Abstrakt: Plány dopravnej obsluhy miest a regiónov sú v súčasnosti vyhodnocované hlavne z hľadiska ponuky dopravných príležitostí a finančnej efektivity zabezpečenia dopravného procesu. Aj keď sa stále viac zdôrazňuje nutnosť minimalizácie negatívneho pôsobenia dopravy na životné prostredie, plány dopravnej obsluhy spotrebu energie a tvorbu skleníkových plynov v súvislosti so zabezpečením dopravnej obsluhy územia nevyhodnocujú. Príspevok zverejňuje overenú metodiku na výpočet energetickej a emisnej efektívnosti dopravného systému, ktorá vychádza z platných európskych noriem.
Kľúčové slová: doprava, energetická spotreba, produkcia skleníkových plynov, plán dopravnej obsluhyJ
ENVIRONMENTAL ASSESSMENT OF SELECTED IMPACTS OF THE REGIONAL TRANSPORT SERVICES
Abstract: Transport service plans for cities and regions are currently evaluated mainly in terms of the offer of the transport opportunities and the financial efficiency of the transport process. Although the necessity of minimizing of transport negative impact on the environment is increasingly emphasized, transport service plans do not evaluate energy consumption and greenhouse gas generation. This paper publishes a validated methodology for the calculation of the energy and emission efficiency of a transport system based on current European standards.
Keywords: transport, energy consumption, GHG production, transport service plan
1 Úvod
Spotreba energie a produkcia skleníkových plynov je stále väčším problémom v dnešnej spoločnosti. Ekologické dopady dopravy na životné prostredie sú nepriaznivé a mnohokrát majú neodvrátiteľný charakter. Preto sa neustále viac sleduje efektívnosť dopravy pri spotrebe energie a produkcie skleníkových plynov.
V súčasnosti sa pri tvorbe plánov dopravnej obsluhy miest a regiónov berie do úvahy hlavne hľadisko verejného záujmu v podobe zabezpečenia určitej úrovne mobility verejnou osobnou dopravou pre obyvateľstvo. Výrazný dôraz sa kladie aj na finančné hľadisko, aby sa zabezpečila dlhodobá udržateľnosť celého dopravného systému aj z hľadiska náročnosti na verejné financie.
Ekologické hľadisko sa zväčša berie do úvahy len vo všeobecnej rovine deklarovania železničnej dopravy ako ekologicky prijateľnejšieho druhu dopravy ako napr. cestnej dopravy.
Skutočný vplyv dopravy z hľadiska spotreby energie a produkcie skleníkových plynov však vždy vo výraznej miere závisí od geografických podmienok daného regiónu, dostupnej kvality a kvantity dopravnej infraštruktúry, používanej trakcie, druhu dopravných prostriedkov a použitej dopravnej technológie.
2 STN EN 16258: 2013
Hodnotenie spotreby energie a tvorby emisií skleníkových plynov z dopravných služieb musí zahŕňať aj prevádzkové procesy vozidla, aj energetické prevádzkové procesy, ktoré sa vyskytujú v priebehu prevádzkovej fázy životného cyklu. Prevádzkové procesy vozidla musia zahŕňať prevádzku všetkých systémov vozidiel vrátane pohonu a doplnkových služieb.
Pri porovnaní množstva spotrebovaného paliva dopravnými prostriedkami treba vychádzať z množstva spotrebovanej energie viazanej v palive, a nie len z hmotnostného alebo objemového vyjadrenia spotreby paliva.
Pre hodnotenie a porovnanie vplyvov emisií z prevádzky dopravných prostriedkov s rozdielnymi druhmi palív na životné prostredie bola vytvorená porovnávacia jednotka „ekvivalent oxidu uhličitého“ – CO2e.
Je to univerzálna miera množstva skleníkového plynu (oxid uhličitý, metán, oxid dusný a iné), ktorý má rovnaký účinok na klimatický systém ako by mal oxid uhličitý sám. Zohľadňuje sa v ňom presná miera vplyvu na skleníkový efekt v atmosfére vytváraný jednotlivými zložkami skleníkových plynov. Napríklad 1 t metánu má 21-krát väčšiu mieru skleníkového efektu než 1 t CO2 a tak 1 t predstavuje hodnotu 21 t CO2e. Táto syntetická veličina bola vytvorená za účelom vysokej výpovednej hodnoty pri porovnávaní produkcie emisií pochádzajúcich z rôznych odvetví, z rôznych zdrojov, z rôznych palív s rozdielnym zložením [1].
Dňa 8. septembra 2012 Európsky výbor pre normalizáciu CEN (Comité Européen de Normalisation) schválil európsku normu EN 16258: 2012 Méthodologie pour le calcul et la déclaration de la consommation d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre (GES) des prestations de transport (passagers et fret). Slovenská republika, ako člen CEN, bola povinná tejto norme priznať bez akýchkoľvek zmien postavenie národnej normy. Na základe tejto skutočnosti bola v septembri 2013 Slovenským ústavom technickej normalizácie vydaná STN EN 16258: 2013 Metodika výpočtu a deklarovania spotreby energie a emisií skleníkových plynov z dopravných služieb (nákladná a osobná doprava) [2].
Táto norma je určená na výpočet a deklaráciu vyprodukovaného množstva skleníkových plynov z prevádzky dopravných prostriedkov na základe množstva a druhu spotrebovaného paliva. Pri výpočtoch spotreby energie a emisií súvisiacich s vozidlami sa berie do úvahy aj spotreba energie a emisie súvisiace s energetickými procesmi pri palivách a/alebo elektrine používaných vozidlami (vrátane výroby a distribúcie pohonných hmôt). To zaisťuje, že norma deklaruje, ako postupovať pri výpočtoch tak, aby sa bral do úvahy komplexný prístup a kvantifikácia spotreby energie a produkcie skleníkových plynov brala do úvahy všetky procesy od získania zdrojov energie až po ich spotrebu v dopravnom prostriedku počas prevádzky.
Výpočet emisií skleníkových plynov zahŕňa nasledujúce plyny [2]:
- oxid uhličitý (CO2),
- metán (CH4),
- oxid dusný ( N2O ),
- čiastočne fluorované uhľovodíky ( HFCs) ,
- úplne fluorované uhľovodíky ( PFCs),
- fluorid sírový ( SF6).
Ktorýkoľvek iný plyn sa musí vylúčiť [2].
Norma využíva na stanovenie množstva emisií skleníkových plynov vyjadrenie v gramoch (g) ekvivalentu oxidu uhličitého CO2e alebo jeho násobkoch, ako sú kilogram (kg) alebo tona (t) CO2e.
Ekvivalent oxidu uhličitého sa vypočíta vynásobením hmotnosti skleníkového plynu jeho globálnym potenciálom otepľovania.
Energetické procesy podľa [2] musia obsahovať:
- pri palivách: ťažbu alebo pestovanie primárnej energie, rafinovanie, transformácie, dopravu a distribúciu energie vo všetkých krokoch výroby použitého paliva,
- pri elektrine: ťažbu a dopravu primárnej energie, transformáciu, výrobu energie, straty v elektrických rozvodných sieťach.
3 Princíp výpočtu spotreby energie a produkcie emisií skleníkových plynov z dopravných služieb
Výpočet spotreby energie a emisií skleníkových plynov tvoria štyri nasledujúce výpočty [2]:
- well-to-wheels energetickú spotrebu ( Ew ) (primárna aj sekundárna spotreba energie),
- well-to-wheels GHG emisie (emisie skleníkových plynov) ( Gw) (primárna aj sekundárna produkcia emisií),
- tank-to-wheels energetickú spotrebu ( Et) (len primárna spotreba energie),
- tank-to-wheels GHG emisie (emisie skleníkových plynov) ( Gt) (len primárna produkcia emisií).
Primárnou spotrebou energie a produkciou emisií sa myslí ich časť spotrebovaná alebo vyprodukovaná priamo prevádzkou dopravného prostriedku. Ide teda o tzv. miestne emisie alebo emisie zaťažujúce životné prostredie len lokálne. Sekundárna spotreba a emisie sú také, ktoré vznikajú v dôsledku výroby, rafinácie a distribúcie paliva alebo energie určených na pohon dopravného prostriedku. Tieto majú celospoločenský, celoúzemný dopad na životné prostredie. Celkovou spotrebou a emisiami sa myslí súčet primárnych a sekundárnych častí.
Výpočet pre jednu danú dopravnú službu sa vykonáva pomocou nasledujúcich troch hlavných krokov [2]:
- krok 1: Identifikácia rôznych úsekov tejto dopravnej služby,
- krok 2: Výpočet spotreby energie a emisií skleníkových plynov z každého úseku,
- krok 3: Súčet výsledkov pre každý úsek.
Výpočet pre jeden daný úsek dopravnej služby sa vykonáva pomocou nasledujúcich štyroch hlavných krokov [2]:
- čiastkový krok 2.1: Určenie systému prevádzky vozidla (VOS) týkajúceho sa tohto úseku;
- čiastkový krok 2.2: Výpočet celkovej spotreby paliva pre tento VOS;
- čiastkový krok 2.3: Výpočet celkovej spotreby energie a emisií skleníkových plynov pre tento VOS;
- čiastkový krok 2.4: Priradenie úseku podielu z každého zo štyroch výsledkov čiastkového kroku 2.3.
4 Metodika výpočtu spotreby pohonných hmôt v regióne
Pri výpočte spotreby pohonných hmôt je vhodné kombinovať dva typy údajov o spotrebe PHM, a to:
- štatistické údaje reálnych spotrieb osobných automobilov, ktoré vychádzajú z európskej databázy prevádzkovateľov osobných vozidiel, v ktorej sú evidované údaje skutočnej spotreby paliva z viac než 700 000 vozidiel a 500 000 prevádzkovateľov;
- meranie skutočnej spotreby paliva pri použití meracích vozidiel zvolených vzhľadom na skladbu dopravného prúdu vychádzajúcu z dopravného prieskumu. Merania sú vykonávané na vybraných úsekoch územia a pri určených prevádzkových podmienkach vozidiel tak, aby bola dosiahnutá čo najväčšia podobnosť s prevádzkou vozidiel v sledovanom území. Vďaka tomu výsledky reprezentujú skutočné vplyvy dopravy na životné prostredie.
Výpočet spotreby pohonných hmôt sa vykonáva na všetkých relevantných úsekoch riešeného územia, pričom sa berie do úvahy samostatne zdrojová, cieľová a tranzitná doprava. Toto rozdelenie dopravného prúdu je dôležité pri výpočte z hľadiska uvažovania vyššej spotreby pohonných hmôt u individuálnej dopravy pri zdrojovej doprave, kde je predpoklad jazdy so studeným motorom.
Na zistenie skutočnej štruktúry vozidiel v skúmanom území je nutné vykonať dopravný prieskum. Tento dopravný prieskum by mal byť vykonaný v rôznych časových obdobiach počas roka, pretože v určitých špecifických regiónoch môže byť skladba vozidiel rôzna počas letného obdobia a iná v zimnom období. Pri dopravnom prieskume sa nezisťuje len počet vozidiel, ale aj ich veľkosť, druh používaného paliva, resp. trakcie (benzínový, naftový, LPG, elektro,…), emisná trieda (EURO X) a obsadenosť osobami.
Dopravný prieskum je možné vykonať na parkoviskách, vizuálnym posúdením konštrukcie vozidiel, dotazníkovým prieskumom u majiteľov, prevádzkovateľov a vodičov daných vozidiel a zberom údajov z osvedčení o evidencii vozidla.
Pri výpočte spotreby pohonných hmôt sa berie do úvahy aj reálna skladba osobných motorových vozidiel v SR, ktorá vychádza zo štatistiky všetkých vozidiel evidovaných v SR k určitému dátumu vzhľadom na značku vozidla, typ a druh paliva.
Z dôvodu ďalšieho spresnenia spotreby pohonných hmôt pre konkrétne cestné úseky sa pre vybrané kategórie vozidiel (malý, stredný a veľký osobný automobil) vykonajú opakované korekčné merania spotreby v reálnej prevádzke pri rôznych poveternostných podmienkach počas roka.
Obsadenie vozidla osobami vychádza z priemerného obsadenia vozidiel zisteného počas dopravného prieskumu. Tento údaj vychádza z výsledkov zisťovania obsadenosti osobných automobilov v riešenom území.
Obdobným spôsobom možno vypočítať spotrebu PHM v železničnej doprave pri vlakoch nezávislej (motorovej) trakcie.
Vypočítané hodnoty spotrebovaného množstva pohonných hmôt v litroch sa následne prepočíta na množstvo spotrebovanej energie v MJ.
Prepočet emisií skleníkových plynov sa vykonáva na základe [2].
5 Metodika výpočtu spotreby energie pri elektrickej trakcii v regióne
Výpočet spotreby energie a s tým súvisiace množstvo produkovaných skleníkových plynov je nutné urobiť aj pre vozidlá elektrickej trakcie, napr. pri dopravnej obsluhe regiónu vlakmi závislej (elektrickej) trakcie. Okrem skutočnej spotreby elektrickej energie hnacími koľajovými vozidlami získanými priamo od dopravcu je možné na výpočet využiť simulačné programy, ktoré na základe sklonových a smerových traťových pomerov, rozloženia zastávok, stanovených maximálnych rýchlostí, trakčnej charakteristiky koľajového vozidla, jeho hmotnosti a obsadenosti vypočítajú energiu potrebnú na pohyb koľajového vozidla. Na základe účinnosti prenosu trolej/zberač a účinnosti motora možno vypočítať celkové množstvo elektrickej energie, ktoré je potrebné vyrobiť na pohyb koľajového vozidla.
Aj keď vlaky závislej (elektrickej) trakcie priamo prevádzkou (premenou elektrickej energie na pohybovú energiu) neprodukujú v mieste realizácie prepravy žiadne emisie skleníkových plynov, tieto vznikajú pri výrobe elektrickej energie. Na základe STN EN 16258: 2013 a percentuálneho zastúpenia jednotlivých zdrojov pri výrobe elektrickej energie v SR sa dajú vypočítať emisie skleníkových plynov, ktoré vznikajú pri výrobe elektrickej energie v SR v súvislosti s prevádzkou vlakov závislej (elektrickej) trakcie.
6 Záver
Pri tvorbe plánov dopravnej obsluhy miest a regiónov by sa okrem verejného záujmu a finančného hľadiska efektivity dopravného systému malo brať do úvahy aj ekologické hľadisko, ktoré porovnáva možné riešenia dopravnej obsluhy z hľadiska spotreby energie a produkcie skleníkových plynov. Tento výpočet je účelné urobiť pre zistenie priameho pôsobenia prevádzky navrhovaných dopravných prostriedkov v danom regióne, ako aj z celospoločenského hľadiska, ktoré berie do úvahy aj spotrebu energie vyplývajúcej z výroby, rafinácie a distribúcie paliva alebo energie určených na pohon dopravných prostriedkov.
Prepočtom spotreby energie a produkcie skleníkových plynov na jednotku dopravného alebo prepravného výkonu možno porovnať efektívnosť jednotlivých variantov návrhu plánu dopravnej obsluhy z hľadiska negatívneho pôsobenia dopravy na životné prostredie.
Vzhľadom na stále sa zhoršujúci sa stav životného prostredia by sa posúdenie energetickej a emisnej efektivity dopravného systému malo stať neoddeliteľnou súčasťou plánov dopravnej obsluhy miest a regiónov.
7 Literatúra
- ISO 14064-1: 2006, Greenhouse gases — Part 1: Specification with guidance at the organization level for quantification and reporting of greenhouse gas emissions and removals
- STN EN 16258: 2013 Metodika výpočtu a deklarovania spotreby energie a emisií skleníkových plynov z dopravných služieb (nákladná a osobná doprava)
- Grenčík, J., Skrúcaný, T., Volna, P.: Energy consumption as an important factor for decision on proper transport mode. In: TTS Technika transportu szynowego : koleje – tramwaje – metro. – ISSN 1232-3829. – Rok 22, no. 12 (2015). s. 1891-1895
- Skrúcaný, T.: Efektívnosť výroby elektrickej energie vzhľadom na použité primárne zdroje a jej porovnanie s inými druhmi trakcie používanými v doprave. In: Plyn. – ISSN 0032-1761. – Roč. 96, č. 11-12 (2016), s. 254-260
- Skrúcaný, T.:Vplyv paliva vozidla na spotrebu energie a produkciu skleníkových plynov v doprave. In: Plyn. – ISSN 0032-1761. – Roč. 96, č. 7-8 (2016), s. 154-157
- Skrúcaný, T., Kendra, M., Šarkan, B., Gnap, J.: Software simulation of an energy consumption and GHG production in transport. In: Tools of transport telematics : 15th international conference on Transport systems telematics, TST 2015 : revised selected papers : Wrocław, Poland, April 15-17, 2015. – Cham: Springer, 2015. – ISBN 978-3-319-24576-8. – S. 151-160. – (Communications in computer and information science, 531. – ISSN 1865-0929).
- Skrúcaný, T., Ponický, J., Kendra, M., Grenčík, J.: Energetická náročnosť a produkcia skleníkových plynov na vybranej trati v regionálnej osobnej doprave. In: PRORAIL 2015 : zborník prednášok XXII. medzinárodnej konferencie Súčasné problémy v koľajových vozidlách : Žilina, 16.-18.9.2015, Slovensko. Diel II. – Žilina: Vedeckotechnická spoločnosť pri Žilinskej univerzite, 2015. – ISBN 978-80-89276-49-3. – s. 195-202
Autori:
Tomáš SKRÚCANÝ 1, Martin KENDRA 2
Tituly a pôsobisko autorov:
1Ing. Tomáš Skrúcaný, PhD., Žilinská univerzita v Žiline, Univerzitná 8215/1, Žilina, 010 26, Slovensko, E-mail: tomas.skrucany@fpedas.uniza.sk
2doc. Ing. Martin Kendra, PhD., Žilinská univerzita v Žiline, Univerzitná 8215/1, Žilina, 010 26, Slovensko, E-mail: martin.kendra@fpedas.uniza.sk
VYTLAČIŤ