CC BY
2
Anna Rabajczyka)*, Grzegorz Rabajczykb)
a Scientific and Research Centre for Fire Protection - National Research Institute / Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpozarowej - Panstwowy Instytut Badawczy
b) AGH University of Science and Technology in Krakow, Faculty of Electrical Engineering, Automatics, Computer Science and Biomedical Engineering / Akademia Gorniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydzial Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inzynierii Biomedycznej
* Corresponding author / Autor korespondencyjny: [email protected]
Managing CO2 Emission in the Energy Sector and Climate Policy Zarz^dzanie emisji CO2 w energetyce a polityka klimatyczna
ABSTRACT
Aim: The article presents information on the issue of CO2 emission (called greenhouse gas) from the energy sector, along with tools enabling the determination of CO2 emissivity used to manage this process and the directions of actions taken to minimize the negative impact on the climate. Introduction: CO2 is one of the substances essential for the functioning of life on Earth. On one hand, it is an important element of the carbon cycle in nature, being the basis for the synthesis of carbohydrates. On the other hand, it belongs to the group of greenhouse gases responsible for the climate change - and for this reason, it must be subject to constant control. Due to this fact, appropriate measures are taken, including changes in law, in the scope of emission, as well as the introduction of modern technological solutions aimed at monitoring and reducing CO2 emission. Activities undertaken in the area of energy, the branch of the economy generating the largest amounts of anthropogenic CO2, accounting for 41% of global emissions of this gas, are of significant importance [1]. The developed tools, allowing to calculate the amount of carbon dioxide emissions, expressed by emission indicators, allow for the assessment of the activities undertaken both in terms of ecology and economy.
Methodology: The article was prepared on the basis of a review of selected literature, and reports as well as applicable legal requirements in the field of the discussed subject.
Conclusions: The implemented measures aimed at the application of emission indicators in the area of energy allowed for the definition of forecasts and the determination of the directions of activities, in order to reduce the emission of CO2. The gradual implementation of new technological solutions, enabling energy production based on biomass or other renewable energy sources, allows for the reduction of the emission of this gas. However, given the constantly increasing energy demand, it is a slow process which is not sufficient to stop the observed changes. Therefore, it is necessary to take further steps, to develop more reliable and homogeneous tools that would make it possible to compare the results regardless of the place of emission or the type of fuel used. However, it should be noted that it is necessary to cover all stages of the construction and operation of the energy sector with the measures mentioned above, which generate CO2 emission, and not only the combustion process itself. Keywords: emissivity, CO2, power engineering, climate change Type of article: review article
Received: 26.10.2021; Reviewed: 19.11.2021; Accepted: 19.11.2021;
Author's ORCID IDs: A. Rabajczyk - 0000-0003-4476-8428; G. Rabajczyk - 0000-0001-9520-9250; The authors contributed the equally to this article;
Please cite as: SFT Vol. 58 Issue 2, 2021, pp. 6-21, https://doi.org/10.12845/sft.58.2.2021.1;
This is an open access article under the CC BY-SA 4.0 license (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/).
ABSTRAKT
Cel: Artykul przedstawia informacje na temat problematyki emisji CO2 (nazywanego gazem cieplarnianym) z obszaru energetyki wraz z narzçdziami umozliwiajqcymi okreslenie emisyjnosci CO2 sluzqcej do zarzqdzania tym procesem oraz kierunki podejmowanych dzialan celem minimalizacji nega-tywnego wplywu na klimat.
Wprowadzenie: CO2 nalezy do substancji istotnych dla funkcjonowania zycia na Ziemi. Z jednej strony stanowi istotny element obiegu wçgla w przyrodzie, bçdqc podstawq do syntezy wçglowodanow. Z drugiej natomiast nalezy do grupy gazow cieplarnianych, odpowiedzialnych za zmiany klimatyczne -miçdzy innymi z tego powodu musi podlegac stalej kontroli. W tym celu podejmowane sq odpowiednie dzialania obejmujqce zmiany w prawie, zakresie wielkosci emisji, jak i wprowadzania nowoczesnych rozwiqzan technologicznych, ktorych celem jest monitoring i redukcja emisji CO2. Istotne znaczenie majq aktywnosci podejmowane w obszarze energetyki, galçzi gospodarki generujqcej najwiçksze ilosci antropogenicznego CO2, odpowiadajqcej za
41% globalnej emisji tego gazu [1]. Opracowywane narz?dzia, pozwalajqce na obliczenie wielkosci emisji ditlenku w?gla, wyrazonej przez wskazniki emisyjnosci, pozwalajq na ocen? podejmowanych dzialart zarówno pod wzgl?dem ekologicznym, jak i ekonomicznym.
Metodología: Artykul zostal opracowany na podstawie przeglqdu wybranej literatury, raportów i sprawozdart oraz obowiqzujqcych wymagart prawnych z zakresu poruszanej tematyki.
Wníoskí: Wprowadzone dzialania majqce na celu zastosowanie wskazników emisyjnosci w obszarze energetyki pozwolily na okreslenie prognoz i wy-znaczenie kierunków dzialart, których efektem jest redukcja emisji CO2. Stopniowa implementacja nowych rozwiqzart technologicznych, umozliwiajqcych produkcj? energii w oparciu o biomas? czy inne odnawialne zródla energii, pozwala na zmniejszanie wielkosci emisji tego gazu. Jest to jednak proces powolny, który przy stale wzrastajqcym zapotrzebowaniu na energi? nie jest wystarczajqcy do tego, aby zatrzymac obserwowane zmiany. Konieczne jest zatem podejmowanie kolejnych dzialart, opracowanie bardziej wiarygodnych i jednorodnych narz?dzi, które pozwolilyby na porównywanie wyników bez wzgl?du na miejsce emisji czy tez rodzaj zastosowanego paliwa. Nalezy jednak zaznaczyc, ze niezb?dne jest obj?cie wspomnianymi dzialaniami wszystkich etapów budowy i funkcjonowania sektora energetycznego, które generujq emisj? CO2, a nie jedynie samego procesu spalania. Stowa kluczowe: emisyjnosc, CO2, energetyka, zmiany klimatu Typ artykutu: artykul przeglqdowy
Przyjçty: 26.10.2021; Zrecenzowany: 19.11.2021; Zaakceptowany: 19.11.2021;
Identyfikatory ORCID autorów: A. Rabajczyk - 0000-0003-4476-8428; G. Rabajczyk - 0000-0001-9520-9250; Autorzy wniesli równy wklad merytoryczny w powstanie artykulu;
Proszç cytowac: SFT Vol. 58 Issue 2, 2021, pp. 6-21, https://doi.Org/10.12845/sft.58.2.2021.1; Artykul udostçpniany na licencji CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)
Carbon dioxide in the environment
Ditlenek wçgla w srodowisku
One of the best known gases is carbon dioxide with the formula CO2, which plays an important role in the carbon cycle in the environment. It is formed as a result of the natural processes of decomposition of organic compounds, combustion processes, including respiration, and the transformation of carbonic acid and its salts. However, man and his activities play a major role in the steady increase in the amount of CO2 in the atmosphere. One of the most important anthropogenic sources of this gas is the combustion of fossil fuels for energy purposes. It should be noted that the presence of carbon dioxide determines the photosynthesis process and the formation of carbohydrates - compounds essential for the proper functioning of many organisms. Under natural conditions, the amount of gas released into the atmosphere is mostly balanced by binding processes such as photosynthesis or dissolution in water. In case of human activity, we observe a constant increase in the amount of CO2, which is the sum of the processes that take place in the environment and the activities undertaken by humans that contribute to the emission of this gas. Although CO2 plays an important role in life on Earth, its presence in the amounts which are too large is a threat - it disrupts the natural carbon cycle in nature. The presence of large amounts of gas contributes to the formation of the so-called greenhouse effect and smog, the consequences of which are, among others, climate change, disease, environmental degradation, destruction of buildings and man-made facilities. Taking into account both aspects of the presence of CO2 in the atmosphere, it is necessary to follow the changes of this gas and its amount in the environment, as well as the places of release and the possibilities of its reduction.
Therefore, for years, measures have been taken at the regional, national and international level to monitor and counter-
Jednym z najbardziej znanych gazow jest ditlenek w?gla (nazwa powszechna: dwutlenek w?gla) o wzorze CO2, ktory odgrywa istotnq rol? w obiegu w?gla w srodowisku. Powstaje na skutek naturalnych procesow rozktadu zwiqzkow organicznych, procesow spalania, w tym oddychania, przemian kwasu w?glo-wego i jego soli. Jednakze duzq rol? w statym wzroscie ilosci CO2 w atmosferze odgrywa cztowiek i jego dziatalnosc. Jednym z najistotniejszych antropogenicznych zrodet tego gazu sq pro-cesy spalania paliw kopalnianych na cele energetyczne. Nalezy zaznaczyc, ze obecnosc ditlenku w?gla determinuje proces foto-syntezy i powstawanie w?glowodanow - zwiqzkow istotnych dla prawidtowego funkcjonowania wielu organizmow. W warunkach naturalnych ilosc uwalnianego gazu do atmosfery jest w wi?k-szosci bilansowana przez procesy wiqzqce, takie jak fotosynteza czy rozpuszczanie w wodzie. W przypadku zaistnienia dziatalno-sci cztowieka obserwujemy staty wzrost ilosci CO2, b?dqcy sumq procesow, jakie zachodzq w Srodowisku oraz dziatan podejmowanych przez cztowieka, ktore przyczyniajq si? do emisji tego gazu. Pomimo ze CO2 petni istotnq rol? dla zycia na Ziemi, jego obecnosc w zbyt duzych ilosciach stanowi zagrozenie - nast?-puje wowczas zaktocenie naturalnego obiegu w?gla w przyro-dzie. Obecnosc duzych ilosci gazu przyczynia si? do powstawa-nia tzw. efektu cieplarnianego i smogu, ktorych konsekwencjq sq m.in. zmiany klimatyczne, choroby, degradacja srodowiska, niszczenie budynkow i urzqdzen wykorzystywanych przez cztowieka. Biorqc pod uwag? oba aspekty obecnosci CO2 w atmosfe-rze, konieczne jest sledzenie zmian tego gazu i jego ilosci w sro-dowisku oraz miejsc uwalniania i mozliwosci jego redukcji.
Dlatego tez od lat podejmowane sq dziatania zarowno na poziomie regionalnym, jak i krajowym i mi?dzynarodowym, ktorych zadaniem jest monitoring oraz przeciwdziatanie emisji CO2. Nalezy przy tym pami?tac, ze wielkosc emisji ditlenku w?gla
act CO2 emission. It should be remembered that the amount of
the emissions of carbon dioxide depends on the type of sources in the area for which the emissions are calculated.
In order to determine the amount of released CO2, it is necessary to take into account the following [2]:
- fossil emission (EFF) - based on the statistics on the extraction and consumption of fossil fuels;
- land-use change emission, ELUC;
- land use for agricultural production and development based on the models that take into account deforestation and the processes that result in gas absorption.
Carbon dioxide present in the atmosphere in the biogeochem-ical cycle is absorbed by the ocean or elements of terrestrial ecosystems, and these amounts are estimated on the basis of global process models such as the Surface Ocean CO2 Atlas (SOCAT). These models are based, among others, on satellite observations of carbon dioxide concentration in the atmosphere, degree of surface greening, measurement of CO2 concentration in the waters, temperature measurement. Due to the amount of data and their complexity, projects determining the level of greenhouse gas emission are carried out in international cooperation, e.g. SOCAT is supported by the International Ocean Carbon Coordination Project (UNESCO-IOC/SCOR IOCCP), Surface Ocean Lower Atmosphere Study (SOLAS) and Integrated Marine Biogeochemistry and Ecosystem Research (IMBER) [3]. Due to this cooperation, it was possible to determine the global carbon budget, which indicates that between 2008-2017, CO2 flows per carbon content and the calculated change in its amount in the atmosphere, depending on the type of process were as follows [2]:
- 9,4 ± 0,5 GtC/year (emissions from the combustion of fossil fuel, Eff),
- 1,5 ± 0,7 GtC/year (emissions from land-use change emission, Eluc),
- 2,4 ± 0,5 GtC/year (absorption by the oceans, SOCEAN),
- 3,2 ± 0,8 GtC/year (absorption on land, SLAND),
- 4,7 ± 0,02 GtC/year (change in the amount of CO2 in the atmosphere, GATM).
Data analysis shows that there is a carbon budget imbalance (BIM) in the environment as a consequence of increased CO2 emission and the inability to neutralize excessive amounts of the emitted gas. In 2020, the volume of global CO2 emission, i.e. from various sources - including transport and energy - decreased by 5.8%, or almost 2 Gt CO2, and it was the largest recorded decrease in history [4]. However, global energy-related CO2 emission did not change and were at the level of 31.5 Gt, which in turn resulted in the highest average annual CO2 concentration in the atmosphere in history - about 50% higher than at the beginning of the industrial revolution [3].
As part of the European Union (EU), assumptions for the climate and energy policy until 2030 [5] have been developed, aimed at increasing the target level of reduction of greenhouse gases (including CO2) to at least 55% by 2030 in relation to the level of emission from 1990. One of the areas covered by the measures is energy, the energy efficiency of which is to be increased by at least 32.5%. The level of use of energy obtained from renewable energy sources (renewable energy sources) is also to be increased - to a minimum value of 32%. In case of
uzalezniona jest od rodzaju zrodet wystçpujqcych na obszarze, dla ktorego oblicza siç emisjç. Dlatego tez, celem okreslenia ilo-sci uwalnianego CO2, niezbçdne jest uwzglçdnienie [2]:
- spalania paliw kopalnych (ang. fossil emissions, EFF) - oparte o statystyki wydobycia i zuzycia kopalin;
- uzytkowania gruntow i zmiany uzytkowania gruntow (ang. land-use change emission, ELUC)
- uzytkowanie gruntow produkcji rolnej i pod zabudowç opartych o modele uwzglçdniajqce wylesianie, jak i pro-cesy, w wyniku ktorych nastçpuje pochtanianie gazu.
Ditlenek wçgla obecny w atmosferze w cyklu biogeoche-micznym jest pochtaniany przez ocean czy tez elementy eko-systemow lqdowych, przy czym ilosci te sq szacowane na pod-stawie modeli globalnych procesow jak np. Surface Ocean CO2 Atlas (SOCAT). Modele te oparte sq, m.in. o obserwacje satelitarne stçzenia ditlenku wçgla w atmosferze, stopien zazie-lenienia powierzchni, pomiar stçzenia CO2 w wodach, pomiar temperatury. Ilosc danych oraz ich ztozonosc powoduje, ze przed-siçwziçcia okreslajqce poziom emisji gazow cieplarnianych reali-zowane sq we wspotpracy miçdzynarodowej, np. SOCAT wspie-rany jest przez International Ocean Carbon Coordination Project (UNESCO-IOC/SCOR IOCCP), Surface Ocean Lower Atmosphere Study (SOLAS) oraz Integrated Marine Biogeochemistry and Ecosystem Research (IMBER) [3]. Dziçki tej wspotpracy mozliwe byto okreslenie globalnego budzetu wçgla, ktory wskazuje, ze w dzie-siçcioleciu 2008-2017 przeptywy CO2 w przeliczeniu na zawarty w nich wçgiel i obliczona zmiana jego ilosci w atmosferze wynio-sty, w zaleznosci od rodzaju procesu [2]:
- 9,4 ± 0,5 GtC/rok (emisje ze spalania paliw kopalnych, EFF),
- 1,5 ± 0,7 GtC/rok (emisje wynikajqce z uzytkowania grun-tow i zmiany uzytkowania gruntow ELUC),
- 2,4 ± 0,5 GtC/rok (pochtanianie przez oceany, SOCEAN),
- 3,2 ± 0,8 GtC/rok (pochtanianie na lqdach, SLAND),
- 4,7 ± 0,02 GtC/rok (zmiana ilosci CO2 w atmosferze GATM).
Analiza danych wskazuje, ze w srodowisku wystçpuje nierow-
nowaga budzetu wçgla (ang. budget imbalance, BIM), bçdqca kon-sekwencjq zwiçkszonej emisji CO2 i braku mozliwosci neutraliza-cji nadmiernych ilosci wyemitowanego gazu. W 2020 r. wielkosc globalnej emisji CO2, czyli pochodzqcej z roznych zrodet - w tym z transportu i energetyki - spadta o 5,8%, czyli prawie o 2 Gt CO2 i byt to najwiçkszy odnotowany spadek w historii [4]. Jednakze globalne emisje CO2 zwiqzane z energiq nie ulegty zmianie i byty na poziomie 31,5 Gt, co z kolei spowodowato osiqgniçcie najwyz-szego w historii sredniego rocznego stçzenia CO2 w atmosferze - o ok. 50% wyzszego niz w momencie rozpoczçcia rewolucji przemystowej [3].
W ramach Unii Europejskiej (UE) opracowane zostaty zatoze-nia polityki klimatyczno-energetycznej do roku 2030 [5], zmierza-jqce do zwiçkszenia docelowego poziomu redukcji gazow cieplarnianych (w tym CO2) do co najmniej 55% do 2030 r. w stosunku do poziomu emisji z roku 1990. Jednym z obszarow objçtych dziata-niami jest energetyka, ktorej efektywnosc energetyczna ma zostac zwiçkszona o co najmniej 32,5%. Zwiçkszeniu ma rowniez ulec poziom wykorzystania energii pozyskiwanej z OZE (odnawialnych zrodet energii) - do wartosci minimum 32%. W przypadku Polski udziat OZE ma wyniesc odpowiednio: 16,4, 18,4 i 20,2% w 2022,
Poland, the share of renewable energy sources is to be, respectively: 16.4, 18.4 and 20.2% in 2022, 2025 and 2027 [6]. The introduction of the Regulation on the Governance of the Energy Union and Climate Action [7] has allowed the EU to adopt integrated rules to ensure planning, monitoring and reporting on the progress and achieving the climate and energy targets set for 2030 and meeting international obligations under the Paris Agreement.
Member countries have made a joint reduction effort to achieve the binding Annual Emission Allocation (AEA), which was approved by the EU Climate Change Committee in October 2012 and adopted by the European Commission in March 2013 [4]. In subsequent periods, the limits were changed to ensure consistency with the extended scope of the European Union Emissions Trading System (EU ETS), international guidelines and emission reporting methods [8-10]. Moreover, the basic type of the Assigned Amount Unit is AAU. Within the limits of emission allowances applicable throughout Europe, enterprises receive or buy emission allowances, with each allowance granting its holder the right to emit 1 [Mg CO2] [11]. If all available ceilings are not used, the company may sell them if necessary. In 2013, the ceiling of emission allowances from fixed installations was 2,084,301,856 [Mg CO2] [11]. According to the assumptions, from 2021 the total number of emission allowances will be annually reduced by 2.2% [12]. Measures and actions adopted at the European level are intended to help the Member States reduce the emission of the greenhouse gas. One example is the action taken to reduce emissions from buildings by, for example, setting ecodesign requirements for energy-using products or energy labelling schemes to increase consumer awareness. In contrast, Member States are responsible for adopting appropriate national strategies and measures to reduce emissions from specific sectors covered by the Effort Sharing legislation, including, among others, building retrofit support systems, more efficient heating and cooling systems, the use of renewable energy in heating and cooling, biogas production from manure [12].
Pursuant to Directive 2018/410 of the European Parliament and of the Council of 14 March 2018 [13], amending Directive 2003/87/EC of the European Parliament and of the Council [14], it is possible to optionally exclude from the EU ETS installations emitting less than 2,500 tonnes of CO2 - in case when a given device was subject to reporting, but during the last three years it did not exceed 2,500 tonnes of carbon dioxide equivalent each year. Each such installation must be reported to the European Commission before the list of installations is presented. In addition, it should be confirmed that if the installation emits 2,500 tonnes or more of carbon dioxide equivalent (not including biomass) in any reporting year including the exemption, it will be re-included in the EU ETS. Member States may also exclude from the EU ETS standby or spare units which have operated less than 300 hours per year in any of the three years preceding the notification [12-13].
2025 i 2027 roku [6]. Wprowadzenie rozporzqdzenia w spra-wie zarzqdzania uniq energetycznq i dziataniami w dziedzinie klimatu [7] pozwolito UE przyjqc zintegrowane przepisy w celu zapewnienia planowania, monitorowania i sprawozdawczosci z postçpôw w realizacji i osiqgania wyznaczonych celów klima-tyczno-energetycznych na 2030 r. oraz spetnienia miçdzynarodo-wych zobowiqzan wynikajqcych z porozumienia paryskiego.
Kraje cztonkowskie podjçty wspólny wysitek redukcyjny celem osiqgniçcia wiqzqcych rocznych limitów emisji (ang. Annual Emission Allocation, AEA), które zostaty zatwierdzone przez Komitet UE ds. Zmian Klimatu w pazdzierniku 2012 r. i przyjçte przez Komisjç Europejskq w marcu 2013 r. [4]. W kolejnych okresach limity byty zmieniane celem zapewnienia spójnosci z rozszerzonym zakresem unijnego systemu handlu uprawnieniami do emisji (ang. European Union Emissions Trading System, EU ETS), miçdzynarodowymi wytycznymi i metodami zgtaszania emisji [8-10]. Nalezy dodac, ze podstawowym typem jednostki przyznanej emisji jest AAU (ang. Assigned Amount Units). W ramach putapów uprawnien do emisji, obowiqzujqcych w catej Europie, przedsiçbiorstwa otrzymujq lub kupujq uprawnienia do emisji, przy czym kazde uprawnienie przy-znaje jego posiadaczowi prawo do emisji 1 [Mg CO2] [11]. W przypadku niewykorzystania wszystkich dostçpnych putapów przedsiçbiorstwo moze je w razie potrzeby sprzedac. W roku 2013 putap uprawnien do emisji ze statych instalacji wynosit 2 084 301 856 [Mg CO2] [11]. Zgod-nie z zatozeniami od 2021 r. tqczna liczba uprawnien do emisji bçdzie zmniejszana o 2,2% rocznie [12]. Srodki i dziatania przyjçte na szczeblu europejskim majq za zadanie wspomóc panstwa cztonkowskie ograniczyc emisjç gazów cieplarnianych. Jednym z przy-ktadów sq dziatania podjçte celem redukcji emisji z budynków poprzez np. okreslenie wymogów dotyczqcych ekoprojektu dla pro-duktów wykorzystujqcych energiç czy tez systemy etykietowania efektywnosci energetycznej, pozwalajqce na zwiçkszenie swiado-mosci konsumentów. Natomiast panstwa cztonkowskie odpowie-dzialne sq za podjçcie odpowiednich krajowych strategii i srodków, które pozwolq na ograniczenie emisji z okreslonych sektorów objç-tych zakresem przepisów dotyczqcych wspólnego wysitku reduk-cyjnego, w tym m.in. systemy wsparcia modernizacji budynków, sku-teczniejsze systemy ogrzewania i chtodzenia, stosowanie energii odnawialnej w ogrzewaniu i chtodzeniu, wytwarzanie biogazu z obornika [12].
Zgodnie z Dyrektywq 2018/410 Parlamentu Europejskiego
1 Rady z dnia 14 marca 2018 r. [13], zmieniajqcq Dyrektywç 2003/87/EC Parlamentu Europejskiego i Rady [14], mozliwe jest opcjonalne wytqczenie z EU ETS instalacji emitujqcych ponizej
2 500 ton CO2 - w przypadku, kiedy dane urzqdzenie objçte byto raportowaniem, ale w okresie ostatnich trzech lat nie przekra-czato kazdego roku 2 500 ton ekwiwalentu dwutlenku wçgla. O kazdej takiej instalacji nalezy powiadomic Komisjç Europejskq przed okazaniem wykazu instalacji. Ponadto, nalezy potwierdzic, ze jezeli instalacja wyemituje 2 500 lub wiçcej ton ekwiwalentu ditlenku wçgla (nie uwzglçdniajqc biomasy) w którymkolwiek roku sprawozdawczym obejmujqcym wytqczenie, zostanie ponownie wtqczona do EU ETS. Panstwa cztonkowskie mogq takze wytqczyc z EU ETS jednostki rezerwowe lub zapasowe, które pracowaty mniej niz 300 godzin rocznie w kazdym z trzech lat poprzedzajqcych powiadomienie [12-13].
Emissivity in the energy sector
In accordance with the Act on the greenhouse gas emission allowance trading system [15], the emission intensity is understood as the amount of carbon dioxide emissions in a given year from an installation generating electricity in relation to the amount of electricity produced in a given year in this installation, expressed in [MWh]. In connection with the efforts to reduce greenhouse gas emissions, one of the important areas for reducing CO2 production is the modernization of buildings and the reduction of energy demand. For this purpose, during the implementation of the investment task, the amount of emission reduction [Mg CO2/MWh] and the compliance indicators for the investment tasks related to the modernization of the existing installations generating electricity (including individual devices, including boilers, turbines, generators, engines, aggregates, heat exchangers, transformers) are determined or the replacement of these devices [15]. Thus, it is necessary to specify the type of basic fuel used (e.g. hard coal, brown coal), and in case of co-combustion, also the type of used co-firing fuel and the average share of co-combustion [%].The indicated elements make it possible to evaluate the measures taken in terms of their emission efficiency (see Figure 1).
Emisyjnosc w energetyce
Emisyjnosc, zgodnie z ustawq o systemie handlu uprawnie-niami do emisji gazow cieplarnianych [15], rozumiana jest jako wielkosc emisji ditlenku wçgla w danym roku z instalacji wytwa-rzajqcej energiç elektrycznq w odniesieniu do wielkosci produk-cji energii elektrycznej w danym roku w tej instalacji, wyrazonej w [MWh]. W zwiqzku z dziataniami zmierzajqcymi do redukcji emisji gazow cieplarnianych, jednym z istotnych obszarow pozwalajq-cych na zmniejszenie wytwarzania CO2 jest modernizacja budynkow i zmniejszenie zapotrzebowania na energiç. W tym celu podczas realizacji zadania inwestycyjnego okresla siç wielkosc redukcji emisyjnosci [Mg CO2/MWh] oraz wskazniki zgodnosci dla zadan inwestycyjnych zwiqzanych z modernizacjq istniejqcych instalacji wytwarzajqcych energiç elektrycznq (w tym pojedynczych urzqdzen, m.in. kottow, turbin, generatorow, silnikow, agregatow, wymiennikow ciepta, transformatorow) lub wymianq tych urzqdzen [1 5]. W tym celu niezbçdne jest okreslenie rodzaju zastosowanego paliwa pod-stawowego (np. wçgiel kamienny, wçgiel brunatny), a w przypadku wspotspalania takze rodzaju zastosowanego paliwa wspotspala-nia oraz sredniego udziatu wspotspalania [%]. Wskazane elementy pozwalajq na ocenç podejmowanych dziatan pod wzglçdem efek-tywnosci emisyjnej (zob. ryc. 1).
- the amount of emissivity [Mg CO2/MWh] / wielkosc emisyjnosci [Mg CO2/MWh]
- achievable power [MWe] / moc osiqgalna [MWe]
- compliance indicators for the gas transmission network: increase in the technical capacity of the gas transmission network / wskazniki zgodnosci w zakresie sieci przesytowej gazowej: wzrost przepustowosci technicznej sieci przesytowej gazowej
- compliance indicators for electricity transmission and distribution networks / wskazniki zgodnosci w zakresie sieci przesytowych i dystrybucyjnych elektroenergetycznych
Activities / Areas
- the length of the created or modernized lines (taking into account the division into LV, MV, WN and LV networks) [km] / dtugosci powstatych bqdz zmodernizowanych linii (z uwzgl^dnieniem podziatu na sieci NN, SN, WN i nn) [km]
- the number of sections of constructed or modernized lines (taking into account the division into LV, MV, WN and LV networks), new or modernized power stations, new or modernized individual elements of electrical substation equipment (e.g. transformer units, line bays) [pcs.] / liczby odcinkow powstatych bqdz zmodernizowanych linii (z uwzgl^dnieniem podziatu na sieci NN, SN,
WN i nn), nowych lub zmodernizowanych stacji elektroenergetycznych, nowych lub zmodernizowanych pojedynczych elementow wyposazenia stacji elektroenergetycznych (np. jednostek transformatorowych, pol liniowych) [szt.]
- reduction of transmission or distribution losses, transformers [%] / redukcji strat w przesyle albo dystrybucji, transformatorow [%]
- increase in the capacity of existing lines [%] / wzrostu przepustowosci istniejqcych linii [%]
- the amount of emission reductions [Mg CO2/MWh] / wielkosc redukcji emisyjnosci [Mg CO2/MWh]
- compliance indicators [%] / wskazniki zgodnosci [%]
Activities / Areas
- modernization of buildings and reduction of energy demand / modernizacja budynkow i zmniejszenie zapotrzebowania na energiç
- modernization or replacement of existing installations producing electricity / modernizacja lub wymiana istniejqcych instalacji wytwarzajqcych energiç elektrycznq
- types of used basic fuel (hard coal, brown coal), system natural gas, natural gas from local deposits, heavy oil, light oil, biomass, methane from mine methane drainage / rodzaju zastosowanego paliwa podstawowego (wçgiel kamienny, wçgiel brunatny), gaz ziemny systemowy, gaz ziemny ze ztoz lokalnych, olej ciçzki, olej lekki, biomasa, metan z odmetanowienia kopaln
- in case of co-combustion - the type of fuel used for co-combustion and the average share of co-combustion [%] / w przypadku wspotspalania
- rodzaj zastosowanego paliwa wspotspalania oraz sredni udziat wspotspalania [%]
Figure 1. Determining the emissivity depending on the type of required activities Rycina 1. Okreslenie emisyjnosci w zaleznosci od rodzaju wymaganych dziatan Source: Own elaboration based on [15]. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie [15].
In case of new investments, the following elements are analysed: emission level, achievable capacity, compliance indicators for industrial and electricity distribution networks and compliance indicators for the gas transmission network, taking into account the increase in the technical capacity of the gas transmission network. The received data is feedback whether the implementation of works in a specific scope will bring the expected results. In case of district heating networks, compliance indicators are calculated in terms of heat loss reduction [%] or the amount of electricity from cogeneration fed into the power grid [MWh/year] or the amount of heat from cogeneration fed into the heating network [GJ/year] [15].
The rules for monitoring and reporting greenhouse gas emissions and data on specific activities are defined in the EU Commission regulation [16]. For the purposes of monitoring emissions, installations have been divided into three categories, i.e. A, B and C, if the average verified annual CO2 emission in the trading period immediately preceding the current trading period were respectively: up to 50 thousand tonnes, from 50-500 thousand tonnes, over 500 thousand tonnes. It should be remembered that the amount of emissions does not include CO2 from biomass and is calculated before subtracting the amount of unused CO2 and carried over from the previous settlement period [16].
For the purpose of monitoring emissions from the installation, methods based on calculation (C methods), methods based on measurement (M methods) or methods based on estimation (E methods) [17] can be used. However, the selected methods must be of appropriate accuracy, therefore they should include, for example, ISO standards, licenses, national or regional binding measurement methodologies, specified in a legal act appropriate to a given plant/installation, or a mass balance method approved by a competent authority, pan-European, sector-specific calculation method. In Poland, in case of using the M methods for periodic measurements of CO2 emissions into the air from fuel combustion sources, in accordance with the Regulation of the Minister of Climate and Environment of 7 September 2021 on the requirements for emission measurements [18], it is recommended to use (as reference methodology) the absorption of infrared (IR) radiation or other optical method ensuring measurement uncertainty not greater than ± 1.0% of CO2 vol. [18]. In case of C methods, mass balance, activity-specific data (e.g. fuel composition, fuel consumption) and emission factor values for a given pollutant can be used. Fuel emission factors related to the net calorific value (NCV) and calorific values converted to fuel mass are included in Annex VI to the EC Regulation [19]. Moreover, in order to calculate the consumption of chemical energy contained in the fuel subjected to the combustion process, as a reporting tool in Poland, the calorific value (WO) expressed in [MJ/kg] are used, indicated for a given year by the National Centre for Balancing and Management of Emissions (KOBiZE) [20], which are systematically published by KOBiZE (see Table 1).
W przypadku nowych inwestycji analizie podlegajq takie ele-menty, jak: wielkosc emisyjnosci, moc osiqgalna, wskazniki zgodnosci w zakresie sieci przemystowych i dystrybucyjnych elek-troenergetycznych oraz wskazniki zgodnosci w zakresie sieci przesytowej gazowej, z uwzglçdnieniem wzrostu przepustowosci technicznej sieci przesytowej gazowej. Otrzymane dane sq infor-macjq zwrotnq, czy realizacja prac w okreslonym zakresie przynie-sie oczekiwane efekty. W przypadku sieci cieptowniczych wskazniki zgodnosci obliczane sq w zakresie redukcji strat ciepta [%] lub ilosci energii elektrycznej z kogeneracji wprowadzonej do sieci elektroenergetycznej [MWh/rok] lub ilosci energii cieplnej z kogeneracji wprowadzonej do sieci cieptowniczej [GJ/rok] [15].
Zasady monitorowania i raportowania w zakresie emi-sji gazów cieplarnianych oraz danych dotyczqcych okreslo-nej dziatalnosci okresla rozporzqdzenie Komisji UE [16]. Do celów monitorowania emisji instalacje zostaty podzielone na trzy kategorie, tj. A, B i C, jesli srednia zweryfikowana roczna wielkosc emisji CO2 w okresie rozliczeniowym bezposrednio poprzedzajqcym aktualny okres rozliczeniowy wynosita odpowied-nio: do 50 tys. t, od 50-500 tys. t, ponad 500 tys. t. Nalezy przy tym pamiçtac, ze wielkosc emisji nie uwzglçdniania CO2 pochodzqcego z biomasy i obliczane jest przed odjçciem ilosci CO2 niewykorzy-stanej i przenoszonej z poprzedniego okresu rozliczeniowego [16].
Do celów monitorowania emisji z instalacji mozna zastosowac metody oparte na obliczeniach (ang. calculation methods, metody C), oparte na pomiarach (ang. measurement methods, metody M) bqdz szacowaniu (ang. estimation methods, metody E) [17]. Jednakze wybrane metody muszq charakteryzowac siç odpowiedniq doktad-nosciq, dlatego tez powinny uwzglçdniac np. normy ISO, licencje, krajowe lub regionalne wiqzqce metodyki pomiaru, okreslone w akcie prawnym adekwatnym do danego zaktadu/instalacji czy tez metodç bilansu masy zatwierdzonq przez wtasciwy organ, ogól-noeuropejskq, wtasciwq dla sektora metodç obliczeniowq. W Pol-sce w przypadku zastosowania metod M dla okresowych pomia-rów emisji CO2 do powietrza ze zródet spalania paliw, zgodnie z rozporzqdzeniem Ministra Klimatu i Srodowiska z dnia 7 wrze-snia 2021 r. w sprawie wymagan w zakresie prowadzenia pomia-rów wielkosci emisji [18], zaleca siç stosowanie jako metodyki refe-rencyjnej absorpcjç promieniowania podczerwonego (IR) lub innq metodç optycznq gwarantujqcq niepewnosc pomiaru nie wiçkszq niz ± 1,0% obj. CO2 [18]. W przypadku metod C mozna natomiast zastosowac bilans masowy, dane charakterystyczne dla danej dziatalnosci (np. sktad paliwa, zuzycie paliwa) oraz wartosci wskazników emisji dla danego zanieczyszczenia. Wspótczynniki emisji paliw odniesione do wartosci opatowej (NCV) oraz wartosci opatowe w przeliczeniu na masç paliwa zawarte sq w zatqczniku VI rozporzqdzenia KE [19]. Ponadto, w celu obliczenia zuzycia energii chemicznej, jaka zawarta jest w paliwie poddanym procesowi spalania, jako narzçdzia do sprawozdawczosci na terenie Polski, stosuje siç wartosci opatowe (WO) wyrazane w [MJ/kg], wskazane na dany rok przez Krajowy Osrodek Bilansowania i Zarzqdzania Emisjami (KOBiZE) [20], które sq systematycznie publikowane przez KOBiZE (zob. tabela 1).
Table 1. Changes in calorific values (CO) and CO2 emission factors (EC) in 2015-2018 (for reporting in the Emission Allowance Trading Scheme in the following years 2018-2021)
Tabela 1. Zmiany wartosci opatowych (WO) i wskazniköw emisji CO2 (WE) w latach 2015-2018 (do raportowania w Systemie Handlu Uprawnieniami do Emisji w kolejnych latach 2018-2021)
Type of activity / Rodzaj dziatalnosci 2015 (2018) 2016 (2019) 2017 (2020) 2018 (2021)
Coal: WO [MJ/kg] / WE CO2 [kg/GJ] / Wçgiel kamienny: WO [MJ/kg] / WE CO2 [kg/GJ]
Commercial CHP plants and power plants / Elektrocieptownie zawodowe i elektrownie 21.14 / 95.48 21.42 / 93.46 20.99 / 93.63 21.24 / 93.54
Industrial heat and power plants / Elektrocieptownie przemystowe 23.16 / 94.61 22.94 / 94.66 22.40 / 94.78 22.29 / 94.81
Heat plants / Cieptownie 21.91 / 94.90 21.74 / 94.94 21.27 / 95.07 21.33 / 95.05
Coking plants / Koksownie 29.59 / 93.49 29.56 / 93.49 29.60 / 93.49 29.59 / 93.49
Production of iron and steel (groups from
Chapter 24 except those mentioned in Table 6) / Produkcja zelaza i stali (grupy z dziatu 24 z 28.89 / 93.59 28.94 / 93.58 29.33 / 93.53 27.61 / 93.78
wyjqtkiem wymienionych w tabeli 6)
Non-ferrous metals industry (groups 24.4,
24.53, 24.54) / Przemyst metali niezelaznych 23.00 / 94.64 22.67 / 94.72 23.12 / 94.62 23.97 / 94.43
(grupy 24.4, 24.53, 24.54)
Chemical industry (groups 20 and 21) / Przemyst chemiczny (dziat 20 i 21) 22.90 / 94.67 22.76 / 94.70 21.45 / 95.02 21.67 / 94.96
Paper and printing industry (groups 17 and 18)
/ Przemyst papierniczy i poligraficzny 22.90 / 94.67 22.76 / 94.70 23.06 / 94.63 22.81 / 94.69
(dziat 17 i 18)
Food industry (groups 10, 11 and 12) / Przemyst spozywczy (dziat 10, 11 i 12) 22.90 / 94.66 22.78 / 94.69 23.72 / 94.49 23.48 / 94.54
Manufacture of products from other non-
metallic mineral raw materials (group 23) / Produkcja wyrobow z pozostatych mineralnych 22.90 / 94.67 22.76 / 94.70 25.44 / 94.15 25.55 / 94.13
surowcow niemetalicznych (dziat 23)
Other industries / Inne przemysty 22.90 / 94.67 22.76 / 94.70 23.55 / 94.52 23.48 / 94.54
Institutions/Trade/Services / Instytucje/Handel/Ustugi 25.93 / 94.06 25.98 / 94.05 25.70 / 94.10 25.80 / 994.08
Agriculture, forestry and fisheries / Rolnictwo, lesnictwo i rybotowstwo 25.93 / 94.06 25.97 / 94.05 26.00 / 94.05 26.00 / 94.05
Brown coal: WO [MJ/kg] / WE CO2 [kg/GJ] / Wçgiel brunatny: WO [MJ/kg] / WE CO2 [kg/GJ]
Commercial CHP plants and power plants / 8.14 / 110.76 8.99 / 107.13 9.14 / 107.15 9.47 / 105.95
Elektrocieptownie zawodowe i elektrownie
Heat plants / Cieptownie 9.10 / 106.31 9.02 / 106.62 8.21 / 110.34 8.02 / 113.14
Manufacture of products from other non-
metallic mineral raw materials (group 23) / Produkcja wyrobow z pozostatych mineralnych 8.14 / 110.66 8.12 /110.81 8.21 / 110.31 8.14 / 110.67
surowcow niemetalicznych (dziat 23)
Other industries / Inne przemysty 8.14 / 110.66 8.12 / 110.81 9.55 / 105.21 8.10 / 110.61
Institutions/Trade/Services / Instytucje/ Handel/Ustugi 8.18 / 110.51 9.33 / 105.39 8.00 / 111.39 10.00 / 102.98
Agriculture, forestry and fisheries / Rolnictwo, lesnictwo i rybotowstwo 8.17 / 110.52 9.34 / 105.35 8.00 / 111.41 8.14 / 110.67
Source: Own elaboration based on [20-23]. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie [20-23].
The indicated values are used to prepare reports as part of reporting by individual entities. It should be noted that the presented data on the values of CO and EC indicators for fuels that are used in the national economy in a given year are used to develop emission data for another year, e.g. for reporting under 2021, data on the values of indicators obtained in 2018 [23].
KOBiZE also publishes national CO2 emission rates for natural gas and fuel oil burned in sectors related to specific PKD sections and calorific values, expressed in [MJ/m3], calculated on the basis of national statistical data. The CO2 emission factors for other fuels included in the documents come from the IPCC guidelines (Intergovernmental Panel on Climate Change) [24] and can be applied regardless of the type of activity. In case of the combustion of biomass, i.e. firewood and wood-based waste, bio-genic municipal waste and biogas, CO2 emission is not included in the sum of emissions from fuel combustion, in accordance with the rules set out in the emission allowance trading scheme and the value is zero [20].
Wskazane wartosci stuzq do przygotowania raportow w ramach sprawozdawczosci poszczegolnych podmiotow. Nalezy przy tym zwrocic uwag?, ze zaprezentowane dane doty-czqce wartosci wskaznikow WO i WE dla paliw, ktore wykorzysty-wane sq w gospodarce krajowej w danym roku, stuzq do opraco-wania danych emisyjnych za inny rok, np. do sprawozdawczosci w ramach roku 2021 stuzq dane w zakresie wartosci wskaznikow otrzymane w roku 2018 [23].
KOBiZE publikuje takze krajowe wskazniki emisji CO2 dla gazu ziemnego i oleju opatowego spalanych w sektorach dotyczq-cych okreslonych dziatow PKD oraz wartosci opatowe, wyrazone w [MJ/m3], obliczone w oparciu o krajowe dane statystyczne. Zawarte w dokumentach wskazniki emisji CO2 dla pozostatych paliw pochodzq z wytycznych IPCC (ang. Intergovernmental Panel on Climate Change) [24] i mogq byc stosowane niezaleznie od rodzaju dziatalnosci. W przypadku spalania biomasy, tj. drewna opatowego i odpadow pochodzenia drzewnego, odpadow komunalnych bioge-nicznych i biogazu, emisji CO2 nie wlicza si? do sumy emisji ze spalania paliw, zgodnie z zasadami ustalonymi w systemie handlu upraw-nieniami do emisji i przyjmuje si? wartosc zero [20].
Tools for calculating emissions
Emissivity is used to assess changes taking place in the economy and focus it on the reduction of the emission of the greenhouse gases, including CO2. Moreover, the emission indicators allow to forecast and determine the directions of the changes taking place, assessing the implemented solutions, taking into account the impact on the environment. Depending on the legal applicable guidelines in a given area (e.g. protected areas, industrial areas), the emission level and the recommended method of determining the emissivity may differ. KOBiZE estimated the total amount of emissions based on the emissions and data from installations for combustion of fuels producing only kinetic energy or electricity and heat, reported to the national database. The calculations take into account all fuels, both renewable and non-renewable, used in the energy sector that determine the emission and its size. Additionally, after taking into account all electricity generated in the country and losses caused by energy transmission and distribution, the electricity emission factors for end users are determined. The volume of energy production, on the basis of which the benchmark was then calculated, in the period between 2014-2017 was calculated from the dependence [25]:
PR = Pc + 3,6 ■ Pee (1)
while from 2018, the calculations were based on the dependence:
PR = Pc/3,6 + Pee (2)
where:
PR - equivalent production [MWh],
Pc - heat production [GJ],
Pee - electricity production [MWh].
Due to the reporting of CO2 emissions in the EU ETS and the related requirements, appropriate assumptions were introduced:
- determining the share of electricity in equivalent
Narz^dzia do obliczania emisji
Emisyjnosc stosowana jest do oceny zmian zachodzqcych w gospodarce i ukierunkowania jej na redukcj? emisji gazow cie-plarnianych, w tym CO2. Ponadto wskazniki emisyjnosci pozwa-lajq na prognozowanie i okreslanie kierunkow zachodzqcych zmian, oceny wprowadzanych rozwiqzan z uwzgl?dnieniem wptywu na srodowisko. W zaleznosci od wytycznych prawnych obowiqzujqcych na danym terenie (np. obszary obj?te ochronq, obszary przemystowe) poziom emisji oraz zalecana metoda okre-slenia emisyjnosci mogq si? roznic. KOBiZE oszacowata catko-witq wielkosc emisji w oparciu o emisje oraz dane z instalacji do spalania paliw produkujqcych tylko energi? kinetycznq lub ener-gi? elektrycznq i ciepto, raportowane do krajowej bazy danych. W wyliczeniach brane sq pod uwag? wszystkie paliwa, zarowno odnawialne, jak i nieodnawialne, wykorzystywane w energetyce determinujqce emisj? i jej wielkosc. Dodatkowo, po uwzgl?d-nieniu catej wytworzonej energii elektrycznej w kraju oraz strat spowodowanych przesytem i dystrybucjq energii, okreslane sq wskazniki emisyjnosci energii elektrycznej u odbiorcow konco-wych. Wielkosc produkcji energii, na podstawie ktorej nast?pnie wyliczono wskaznik emisyjnosci, w okresie 2014-2017 obliczana byta z zaleznosci [25]:
PR = Pc + 3,6 ■ Pee (1)
natomiast od roku 2018 obliczenia prowadzone byty w oparciu
0 zaleznosc:
PR = Pc/3,6 + Pee (2)
gdzie:
PR - produkcja rownowazna [MWh],
Pc - produkcja ciepta [GJ],
Pee - produkcja energii elektrycznej [MWh].
Ze wzgl?du na raportowanie emisji CO2 w systemie EU ETS
1 wymagania z tym zwiqzane, wprowadzono odpowiednie zatozenia:
production in the combustion sources covered by the EU ETS,
- determining the associated CO2 emission of electricity in plants participating in the EU ETS system based on the calculated share of electricity in production,
- using data from plants reporting electricity and heat production,
- including the volume of electricity production in wind and hydro power plants (excluding energy generated in pumped storage plants),
- including network transmission and distribution losses [23].
The obtained results showed that between 2014-2020, for
which data in this regard are published, there is a gradual reduction in the emission level of the energy sector (see Table 2).
- okreslenie udziatu energii elektrycznej w produkcji rowno-waznej w zrodtach spalania objçtych systemem EU ETS,
- okreslenie emisji CO2 przynaleznej energii elektrycznej w zaktadach uczestniczqcych w systemie UE ETS w oparciu o wyliczonq wielkosc udziatu energii elektrycznej w produkcji,
- wykorzystanie danych z zaktadow raportujqcych produkcji energii elektrycznej i ciepta,
- uwzglçdnienie wielkosci produkcji energii elektrycznej w elektrowniach wiatrowych oraz wodnych (z pominiç-ciem energii wytwarzanej w elektrowniach szczytowo--pompowych),
- uwzglçdnienie strat sieciowych przesytowych i dystrybu-cyjnych [23].
Otrzymane wyniki wykazaty, ze w latach 2014-2020, dla kto-rych publikowane sq dane w tym zakresie, ma miejsce stopniowa redukcja poziomu emisyjnosci energetyki (zob. tabela 2).
Table 2. Changes in the value of the emission indicator [kg CO2/MWh] for the power industry in the production of electricity as well as electricity and combined heat [26-31]
Tabela 2. Zmiany wartosci wskaznika emisyjnosci [kg CO2/MWh] dla energetyki w zakresie produkcji energii elektrycznej oraz elektrycznej i ciepta skojarzonego [26-31]
2014
2015
Year / Rok
2016
2017
2018
2019
Indicator / Wskaznik
In relation to combustion sources / W odniesieniu do zrodet spalania
823
810
806
814
792
758
At the final recipient / U odbiorcy koncowego
Source: Own elaboration based on [26-31]. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie [26-31].
825
798
781
778
765
It should be added that in 2014 KOBiZE additionally published the values of the emission indicators for combustion sources covered by the EU ETS system and for the final recipient in case of combustion sources covered by the EU ETS system. The values of indicators for systems covered by EU ETS were lower than the values of indicators for general combustion sources, and amounted to 803 and 807 [kg CO2/MWh] [26], respectively.
The US Environmental Impact Assessment (EIA) publishes estimates of CO2 emission related to electricity generation on a monthly and annual basis and average annual CO2 emission factors related to total electricity production by the electricity industry in terms of the entire country and individual states in State Electricity Profiles [32]. However, it should be noted that the indicators are given in pounds CO2 per megawatt hour [pounds per kWh], with 1 pound = 0.453 592 37 kg. According to data published by EIA, power plants fired with coal, natural gas and petroleum-derived fuels were responsible for 99% of electricity-related CO2 emissions in 2019, accounting for approximately 62% of total electricity production in the USA. The remaining 1% of CO2 emissions came from other fossil fuels and gases and from certain
Nalezy dodac, ze w 2014 r. KOBiZE opublikowat dodatkowo wartosci wskaznikow emisyjnosci dla zrodet spalania obj^tych systemem EU ETS oraz u odbiorcy koncowego w przypadku zro-det spalania obj^tych systemem EU ETS. Wartosci wskaznikow dla uktadow obj^tych systemem EU ETS byty mniejsze od wartosci wskaznikow dla zrodet spalania ogolnych i wynosity odpo-wiednio 803 i 807 [kg CO2/MWh] [26].
Amerykanska Agencja Informacji Energetycznej (ang. Environmental Impact Assessment, EIA) publikuje szacunkowe wartosci emisji CO2 zwiqzane z wytwarzaniem energii elektrycznej w uj?ciu miesi^cznym i rocznym oraz srednie roczne wspotczynniki emisji CO2 zwiqzane z catkowitq produkcjq energii elektrycznej przez przemyst elektroenergetyczny w uj?ciu catego kraju, jak i poszcze-golnych stanow w Stanowych Profilach Energii Elektrycznej (ang. State Electricity Profiles) [32]. Nalezy jednak zaznaczyc, ze wskaz-niki podane sq w funtach CO2 na megawatogodzin? [pounds per kWh], przy czym 1 pound = 0,453 592 37 kg. Zgodnie z danymi opu-blikowanymi przez EIA elektrownie spalajqce w?giel, gaz ziemny i paliwa ropopochodne odpowiadaty w 2019 r. za 99% emisji CO2 zwiqzanych z energiq elektrycznq, stanowiqc przy tym zrodto
types of geothermal power plants. The value of the CO2 emission index for coal, natural gas and crude oil was respectively: 2.21, 0.91 and 2.13 [pounds per kWh] [32]. Based on international agreements, it should be added that EIA considers the generation of electricity from renewable sources, i.e. from biomass, water, sun and wind, to be neutral in terms of carbon dioxide emissions - the emissions from these sources are not included in the national inventories of greenhouse gas emissions [32].
ok. 62% catkowitej produkcji energii elektrycznej w USA. Pozo-staty 1% emisji CO2 pochodzit z innych paliw i gazów pochodzq-cych z paliw kopalnych oraz z niektórych rodzajów elektrowni geotermalnych. Wartosc wskaznika emisji CO2 dla w?gla, gazu ziemnego oraz ropy naftowej wynosita odpowiednio: 2,21, 0,91 i 2,13 [funtów na kWh] [32]. Nalezy dodac, ze EIA w oparciu o poro-zumienia mi^dzynarodowe uwaza wytwarzanie energii elektrycznej z odnawialnych zródet, tj. z biomasy, wody, stonca i wiatru, za neutralne pod wzgl^dem emisji ditlenku w?gla - emisja z tych zródet nie jest uwzgl^dniana w krajowych inwentaryzacjach emisji gazów cieplarnianych [32].
Modelling and minimization of CO2 emissions Modelowanie i minimalizacja emisji CO2
CO2 emission is a problem that has been the subject of international discussion for years. This discussion is the basis for changes introduced in the area of energy. Emissivity is one of the elements taken into account in the direction and selection of technological solutions. This indicator is used both for the ongoing assessment of the environmental impact, as well as for forecasting and modelling changes in the energy system. However, it should be added that modelling is a very complex problem. It is necessary to take into account not only the amount of emissions, but also many other aspects, such as the complexity of the behaviour of consumers and decision-makers, processes related to the feedback between modules or various types of delays. Moreover, the amount of CO2 emission from electricity production varies according to the type of fuel/energy source and the type and capacity of the power plant [32]. The amount of carbon dioxide produced per 1 kWh in any given period will therefore be different depending on the energy sources supplied to the electricity grid at a given time, which determines the hourly, daily, monthly and annual changes [2, 32]. Therefore - depending on the purpose of the carried out processes, as well as the possibility of obtaining data - many different solutions are used.
On the basis of the available data, forecasts are made and trends of changes are determined, taking into account various scenarios. Based on the available historical data on emission and energy change trends, it has been estimated, for example, that in 2021 global energy-related CO2 emission will increase by 4.8% (which means that there will be an increase of more than 1,500 Mt of CO2). If the predictions come true, we will be dealing with the largest single increase in CO2 emission since the financial crisis more than a decade ago [2]. It is assumed that the global consumption of coal and natural gas will lead to an increase in global CO2 emission by approximately 640 and 215 Mt of CO2, respectively [2].
Data presented by BP p.l.c. in a report from 2021 [33] indicate that CO2 emission from energy consumption fell by more than 6% in 2020 - to the lowest level since 2011. However, the authors emphasize that the presented data cannot be comparable with the official national data on CO2 emission for individual countries indicated in the report, including Poland [32].
A simple tool for calculating emissions and determining the impact on the environmental quality, including air condition, is
Emisja CO2 jest problemem, ktory od lat jest tematem dysku-sji na forum mi?dzynarodowym. Dyskusja ta stanowi podstaw? do wprowadzanych zmian w obszarze dotyczqcym energetyki. Jed-nym z elementow branych pod uwag? przy kierunku i doborze roz-wiqzan technologicznych jest emisyjnosc. Wskaznik ten wykorzy-stuje si? zarowno do biezqcej oceny oddziatywania na srodowisko, jak rowniez do prognozowania i modelowania zmian systemu ener-getycznego. Nalezy jednak dodac, ze modelowanie jest bardzo zto-zonym problemem. Konieczne jest bowiem uwzgl?dnienie nie tylko wielkosci emisji, ale takze wielu innych aspektow, jak np. ztozo-nosc zachowan konsumentow, decydentow, procesy zwiqzane ze sprz?zeniem zwrotnym mi?dzy modutami czy tez roznego rodzaju opoznienia. Ponadto wielkosc emisji CO2 powstatego podczas wytwarzania energii elektrycznej rozni si? w zaleznosci od rodzaju paliwa/zrodta energii oraz rodzaju i wydajnosci elektrowni [32]. Ilosc ditlenku w?gla wytworzonego na 1 kWh w dowolnym okresie b?dzie zatem inna w zaleznosci od zrodet energii dostarczanej do sieci elektrycznej w danym czasie, co determinuje zmiany godzi-nowe, dobowe, miesi?czne i roczne [2, 32]. Dlatego tez - w zaleznosci od celu prowadzonych procesow, jak rowniez mozliwosci pozyskania danych - stosowanych jest wiele roznych rozwiqzan.
Na podstawie dost?pnych danych przeprowadza si? pro-gnozy i okresla trendy zmian z uwzgl?dnieniem roznych scenariu-szy. W oparciu o dost?pne dane historyczne w zakresie emisji oraz trendy wprowadzanych zmian w energetyce oszacowano na przy-ktad, ze w 2021 r. globalne emisje CO2 zwiqzane z energiq wzrosnq o 4,8% (co oznacza, ze nastqpi wzrost o ponad 1 500 Mt CO2). Jesli przewidywania si? sprawdzq, to b?dziemy miec do czynienia z naj-wi?kszym pojedynczym wzrostem emisji CO2 od kryzysu finansowa-nego, jaki miat miejsce ponad dekad? temu [2]. Zaktada si? przy tym, ze globalne zuzycie w?gla i gazu ziemnego doprowadzi do wzrostu globalnej emisji CO2 odpowiednio o ok. 640 i 215 Mt CO2 [2].
Dane prezentowane przez BP p.l.c. w raporcie z 2021 r. [33] wskazujq natomiast, ze emisja CO2 wynikajqca ze zuzycia energii spadta w 2020 r. o ponad 6% - do najnizszego poziomu od 2011 r. Jednakze autorzy podkreslajq, ze zaprezentowane dane nie mogq byc porownywalne z oficjalnymi krajowymi danymi w zakresie emisji CO2 dla poszczegolnych krajow wskazanych w raporcie, w tym Polski [32].
Prostym narz?dziem pozwalajqcym na obliczenie wielkosci emisji i okreslenie wptywu na jakosc srodowisk, w tym stan
a calculator of greenhouse gases equivalencies developed by the Environmental Protection Agency (EPA). The calculator allows to calculate Global Warming Potentials (GWPs), with some equivalents being given as CO2 equivalents (CO2E) and calculated based on the GWP of the fourth report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) [35]. The calculator of greenhouse gas equivalents uses AVERT (AVoided Emissions and geneRation Tool) [36-37], which allows the calculation of the weighted average marginal CO2 emission factor to estimate which units, fossil fuel or renewable sources, are relevant for the emissivity One of the tools used in modelling the energy system is the system dynamics model, which enables modelling of complex systems and allows for understanding and studying the structure of feedback in complex systems, non-linear dynamics or delay time [38-39]. A model based on the dynamics of systems supported by Vensim simulation models was developed by Arroyo and Migue [40] to forecast trends over the period between 2000-2030 in final energy demand, energy intensity and CO2 emissions in Ecuador. It should be emphasised that Vensim software is a tool used for modelling, including building, simulating and analysing dynamic model systems based on causal loops or inventory and flow diagrams. The System Dynamics Model (SDM) was designed to estimate energy consumption, economic growth, energy intensity and CO2 emission in Ecuador in 2030. The authors took into account the traditional energy resources of Ecuador, they also took into account actions modelled on those taken by industrialized countries and trends in the use of renewable energy and energy efficiency determining CO2 emission. Based on the obtained results, they concluded that taking steps allowing for a gradual change in the functioning of the energy sector, and the gradual implementation of solutions in the field of renewable energy sources would reduce emission to 42,191.4 kt of CO2. If the current operating conditions of the power industry were maintained, the achieved value is significantly below the value of 75,182.6 kt of CO2 that could be obtained [40].
Another solution is based on the emissivity resulting from the production of devices used in the power industry, e.g. elements for wind farms or photovoltaic farms. Arvesen and Her-twich [41 ] estimated aggregate emissions from the construction, operation and decommissioning of wind farms up to 2050, including changes in the electricity mix in production. The conducted analysis was based on the hybrid Life Cycle Assessment (LCA) methodology, combining the physical and process aspects of the life cycle of individual devices used in onshore and offshore wind farms [35] and energy scenarios performed by the International Environment Agency (IEA) [42].
As part of the technology life cycle inventory, data available in the Ecoinvent database [43] was used and an extended environmental input-output analysis (EE-IOA) was carried out, using the following formula:
d = C ■ e = CF ■ (I - A)-'-y (3)
where:
d - a vector representing the total values of the impact factor, e - a vector that includes the results of the life cycle inventory
analysis, such as the emission value, C - characterizing factor matrix,
powietrza, jest kalkulator rownowaznosci gazow cieplarnianych (ang. greenhouse gases equivalencies calculator) opracowany przez Agencjç Ochrony Srodowiska (ang. Environmental Protection Agency, EPA). Kalkulator pozwala na obliczenie wspotczynnikow ocieplenia globalnego (ang. Global Warming Potentials, GWP), przy czym niektore rownowazniki sq podawane jako ekwiwalenty CO2 (CO2E) i sq obliczane w oparciu o GWP zawarte w czwartym rapor-cie Miçdzyrzqdowego Zespotu ds. Zmian Klimatu (IPCC) [35]. Kalkulator ekwiwalentow gazow cieplarnianych wykorzystuje narzç-dzie AVERT (ang. AVoided Emissions and geneRation Tool) [36-37], pozwalajqce na obliczenie sredniego wazonego marginalnego wskaznika emisji CO2, celem oszacowania, ktore jednostki, opa-lane paliwami kopalnymi czy ze zrodet odnawialnych, majq zna-czenie dla emisyjnosci.
Jednym z narzçdzi stosowanych w modelowaniu systemu energetycznego jest model dynamiki systemu, ktory umozliwia modelowanie ztozonych uktadow oraz pozwala na zrozumienie i zbadanie struktury sprzçzenia zwrotnego w ztozonych systemach, nieliniowosci dynamiki czy tez czasu opoznienia [38-39]. W celu prognozowania trendow w latach 2000-2030 w konco-wym zapotrzebowaniu na energiç, energochtonnosci i produkcji emisji CO2 w Ekwadorze, Arroyo i Migue [40] opracowali model oparty na dynamice systemow wspieranych przez modele symu-lacyjne Vensim. Nalezy zaznaczyc, ze oprogramowanie Vensim jest narzçdziem stosowanym do modelowania, w tym budowa-nia, symulowania i analizowania dynamicznych systemow mode-lowych w oparciu o pçtle przyczynowe lub diagramy zapasow i przeptywow. Model dynamiki systemu (ang. the System Dynamics Model, SDM) zostat zaprojektowany w celu oszacowania zuzycia energii, wzrostu gospodarczego, energochtonnosci i emisji CO2 w Ekwadorze w 2030 roku. Autorzy wziçli pod uwagç tradycyjne zasoby energetyczne Ekwadoru, uwzglçdnili takze dziatania wzoro-wane na tych podjçtych przez kraje uprzemystowione oraz trendy w zakresie wykorzystania energii odnawialnej i efektywnosci ener-getycznej determinujqce emisjç CO2. Na podstawie otrzymanych wynikow stwierdzili, ze podjçcie krokow pozwalajqcych na stop-niowq zmianç w funkcjonowaniu energetyki i stopniowe wdrazanie rozwiqzan w zakresie OZE pozwolitoby na zmniejszenie emisji do 42 191,4 kt CO2. Osiqgniçta wartosc jest znacznie ponizej wartosci 75 182,6 kt CO2, ktorq mozna bytoby otrzymac, gdyby obecne warunki funkcjonowania energetyki zostaty zachowane [40].
Inne rozwiqzanie oparte jest na emisyjnosci wynikajqcej z wytworzenia urzqdzen stosowanych w energetyce, np. elemen-tow do farm wiatrowych czy tez fotowoltaicznych. Arvesen i Her-twich [41] oszacowali zagregowane emisje z budowy, eksploatacji i likwidacji farm wiatrowych do 2050 r., tqcznie z uwzglçdnieniem zmian w miksie elektroenergetycznym w produkcji. Przeprowa-dzona analiza zostata oparta o hybrydowq metodologiç srodo-wiskowej oceny cyklu zycia (ang. Life Cycle Assessment, LCA), tqczqcq fizyczne i procesowe aspekty cyklu zycia poszczegol-nych urzqdzen stosowanych w lqdowych i morskich farmach wiatrowych [35] oraz scenariusze energetyczne wykonywane przez Miçdzynarodowq Agencjç Srodowiska (ang. International Environment Agency, IEA) [42].
W ramach przeprowadzenia inwentaryzacji cyklu zycia tech-nologii wykorzystano dane dostçpne w bazie Ecoinvent [43] oraz
F - matrix of stressors intensity, I - identity matrix,
A- direct requirements matrix (describes the relationship between physical processes and sectors of the economy, where each element represents the flow from one process/ production sector to the process/consumption sector) [44], y - demand vector.
On the basis of the conducted analysis, the authors concluded that in case of onshore wind farms, the most important single element contributing to the total CO2 emission is the turbine, which causes emissions at the level of 60-69% of the total CO2 emission calculated on the basis of LCA-EE-IOA hybrid model. In case of an offshore wind turbine, the level is 19-35% [36]. It has also been indicated that the environmental benefits of introducing wind power largely depend on the extent to which wind electricity will replace fossil fuel energy, as well as extending equipment lifetime or increasing the efficiency factor by 5-8% [36].
Data from LCA environmental life cycle assessment of individual devices was also used by Pehl et al. [45] to determine the size of future emissions and their role in counteracting progressive climate change. The comparison covered nuclear, wind and solar energy and the level of CO2 emission by 2050. Detailed information on modelling of grey energy (embodied energy use, EEU), i.e. the energy needed to produce an element, taking into account the energy used for the extraction and processing of raw materials and indirect gas emissions, as tools for developing global scenarios of future power systems were presented [40]. The combination of an integrated LCA assessment model with EEU factors provides a holistic view of the elements determining future gas emissions throughout the life cycle of low-carbon technologies and energy systems. It allows to define actions and the time needed to implement them in order to mitigate climate change and protect the environment. The following were used:
- REMIND model (REgional Model of INvestment and Development) [46], which describes in detail energy consumption and technology implementation for the energy sector decar-bonisation scenario with a constant temperature of 2°C;
- EEU factors from LCA THEMIS model [47] (technology hybridized environmental-economic model with integrated scenarios), reflecting the likely future technological progress and changes in basic technologies,
- detailed bioenergy emissions related to land use and land-use-change (LULUC) from the MAgPIE model (model of agricultural production and its impact on the environment) [48].
Based on the obtained results, it was concluded that the cost of energy related to the construction and operation of power plants in 2050 will be responsible for 3-8% of electricity production in case of nuclear, wind and solar energy, and more than 13% in case of other low-carbon technologies. Whereas, emissions of greenhouse gas in a life cycle for these three technologies range from 3.5 to 11.5 g CO2eq/kWh, which is well below the range for current technologies [44]. The obtained information is important for global scenarios where indirect emissions are ignored and only focused on emissions directly related to the operation of a given energy system.
przeprowadzono rozszerzonq srodowiskowq analizç input-output (ang. environmentally extended input-output analysis, EE-IOA), korzystajqc z dziatania:
d = C ■ e = CF ■ (I - A)-1- y (3)
gdzie:
d - wektor reprezentujqcy catkowite wartosci wskaznika oddziatywania,
e - wektor obejmujqcy wyniki analizy inwentaryzacji cyklu zycia,
takie jak wartosc emisji, C - macierz czynników charakteryzujqcych, F - macierz natçzen stresorów, I - macierz tozsamosci,
A - bezposrednia macierz wymagan (opisuje relacje miçdzy pro-cesami fizycznymi a sektorami gospodarki, gdzie kazdy element reprezentuje przeptyw z jednego procesu/sektora pro-dukcji do procesu/sektora konsumpcji) [44], y - wektor okreslajqcy popyt.
Na podstawie przeprowadzonej analizy autorzy stwierdzili, ze w przypadku lqdowych farm wiatrowych najwazniejszym pojedyn-czym elementem, przyczyniajqcym siç do catkowitej emisji CO2 jest turbina, która powoduje emisjç na poziomie 60-69% catkowitej emisji CO2 obliczonej w oparciu o hybrydowy model LCA-EE-IOA. W przypadku turbiny wiatrowej morskiej jest to poziom 19-35% [36]. Wykazano ponadto, ze korzysci srodowiskowe z wprowadzenia energii wiatrowej w duzej mierze zalezq od stopnia, w jakim energia elektryczna z wiatru zastqpi energiç pochodzqcq z paliw kopalnych, jak równiez od wydtuzenia czasu pracy urzqdzen czy tez zwiçksze-nia wspótczynnika wydajnosci o 5-8% [36].
Dane wynikajqce ze srodowiskowej oceny cyklu zycia LCA poszczególnych urzqdzen zostaty takze wykorzystane przez Pehl i in.[45] do okreslenia wielkosci przysztych emisji i ich roli w prze-ciwdziataniu postçpujqcym zmianom klimatycznym. Porównaniem objçto energetykç jqdrowq, wiatrowq i stonecznq oraz poziom emisji CO2 do 2050 r. Przedstawione zostaty szczegótowe informacje w zakresie modelowania szarej energii (ang. embodied energy use, EEU), czyli energii potrzebnej do wytworzenia elementu z uwzglçd-nieniem energii zuzytej do wydobycia i przetworzenia surowców oraz posrednich emisji gazów, jako narzçdzi pozwalajqcych na opracowanie globalnych scenariuszy przysztych systemów elek-troenergetycznych [40]. Potqczenie zintegrowanego modelu oceny LCA ze wspótczynnikami EEU zapewnia catosciowe ujçcie elemen-tów determinujqcych wielkosc emisji gazów w przysztosci w catym cyklu zycia technologii niskoemisyjnych i systemów energetycz-nych. Pozwala okreslic dziatania oraz niezbçdny czas na ich wpro-wadzenie celem tagodzenia zmian klimatycznych i ochrony srodo-wiska. W pracach wykorzystano:
- model REMIND (ang. REgional Model of INvestment and Development) [46], który szczegótowo opisuje zuzycie energii i wdrazanie technologii dla scenariusza dekarbonizacji sektora energetycznego o statej temperaturze 2°C;
- wspótczynniki EEU z modelu LCA THEMIS [47] (ang. technology hybridized environmental-economic model with integrated scenarios), odzwierciedlajqcymi prawdopodobny przyszty postçp technologiczny i zmiany w technolo-giach podstawowych,
- szczegótowe emisje bioenergii zwiqzane z uzytkowaniem
The assumptions and tools used in the models and studies cover other aspects, therefore they can be used in other areas of activity and verification of the emissivity problem. Determining the amount of emissions as part of the current activity based on the values of CO and EC gives information at a given moment and can be used in the assessment of the applied technology, based on a given type of fuel, and constitute the basis for indicating the amount of emissions for subsequent years, assuming no changes in the activity. By using CO and EC indicators for individual fuels in relation to a given activity, it is possible to verify the planned activities and answer the question whether the fuel change will affect the emissions, and if so, how and whether it is a profitable process. However, this scope of information is insufficient when measures are needed to reduce the emissions of greenhouse gases, including CO2, on a large scale. Including LCA to determine the emission level at all stages, i.e. from the idea to decommissioning, through transport and operation, is the only alternative to the correct assessment of emission and provides an appropriate tool for assessing the undertaken changes and modernizations on a scale larger than a local one or a single entity.
gruntow i zmianq uzytkowania gruntow (ang. land-use and land-use-change, LULUC) z modelu uzytkowania grun-tow MAgPIE (ang. model of agricultural production and its impact on the environment) [48].
Na podstawie otrzymanych wynikow stwierdzono, ze koszt energii zwiqzany z budowq i eksploatacjq elektrowni w 2050 r. bçdzie odpowiadat za 3-8% produkcji energii elektrycznej w przypadku energetyki jqdrowej, wiatrowej i stonecznej oraz ponad 13% w przypadku innych technologii niskoemisyjnych. Natomiast emisje gazow cieplarnianych w cyklu zycia dla tych trzech technologii wahajq siç od 3,5 do 11,5 g CO2eq/kWh, co jest znacznie ponizej zakresu dla obecnych technologii [44]. Pozyskane informacje majq istotne zna-czenie dla globalnych scenariuszy, w ramach ktorych pomija siç wielkosc emisji posrednich i skupia jedynie na emisji bezposred-nio zwiqzanej z funkcjonowaniem danego uktadu energetycznego.
Zastosowane w modelach i opracowaniach zatozenia oraz narzçdzia obejmujq inne aspekty, tym samym mogq byc stoso-wane w innych obszarach dziatalnosci i weryfikacji problemu emisyjnosci. Okreslenie wielkosci emisji w ramach biezqcej dziatalnosci w oparciu o wartosci WO i WE daje informacjç na danq chwilç i moze byc wykorzystywane w ocenie uzytkowanej technologii, opartej o dany rodzaj paliwa oraz stanowic podstawç do wska-zania wielkosci emisji na kolejne lata, przy zatozeniu braku zmian w dziatalnosci. Stosujqc wskazniki WO i WE dla poszczegolnych paliw w odniesieniu do danej dziatalnosci, mozliwa jest weryfikacja planowanych dziatan i odpowiedz na pytanie, czy zmiana paliwa wptynie na wielkosc emisji, a jezeli tak, to w jaki sposob i czy jest to proces optacalny. Jednakze ten zakres informacji jest niewy-starczajqcy w przypadku, kiedy niezbçdne sq dziatania w zakresie redukcji emisji gazow cieplarnianych, w tym CO2, na szerokq skalç. Uwzglçdnienie LCA do okreslenia wielkosci emisji na wszystkich etapach, czyli od pomystu do likwidacji, poprzez transport i eksplo-atacjç, stanowi jedynq alternatywç do prawidtowej oceny emisyjnosci i daje odpowiednie narzçdzie do oceny podejmowanych zmian i modernizacji w skali wiçkszej niz lokalna czy jeden podmiot.
Conclusion
One of the important branches of the economy is energy, for which demand is constantly growing as a consequence of technological development and the growth of population. However, obtaining energy involves burning fossil fuels and emitting huge amounts of CO2. Therefore, the emissivity is an important parameter in the era of the observed climate changes and the growing amount of CO2 present in the environment, which is not balanced by the binding processes resulting from the carbon cycle in nature. Thus, measures are taken to reduce the emission of CO2 by monitoring the amount of this gas in the atmosphere, estimating the effects of actions taken in terms of possible emission scenarios, and assessing the activities by determining selected indicators that define the impact on the environment and the climate. For this purpose, tools in the form of calculators, more and less complex models or the use of the hybrid LCA method are also developed, the task of which is to obtain the necessary information about the current conditions and to define scenarios of changes that
Podsumowanie
Jednq z istotnych gatçzi gospodarki jest energetyka, na ktorq - jako konsekwencja rozwoju technologii i wzrostu liczby ludno-sci - zapotrzebowanie stale rosnie. Pozyskiwanie energii wiqze siç jednak ze spalaniem paliw kopalnych i emisjq ogromnych ilo-sci CO2. Emisyjnosc jest zatem istotnym parametrem w dobie obserwowanych zmian klimatycznych i rosnqcej ilosci CO2 obec-nego w srodowisku, ktora nie zostaje zrownowazona poprzez procesy wiqzqce, wynikajqce z obiegu wçgla w przyrodzie. Dla-tego tez podejmowane sq dziatania w zakresie redukcji emisji CO2 przez monitoring ilosci tego gazu w atmosferze, szacowanie efektow podejmowanych dziatan w zakresie mozliwych scenariuszy emisji, ocenç dziatan przez okreslenie wybranych wskaz-nikow definiujqcych wptyw na srodowisko i klimat. W tym celu opracowywane sq takze narzçdzia w postaci kalkulatorow, mniej i bardziej rozbudowanych modeli czy tez zastosowanie hybrydo-wej metody LCA, ktorych zadaniem jest pozyskanie niezbçdnych informacji o obecnych warunkach oraz okreslenie scenariuszy
may take place under the assumed conditions (e.g. an increase in the amount of energy obtained from renewable sources). The obtained data allows for the minimization of negative human activity and the necessary measures to protect the environment and the people. However, it is important that the procedures are standardized and allow for the estimation and prediction of emissions for a given area, regardless of the source of the obtained data. Currently, it is not possible, because depending on the demand and the available data, the presented reports and calculations often differ from each other and cannot be compared.
Literature / Literatura
[1 ] Foster V., Bedrosyan D., Understanding CO2 Emissions from the Global Energy Sector, Live Wire. A Knowledge Note Series for the Energy Practice, The World Bank, 85126, 5, 2014.
[2] Le Quere C., Andrew R. M., Friedlingstein P, Sitch S., Hauck J., Pongratz J., Pickers PA., Korsbakken J.I., Peters G.P, Canadell J.G., Arneth A., Arora V.K., Barbero L., Bastos A., Bopp L., Chevallier F., Chini L.P., Ciais P., Doney S.C., Gkritzalis T., Goll D.S., Harris I., Haverd V., Hoffman F.M., Hoppema M., Houghton R.A., Hurtt G., Ilyina T., Jain A.K., Johannessen T., Jones C.D., Kato E., Keeling R.F., Goldewijk K.K., Landschützer P, Lefevre N., Lienert S., Liu Z., Lombardozzi D., Metzl N., Munro D.R., Nabel J.E.M.S., Nakaoka S., Neill C., Olsen A., Ono T., Patra P, Peregon A., Peters W., Peylin P, Pfeil B., Pierrot D., Poulter B., Rehder G., Resplandy L., Robertson E., Rocher M., Rödenbeck C., Schuster U., Schwinger J., Seferian R., Skjelvan I., Steinhoff T., Sutton A., Tans P P, Tian H., Tilbrook B., Tubiello F.N., van der Laan-Luijkx I.T., van der Werf G.R., Viovy N., Walker A.P, Wiltshire A.J., Wright R., Zaehle S., Zheng, B., Global Carbon Budget 2018, "Earth System Science Data" 2018, 10, 2141 -2194, https://doi.org/10.5194/essd-10-2141-2018.
[3] PMEL Carbon Program, SOCAT, https://www.pmel.noaa. gov/co2/story/SOCAT [dost^p: 5.09.2021].
[4] IEA, Global Energy Review 2021. Assessing the effects of economic recoveries on global energy demand and CO2 emissions in 2021, Francja 2021, https://iea.blob. core.windows.net/assets/d0031107-401d-4a2f-a48b--9eed19457335ZGlobalEnergyReview2021.pdf [dost^p: 1.10.2021].
[5] Climat Action, UE, https://ec.europa.eu/clima/eu-action/ climate-strategies-targets/2030-climate-energy-frame-work_pl [dost^p:15.09.2021].
[6] Commission staff working document, Assessment of the final national energy and climate plan of Poland, SWD(2020) 920, Bruksela 2020, https://ec.europa.eu/energy/sites/ default/files/documents/staff_working_document_ assessment_necp_poland_en.pdf [dost^p:15.09.2021].
[7] Regulation (EU) 2018/1999 of the European Parliament and of the Council of 11 December 2018 on the Governance of the Energy Union and Climate Action, amending
zmian, jakie mogq miec miejsce przy zaktadanych warunkach (np. wzroscie ilosci energii pozyskanej ze zrödet odnawialnych). Otrzymane dane pozwalajq na minimalizacjç negatywnej aktyw-nosci cztowieka i podjçcie niezbçdnych dziatan celem ochrony srodowiska i ludzi. Jednakze wazne jest, aby procedury byty ujed-nolicone oraz pozwalaty na oszacowanie i predykcjç emisji dla danego obszaru, bez wzglçdu na zrödto pozyskanych danych. Obecnie nie jest to mozliwe, gdyz w zaleznosci od zapotrzebowa-nia, dostçpnosci danych prezentowane raporty i wyliczenia czç-sto rözniq siç miçdzy sobq i nie mogq byc poröwnywane.
Regulations (EC) No 663/2009 and (EC) No 715/2009 of the European Parliament and of the Council, Directives 94/22/EC, 98/70/EC, 2009/31/EC, 2009/73/EC, 2010/31/ EU, 2012/27/EU and 2013/30/EU of the European Parliament and of the Council, Council Directives 2009/119/ EC and (EU) 2015/652 and repealing Regulation (EU) No 525/2013 of the European Parliament and of the Council.
[8] Commission Implementing Decision of 31 October 2013 on the adjustments to Member States' annual emission allocations for the period from 2013 to 2020 pursuant to Decision No 406/2009/EC of the European Parliament and of the Council (2013/634/EU).
[9] Commission Decision (EU) 2017/1471 of 10 August 2017 amending Decision 2013/162/EU to revise Member States' annual emission allocations for the period from 2017 to 2020 (notified under document C(2017) 5556).
[10] Climate Action. European Union Transaction. Allocations to Stationary Installations https://ec.europa.eu/clima/ets/ napMgt.do;EUR0PA_EUTLPUBLI001_PRD_JSESSI0NID=A-0GzUJTaY8C0nSDEraqFMshSGodYJVR151s70bFs5ld6t-bUf9ROE!945687656 [dostçp: 15.09.2021].
[11 ] Komisja Europejska, Putapy i przydziaty uprawnien do emisji, https://ec.europa.eu/clima/eu-action/eu-emissions--trading-system-eu-ets/emissions-cap-and-allowances_pl [dostçp:15.09.2021].
[12] Regulation (EU) 2018/842 of the European Parliament and of the Council of 30 May 2018 on binding annual greenhouse gas emission reductions by Member States from 2021 to 2030 contributing to climate action to meet commitments under the Paris Agreement and amending Regulation (EU) No 525/2013 (Text with EEA relevance).
[13] Directive (EU) 2018/410 of the European Parliament and of the Council of 14 March 2018 amending Directive 2003/87/ EC to enhance cost-effective emission reductions and low-carbon investments, and Decision (EU) 2015/1814.
[14] Directive 2003/87/EC of the European Parliament and of the Council of 13 October 2003 establishing a scheme for greenhouse gas emission allowance trading within the Community and amending Council Directive 96/61/EC (OJ L 275, 25.10.2003, p. 32).
[1 5] Ustawa z dnia 12 czerwca 2015 r. o systemie handlu upraw-nieniami do emisji gazow cieplarnianych (Dz.U.2021.332).
[16] Commission Implementing Regulation (EU) 2020/2085 of 14 December 2020 amending and correcting Implementing Regulation (EU) 2018/2066 on the monitoring and reporting of greenhouse gas emissions pursuant to Directive 2003/87/EC of the European Parliament and of the Council (OJ L 423, 15.12.2020, p. 37-47).
[17] Dröge1 R., Peek C.J., Montfoort J.A., van der Maas C.W.M., Guis B., Baas C., van Hunnik O.R., van den Berghe A.C.W.M., Methodology report on the calculation of emissions to air from the sectors Energy, Industry and Waste ad used by the Dutch Pollutant Release and Transfer Reqister, National Institute for Public Health and the Environment, RIVM Report 2016-005.
[18] Rozporzqdzenie Ministra Klimatu i Srodowiska z dnia 7 wrzesnia 2021 r. w sprawie wymagan w zakresie prowa-dzenia pomiarow wielkosci emisji (Dz.U. 2021, poz. 1710).
[19] Commission Regulation (EU) No 601/2012 of 21 June 2012 on the monitoring and reporting of greenhouse gas emissions pursuant to Directive 2003/87/EC of the European Parliament and of the Council (OJ L 181, 12.07.2012, p. 30-104).
[20] Wartosci opatowe (WO) i wskazniki emisji CO2 (WE) w roku
2015 do raportowania w ramach Systemu Handlu Upraw-nieniami do Emisji za rok 2018, KOBiZE, Warszawa 2017.
[21] Wartosci opatowe (WO) i wskazniki emisji CO2 (WE) w roku
2016 do raportowania w ramach Systemu Handlu Upraw-nieniami do Emisji za rok 2019, KOBiZE, Warszawa 2018.
[22] Wartosci opatowe (WO) i wskazniki emisji CO2 (WE) w roku
2017 do raportowania w ramach Systemu Handlu Upraw-nieniami do Emisji za rok 2020, KOBiZE, Warszawa 2019.
[23] Wartosci opatowe (WO) i wskazniki emisji CO2 (WE) w roku
2018 do raportowania w ramach Systemu Handlu Upraw-nieniami do Emisji za rok 20121, KOBiZE, Warszawa 2020.
[24] IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Vol. 1-5, 2006, https://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/ public/2006gl/ [dostçp:15.09.2021].
[25] Wskazniki emisyjnosci CO2 dla energii elektrycznej u odbiorcow koncowych na podstawie informacji zawar-tych w Krajowej bazie o emisjach gazow cieplarnianych i innych substancji za 2014 rok, KOBiZE, Warszawa 2016.
[26] Wskazniki emisyjnosci CO2, SO2, NOx, CO i TSP (pytu cat-kowitego) dla energii elektrycznej na podstawie informacji zawartych w Krajowej bazie o emisjach gazow cieplarnianych i innych substancji za 2015 rok, KOBiZE, Warszawa 2017.
[27] Wskazniki emisyjnosci CO2, SO2, NOx, CO i TSP (pytu cat-kowitego) dla energii elektrycznej na podstawie informacji zawartych w Krajowej bazie o emisjach gazow cieplarnianych i innych substancji za 2016 rok, KOBiZE, Warszawa 2018.
[28] Wskazniki emisyjnosci CO2, SO2, NOx, CO i TSP (pytu cat-kowitego) dla energii elektrycznej na podstawie informacji zawartych w Krajowej bazie o emisjach gazow cieplarnianych i innych substancji za 2017 rok, KOBiZE, Warszawa 2018.
[29] Wskazniki emisyjnosci CO2, SO2, NOx, CO i TSP (pytu cat-kowitego) dla energii elektrycznej na podstawie informacji
zawartych w Krajowej bazie o emisjach gazów cieplarnianych i innych substancji za 2018 rok, KOBiZE, Warszawa 2019.
[30] Wskazniki emisyjnosci CO2, SO2, NOx, CO i TSP (pytu cat-kowitego) dla energii elektrycznej na podstawie informacji zawartych w Krajowej bazie o emisjach gazów cieplarnianych i innych substancji za 2019 rok, KOBiZE, Warszawa 2020.
[31] Wskazniki emisyjnosci CO2, SO2, NOx, CO i pytu catkowitego dla energii elektrycznej na podstawie informacji zawartych w Krajowej bazie o emisjach gazów cieplarnianych i innych substancji za 2019 rok, KOBiZE, Warszawa 2020.
[32] EIA, Independent Statistics & Analysis. U.S. Energy Information Administration, How much carbon dioxide is produced per kilowatt hour of U.S. electricity generation? https://www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=74&t=11 [dostçp:15.09.2021]
[33] Statistical Review of World Energy 2021, 70th edition of the annual report, BP 2021.
[34] US EPA, Greenhouse Gases Equivalencies Calculator, https://www.epa.gov/energy/greenhouse-gases-equival encies-calculator-calculations-and-references [dostçp: 15.09.2021].
[35] IPCC Report, https://www.ipcc.ch/assessment-report/ar4/ [dostçp:15.09.2021].
[36] US EPA, AVERT, U.S. national weighted average CO2 marginal emission rate, year 2019 data, U.S. Environmental Protection Agency, Washington DC. 2020.
[37] US EPA, AVoided Emissions and generation Tool (AVERT), https://www.epa.gov/avert [dostçp:17.09.2021].
[38] Wu D.D., Kefan X., Hua L., Shi Z., Olson D.L., Modelling technological innovation risks of an entrepreneurial team using system dynamics: An agent-based perspective, "Technological Forecasting and Social Change" 2010, 77, 857-869, https://doi.org/10.1016/j.techfore.2010.01.015.
[39] Dyson B., Chang N.-B., Forecasting municipal solid waste generation in a fast-growing urban region with system dynamics modelling, „Waste Management" 2005, 25, 669-679, https://doi.org/10.1016/j.wasman.2004.10.005.
[40] Arroyo M.F.R., Miguel L.J., The Trends of the Energy Intensity and CO2 Emissions Related to Final Energy Consumption in Ecuador: Scenarios of National and Worldwide Strategies, „Sustainability" 2020, 12, https://doi.org/10.3390/ su12010020.
[41] Arvesen A., Hertwich E.G., Environmental implications of large-scale adoption of wind power: a scenario-based life cycle assessment, „Environmental Research Letter" 2012, 7, https://doi.org/10.1088/1748-9326/7/3/039501.
[42] IEA, Energy Technology Perspectives 2010: Scenarios and Strategies to 2050, OECD Publishing, Paris 2009.
[43] 2007 Life Cycle Inventory Database v2.1 http://www.eco-invent.ch/ [dostçp:17.09.2021].
[44] Str0mman A.H., Solli C., Hertwich E.G., Hybrid life-cycle assessment of natural gas based fuel chains for transportation. „Environtal Science & Technology" 2006, 40, 2797-2804.
[45] Pehl M., Arvesen A., Humpenöder F., Popp A., Hertwich E.G., Luderer G., Understanding future emissions from low-carbon power systems by integration of life-cycle assessment and
integrated energy modelling, „Nat Energy" 2017, 2, 939945, https://doi.org/10.1038/s41560-017-0032-9.
[46] Luderer G., Leimbach M., Bauer N., Kriegler E., Baumstark L., Bertram C., Giannousakis A., Hilaire J., Klein D., Levesque A., Mouratiadou I., Pehl M., Pietzcker R., Piontek F., Roming N., Schultes A., Schwanitz V.J., Strefler J., Description of the REMIND model (Version 1.6), Social Science Research Network, Potsdam 2015.
[47] Luderer G., Pehl M., Arvesen A., Gibon T., Bodirsky B.L., De Boer H.S., Fricko O., Hejazi M., Humpenöder F., Iyer G.,
et al., Environmental co-benefits and adverse side-effects of alternative power sector decarbonization strategies, „Nature Communications" 2019, 10(1), 5229, https://doi. org/10.1038/s41467-019-13067-8.
[48] Pikaar I., Matassa S., Bodirsky B., Weindl I., Bruschi M., Humpenöder F., Rabaey K., Boon N., Yuan Z., van Zanten H., Herrero M., Verstraete W., Popp A, Decoupling livestock from land use through industrial feed production pathways, „Environmental Science & Technology" 2018, 52(13), 7351-7359, https://doi.org/10.1021/acs.est.8b00216.
PH.D. ANNA RABAJCZYK, CNBOP-PIB PROFESSOR - in 1988 she graduated from the Institute of Chemistry of the Pedagogical University in Kielce (now the Jan Kochanowski University in Kielce). In 2000, she obtained a doctorate in chemical sciences at the Faculty of Chemistry of the Opole University, and in 2011, a postdoctoral degree at the Wroctaw University of Technology. She is a professor at Scientific and Research Centre for Fire Protection - National Research Institute in Jözeföw. Specialty - environmental engineering.
GRZEGORZ RABAJCZYK - a student of Automation and Robotics at the Faculty of Electrical Engineering, Automatics, Computer Science and Biomedical Engineering at the AGH University of Science and Technology in Krakow. He gained knowledge and experience in the field of industrial automation and computer science during his studies and numerous internships. He also has experience in working in an R&D laboratory, deals with product validation and development of test systems. He is interested in programming, intelligent management, environmental protection and Data Science. Member of the AGH Industrial Data Science research club. Permissions and certificates: SEP, FCE, ISTQB.
DR HAB. ANNA RABAJCZYK, PROF. CNBOP-BIB - w 1988 r. ukonczyta studia w Instytucie Chemii Wyzszej Szkoty Pedagogicznej w Kielcach (obecnie Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach). W 2000 r. uzyskata stopien doktora nauk chemicznych na Wydziale Chemii Uniwersytetu Opolskiego, a w 2011 r. stopien doktora habilitowanego na Politechnice Wroctawskiej. Jest profesorem w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpozarowej im. Jozefa Tuliszkowskiego - Panstwowym Instytucie Badawczym w Jozefowie. Specjalnosc - inzynieria srodowiska.
GRZEGORZ RABAJCZYK - student Automatyki i Robotyki na Wydziale Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inzynierii Biome-dycznej Akademii Gorniczo-Hutniczej w Krakowie. Wiedzç i doswiad-czenie z dziedziny automatyki i informatyki przemystowej zdobyt pod-czas studiow oraz licznych stazy. Ma takze doswiadczenie w pracy w laboratorium R&D, zajmuje siç walidacjg produktow i developmen-tem systemow testowych. Interesuje siç programowaniem, inteligent-nym zarzgdzaniem, ochrong srodowiska oraz Data Science. Cztonek kota naukowego AGH Industrial Data Science. Uprawnienia i certy-fikaty: SEP, FCE, ISTQB.
