IMPACTUL IMPACTUL FILIERELOR DE COGENERARE ASUPRA MEDIULUI METODE DE EVALUARE Udroiu A. Mihaela Universiaea Valahia! Valahia! Fa"ulaea In#inerie Ele"ri" ă! S$e"iali%area Ener#ei"ă Indusrială
[email protected]
Cogenerarea reprezint ă una dintre cele mai economice „tehnologii de reducere” a emisiilor de gaze cu efect de ser ă , rol recunoscut recunoscut oficial oficial de c ătre Uniunea European ă , al ături de utilizarea energiilor regenerabile. Lucrarea de prezimt ă o abordare complex ă a diferitelor filiere de cogenerare, din punct de vedere al impactului asupra mediului , pe baza metodei Analizei ciclului de via ţă AC!". #n legislaţ ia ia actual ă la nivel european, emisiile poluante se calculeaz ă pentru orice instala ţ ie ie $n care are loc arderea unui combustibil fosil indiferent de domeniul de utilizare al respectivei instala ţ ii. ii. Acest lucru poate constitui un avanta% pentru centralele de cogenerare, $n raport cu producerea separat ă. #n general efectele diferitelor filiere de cogenerare asupra mediului sunt cuantificate ecologic prin indicatori de impact, cum sunt& epuizarea resurselor neregenerabile, eutrofizarea, efectul de ser ă , acidificarea, acidificarea, poluarea poluarea fotooxidant ă , etc. Analiza de mediu, pe baza indicatorilor determina ţ i, i, se poate face „impact cu impact”, dar şi „global”, av'nd $n vedere ponderea diferitelor tipuri de impact $n efectul global. Concluziile rezultate dintr(o astfel de analiz ă nu sunt cuantificabile economic $n mod direct. )e aceea se impune „internalizarea”efectelor ecologice $n costul respectiv pre ţ ul" ul" celor două forme de energie produse, energia electric ă şi căldur ă. &. As$e"e #enerale $rivind "o#enerarea şi 'ediul
În promovarea solu ţiilor noi de cogenerare cogenerare dar şi în evaluarea celor existente, se pune problema cuantific ării economice a efectelor asupra mediului, a fiec ăreia dintre solu ţiile propuse. În cazul compar ării diferitelor filiere de cogenerare: turbine cu abur (TA), turbine cu gaze (T), motoare termice (!T), pentru selectarea solu ţiei optime, decizia final ă o are factorul economic, a c ărei concluden ţă este mai mare dac ă are înglobat şi efectul ecologic. În desc"iderea #onferin ţei de la $%oto, #omisia a identificat cogenerarea ca fiind principala m ăsur ă care conduce la reducerea emisiilor de gaze cu efect de ser ă, av&nd un poten ţial de p&nă la ' milioane tone pe an. În general efectele diferitelor filiere de cogenerare asupra mediului sunt cuantificate ecologic prin indicatori de impact, cum sunt: epuizarea resurselor neregenerabile, eutrofizarea, efectul de ser ă, acidificarea, poluarea fotooxidant ă, etc. Analiza de mediu, pe baza indicatorilor determina ţi, se poate face *impact cu impact+, dar şi *global+, av&nd în vedere ponderea diferitelor tipuri de impact în efectul global. #oncluziile rezultate dintro astfel de analiz ă nu sunt cuantificabile economic în mod direct. -e aceea se impune *internalizarea+efectelor ecologice în costul (respectiv pre ţul) celor dou ă forme de energie produse, energia electric ă şi căldura. În sfera sfera impact impactulu uluii asupra asupra mediu mediului lui a proces proceselo elorr termic termicee de produc producere ere a diferi diferitel telor or forme forme de energ energie, ie, *externalităţile+ reprezint ă efectele indirecte induse de aceste procese. În domeniul producerii energiei, *externalit ăţile+ sunt materializate de diferitele tipuri de impact asupra mediului (/0 '11 ('223) Anal%se de #%ele de 4ie. 5rincipe et cadre, en6ve, '223). În general, încormorarea costurilor impactului asupra mediului în pre ţul energiei se nume şte *internalizare+ şi se poate realiza at&t at&t prin metode directe, c&t şi indirecte. (. Anali%a "i"lului de viaţă )ACV* + 'eodă de anali%ă a i'$a"ului asu$ra 'ediului a di,erielor ,iliere de "o#enerare
/copul evalu ării impactului sistemelor de cogenerare asupra mediului este identificarea poten ţialelor consecin ţe asupra acestuia. 5rincipalele obiective urm ărite sunt: 1• sănătatea oamenilor7 2• ec"ilibrul ecosistemelor7 3• economia de resurse naturale. În tabelul ' sunt sintetizate principalele tipuri de impact produse de filierele de cogenerare asupra mediului (8889gislation communitaire en mati6re d;environnement, 4olume 4olume <, Air ##=, ## =, >ruxelles, '22). Tabelul '
Tipuri de impact asupra mediului a sistemelor de cogenerare Tipul de impact
=puizarea rezervelor de resurse naturale =fectul de ser ă
-egradarea stratului de ozon
Acţiunea #onsumul de rezerve neregenerabile =misia gazelor cu efect de ser ă: #0<, #?1, @<0, ##, 0B, @0x, #0, #04 =misia gazelor cu efect fotoc"imic (##) =misii de substanţe c"imice, căldur ă, emisii
radioactive Toxicitate şi ecotoxicitate
=misii c"imice: /0<, @0<, ?#l
=misii de elemente ca azot, fosfor în componenţa apelor uzuale =misii sonore
actori perturbatori
=misii mirositoare radul de ocupare a unei suprafeţe şi a timpului #onstrucţii (înălţime, volum, formă)
0 abordare complex ă a diferitelor filiere de cogenerare, din punct de vedere al impactului asupra mediului, se poate face prin aplicarea Analizei ciclului de via ţă (A#4). Aplicarea metodologiei A#4, în cazul sistemelor de cogenerare, presupune parcurgerea urm ătoarelor etape metodologice (stabilite prin normele /0 '11): 1• stabilirea etapelor ciclului de via ţă a combustibilului, utilizat în solu ţia de cogenerare. În genera, se pot considera două etape principale: 1- etapa anterioar ă transform ării combustibilului în cadrul sursei (fazele de: extrac ţie, prelucrare şi transport)7 2- etapa arderii combustibilului şi conversiei energiei în cadrul centralei de cogenerare (#=T), sau în cazul producerii separate: în centrale termoelectrice (#=T) C pentru energie electric ă şi în centrale termice (#T) C pentru căldur ă7 2• realizarea bilan ţului materie C energie pentru sistemul de cogenerare considerat7 3• calculul cantit ăţilor de poluan ţi emi şi în etapele ciclului de via ţă7 4• evaluarea impactului asupra mediului. Tipul şi cantitatea emisiilor aferente diferitelor filiere de cogenerare dar şi producerii separate: a energiei electrice în centrale termoelectrice (#=T) şi a căldurii în centrale termice (#T), sunt dependente de etapele ciclului de via ţă considerate, de elemente caracteristice şi transform ările care au loc în cadrul acestora. 5entru exemplificare, în tabelele < sunt prezentate emisiile aferente etapei ciclului de via ţă anterioare sursei de energie, fazele de: extrac ţie C prelucrare transport, pentru diferite tipuri de combustibil. Tabelul
4aloare emisie gD'EF" energie utilă
#?1
5raf #0 /0x @0x #0<
?#
,' −B G,< ' ⋅
',G 'B,1 2,21 H3' ','2
Tabelul
4aloare emisie gD'EF"
#?1
energie utilă ',<1 ',BB
5raf #0
',G <3,' B2,' 1G< '','
/0x @0x #0<
?#
=misiile aferente etapei *>+ a ciclului de via ţă: transform ări energetice în cadrul sursei de energie, sunt prezentate în tabelul B, specific&nduse totodat ă condiţiile specifice în care apar aceste emisii. Tabelul B =misii aferente etapei *>+ C transformării combustibilului la sursa de energie #ombustibil C gaz natural Tip sursă energie produsă
4aloare emisii (gD'EF") ,3 2,'
Tip emisie
5raf #0 #T căldur ă
@0x
'<
?#
',G
#0<
<2'
5utere I < !F
#=T (T)
#=T (!T) căldur ă K energie electrică
#T= C energie electrică
5raf #0 /0x 0x #0< 5raf #0 /0x 0x #0< 5raf #0 0x ?# #0< /0x #?1
<.'G '1.B 'G3
<'.G <.< '1 ⋅
⋅
5utere I < !F
H.B1 '' B
HB.1 <.2 '1 ⋅
5utere J < !F ,3'G '1.B '.1B '1.B <.< '1 5utere J < !F '<.3 <.1 1.11 HB.1 <.2 '1 ⋅
,<3 B<,
'1,GG 2H3H <',3 <
-. Siuaţia $e $lan 'ondial $rivind evaluarea e"ono'i"ă a i'$a"ului asu$ra 'ediului a di,erielor soluţii de "o#enerare
1• 2• 3•
5e plan mondial, printre cele mai utilizate metode directe de *internalizare+ a *externalit ăţilor+ de mediu sunt: aprecierea valorii statistice a unei vie ţi umane C 40/9 (4alue of /tatistical 9ife)7 cuantificarea valoric ă a unui an de viaţă pierdut datorit ă degradării mediului C L099 (Lears of 9ife 9ost)7 taxe şi penalităţi de mediu. =valuarea monetar ă prin metoda 40/9 se exprim ă prin rela ţia: 40/9 M FT5D!N-
În care: FT5 reprezint ă disponibilitatea individului afectat de a pl ăti pentru a evita impactul negativ al polu ării iar !-N C modificarea riscului de deces. #a valoriuzuale în studiile eurpene se consider ă 40/9 în intervalul <.H C B.H !=#O ('22G) iar L099 în Pur de 3 =#O ('22G). În evaluarea *externalit ăţilor+, prin aceste metode, intervin diferite grade de incertitudine: date statistice cu caracter te"nic, epidemiologice, modele meteo de împr ăştiere a emisiiloe, etc. -e aceea, cele mai uzuale metode de evaluare a externalit ăţilor de mediu sunt taxele de mediu (ecotaxe). . E"oa/ele + 'eod ă de 0inernali%are1 a 0e/ernali ăţilor1 de 'ediu
-ificultatea aplic ării ecotaxelor const ă în stabilirea leg ăturii directe între *efecte+ (indicatorii de mediu) şi taxale propriuzise (valorile economice). În cele ce urmeaz ă sunt specificate principalele tipuri de taxe de mediu aplicate în prezent şi caracteristicile acestora . 1• Taxa pe energie C este o tax ă de tip cantitativ, se aplic ă asupra consumului de energie. 5e baza acesteia sunt promovate măsurile de economisire a energiei şi eficientizare energetic ă. Aceste taxe se aplic ă at&t în sfera producerii c&t şi a consumului (utilizării) energiei. 2• Taxa pe carbon C este o tax ă de tip calitativ, rolul determinant îl are con ţinutul de carbon al combustibilului ars. Aceasta poate constitui o motiva ţie pentru sc"imbarea structurii consumului de combustibil, nu numai energetic dar şi te"nologic. 3• Taxa mixtă (carbonDenergie) C înglobeaz ă at&t aspecte cantitaitve dar şi calitative îmbin&nd elementele men ţionate anterior.
/tudiile europene în domeniu, subliniaz ă principala caracteristic ă a taxelor de mediu care, spre deosebire de celelalte taxe, îmbunătăţesc eficien ţa energetic ă ş i implicit şi pe cea economic ă. Aceast ă caracteristic ă rezultă din faptul c ă taxele de mediu stimuleaz ă interesul simultan pentru: utilizarea resurselor energetice curate, regenerabile, al ături de te"nologiile curate de producere (te"nologii cu eficien ţă energetică ridicată şi poluare redus ă). =fectele ecotaxelor asupra costurilor de producere a energiei electrice şi termice #uantificarea economic ă a efectelor ecologice ale diferitelor filiere de cogenerare, trebuie s ă se reflecte în costurile de producere, respectiv pre ţurile energiei electrice şi căldurii. 0 importan ţă deosebită o are stabilizarea prealabil ă a ipotezelor în care se face analiza ecologică şi economică, precum şi a legăturilor existente între valorile ecologice (m ărimea emisiilor, a indicatorilor de impact) şi valorile economice corespunzătoare (taxa pe energie, raxa pe carbon , taxa mixtă, alte taxe pe diver şi poluanţi C în cazul existen ţei acestora). În cadrul costului de produc ţie al celor dou ă forme de energie, o pondere important ă o au c"eltuielile anuale variabile cu combustibilul. Aceast ă componentă se consider ă ca fiind afectat ă de *externalit ăţile+ de mediu, afectul fiind at&t direct, c&t şi indirect. =fectul direct este cuantificat ecologic prin m ărimea emisiilor aferente iar economic prin m ărimea taxelor pe poluan ţi (taxa pe carbon). =fectul indirect este cuantificat ecologic prin indicatorul de impact *m ărimea consumului de combustibil+, iar economic prim m ărimea taxei pe energie (consumul de combustibil). Otilizarea ecotaxei mixte (carbon Denergie) permit înglobarea în costurile energiei electrice şi a căldurii at&t a aspectelor cantitative, t şi a celor calitative. În vederea determin ării efectelor ecotaxelor asupra costurilor de produc ţie este necesar ă: 1• -eterminarea consumurilor de combustibil şi a cantit ăţilor de poluan ţi asociate tuturor etapelor ciclului de viaţă a combustibilului, considerate anterior surselor de cogenerare Dextrac ţie, prelucrare, transport) şi transformărilor enetgetice din cadrul acestora7 2• =xistenţa cadrului legislativ privind aplicarea ecotaxelor (cantitative, cantitative, mixte). -eterminarea randamentului energetic global al cantităţi utile de energie întro surs ă de cogenerare, se face utilizării unui tip de combustibil în vederea ob ţinerii unei aplic&nd transform ările energetice de la etapa *consum+ c ătre
etapa *extrac ţie+, av&nd în vedere pierderile energetice careapar în cadrul lan ţului energetic.
5entru exemplificarea internaliz ării externalit ăţilor de mediu, sa determinat cre şterea costurilor de producere a căldurii şi energiei electrice în urm ătoarele condi ţii: 1• sau considerat c ă soluţiile alternative de cogenerare: T, !T, TA şi producerea separat ă a căldurii în #T şi a energiei electrice în #T=7 2• aplicarea ecotaxei pe carbon ('Qt#0 <)7 3• pentru toate solu ţiile alternative de cogenerare sa considerat ca tip de combustibil gazul natural7 4• instalaţiile de cogenerare utilizate în cadrul solu ţiilor analizate se încadreaz ă în domeniul de putereI<!F. În aceste condi ţii, rezultatele ob ţinute sunt sintetizate în tabelul 1. Tabelul 1 =fectul ecotaxelor (pentru emisiile de #0 <) asupra costurilor de producere a căldurii şi a energiei electrice =misii poluante
Tenologia ')
Turbine cu gaze (#=T CT) <) !otoare termice (#=T C!T) B) Turbine cu abur (#=T CTA) 1) #entrale termice (#T)căldur ă
#entrale termoelectrice (#T=) C energie electrică
(gDEF" ec") << <2 11
H<2
=fectul asupra costului (Q!F"ec") <.< <.2 1.1 H.<2
G)
otă: randamentele globale C valori medii, considerate energie:') ')η = ,37<) <)η = ,7 B)η = ,37 1)η = ,<7 G)η = ,1B
pentru tipurile de surse de
În cazul cogener ării, efectul ecotaxelor asupra costurilor de producere a celor dou ă forme de energie: c ăldur ă şi energie electric ă, este dependent de politica produc ătorului de energie privind repartizarea c"eltuielilor pe cele dou ă *produse+. 2. Con"lu%ii
Aplicarea metodologiei prezentate este posibil ă în condiţiile existen ţei în cadrul sistemului legislativ aferent mediului, a valorilor ecotaxelor pe poluan ţi şi pe energie. /ub aspect economic, efectul indirect C taxa pe energie, este mai a şor de cuantificat, respectiv determinarea consumului de combustibil se poate face cu mai mare exactitate comparativ cu determinarea maselor de poluan ţi care reprezintă suportul material pentru cuantificare economic ă a efectelor indirectetaxa pe polua ţi (carbon). Înglobarea efectelor de mediu în cadrul costului celor dou ă forme de energie este mai mic ă în cazul consider ării întregului ciclu de viaţă a combustibilului utilizat pentru producerea celor dou ă forme de energie. -eterminarea maselor de polua ţi aferente etapelor de extrac ţie, prelucrare şi transport este mai dificil ă datorită lipsei de informa ţii complete privind randamentele şi consumurile energetice. #re şterea gradului de precizie în determinarea datelor aferente acestor etape, îmbun ătăţeşte corelarea efectelor ecologice cu cele economice pentru întreaga durat ă a ciclului de via ţă.
