Wskaźniki efektywności z nakładów ekologicznych

W niniejszej pracy efektywność z nakładów ekologicznych jest rozumiana jako stosunek korzyści ekologicznych w cyklu życia do poniesionych nakładów ekologicznych. Korzyści ekologiczne zdefiniowano jako wytworzoną energię na etapie użytkowania. Nakłady ekologiczne określono natomiast jako sumę nakładów ekologicznych na trzech etapach cyklu życia: wytwarzania, użytkowania i zagospodarowania poużytkowego. Nakłady w cyklu życia

128

wyznaczono dla pięciu obszarów: punktów środowiskowych, emisji CO2eq, emisji SO2eq, emisji PO4eq oraz nakładów społecznych.

Modelowanie graficzne korzyści i nakładów dla punktów środowiskowych

Punktem odniesienia było oddziaływanie przeciętnego Europejczyka na środowisko.

Do tego celu wykorzystano metodę LCA oraz model Ekowskaźnik 99, który pozwolił na obliczenie oddziaływania elektrowni wiatrowej na otoczenie w całym cyklu istnienia, wyrażone w punktach środowiskowych, gdzie 1.000 Pt odpowiada oddziaływaniu na środowisko jednego przeciętnego Europejczyka w ciągu roku. Rozpatrywano dwie możliwości zagospodarowania poużytkowego tworzyw, materiałów i elementów elektrowni po zakończeniu jej użytkowania, składowanie na wysypisku odpadów lub recykling.

Modelowanie graficzne dla tych przypadków przedstawiono na rysunkach 5.29-5.30.

Zintegrowany wskaźnik efektywności ekologicznej z nakładów ekologicznych – punktów środowiskowych

Na podstawie zależności przedstawionych w Podrozdziale 4.2, zintegrowany wskaźnik efektywności ekologicznej z nakładów ekologicznych opisują równania:

𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝐸𝑈}(𝑡) =_𝑁 ^{𝑈(𝑡)𝐸}

𝑊𝐸𝑈+ 𝑁(𝑡)_𝑈𝐸𝑈+𝑁_𝑍𝐸𝑈 (5.1) 𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝐸𝑈}(𝑡) =_𝑁 ^{𝑈𝑟𝐸 ∙𝑡}

𝑊𝐸𝑈+ 𝑁_𝑟𝐸𝑈∙𝑡+𝑁_𝑍𝐸𝑈 (5.2)

gdzie:

U(t)E – energia użytkowa wytworzona w ciągu t lat użytkowania,

N(t)EU – ilość punktów środowiskowych w ciągu całego cyklu życia elektrowni wiatrowej użytkowanej przez t lat, gdzie 1.000 Pt odpowiada oddziaływaniu jednego Europejczyka na środowisko w ciągu jednego roku,

t – czas użytkowania,

NWEU – ilość punktów środowiskowych na etapie wytwarzania, NUEU – ilość punktów środowiskowych na etapie użytkowania,

NZEU – ilość punktów środowiskowych na etapie zagospodarowania poużytkowego,

NrEU – średnia ilość punktów środowiskowych w ciągu jednego roku na etapie użytkowania, UrE – średnia produktywność roczna na etapie użytkowania.

Średnia roczna produktywność w ujęciu długoterminowym została wyznaczona na podstawie danych z trzech lat produkcji oraz danych długoterminowych uwzględniających 25- letni okres referencyjny [7]. Ilość punktów środowiskowych w cyklu życia wyznaczono na podstawie metody LCA z zastosowaniem modelowania Ekowskaźnik 99. Do tego celu wykorzystano oprogramowanie SimaPro 7.1.

Otrzymane wyniki zmiennych modelu zintegrowanej efektywności ekologicznej z nakładów ekologicznych przedstawiono poniżej:

129

Rysunek 5.29. Modelowanie graficzne korzyści i nakładów ekologicznych w cyklu życia dla 25-letniego czasu użytkowania elektrowni wiatrowej, punktów środowiskowych oraz składowania na etapie

zagospodarowania poużytkowego [badania własne]

Rysunek 5.30. Modelowanie graficzne korzyści i nakładów ekologicznych w cyklu życia dla 25-letniego czasu użytkowania elektrowni wiatrowej, punktów środowiskowych oraz recyklingu na etapie

zagospodarowania poużytkowego [badania własne]

-40000 -30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000

GJ Cykl życia Pt

W U Z

W - wytwarzanie U - użytkowanie

Z - zagospodarowanie poużytkowe

0

-1000000

-2000000

-3000000

2013 2014 2015

-4000000

-40000 -30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000

GJ Cykl życia Pt

W U Z

W - wytwarzanie U - użytkowanie

Z - zagospodarowanie poużytkowe

0

-1000000

-2000000

-3000000

2013 2014 2015

1000000 2000000

3000000

-4000000

130

UrE – 19170 [GJ/rok], NWEU – 322460 [Pt], NrEU – 838 [Pt/rok],

𝑁_𝑍𝐸𝑈^𝑆 – 66189 [Pt] dla składowania, 𝑁_𝑍𝐸𝑈^𝑅 – -21977 [Pt] dla recyklingu.

Na tej podstawie, po podstawieniu wyników do równania (5.2), wyznaczono zintegrowane wskaźniki efektywności ekologicznej z nakładów ekologicznych dla składowania i recyklingu zakładając 25-letni etap użytkowania:

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑆25_𝐸𝑈

=

^{479.250 𝐺𝐽}_{409.604 𝑃𝑡} = 1,17 GJ/Pt - w przypadku składowania na etapie zagospodarowania poużytkowego.

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑅25_𝐸𝑈

=

^{479.250 𝐺𝐽}_{321.438 𝑃𝑡} = 1,491 GJ/Pt - w przypadku recyklingu na etapie zagospodarowania poużytkowego.

Zintegrowany wskaźnik efektywności ekologicznej z nakładów ekologicznych dla cyklu istnienia elektrowni wiatrowej Vestas V90/105 m z zagospodarowaniem poużytkowym w formie recyklingu był wyższy niż w przypadku zagospodarowania w formie składowania na wysypisku odpadów i wynosił 1,491 GJ/Pt (Rys. 5.31).

Rysunek 5.31. Wartości zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej z nakładów ekologicznych dla 25- letniego cyklu istnienia elektrowni wiatrowej Vestas V90/105 m [badania własne]

Analiza graficzna zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej z nakładów ekologicznych – punktów środowiskowych w funkcji:

a) czasu użytkowania

Ponieważ zintegrowana efektywność ekologiczna z nakładów ekologicznych w cyklu życia w dużej mierze zależy od długości etapu użytkowania, na rysunku 5.32 przedstawiono tą zależność dla badanej elektrowni wiatrowej, biorąc pod uwagę składowanie oraz recykling na etapie zagospodarowania poużytkowego. Podstawiając do wzoru (5.2) odpowiednie wartości korzyści i nakładów dla składowania i recyklingu, otrzymujemy równania:

1,17

1,491

0 0,4 0,8 1,2 1,6

Zagospodarowanie poużytkowe w formie składowania na wysypisku odpadów

Zagospodarowanie poużytkowe w formie recyklingu

GJ/Pt

131

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑅 _𝐸𝑈(𝑡) = ^{19170 [}

𝐺𝐽 𝑟𝑜𝑘]∙𝑡

322460[𝑃𝑡]+838[_𝑟𝑜𝑘^𝑃𝑡]∙𝑡−21977[𝑃𝑡] (5.3) 𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑆 _𝐸𝑈(𝑡) = ^{19170[𝑟𝑜𝑘𝐺𝐽]∙𝑡}

322460[𝑃𝑡]+838[𝑃𝑡

𝑟𝑜𝑘]∙𝑡+66189[𝑃𝑡] (5.4)

Rysunek 5.32. Zależność zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej z nakładów ekologicznych od czasu użytkowania dla różnych sposobów zagospodarowania poużytkowego analizowanej elektrowni wiatrowej.

Na rysunku zaznaczono wartości zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej dla 25- i 35-letniego etapu użytkowania

b) średniorocznej produktywności

Duży wpływ na zintegrowaną efektywność ekologiczną z nakładów ekologicznych w cyklu życia ma również miejsce instalacji elektrowni wiatrowej, a co za tym idzie średnia roczna produkcja energii. Na rysunku 5.33 przedstawiono tą zależność dla dwóch sposobów zagospodarowania poużytkowego, składowania i recyklingu, oraz 25- i 35-letniego etapu użytkowania. Podstawiając do wzoru (5.2) odpowiednie wartości korzyści i nakładów dla składowania i recyklingu oraz 25- i 35-letniego etapu użytkowania, otrzymujemy równania:

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑅25_𝐸𝑈(𝑈_𝑟𝐸) = ^{25[𝑙𝑎𝑡]∙𝑈𝑟𝐸}

322460 [𝑃𝑡]+25[𝑙𝑎𝑡]∙838[_𝑟𝑜𝑘^𝑃𝑡]−21977[𝑃𝑡] (5.5)

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑅35_𝐸𝑈(𝑈_𝑟𝐸) = ^{35[𝑙𝑎𝑡]∙𝑈𝑟𝐸}

322460 [𝑃𝑡]+35[𝑙𝑎𝑡]∙838[_𝑟𝑜𝑘^𝑃𝑡]−21977[𝑃𝑡] (5.6)

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑆25_𝐸𝑈(𝑈_𝑟𝐸) = ^{25[𝑙𝑎𝑡]∙𝑈𝑟𝐸}

322460 [𝑃𝑡]+25[𝑙𝑎𝑡]∙838[_𝑟𝑜𝑘^𝑃𝑡]+66189[𝑃𝑡] (5.7)

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑆35_𝐸𝑈(𝑈_𝑟𝐸) = ^{35[𝑙𝑎𝑡]∙𝑈𝑟𝐸}

322460 [𝑃𝑡]+35[𝑙𝑎𝑡]∙838[_𝑟𝑜𝑘^𝑃𝑡]+66189[𝑃𝑡] (5.8)

0 0,5 1 1,5 2 2,5

0 5 10 15 20 25 30 35 40

ERecoEU ESecoEU 𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝐸𝑈}^𝑆25

𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝐸𝑈}^𝑅25 𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝐸𝑈}^𝑆35 𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝐸𝑈}^𝑅35 𝐺𝐽

𝑃𝑡

t [lata]

E_ecoEU(t)

E_ecoEU^R (t) E_ecoEU^S (t)

132

Rysunek 5.33. Zależność zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej z nakładów ekologicznych od średniej rocznej produktywności analizowanej elektrowni wiatrowej dla 25- i 35-letnich etapów użytkowania

oraz dwóch sposobów zagospodarowania poużytkowego, recyklingu i składowania. Na rysunku zaznaczono wartości zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej dla badanej elektrowni wiatrowej

Modelowanie graficzne korzyści i nakładów ekologicznych dla emisji gazów cieplarnianych

Punktem odniesienia była emisja gazów cieplarnianych w całym cyklu istnienia badanej elektrowni wiatrowej. Analiza LCA, a dokładnie modelowanie IPCC i CML, pozwala na wyznaczenie wielkości emisji GHG w ciągu wszystkich etapów cyklu życia ocenianego obiektu technicznego w przeliczeniu na CO2eq. Rozpatrywano dwie możliwości zagospodarowania poużytkowego tworzyw, materiałów i elementów elektrowni po zakończeniu użytkowania: składowanie na wysypisku odpadów lub recykling.

Modelowanie graficzne dla tych przypadków przedstawiono na rysunkach 5.34-5.35.

Zintegrowany wskaźnik efektywności ekologicznej z emisji gazów cieplarnianych

Na podstawie zależności przedstawionych w Podrozdziale 4.2 zintegrowany wskaźnik efektywności ekologicznej z emisji gazów cieplarnianych jest dany wzorem:

𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝐶𝑂2𝑒𝑞}(𝑡) =_𝑁 ^{𝑈(𝑡)𝐸}

𝑊𝐶𝑂2𝑒𝑞+ 𝑁(𝑡)_{𝑈𝐶𝑂2𝑒𝑞}+𝑁_{𝑍𝐶𝑂2𝑒𝑞} (5.9)

𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝐶𝑂2𝑒𝑞}(𝑡) =_𝑁 ^{𝑈𝑟𝐸 ∙𝑡}

𝑊𝐶𝑂2𝑒𝑞+ 𝑁_{𝑟𝐶𝑂2𝑒𝑞}∙𝑡+𝑁_{𝑍𝐶𝑂2𝑒𝑞} (5.10)

gdzie:

𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝐶𝑂2𝑒𝑞}(𝑡) – zintegrowany wskaźnik efektywności dla t- lat użytkowania,

t – czas użytkowania w latach,

U(t)E – energia wyprodukowana na etapie użytkowania, UrE – średnia roczna produkcja energii na etapie użytkowania,

N(t)CO2eq – masa ekwiwalentnego CO2 odpowiadająca emisji gazów cieplarnianych w ciągu

0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Serie5

133

Rysunek 5.34. Modelowanie graficzne korzyści i nakładów ekologicznych w cyklu życia dla 25-letniego czasu użytkowania elektrowni wiatrowej, emisji gazów cieplarnianych oraz składowania na etapie zagospodarowania

poużytkowego [badania własne]

Rysunek 5.35. Modelowanie graficzne korzyści i nakładów ekologicznych w cyklu życia dla 25-letniego czasu użytkowania elektrowni wiatrowej, emisji gazów cieplarnianych oraz recyklingu na etapie zagospodarowania

poużytkowego [badania własne]

-30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000

GJ Cykl życia Mg CO2eq

W U Z

W - wytwarzanie U - użytkowanie

Z - zagospodarowanie poużytkowe

0

-1000

-2000

-3000

2013 2014 2015

-30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000

GJ Cykl życia Mg CO2eq

W U Z

W - wytwarzanie U - użytkowanie

Z - zagospodarowanie poużytkowe

0

-1000

-2000

-3000

2013 2014 2015

1000 2000 3000

134

całego cyklu życia elektrowni wiatrowej użytkowanej przez t lat, NWCO2eq – emisja CO2eq na etapie wytworzenia,

NUCO2eq – emisja CO2eq na etapie użytkowania,

NZCO2eq – emisja CO2eq na etapie zagospodarowania poużytkowego, NrCO2eq – średnia roczna emisja CO2eq na etapie użytkowania.

Średnia roczna produktywność w ujęciu długoterminowym została wyznaczona na podstawie danych z trzech lat produkcji oraz danych długoterminowych uwzględniających 25-letni okres referencyjny [7]. Emisje CO2eq w cyklu życia wyznaczono na podstawie metody LCA z zastosowaniem modelowania CML. Do tego celu wykorzystano oprogramowanie SimaPro 7.1.

Otrzymane wyniki zmiennych modelu zintegrowanej efektywności ekologicznej z emisji gazów cieplarnianych przedstawiono poniżej:

UrE – 19170 [GJ/rok], NWCO2eq – 2676 [Mg CO2eq], NrCO2eq – 24 [Mg CO2eq/rok],

𝑁_{𝑍𝐶𝑂2𝑒𝑞}^𝑆 – 1079 [Mg CO2eq] dla składowania, 𝑁_{𝑍𝐶𝑂2𝑒𝑞}^𝑅 – -703 [Mg CO2eq] dla recyklingu.

Rysunek 5.36. Wartości wskaźnika efektywności ekologicznej z emisji gazów cieplarnianych dla cyklu istnienia elektrowni wiatrowej Vestas V90 [badania własne]

Na tej podstawie po podstawieniu wyników do równania (5.10) wyznaczono zintegrowane wskaźniki efektywności ekologicznej z emisji gazów cieplarnianych dla składowania i recyklingu, zakładając 25-letni etap użytkowania:

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑆25_{𝐶𝑂2𝑒𝑞}

=

4.342 𝑀𝑔𝐶𝑂2𝑒𝑞^{479.250 𝐺𝐽} = 110,38 GJ/Mg CO2eq - w przypadku składowania na etapie zagospodarowania poużytkowego.

110,38

187,13

0 50 100 150 200

Zagospodarowanie poużytkowe w formie

składowania na wysypisku odpadów Zagospodarowanie poużytkowe w formie recyklingu

GJ/Mg CO2eq

135

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑅25_{𝐶𝑂2𝑒𝑞}

=

2.561 𝑀𝑔𝐶𝑂2𝑒𝑞^{479.250 𝐺𝐽} = 187,21 GJ/Mg CO2eq - w przypadku recyklingu na etapie zagospodarowania poużytkowego.

Wskaźnik efektywności ekologicznej z emisji gazów cieplarnianych dla cyklu istnienia elektrowni wiatrowej Vestas V90 z zagospodarowaniem poużytkowym w formie recyklingu był wyższy niż w przypadku zagospodarowania w formie składowania na składowisku odpadów i wynosił 187,13 GJ/Mg CO2eq (Rys. 5.36).

Analiza graficzna zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej z emisji gazów cieplarnianych w funkcji:

a) czasu użytkowania

Rysunek 5.37. Zależność zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej z emisji gazów cieplarnianych od czasu użytkowania dla różnych sposobów zagospodarowania poużytkowego analizowanej elektrowni wiatrowej. Na rysunku zaznaczono wartości zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej dla 25- i

35-letniego etapu użytkowania.

Ponieważ zintegrowana efektywność ekologiczna z emisji gazów cieplarnianych w cyklu życia w dużej mierze zależy od długości etapu użytkowania, na rysunku 5.37 przedstawiono tą zależność dla badanej elektrowni wiatrowej, biorąc pod uwagę składowanie oraz recykling na etapie zagospodarowania poużytkowego. Podstawiając do wzoru (5.10) odpowiednie wartości korzyści i nakładów dla składowania i recyklingu otrzymujemy równania:

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑅 _{𝐶𝑂2𝑒𝑞}(𝑡) = ^{19170 [}

𝐺𝐽 𝑟𝑜𝑘]∙𝑡

2676[𝑀𝑔]+24[_𝑟𝑜𝑘^𝑀𝑔]∙𝑡−703[𝑀𝑔] (5.11)

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑆 _{𝐶𝑂2𝑒𝑞}(𝑡) = ^19170[

𝐺𝐽 𝑟𝑜𝑘]∙𝑡

2676[𝑀𝑔]+24[_𝑟𝑜𝑘^𝑀𝑔]∙𝑡+1079[𝑀𝑔] (5.12)

0 50 100 150 200 250 300

0 5 10 15 20 25 30 35 40

ERecoEU ESecoEU 𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝐶𝑂2𝑒𝑞}^𝑆25

𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝐶𝑂2𝑒𝑞}^𝑆35 𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝐶𝑂2𝑒𝑞}^𝑅25 𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝐶𝑂2𝑒𝑞}^𝑅35 𝐺𝐽

𝑀𝑔

t [lata]

E_ecoCO2eq(t)

E_ecoCO2eq^R (t) E_ecoCO2eq^S (t)

136

b) średniorocznej produktywności

Duży wpływ na zintegrowaną efektywność ekologiczną z emisji gazów cieplarnianych w cyklu życia ma również miejsce instalacji elektrowni wiatrowej, a co za tym idzie średnia roczna produkcja energii. Na rysunku 5.38 przedstawiono tą zależność dla dwóch sposobów zagospodarowania poużytkowego, składowania i recyklingu, oraz 25- i 35-letniego etapu użytkowania. Podstawiając do wzoru (5.10) odpowiednie wartości korzyści i nakładów dla składowania i recyklingu oraz 25- i 35-letniego etapu użytkowania, otrzymujemy równania:

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑅25_{𝐶𝑂2𝑒𝑞}(𝑈_𝑟𝐸) = ^{25[𝑙𝑎𝑡]∙𝑈𝑟𝐸}

Rysunek 5.38. Zależność zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej z emisji gazów cieplarnianych od średniej rocznej produktywności analizowanej elektrowni wiatrowej dla 25- i 35-letnich etapów

użytkowania oraz dwóch sposobów zagospodarowania poużytkowego, recyklingu i składowania.

Na rysunku zaznaczono wartości zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej dla badanej elektrowni wiatrowej

Korzystając z danych literaturowych [157] oraz wykonanych wcześniej obliczeń dla elektrowni Vestas V90 (z uwzględnieniem jej cyklu istnienia z zagospodarowaniem poużytkowym w formie składowania na wysypisku odpadów lub zastosowania procesów recyklingu), dokonano porównania wielkości oddziaływania na środowisko procesów pozyskiwania energii elektrycznej z wiatru z wybranymi, najczęściej wykorzystywanymi źródłami energii konwencjonalnej.

0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Serie5

137

Rysunek 5.39. Wielkości zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej z emisji gazów cieplarnianych powstających na skutek wytworzenia 479 250 GJ energii elektrycznej z wybranych źródeł energii (badania

własne w oparciu o [31])

Analizowana elektrownia wiatrowa w ciągu 25-letniego cyklu istnienia jest w stanie wyprodukować 479 250 GJ energii elektrycznej, która to wielkość została przyjęta, jako wartość odniesienia. Przeanalizowano wielkość emisji gazów cieplarnianych podczas spalenia odpowiedniej ilości węgla kamiennego, brunatnego, oleju opałowego, ropy naftowej i gazu ziemnego niezbędnych do uzyskania tej samej ilości energii elektrycznej. Na podstawie uzyskanych wyników obliczono wielkość zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej z emisji gazów cieplarnianych. Najwyższą wartość rozważanego zintegrowanego wskaźnika otrzymano dla badanej elektrowni wiatrowej (187 GJ/Mg CO2eq – recykling i 110 GJ/Mg CO2eq – składowanie), natomiast najniższą jego wartością charakteryzowało się uzyskiwanie energii elektrycznej w procesach spalania węgla kamiennego (11 GJ/Mg CO2eq) i brunatnego 10 GJ/Mg CO2eq) (Rys. 5.39).

Modelowanie graficzne korzyści i nakładów dla emisji substancji powodujących zakwaszenie środowiska

Punkt odniesienia stanowiła emisja substancji powodujących zakwaszenie środowiska w całym cyklu istnienia badanej elektrowni wiatrowej. Analiza LCA, w tym modelowanie Ekowskaźnik 99 i CML pozwala na wyznaczenie wielkości emisji substancji zakwaszających środowisko w ciągu wszystkich etapów cyklu życia analizowanego obiektu technicznego w przeliczeniu na SO2eq. Rozpatrywano dwie możliwości zagospodarowania poużytkowego tworzyw, materiałów i elementów elektrowni po zakończeniu użytkowania: składowanie na wysypisku odpadów lub recykling. Modelowanie graficzne dla tych przypadków przedstawiono na rysunkach 5.40-5.41.

187

110

9,73 3,79 2,95

0 50 100 150 200

EW (recykling) EW (skladowanie) gaz ziemny węgiel kamienny węgiel brunatny E_ecoCO2eq

GJ/MgCO2eq

138

Zintegrowany wskaźnik efektywności ekologicznej z emisji substancji powodujących zakwaszenie środowiska

Na podstawie zależności przedstawionych w Podrozdziale 4.2 zintegrowany wskaźnik efektywności ekologicznej z emisji substancji powodujących zakwaszenie środowiska dany jest wzorem:

𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝑆𝑂2𝑒𝑞}(𝑡) =_𝑁 ^{𝑈(𝑡)𝐸}

𝑊𝑆𝑂2𝑒𝑞+ 𝑁(𝑡)_{𝑈𝑆𝑂2𝑒𝑞}+𝑁_{𝑍𝑆𝑂2𝑒𝑞} (5.17)

𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝑆𝑂2𝑒𝑞}(𝑡) =_𝑁 ^{𝑈𝑟𝐸 ∙𝑡}

𝑊𝑆𝑂2𝑒𝑞+ 𝑁_{𝑟𝑆𝑂2𝑒𝑞}∙𝑡+𝑁_{𝑍𝑆𝑂2𝑒𝑞} (5.18)

gdzie:

𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝑆𝑂2𝑒𝑞}(𝑡) - zintegrowany wskaźnik efektywności dla t- lat użytkowania,

t - czas użytkowania w latach,

U(t)E - energia wyprodukowana na etapie użytkowania,

N(t)SO2eq– masa ekwiwalentnego SO2 odpowiadająca emisji związków powodujących zakwaszenie środowiska w ciągu całego cyklu życia elektrowni wiatrowej użytkowanej przez t lat,

UrE - średnia roczna produkcja energii na etapie użytkowania, NWSO2eq - emisja SO2eq na etapie wytworzenia,

NUSO2eq - emisja SO2eq na etapie użytkowania,

NZSO2eq - emisja SO2eq na etapie zagospodarowania poużytkowego, NrSO2eq - średnia roczna emisja SO2eq na etapie użytkowania.

Średnia roczna produktywność w ujęciu długoterminowym została wyznaczona na podstawie danych z trzech lat produkcji oraz danych długoterminowych uwzględniających 25-letni okres referencyjny [7]. Emisje SO2eq w cyklu życia wyznaczono na podstawie metody LCA z zastosowaniem modelowania CML. Do tego celu wykorzystano oprogramowanie SimaPro 7.1. Otrzymane wyniki zmiennych modelu zintegrowanej efektywności ekologicznej z emisji substancji powodujących zakwaszenie środowiska przedstawiono poniżej:

UrE - 19170 [GJ/rok],

NWSO2eq – 143,98 [Mg SO2eq], NrSO2eq – 0,15 [Mg SO2eq/rok],

𝑁_{𝑍𝑆𝑂2𝑒𝑞}^𝑆 – 4,28 [Mg SO2eq] dla składowania, 𝑁_{𝑍𝑆𝑂2𝑒𝑞}^𝑅 – -1,79 [Mg SO2eq] dla recyklingu.

Na tej podstawie po podstawieniu wyników do równania (5.18) wyznaczono zintegrowane wskaźniki efektywności ekologicznej z emisji substancji powodujących zakwaszenie środowiska dla składowania i recyklingu, zakładając 25-letni etap użytkowania:

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑆25_{𝑆𝑂2𝑒𝑞}

=

148,17 𝑀𝑔𝑆𝑂2𝑒𝑞^{479250 𝐺𝐽} = 3235 GJ/Mg SO2eq - w przypadku składowania na etapie zagospodarowania poużytkowego.

139

Rysunek 5.40. Modelowanie graficzne korzyści i nakładów ekologicznych w cyklu życia dla 25-letniego czasu użytkowania elektrowni wiatrowej, emisji substancji powodujących zakwaszanie oraz składowania na etapie

zagospodarowania poużytkowego [badania własne]

Rysunek 5.41. Modelowanie graficzne korzyści i nakładów ekologicznych w cyklu życia dla 25-letniego czasu użytkowania elektrowni wiatrowej, emisji substancji powodujących zakwaszanie oraz recyklingu na etapie

zagospodarowania poużytkowego [badania własne]

140

Rysunek 5.42. Wartości wskaźnika efektywności ekologicznej z emisji substancji powodujących zakwaszenie środowiska dla cyklu istnienia elektrowni wiatrowej Vestas V90 [badania własne]

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑅25_{𝑆𝑂2𝑒𝑞}

=

145,9 𝑀𝑔𝑆𝑂2𝑒𝑞^{479250 𝐺𝐽} = 3285 GJ/Mg SO2eq - w przypadku recyklingu na etapie zagospodarowania poużytkowego.

Wskaźnik efektywności ekologicznej z emisji substancji powodujących zakwaszenie środowiska dla cyklu istnienia elektrowni wiatrowej Vestas V90 z zagospodarowaniem poużytkowym w formie recyklingu był wyższy niż w przypadku zagispodarowania w formie składowania na wysypisku odpadów i wynosił 3.285 GJ/Mg SO2eq (Rys. 5.42).

Analiza graficzna zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej z emisji substancji powodujących zakwaszenie środowiska w funkcji:

a) czasu użytkowania

Ponieważ zintegrowana efektywność ekologiczna z emisji substancji powodujących zakwaszenie środowiska w cyklu życia w dużej mierze zależy od długości etapu użytkowania, na rysunku 5.43 przedstawiono tą zależność dla badanej elektrowni wiatrowej, biorąc pod uwagę składowanie oraz recykling na etapie zagospodarowania poużytkowego. Podstawiając do wzoru (5.18) odpowiednie wartości korzyści i nakładów dla składowania i recyklingu, otrzymujemy równania:

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑅 _{𝑆𝑂2𝑒𝑞}(𝑡) = ^{19170 [}

𝐺𝐽 𝑟𝑜𝑘]∙𝑡

143,98[𝑀𝑔]+0,15[_𝑟𝑜𝑘^𝑀𝑔]∙𝑡−1,79[𝑀𝑔] (5.19)

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑆 _{𝑆𝑂2𝑒𝑞}(𝑡) = ^19170[

𝐺𝐽 𝑟𝑜𝑘]∙𝑡

143,98[𝑀𝑔]+0,15[_𝑟𝑜𝑘^𝑀𝑔]∙𝑡+4,28[𝑀𝑔] (5.20)

3235 3285

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Zagospodarowanie poużytkowe w formie składowania na wysypisku

odpadów

Zagospodarowanie poużytkowe w formie recyklingu

GJ/Mg SO2eq

141

Rysunek 5.43. Zależność zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej z emisji substancji powodujących zakwaszenie środowiska od czasu użytkowania dla różnych sposobów zagospodarowania poużytkowego analizowanej elektrowni wiatrowej. Na rysunku zaznaczono wartości zintegrowanego wskaźnika

efektywności ekologicznej dla 25- i 35-letniego etapu użytkowania.

b) średniorocznej produktywności

Rysunek 5.44. Zależność zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej z emisji substancji powodujących zakwaszenie środowiska od średniej rocznej produktywności analizowanej elektrowni wiatrowej

dla 25- i 35-letnich etapów użytkowania oraz dwóch sposobów zagospodarowania poużytkowego, recyklingu i składowania. Na rysunku zaznaczono wartości zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej dla

badanej elektrowni wiatrowej

Duży wpływ na zintegrowaną efektywność ekologiczną z emisji substancji powodujących zakwaszenie środowiska w cyklu życia ma również miejsce instalacji elektrowni wiatrowej, a co za tym idzie średnia roczna produkcja energii. Na rysunku 5.44 przedstawiono tą zależność dla dwóch sposobów zagospodarowania poużytkowego: składowania i recyklingu, oraz 25-

0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Serie5

142

i 35-letniego etapu użytkowania. Podstawiając do wzoru (5.18) odpowiednie wartości korzyści i nakładów dla składowania i recyklingu oraz 25- i 35-letniego etapu użytkowania, otrzymujemy równania:

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑅25_{𝑆𝑂2𝑒𝑞}(𝑈_𝑟𝐸) = ^{25[𝑙𝑎𝑡]∙𝑈𝑟𝐸}

143,98 [𝑀𝑔]+25[𝑙𝑎𝑡]∙0,15[_𝑟𝑜𝑘^𝑀𝑔]−1,79[𝑀𝑔] (5.21)

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑅35_{𝑆𝑂2𝑒𝑞}(𝑈_𝑟𝐸) = ^{35[𝑙𝑎𝑡]∙𝑈𝑟𝐸}

143,98 [𝑀𝑔]+35[𝑙𝑎𝑡]∙0,15[_𝑟𝑜𝑘^𝑀𝑔]−1,79[𝑀𝑔] (5.22)

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑆25_{𝑆𝑂2𝑒𝑞}(𝑈_𝑟𝐸) = ^{25[𝑙𝑎𝑡]∙𝑈𝑟𝐸}

143,98 [𝑀𝑔]+25[𝑙𝑎𝑡]∙0,15[_𝑟𝑜𝑘^𝑀𝑔]+4,28[𝑀𝑔] (5.23)

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑆35_{𝑆𝑂2𝑒𝑞}(𝑈_𝑟𝐸) = ^{35[𝑙𝑎𝑡]∙𝑈𝑟𝐸}

143,98 [𝑀𝑔]+35[𝑙𝑎𝑡]∙0,15[_𝑟𝑜𝑘^𝑀𝑔]+4,28[𝑀𝑔] (5.24) Modelowanie graficzne korzyści i nakładów ekologicznych dla substancji powodujących eutrofizację środowiska

Punktem odniesienia była w tym przypadku emisja substancji powodujących eutrofizację środowiska w całym cyklu istnienia badanej elektrowni wiatrowej. Analiza LCA, w tym modelowanie Ekowskaźnik 99 i CML, pozwala na wyznaczenie wielkości emisji substancji o eutrofizującym wpływie na środowisko w ciągu wszystkich etapów cyklu życia analizowanego obiektu technicznego w przeliczeniu na PO4eq. Rozpatrywano dwie możliwości zagospodarowania poużytkowego tworzyw, materiałów i elementów elektrowni po zakończeniu użytkowania: składowanie na wysypisku odpadów lub recykling.

Modelowanie graficzne dla tych przypadków przedstawiono na rysunkach 5.45-5.46.

Zintegrowany wskaźnik efektywności ekologicznej z nakładów ekologicznych dla substancji powodujących eutrofizację (PO4eq)

Na podstawie zależności przedstawionych w Podrozdziale 4.2 zintegrowany wskaźnik efektywności ekologicznej z emisji substancji powodujących eutrofizację środowiska zadany jest wzorem:

𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝑃𝑂4𝑒𝑞}(𝑡) =_𝑁 ^{𝑈(𝑡)𝐸}

𝑊𝑃𝑂4𝑒𝑞+ 𝑁(𝑡)_{𝑈𝑃𝑂4𝑒𝑞}+𝑁_{𝑍𝑃𝑂4𝑒𝑞} (5.25)

𝐸_{𝑒𝑐𝑜𝑃𝑂4𝑒𝑞}(𝑡) =_𝑁 ^{𝑈𝑟𝐸 ∙𝑡}

𝑊𝑃𝑂4𝑒𝑞+ 𝑁_{𝑟𝑃𝑂4𝑒𝑞}∙𝑡+𝑁_{𝑍𝑃𝑂4𝑒𝑞} (5.26)

gdzie:

E_ecoPO4eq(t) - zintegrowany wskaźnik efektywności dla t- lat użytkowania,

t - czas użytkowania w latach,

U(t)E - energia wyprodukowana na etapie użytkowania,

N(t)PO4eq – masa ekwiwalentnego PO4 odpowiadająca emisji związków powodujących eutrofizację środowiska w ciągu całego cyklu życia elektrowni wiatrowej użytkowanej przez t lat,

UrE - średnia roczna produkcja energii na etapie użytkowania,

143

Rysunek 5.45. Modelowanie graficzne korzyści i nakładów ekologicznych w cyklu życia dla 25-letniego czasu użytkowania elektrowni wiatrowej, emisji substancji powodujących eutrofizację oraz składowania na etapie

zagospodarowania poużytkowego [badania własne]

Rysunek 5.46. Modelowanie graficzne korzyści i nakładów ekologicznych w cyklu życia dla 25-letniego czasu użytkowania elektrowni wiatrowej, emisji substancji powodujących eutrofizację oraz recyklingu na etapie

zagospodarowania poużytkowego [badania własne]

-25000

144

NWPO4eq - emisja PO4eq na etapie wytworzenia, NUPO4eq - emisja PO4eq na etapie użytkowania,

NZPO4eq - emisja PO4eq na etapie zagospodarowania poużytkowego, NrPO4eq - średnia roczna emisja PO4eq na etapie użytkowania.

Średnia roczna produktywność w ujęciu długoterminowym została wyznaczona na podstawie danych z trzech lat produkcji oraz danych długoterminowych uwzględniających 25-letni okres referencyjny [7]. Emisje PO4eq w cyklu życia wyznaczono na podstawie metody LCA z zastosowaniem modelowania CML. Do tego celu wykorzystano oprogramowanie SimaPro 7.1.

Otrzymane wyniki zmiennych modelu zintegrowanej efektywności ekologicznej z emisji substancji powodujących eutrofizację środowiska przedstawiono poniżej:

UrE - 19,170 [GJ/rok], NWPO4eq – 0,731 [Mg PO4eq], NrPO4eq – 0,006 [Mg PO4eq/rok],

𝑁_{𝑍𝑃𝑂4𝑒𝑞}^𝑆 – 0,472 [Mg PO4eq] dla składowania, 𝑁_{𝑍𝑃𝑂4𝑒𝑞}^𝑅 – -0,128 [Mg PO4eq] dla recyklingu.

Rysunek 5.47. Wartości wskaźnika efektywności ekologicznej z emisji substancji powodujących eutrofizację środowiska dla cyklu istnienia elektrowni wiatrowej Vestas V90 [badania własne]

Na tej podstawie po podstawieniu wyników do równania (5.26) wyznaczono zintegrowane wskaźniki efektywności ekologicznej z nakładów ekologicznych dla emisji substancji powodujących eutrofizację środowiska oraz składowania i recyklingu, zakładając 25-letni etap użytkowania:

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑆25_{𝑃𝑂4𝑒𝑞}

=

5,159 𝑀𝑔𝑃𝑂4𝑒𝑞^{479250 𝐺𝐽} = 92.896 GJ/Mg PO4eq - w przypadku składowania na etapie zagospodarowania poużytkowego.

𝐸_𝑒𝑐𝑜^𝑅25_{𝑃𝑂4𝑒𝑞}

=

0,754 𝑀𝑔𝑃𝑂4𝑒𝑞^{479250 𝐺𝐽} = 635.610 GJ/Mg PO4eq - w przypadku recyklingu na etapie zagospodarowania poużytkowego.

92896

635610

0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000

Zagospodarowanie poużytkowe w formie składowania na wysypisku

odpadów

Zagospodarowanie poużytkowe w formie recyklingu

GJ/Mg PO4eq

145

Wskaźnik efektywności ekologicznej z emisji substancji powodujących eutrofizację środowiska dla cyklu istnienia elektrowni wiatrowej Vestas V90 z zagospodarowaniem poużytkowym tworzyw, materiałów i elementów w formie recyklingu był wyższy niż w przypadku zagispodarowania w formie składowania na wysypisku odpadów i wynosił 635.610 GJ/Mg PO4eq (Rys. 5.47).

Analiza graficzna zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej z nakładów ekologicznych dla emisji substancji powodujących eutrofizację środowiska w funkcji:

a) czasu użytkowania

Rysunek 5.48. Zależność zintegrowanego wskaźnika efektywności ekologicznej z emisji substancji powodujących eutrofizację środowiska od czasu użytkowania dla różnych sposobów zagospodarowania poużytkowego analizowanej elektrowni wiatrowej. Na rysunku zaznaczono wartości zintegrowanego wskaźnika

efektywności ekologicznej dla 25- i 35-letniego etapu użytkowania

Ponieważ zintegrowana efektywność ekologiczna z emisji substancji powodujących eutrofizację środowiska w cyklu życia w dużej mierze zależy od długości etapu użytkowania, na rysunku 5.48 przedstawiono tą zależność dla badanej elektrowni wiatrowej, biorąc pod uwagę składowanie oraz recykling na etapie zagospodarowania poużytkowego. Podstawiając do wzoru (5.26) odpowiednie wartości korzyści i nakładów dla składowania i recyklingu,

Duży wpływ na zintegrowaną efektywność ekologiczną z emisji substancji powodujących eutrofizację środowiska w cyklu życia ma również miejsce instalacji elektrowni wiatrowej, a co

0

146

za tym idzie średnia roczna produkcja energii. Na rysunku 5.49 przedstawiono tą zależność dla dwóch sposobów zagospodarowania poużytkowego, składowania i recyklingu, oraz 25- i

za tym idzie średnia roczna produkcja energii. Na rysunku 5.49 przedstawiono tą zależność dla dwóch sposobów zagospodarowania poużytkowego, składowania i recyklingu, oraz 25- i

W dokumencie POLITECHNIKA POZNAŃSKA Poznan University of Technology (Stron 127-146)