanjšanja ozonske plasti, ODP [v kg R11 - ekv.] To je vrednost, ki predstavlja potencial določene snovi, ki škoduje ozonski plasti. Potencial je predstavljen relativno glede na potencial triklorofluorometana 11 (CFC11), ki ima referenčno vrednost 1. Regionalni okoljski kazalci Potencial zakisljevanja (AP, kg SO2-ekv.) Omenjeni kazalec je posledica odlaganja kislin, ki posledično zmanjšajo ph. Gre za zmanjšanje vsebnosti mineralov v zemlji in povečanje koncentracije potencialno toksičnih elementov v zemlji. Glavni onesnaževalci so SO2, NOX, HCL in NH3. Zakisljevanje, ki je navadno lokalne narave, je izraženo v obliki SO2 ekvivalenta (Mori, 2017). Potencial ekotoksičnosti sveže in morske vode (FAETP inf. / MAETP) [kg DCB-ekv.] Omenjeni potencial se nanaša na udar sveže vode ekosistema kot rezultat emisij strupenih, toksičnih snovi v zraku, vodi in zemlji. FAETP opisuje učinke nevarnih snovi. Na vrednosti omenjenega potenciala vpliva tudi pepel premoga in lignita. To se pogosto izraža pri termoelektrarnah (Z. Günkaya, 1997). Lokalni okoljski kazalci Potencial toksičnosti za človeka in okolje (HTP / TETP) [kg DCB-ekv.] Gre za potencial, ki opredeljuje negativen vpliv napredka človeštva, kot so uporaba težkih kovin, halogenih organskih komponent itd. Tudi na ta kazalnik vpliva pepel premoga in lignita, ki se, kot že omenjeno, pojavljata kot stranski produkt pri delovanju termoelektrarn. Evtrofikacijski potencial (EP, kg PO4-ekv.) Evtrofikacijo povzroča preveč snovi, dodanih v zemljo ali vodo, kar povzroči njihovo povečanje tudi v biomasi. To povečanje slabo vpliva na ostala živa bitja. Dušik in fosfor sta elementa, ki sta najpogostejša povzročitelja evtrofikacije. Izražen je v fosfatnih (PO4) ekvivalentih. 6 P a g e
Potencial nastajanja fotokemičnih oksidantov (POPC, kg Etilen -ekv.) Nastanek tako imenovanega poletnega smoga je posledica kompleksnih reakcij med NOX in VOC (hlapljivimi organskimi snovmi) ob prisotnosti sončne svetlobe (UV sevanja), ki povzroči nastanek ozona v troposferi. Močno je odvisen od vremenskih pogojev in pretekle koncentracije onesnaževalcev. Izražen je v obliki ekvivalenta etilena z uporabo potencial formiranja fotokemičnega oksidanta (POCP). 7 P a g e