Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів від виробництва металів у Польщі

В статті представлено розроблені математичні моделі процесів емісії парникових газів від металургійної промисловості Польщі. У результаті обчислювальних експериментів отримано оцінки емісій парникових газів на рівні підприємств з виробництва металів, просторові кадастри емісій проілюстровані на ци...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автори:	Чарковська, Н.В., Бунь, Р.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України 2014
Назва видання:	Искусственный интеллект
Теми:	Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/85303
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів від виробництва металів у Польщі / Н.В. Чарковська, Р.А. Бунь // Искусственный интеллект. — 2014. — № 3. — С. 110–119. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-85303
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-853032015-07-25T03:01:49Z Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів від виробництва металів у Польщі Чарковська, Н.В. Бунь, Р.А. Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений В статті представлено розроблені математичні моделі процесів емісії парникових газів від металургійної промисловості Польщі. У результаті обчислювальних експериментів отримано оцінки емісій парникових газів на рівні підприємств з виробництва металів, просторові кадастри емісій проілюстровані на цифрових картах. Розроблено програмний інструментарій для оцінювання невизначеностей емісій парникових газів та здійснено їх аналіз. В статье разработаны математические модели процессов эмиссии парниковых газов от металлургической промышленности Польши. В результате вычислительных экспериментов получены оценки эмиссий парниковых газов на уровне предприятий по производству металлов, пространственные кадастры эмиссий проиллюстрированы на цифровых картах. Разработан программный инструментарий для оценивания неопределенностей эмиссий парниковых газов и осуществлен их анализ. In this article the mathematical models of greenhouse gas emission processes from the iron and steel industry in Poland have been presented. In the result of numerical experiments the estimates of greenhouse gas emissions on the level of metal production plants have been obtained, spatial cadastres of emission have been illustrated as digital maps. The software tools for the assessment of the uncertainties of greenhouse gas emissions have been developed and their analysis has been carried out. 2014 Article Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів від виробництва металів у Польщі / Н.В. Чарковська, Р.А. Бунь // Искусственный интеллект. — 2014. — № 3. — С. 110–119. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1561-5359 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/85303 004.942 uk Искусственный интеллект Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений
spellingShingle	Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений Чарковська, Н.В. Бунь, Р.А. Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів від виробництва металів у Польщі Искусственный интеллект
description	В статті представлено розроблені математичні моделі процесів емісії парникових газів від металургійної промисловості Польщі. У результаті обчислювальних експериментів отримано оцінки емісій парникових газів на рівні підприємств з виробництва металів, просторові кадастри емісій проілюстровані на цифрових картах. Розроблено програмний інструментарій для оцінювання невизначеностей емісій парникових газів та здійснено їх аналіз.
format	Article
author	Чарковська, Н.В. Бунь, Р.А.
author_facet	Чарковська, Н.В. Бунь, Р.А.
author_sort	Чарковська, Н.В.
title	Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів від виробництва металів у Польщі
title_short	Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів від виробництва металів у Польщі
title_full	Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів від виробництва металів у Польщі
title_fullStr	Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів від виробництва металів у Польщі
title_full_unstemmed	Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів від виробництва металів у Польщі
title_sort	аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів від виробництва металів у польщі
publisher	Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/85303
citation_txt	Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів від виробництва металів у Польщі / Н.В. Чарковська, Р.А. Бунь // Искусственный интеллект. — 2014. — № 3. — С. 110–119. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.
series	Искусственный интеллект
work_keys_str_mv	AT čarkovsʹkanv analízneviznačenostírezulʹtatívmodelûvannâprocesívemísííparnikovihgazívvídvirobnictvametalívupolʹŝí AT bunʹra analízneviznačenostírezulʹtatívmodelûvannâprocesívemísííparnikovihgazívvídvirobnictvametalívupolʹŝí
first_indexed	2025-07-06T12:30:51Z
last_indexed	2025-07-06T12:30:51Z
_version_	1836900734370578432
fulltext	- ISSN 1561-5359 «Искусственный интеллект» 2014 № 3 110 4-Ч УДК 004.942 Н.В. Чарковська 1 , Р.А. Бунь 1,2 1 Національний університет «Львівська політехніка», Україна Україна, 79013, м. Львів, вул. Степана Бандери, 12 2 Академія бізнесу, м. Домброва Гурніча, Польща Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів від виробництва металів у Польщі N.V. Charkovska 1 , R.A. Bun 1,2 1 Lviv National Polytechnic University, Ukraine Ukraine, 79013, c. Lviv, st. Stepana Bandery, 12 2 Academy of Business in Dąbrowa Górnicza, Poland Analysis of Uncertainty of the Results of Modeling of Greenhouse Gas Emissions Processes from Metal Production in Poland Н.В. Чарковськая 1 , Р.А. Бунь 1,2 1 Национальный университет «Львовская политехника», Украина Украина, 79013, г. Львов, ул. Степана Бандеры, 12 2 Академия бизнеса, г. Домброва Гурнича, Польша Анализ неопределенности результатов моделирования процессов эмиссии парниковых газов от производства металлов в Польше В статті представлено розроблені математичні моделі процесів емісії парникових газів від металургійної промисловості Польщі. У результаті обчислювальних експериментів отримано оцінки емісій парникових газів на рівні підприємств з виробництва металів, просторові кадастри емісій проілюстровані на цифрових картах. Розроблено програмний інструментарій для оцінювання невизначеностей емісій парникових газів та здійснено їх аналіз. Ключові слова: моделювання, просторовий аналіз, емісія парникових газів, невизначеність, металургійна промисловість. In this article the mathematical models of greenhouse gas emission processes from the iron and steel industry in Poland have been presented. In the result of numerical experiments the estimates of greenhouse gas emissions on the level of metal production plants have been obtained, spatial cadastres of emission have been illustrated as digital maps. The software tools for the assessment of the uncertainties of greenhouse gas emissions have been developed and their analysis has been carried out. Key words: modeling, spatial analysis, greenhouse gas emission, uncertainty, iron and steel industry. В статье разработаны математические модели процессов эмиссии парниковых газов от металлургической промышленности Польши. В результате вычислительных экспериментов получены оценки эмиссий парниковых газов на уровне предприятий по производству металлов, пространственные кадастры эмиссий проиллюстрированы на цифровых картах. Разработан программный инструментарий для оценивания неопределенностей эмиссий парниковых газов и осуществлен их анализ. Ключевые слова: моделирование, пространственный анализ, эмиссия парниковых газов, неопределенность, металлургическая промышленность. Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів... «Штучний інтелект» 2014 № 3 111 4-Ч Вступ У світлі проблеми зміни клімату значна частка належить антропогенній складовій. Людство веде активну господарську діяльність, зокрема, спалює викопне паливо для енергетичних цілей, на потреби виробництва промислової продукції, таким чином емітуючи в атмосферу нашої планети надмірну кількість антропогенних парникових газів (вуглекислого газу, метану, закису азоту тощо). Як результат такої діяльності підсилився парниковий ефект, що стало причиною глобального потепління на Землі. З метою зменшення концентрації парникових газів встановлено обмеження на викиди для індустріально розвинутих країн згідно з Кіотським протоколом до Рамкової Конвенції ООН з питань зміни клімату [1]. Частка промисловості в сукупних емісіях парникових газів є досить високою. Емісії в цьому секторі спричинені хімічною та фізичною трансформацією матеріалів при вироб- ництві промислової продукції. Згідно з міжнародною класифікацією категорій джерел емісії парникових газів [2], [3] у промисловому секторі виділяють ряд підсекторів: ви- робництво мінеральних речовин, хімічних речовин, металів, целюлозно-паперова та харчова промисловість, виробництво та споживання перфторвуглеців, гідрофторвуглеців та гексафториду сірки. У цій статті розглянуто процеси емісії парникових газів на металу- ргійних підприємствах Польщі, які виробляють чавун та сталь, алюміній, феросплави, цинк та свинець. Відповідно до національного звіту з інвентаризації парникових газів за 2010 рік [4] лідером щодо емісій у цьому підсекторі є категорія «Виробництва чавуну та сталі» (94%). У процесі інвентаризації парникових газів усі використовувані дані (статистичні дані та коефіцієнти емісії) мають певну невизначеність – величину, що вказує на відсутність визначеності в складових інвентаризації в результаті довільних випадкових факторів. Великі значення невизначеностей для крупних джерел емісії, наприклад, підприємств металургійної промисловості, що мають значний вплив на загальну не- визначеність, можуть стати перешкодою для вироблення оптимальних стратегій щодо скорочення емісій та виконання міжнародних зобов’язань [5]. Тому актуальною науковою задачею є вироблення підходів до просторової ін- вентаризації парникових газів в окремих регіонах певної країни, а також розробка математичних моделей емісійних процесів для всіх категорій господарської діяльності. Просторова інвентаризація парникових газів ніколи не проводилася для промислового сектору Польщі. Метою цієї статті є розробка математичних моделей емісійних процесів, створення геоінформаційної технології їх реалізації з метою здійснення просторового моделювання та аналізу емісій від виробництва металів у Польщі, розробка програмного інструментарію для оцінювання невизначеностей результатів моделювання. Специфіка джерел емісії парникових газів Відповідно до методик IPCC [3] у cекторі «Виробництво металів» розглядають низку категорій: виробництво чавуну та сталі, виробництво феросплавів, виробництво алюмінію, виробництво цинку та свинцю. Згідно з польським національним звітом з інвентаризації за 2012 рік [5] процеси емісії парникових газів на металургійних під- приємствах диференціюють за типом виробленої продукції: окремо для агломератів, ливарного чавуну, переробного чавуну, ливарної сталі, переробної сталі у кисневих конверторах, переробної сталі у електричних дугових печах. У зв’язку з цим при до- слідженні емісійних процесів також враховано відповідну диференціацію. Натомість таке розрізнення відсутнє для інших категорій досліджуваного сектору, наприклад, виробництва феросплавів. Чарковська Н.В., Бунь Р.А. «Искусственный интеллект» 2014 № 3 112 4-Ч У результаті аналізу інформації щодо металургійної промисловості Польщі [6], [7] виявлено, що в країні функціонує 5 великих компаній з виробництва чавуну, сталі та прокату. Беззаперечним лідером серед виробників є група ArcelorMittal Poland S.A., частка компанії на ринку виробництва виробів зі сталі становить близько 70%. До най- більших виробників металургійної промисловості після ArcelorMittal належать групи CMC Zawiercie, Celsa Huta Ostrowiec, ISD Huta Częstochowa та Złomrex. На півдні Польщі зосереджено 10 малих підприємств з виробництва прокатних виробів, серед них Huta Bankowa, Huta Buczek, Severstallat Silesia, Huta Łabędy, Ferrostal Łabędy, Zakład Walcowniczy Profil, BGH Polska, Huta Pokój. Як відомо, обсяги виробництва сталі в 2010 році у киснево-конверторних печах склали 50,4% від загального виробництва сталі в країні, а у електричних дугових – 49,6% [8], [9]. На даний час у Польщі не функціонує жодного доменного цеху з ви- робництва сталі. Цікаво, що в Україні, яка займає третє місце в світі по експорту сталі, домінує мартенівський або доменний спосіб отримання сталі. Відповідно до опублі- кованої інформації в Польщі працюють 8 електричних дугових печей на підприємствах CMC Zawiercie S.A. (частка підприємства в загальному виробництві електричної сталі – 39,4%), CELSA ”Huta Ostrowiec” Sp. z o.o. (24,2%), Huta Stali Częstochowa Sp. z o.o. (21,2%), HSW Huta Stali Jakościowych Sp. z o.o. (12,1%), FERROSTAL Łabędy Sp. z o.o., Huta LW Sp z o.o. та Huta Batory S.A. (разом 3,1%). Група ArcelorMittal представлена п’ятьма металургійними заводами, проте лише два заводи, а саме у містах Kraków та Dąbrowa Górnicza, працюють з повним мета- лургійним циклом – виробляють три основні види продукції: чавун, сталь і прокат, решта три заводи – лише прокат. На цих двох заводах з повним металургійним циклом функціонують основні цехи: агломераційна фабрика зі спікання залізної руди, доменний цех з мартенівськими печами для виготовлення переробного та ливарного чавуну, сталеплавильний цех з кисневими конверторами для виготовлення сталі, цех для безперервного лиття сталі для виготовлення виливків та зливків, прокатний цех для виготовлення готових виробів методом прокату сталевих зливків. У табл. 1 пред- ставлено виробничі потужності цехів на двох інтегрованих заводах групи ArcelorMittal. Варто зазначити, що виробництвом агломератів та сталі у киснево-конверторних печах займаються лише два інтегровані заводи (табл. 1). Всього у Польщі налічують 6 доменних печей, при чому 4 з них розміщені на 2 інтегрованих заводах (табл. 1), де отримують переробний чавун на потреби виробництва конверторної сталі. Крім того з переробного чавуну отримують ливарний чавун у домен- ній печі потужністю 200 тис. тон на підприємстві Odlewni Zeliwa „Srem” S.A.. Підприєм- ство Stalmag Ltd. займається виробництвом доменного феромарганцю у доменній печі потужністю 100 тис. тон. Таблиця 1 – Річні номінальні виробничі потужності заводів групи ArcelorMittal Poland S.A. Виробнича потужність, тис. тон Назва цеху Kraków Dąbrowa Górnicza Агломераційна фабрика 8400 2160 Доменний цех з виробництво чавуну 4400 2000 Сталеплавильний цех з конверторами 5000 2600 Цех безперервного лиття сталі 3000 1800 Виробництвом феросплавів займається підприємство Huta Łaziska S.A., алюмінію – Huta Aluminium Konin, цинку та свинцю – ZM Silesia S.A., Huta Cynku "Miasteczko Sląskie", Zakłady Górniczo-Hutnicze „Boleslaw” S.A. Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів... «Штучний інтелект» 2014 № 3 113 4-Ч Математичні моделі емісійних процесів Великі металургійні заводи є крупними точковими джерелами емісії парникових газів, тому потрібно якомога точніше локалізувати їх на цифровій карті для здійснення просторової інвентаризації парникових газів. З метою визначення географічного розташу- вання основних металургійних заводів використано безкоштовний плагін Google Earth. Основними парниковими газами у металургії є вуглекислий газ (CO2), метан (CH4) та закису азоту (N2O). Для оцінювання величини емісії парникових газів від інтегрованих металургій- них заводів їм поставлено у відповідність таку математичну модель: [ ] [ ] [ ] ,,1, ,)()()()()( ,)()()()()()()( ,)()()()()()()( IronSteel ON BOFBOF ON PigIronPigIron ON Int CH BOFBOF CH PigIronPigIron CH SinterSinter CH Int CO BOFBOF CO PigIronPigIron CO SinterSinter CO Int 222 4444 2222 Rr KFKFE KFKFKFE KFKFKFE r rrrrr rrrrrrr rrrrrrr =Ξ∈ ⋅+⋅= ⋅+⋅+⋅= ⋅+⋅+⋅= ζ ζζζζζ ζζζζζζζ ζζζζζζζ (1) де ON Int CH Int CO Int 242 ,, EEE – річні емісії вуглекислого газу, метану та закису азоту від r ζ -го інтегрованого металургійного підприємства, відповідно; SinterF – статистичні дані щодо обсягів виробництва залізорудного агломерату r ζ -м підприємством; 2CO Sinter , KK 4CH Sinter K – коефіцієнти емісії вуглекислого газу та метану для агломерату; PigIronF – обсяги виробництва переробного чавуну в доменних печах на r ζ -му підприємстві; CO PigIron 2 , KK ON PigIron CH PigIron 24 , KK – коефіцієнти емісії вуглекислого газу, метану та закису азоту для чавуну; BOFF – статистична інформація щодо обсягів виробництва сирої сталі в киснево- конверторних печах на r ζ -му підприємстві; ON BOF CH BOF CO BOF, 242 , KKK – коефіцієнти емісії вуглекислого газу, метану та закису азоту для такої сталі; IronSteelΞ – множина інтегро- ваних металургійних підприємств; R – кількість таких підприємств. У публікації [10] описано цикл інвентаризації при виробництві киснево-конвер- торної сталі на інтегрованому заводі у Кракові. Найкращі доступні технічні прийоми щодо скорочення емісій на металургійних підприємствах представлено у матеріалах [11]. Виробництво ливарної сталі може відбуватися як у електричних дугових печах, так і в індукційних. Процесам емісії парникових газів від виробництва ливарної сталі у електричних дугових печах поставлено у відповідність математичну модель: ( )[ ] ,,1, ,)()()()( 12 44)( SteelCast CBECEAFlLiquidStee CO SteelCast 2 Ll KKKFE l lllll =Ξ∈ +⋅⋅⋅= ζ ζζζζζ (2) де 2CO SteelCast E – річні емісії вуглекислого газу від lζ -го підприємства з виробницт- ва ливарної сталі; lLiquidSteeF – статистичні дані щодо обсягів виробництва рідкої сталі lζ -м підприємством; EAF K – частка виробництва сталі для зливків у електричних печах; EC K – коефіцієнт питомого споживання електродів на виробництво ливарної сталі у електричних дугових печах lζ -м підприємством [Mg електродів / Mg сталі]; Чарковська Н.В., Бунь Р.А. «Искусственный интеллект» 2014 № 3 114 4-Ч CB K – коефіцієнт згоряння вуглецю (C) у електричних печах на lζ -му підприємстві [Mg С / Mg сталі]; SteelCastΞ – множина підприємств з виробництва ливарної сталі ; L– кількість таких підприємств. При виробництві ливарного чавуну також мають місце емісії парникових газів. У дослідженні враховано лише емісії вуглекислого газу та метану в процесі плав- лення сплавів, натомість емісії при виливанні рідкого чавуну у форми є незначними і їх не брали до уваги. Відповідні математичні моделі: [ ] ,,1, ),()()( ,)()()()( 100 44)( IronCast CH IronLiquidCastIronLiquidCast CH CastIron СaCOCCcupolaIronLiquidCast CO CastIron 44 3 2 Mm KFE KKKFE m mmm mmmmm =Ξ∈ ⋅= ⋅⋅⋅⋅= ζ ζζζ ζζζζζ (3) де 42 CH CastIron CO CastIron , EE – річні емісії вуглекислого газу та метану від m ζ -го під- приємства з виробництва ливарного чавуну, відповідно; IronLiquidCastF – статистичні дані щодо обсягів виробництва рідкого ливарного чавуну m ζ -м підприємством; cupola K – частка виплавки ливарного чавуну у вагранках (англ. «cupola», пол. «zeliwiak») m ζ -м підприємством; CC K – коефіцієнт питомого споживання коксу на виробництво ливарного чавуну lζ -м підприємством [Mg коксу / Mg чавуну]; 3СaCO K – частка вапняку (CaCO3) у коксі; 4CH IronLiquidCastK – коефіцієнт емісії метану від виробництва ли- варного чавуну; IronCastΞ – множина підприємств з виробництва ливарного чавуну ; M – кількість таких підприємств. Вхідними даними для математичних моделей (1) – (3) є відповідна статистична інформація на рівні країни щодо обсягів виробництва агломерату, чавуну, сталі, феро- сплавів, алюмінію, цинку та свинцю; виробничі потужності підприємств, а також специфічні коефіцієнти емісії парникових газів. Статистичні дані щодо обсягів ви- робництва готових промислових виробів отримано з даних Центрального статистич- ного управління Польщі [8], [9]. Коефіцієнти емісії парникових газів використано з польського національного звіту з інвентаризації [4]. Моделювання емісії вуглекислого газу від виробництва металів Оцінювання емісій від металургійної промисловості має вкрай важливе значен- ня для відображення структури емісій у промисловому секторі Польщі загалом. Серед досліджуваних категорій джерел емісії найбільше парникових газів емітується внаслідок виробництва чавуну в доменних печах, сталі в кисневих конверторах та електричних печах, та при спіканні залізної руди на агломераційних фабриках. У за- лежності від потреб та доступності даних інвентаризацію парникових газів можна прово- дити на різних рівнях: глобальному, національному, регіональному та для деяких ділянок території. Національна інвентаризація полягає у оцінюванні емісій парникових газів для окремо взятої країни. Інвентаризація парникових газів по окремих адмініст- ративних одиницях деякої країни дає можливість підвищити ступінь деталізації емісій у розрізі окремо взятих територіальних одиниць, наприклад, воєводств Польщі. Суть гео- Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів... «Штучний інтелект» 2014 № 3 115 4-Ч інформаційного підходу до просторової інвентаризації емісій парникових газів полягає у виконанні двох послідовних етапів [1]: 1) поділі досліджуваної території (у нашому випадку – карти ґмін) на елементарні ділянки; 2) почерговому оцінюванні емісій для кожної з них з використанням розроблених математичних моделей. На відміну від попередніх рівнів у випадку просторової інвентаризації вхідні дані (статистична ін- формація, коефіцієнти емісії) та вихідні дані (значення емісії) відносяться до елемен- тарної ділянки, тобто не є зосередженими у відношенні до великої території. Рисунок 1 – Територіальний розподіл емісій (в СО2-еквіваленті) від виробництва сирої сталі по заводах (тис. тон, 2010 р.) Рисунок 2 – Сумарні емісії (в СО2-еквіваленті) від виробництва металів у Польщі по воєводствах (тис. тон, 2010 р.) Чарковська Н.В., Бунь Р.А. «Искусственный интеллект» 2014 № 3 116 4-Ч Наведені вище математичні моделі емісійних процесів програмно реалізовано у спеціалізованій геоінформаційній системі, що використовує статистичну інформацію щодо обсягів виробництва металів окремими заводами, їх специфічні коефіцієнти емісії та цифрові карти (карти адміністративних одиниць – гмін, повітів, воєводств). Уся інформація (статистичні дані, коефіцієнти емісії та інші параметри) зберігається у вигляді відповідних георозподілених баз даних, що містять прив’язку до географічних об’єктів – точок, що відповідають металургійним підприємствам Польщі. У результаті обчислювальних експериментів отримано оцінки емісій парнико- вих газів для всіх категорій металургійної промисловості. Наприклад, на рис. 1 пред- ставлено сумарні емісії в CO2-еквіваленті від виробництва сталі на дев’яти підприєм- ствах. Аналіз отриманих результатів свідчить, що найбільш промислово розвинутим є Південний регіон Польщі, зокрема Сілезьке воєводство (кількість підприємств – 5), а у Малопольському, Свентокшиському, Підкарпатському та Мазовецькому – лише по одному сталеплавильному заводу. Хімічні процеси при виробництві сталі на таких підприємствах спричиняють значні емісії вуглекислого газу (CO2), дещо менше − метану (CH4) і зовсім мало − закису азоту (N2O). Для розрахунку сумарних емісій в СО2- еквіваленті використано коефіцієнти глобального потепління для цих газів (для вуглекислого газу – 1, метану – 25, закису азоту – 298). З використанням розроблених підходів та геоінформаційних технологій побудовано окремі шари цифрових карт емісій парникових газів від різних категорій металургій- ної промисловості. На їх основі отримано результуючу структуру сумарних емісій (в СO2- еквіваленті) на рівні воєводств, яку проілюстровано на рис. 2. Для верифікації резуль- татів моделювання використано інформацію з польського національного звіту з ін- вентаризації парникових газів [4]. Оцінювання невизначеності результатів моделювання емісії парникових газів Невід’ємною складовою при моделюванні емісійних процесів парникових газів є аналіз невизначеності отриманих результатів. При інвентаризації парникових газів під невизначеністю розуміють величину, яка вказує на відсутність визначеності в складових кадастру, спричинених випадковими факторами – невизначеністю джерел емісії, відсутністю прозорості інвентаризаційного процесу тощо. Невизначеності в оцінках емісій можуть виникати внаслідок недостатності знань про емісійні процеси, а також можуть бути спричинені похибками при зборі статистичних даних, недостатньою їх репрезентативністю тощо [5]. Для моделювання невизначеності оцінок емісії парникових газів використано статистичні дані з [8], [9], а їх невизначеності – з польського національного звіту з інвентаризації за 2012 рік [4]. Для коефіцієнтів емісії парникових газів від виробниц- тва металів експертні оцінки меж невизначеностей та типи розподілів є невідомими, тому в роботі використано невизначеності за замовчуванням з традиційних методик інвентаризації МГЕЗК. При цьому вважаємо, що коефіцієнти емісії парникових газів розподілені за нормальним законом. Можемо зробити таке припущення, оскільки в промисловому секторі є невелика кількість категорій джерел емісії, невизначеності коефіцієнтів є відносно невисокими (в середньому 5 – 10%, в крайніх випадках 20 – 100%) і дуже рідко зустрічаються величини, розподілені за логнормальним законом. Для аналізу невизначеностей оцінок емісій парникових газів від підприємств металургійної промисловості застосовано метод Монте-Карло [5]. Основний принцип Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів... «Штучний інтелект» 2014 № 3 117 4-Ч такого аналізу полягає у виборі та коректному моделюванні випадкових величин, що відповідають вхідним даним (коефіцієнтам емісії та даним про господарську діяль- ність), в межах їх розподілів ймовірностей та обчислення відповідних значень емісії. Цю процедуру потрібно повторити велику кількість разів і на основі отриманих результатів побудувати функцію щільності розподілу Для знаходження невизначе- ностей використано 95% довірчий інтервал – діапазон, в якому міститься істинне, але невідоме значення величини. Для моделювання емісії парникових від кожного сталеплавильного заводу ви- конано 50 000 реалізацій методу Монте-Карло. В результаті виконання програми отримано вибірку можливих значень емісії вуглекислого газу, метану, закису азоту і сумарних емісій в СO2-еквіваленті. На основі цієї вибірки було оцінено значення математичного сподівання для значень вибірки – шукані емісії, та ліва і права межі невизначеності оцінок цих емісій, що відповідають межам 95% довірчого інтервалу. На рис. 3 про- ілюстровано порівняльну діаграму величин емісії вуглекислого газу (СO2), отриманих в результаті моделювання невизначеностей методом Монте-Карло та в результаті здійснення просторової інвентаризації. Аналіз невизначеності оцінок емісії здійснено для дев’яти заводів з виробництва сталі та з різними технологіями (конверторним способом – на двох підприємствах групи Arcelor Mittal, та електричним – на решту підприємствах). Рисунок 3 – Порівняльна діаграма результатів моделювання та інвентаризації емісій парникових газів для деяких підприємств з виробництва сталі у Польщі (CO2-еквівалент, тис. тон, 2010 р.) Висновки Розроблені математичні моделі та геоінформаційна технологія їх реалізації дають можливість здійснити просторову інвентаризацію емісій парникових газів для про- мислових підприємств Польщі. Емісійні процеси в секторі «Промисловость» мають місце при виробництві промислової продукції, при цьому кожне підприємство можна пред- ставити точковим джерелом емісії парникових газів. Математична модель для такого джерела залежить від таких параметрів як: статистичної інформації щодо результатів промислової діяльності та специфічних коефіцієнтів емісії. В результаті аналізу до- ступної інформації сформовано георозподілену базу вхідних даних, в якій кожному промисловому підприємству відповідає одне поле в базі даних. Проаналізовано найбільш промислово розвинуті регіони, виділено найбільші металургійні підприємства, ви- Чарковська Н.В., Бунь Р.А. «Искусственный интеллект» 2014 № 3 118 4-Ч значено їх географічне розташування за допомогою плагіна Google Earth та побудовано цифрові карти підприємств з виробництва чавуну, сталі, алюмінію, феросплавів тощо. Математичні моделі програмно реалізовано з використанням геоінформаційних технологій. У результаті обчислювальних експериментів отримано оцінки емісій вугле- кислого газу, метану та закису азоту в розрізі окремих категорій джерел, наприклад, по підприємствах з виробництва сталі. З використанням засобів геоінформаційної системи адміністративну цифрову карту ґмін Польщі «розрізано» допоміжною сіткою і сформовано множину елементарних ділянок території для потреб просторової інвен- таризації. Сукупні емісії від виробництва сталі на рівні цих ділянок розраховано про- порційно до суми емісій від всіх сталеплавильних заводів, що містяться в цій ділянці, при цьому використано операцію приналежності для географічних об’єктів (точок та по- лігонів). Просторові кадастри емісій парникових газів від виробництва сталі по під- приємствах представлено на рис. 1. Структуру сумарних емісій (в одиницях вугле- кислого газу) в розрізі основних категорій джерел (чавуну та сталі, феросплавів, алю- мінію, цинку та свинцю) відображено на рис. 2 для основних шести воєводств. Як свідчать результати аналізу, територіальний розподіл джерел емісій є не- рівномірний. Найбільше емісій зосереджено у Сілезькому воєводстві (4012,95 тис. тон), Малопольському (1410,94 тис. тон), Свентокшиському (86,68 тис. тон), Велико- польському (71,96 тис. тон) та Мазовецькому воєводстві (3,58 тис. тон). Результат інвентаризації, представлений у вигляді просторового кадастру, є корисним для владних структур при прийнятті стратегічних рішень щодо шляхів скорочення емісій парникових газів на відповідних територіях. Здійснено порівняльний аналіз резуль- татів інвентаризації зі змодельованими значеннями емісій методом Монте-Карло. Роботи виконано в рамках проекту 7FP Marie Curie Actions IRSES project No. 247645. Список літератури 1. Інформаційні технології формування кадастру емісій парникових газів Львівщини / Р.А. Бунь, Н.О. Шпак, Б.М. Матолич та ін.; за ред. Р.А. Буня та Н.О. Шпака. – Львів : Видавничий дім «Укрпол», 2010. – 272 с. 2. 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories / H.S. Eggleston, L. Buendia, K. Miwa, T. Ngara, K. Tanabe, eds., IPCC, Institute for Global Environmental Strategies, Hayama, Kanagawa, Japan, 2006, 5 volumes. 3. Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. [Електронний ресурс]. – Режим доступу : http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/gl/guidelin/ch2wb3.pdf 4. Poland’s National Inventory report 2012: Greenhouse Gas Inventory for 1988-2010. National Centre for Emission Management at the Institute of Environmental Protection. National Research Institute, Warszawa, May 2012. 5. Інформаційні технології просторової інвентаризації парникових газів у енергетичному секторі та аналіз невизначеності / Р.А. Бунь, Х.В. Бойчук, А.Р. Бунь, М.Ю. Лесів. – Львів : ПП Сорока Т.Б., 2012. – 464 с. 6. Najlepsze dostepne techniki (BAT) wytyczne dla produkcji zelaza i stali. Huty zintegrowane. – Ministerstwo Srodowiska. Warszawa, luty 2005 r. 7. Najlepsze dostepne techniki (BAT) wytyczne dla produkcji stali. Stalownie elektryczne z odlewaniem stali. – Ministerstwo Srodowiska. Warszawa, luty 2005 r. 8. Produkcja wyrobów przemysłowych w 2010 r. Główny Urząd Statystyczny, Warszawa, 2012. – [Електронний ресурс]. – Режим доступу – http://www.stat.gov.pl/gus/przemysl_bud_PLK_HTML.htm 9. Rocznik Statystyczny Przemysłu 2011. Główny Urząd Statystyczny, Warszawa, 2012. [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://stat.gov.pl/gus/5840_3921_PLK_HTML.htm 10. Bieda B. Life cycle inventory processes of the ArcelorMittal Poland (AMP) S.A. in Krakow, Poland— basic oxygen furnace steel production / B. Bieda // Int J Life Cycle Assess. – 2012. - – V. 17. – P. 463-470. 11. Rainer R. Best Available Techniques (BAT). Reference Document for Iron and Steel Production. Industrial Emissions Directive 2010/75/EU. Integrated Pollution Prevention and Control // Rainer Remus, Miguel A. Aguado-Monsonet, Serge Roudier, Luis Delgado Sancho. – Joint Research Centre, 2013. Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів... «Штучний інтелект» 2014 № 3 119 4-Ч References 1. Bun R., Shpak N., Matolych B., Boychuk Kh., Dmytriv K., Yaremchyshyn O. Information technologies for creation of cadastre of greenhouse gas emissions of Lviv region; Lviv, „Ukrpol” Publishing House, 2010, 272 pp. 2. 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories / H.S.Eggleston, L.Buendia, K.Miwa, T.Ngara, K.Tanabe, eds., IPCC, Institute for Global Environmental Strategies, Hayama, Kanagawa, Japan, 2006, 5 volumes. 3. Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. Available online at: http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/gl/guidelin/ch2wb3.pdf 4. Poland’s National Inventory report 2012: Greenhouse Gas Inventory for 1988-2010. National Centre for Emission Management at the Institute of Environmental Protection. National Research Institute, Warszawa, May 2012 5. Information technologies for spatial inventory of greenhouse gases in energy sector and uncertainty analysis / R. Bun, Kh. Boychuk, A. Bun, M. Lesiv. – Lviv : PP Soroka T.B., 2012. – 464 pp. 6. Najlepsze dostepne techniki (BAT) wytyczne dla produkcji zelaza i stali. Huty zintegrowane. – Ministerstwo Srodowiska. Warszawa, luty 2005 r. 7. Najlepsze dostepne techniki (BAT) wytyczne dla produkcji stali. Stalownie elektryczne z odlewaniem stali. – Ministerstwo Srodowiska. Warszawa, luty 2005 r. 8. Produkcja wyrobów przemysłowych w 2010 r. Glowny Urzad Statystyczny, Warszawa, 2012. – Available online at: http://www.stat.gov.pl/gus/przemysl_bud_PLK_HTML.htm 9. Rocznik Statystyczny Przemysłu 2011. Główny Urząd Statystyczny, Warszawa, 2012. – Available online at: http://stat.gov.pl/gus/5840_3921_PLK_HTML.htm 10. Bieda B. Life cycle inventory processes of the ArcelorMittal Poland (AMP) S.A. in Krakow, Poland— basic oxygen furnace steel production / B. Bieda // Int J Life Cycle Assess. – V. 17. – P. 463-470. 11. Rainer R. Best Available Techniques (BAT). Reference Document for Iron and Steel Production. Industrial Emissions Directive 2010/75/EU. Integrated Pollution Prevention and Control // Rainer Remus, Miguel A. Aguado-Monsonet, Serge Roudier, Luis Delgado Sancho. – Joint Research Centre, 2013. RESUME N.V. Charkovska, R.A. Bun Analysis of Uncertainty of the Results of Modeling of Greenhouse Gas Emissions Processes from Metal Production in Poland In given article the main categories of GHG emissions sources due to IPCC Metal Production subsector of Industrial Processes sector have been considered. We assumed that large metal production plants are point-type emission sources. For needs of emission modeling and GHG estimates the respective mathematical models of GHG emission processes for each category have been developed. Such models for one point-type emission source depend on input data: statistical information on amounts of metal production and specific emission factors. Mathematical models and geoinformation technology of their implementation give the possibility to carry out spatial GHG emission inventory for Polish industrial enterprises. In the result of numerical experiments the estimates of emissions of carbon dioxide, methane and nitrous oxide for each individual category of emission sources, for instance, on the level of crude steel production plants have been obtained. The results of spatial inventory of greenhouse gases from steel production in basic oxygen and electric arc furnaces is presented as a layer of digital map. Structure of total emissions (in СO2-eqv.) by major categories of emission sources (iron and steel, ferroalloys, aluminum, zinc and lead) is presented on the level of voivodeships. Analysis of the obtained results revealed that the territorial distribution of emission is uneven. The liders on the GHG emission from metal industry are Silesian and Lesser Poland voivodeships. The software tools for the assessment of the uncertainty of greenhouse gas emissions by Monte-Carlo method have been developed. Comparative analysis of simulation and inventory results for nine steel production plants showed that at large number of implementation of Monte- Carlo method (approximately 50000 realizations) error is negligible (1.29%). The results of GHG spatial inventory are presented as the layers of digital maps and can be used by authorities in the planning of the environmental development of the individual regions and the reduction of greenhouse gas emissions in the respective territories. Статья поступила в редакцию 02.04.2014.

Аналіз невизначеності результатів моделювання процесів емісії парникових газів від виробництва металів у Польщі

Репозитарії

Схожі ресурси