Odvětvová analýza vybraných materiálových toků v sektoru energetiky ČR

Ing. Jaroslav Dvořák

Doctoral thesis

Branch analysis of selected material flows in the energy sector of the Czech Republic

Abstract:

V České republice je 56 % elektrické energie a 78 % veřejně distribuovaného tepla vyráběno z fosilních paliv, převážně z tuzemského hnědého uhlí. Těžba hnědého uhlí je omezena vládními územně ekologickými limity. Česká republika, jeden z nejvýznamnějších exportérů elektrické energie v Evropě, má v současné době ambiciózní energetickou koncepci. Závislost české energetiky na hnědém uhlí se má snížit o více než 2/3 do roku 2040. V posledních dvou letech byly zaznamenány záměry některých provozovatelů městských tepláren nahradit hnědé uhlí směsnými komunálními odpady. Cílem práce bylo vyhodnotit dopady sektoru české energetiky (odvětví spalování fosilních paliv) na životní prostředí pomocí analýzy materiálových toků (MFA). Sektorová analýza MFA byla provedena na základě identifikace a kvantifikace toků jednotlivých typů materiálů. Analýza toků látky (olova, příloha 5) totiž ukázala, že v prostředí České republiky jsou dostatečné datové zdroje pro provedení sektorové analýzy MFA. Extrapolací výsledků sektorové analýzy MFA byla ověřena státní energetická koncepce. Související analýza byla zaměřena na MFA v systémech výroby tepla spalujících směsné komunální odpady, hnědé uhlí a zemní plyn. Dopady povrchové těžby hnědého uhlí na krajinu nebyly ani v jednom z případů analyzovány, protože indikátory záboru/využívání krajiny nejsou s indikátory materiálových toků kompatibilní (příloha 3). Vstupy české energetiky při využívání fosilních paliv byly v roce 2015 přibližně 36 milionů tun (včetně 1,3 milionu tun vápence), zpracované výstupy 56 milionů tun. Z navazující prognózy materiálových toků plyne, že Česká energetická koncepce pravděpodobně nebude splněna. Tato skutečnost může vést k významnému snížení exportu elektrické energie do okolních zemí po roce 2025. Případný import nebo pokračování těžby hnědého uhlí za limity může vést k nesplnění mezinárodních závazků z důvodu nízkých emisních stropů na NOX a SO2 (příloha 1).Analýza systémů výroby tepla (příloha 2) ukázala, že spalování směsných komunálních odpadů mělo přibližně o 50 % horší dopady na životní prostředí v kategoriích acidifikace a tvorba přízemního ozonu ve srovnání s hnědým uhlím. Spalování zemního plynu vykazovalo nejnižší dopady na životní prostředí s výjimkou spotřeby fosilních paliv a globální změny klimatu. Při nahrazování hnědého uhlí tak může být vhodné spalování směsných komunálních odpadů a zemního plynu, případně jiného environmentálně příznivějšího zdroje. Při posuzování dopadů kogenerační výroby elektrické energie a tepla na životní prostředí je důležité vhodně definovat funkční jednotku – sumu tepla a elektrické energie, nebo teplo na výstupu z kotle. Sektorová MFA (příloha 1) byla shledána vhodným nástrojem pro posuzování dopadů koncepcí na životní prostředí.

Abstract:

Fossil fuels, mostly brown coal, are resources used for generating 56% of electricity and 78% of heat that is distributed over the public network in the Czech Republic. Brown coal mining is limited by territorial ecological bans (Czech government act). The Czech Republic, which is one of the largest exporters of electricity in Europe, currently has an ambitious energy policy. Brown coal consumption of Czech energy sector should decrease by more than 2/3 by 2040. Some operators of urban heating plants are considering replacing the brown coal with a mixed municipal solid waste. The environmental impacts of the Czech energy sector were assessed using a material flow analysis (MFA). MFA on the sectoral level was based on the identification and quantification of each material flow of Czech fossil energy sector. The previous analysis of substance flows (lead, Appendix 5) has shown that there are sufficient data sources for MFA on sectoral level in the Czech Republic. The Czech energy policy was verified by extrapolating the results of sector MFA (Appendix 1). The related MFA (Appendix 2) was focused on heat generation systems combusting mixed municipal solid waste, brown coal and natural gas. The impacts of surface brown coal mining on the landscape were not assessed, as the indicators of land occupation/land use change are not compatible with material flow indicators at present, as showed in Appendix 3.The inputs of the Czech energy sector were approximately 36 million t (including 1.3 million tons of limestone) and processed outputs 56 million tons in 2015. Results showed that the Czech energy policy may not be fulfilled. This may cause a significant reduction of electricity exports to the neighbouring countries after 2025. Importing of the brown coal or the continuation of brown coal mining in banned areas may result in exceeding of international obligations on NOX and SO2 emission ceilings.The MFA of heat production systems revealed, that the combustion of mixed municipal solid waste has an approximately 50% higher impact value in the categories of acidification and ground-level ozone formation, in comparison to the brown coal. Combustion of natural gas has the lowest environmental impact, excluding fossil fuels consumption and global warming potential categories. Therefore, a combination of mixed municipal solid waste and natural gas, or another, more environmentally friendly source, may be appropriate in case of replacing the brown coal. It has been found that the definition of a functional unit is crucial for assessing the impacts in case of electricity and heat cogeneration. The sum of electricity and heat used, or heat of superheated steam before use, should be used for comparative MFAs. The MFA on sectoral level can be a useful tool for assessing the environmental impacts of some important strategies.

Keywords

MFA, energetika, hnědé uhlí, energetické využívání odpadů, surovinová politika, indikátory dopadu na životní prostředí

Keywords

energy, brown coal, lignite, waste-to-energy, raw material policy, environmental impact indicators, MFA

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 11. 2019

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Zdeňka Wittlingerová, CSc.
• Reader: Magdalena Zimová, CSc., MUDr., Libuše Benešová, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Doctoral programme / field:
Environmental Sciences / Applied and Landscape Ecology