Koszty zdrowotne wytwarzania energii elektrycznej w Polsce.

Pojęcie kosztów zewnętrznych ważne jest dla dobra społeczeństwa i dla gospodarki. Prace nad kosztami zewnętrznymi w elektroenergetyce obejmują określenie szkód zdrowotnych,środowiskowych i materialnych, które nie są rekompensowane przez producentów energii elektrycznej i znalezienie odpowiedników finansowych tych szkód. Unia Europejska podkreśla, że o ile koszty własne produkcji energii elektrycznej są uwzględnione w jej cenach rynkowych, to koszty zewnętrzne powinny być uwzględniane przez decydentów ustalających zasady polityki energetycznej, jeśli celem jest optymalne wykorzystanie zasobów naturalnych oraz zapewnienie największych korzyści dla społeczeństwa. Jest to stwierdzenie szczególnie ważne dla krajów takich jak Polska, które nie dawno wstąpiły do Unii Europejskiej i są w trakcie ustalania roli centralnych organów państwa w kształtowaniu strategii energetycznej.
Udział paliw w produkcji en.elektrycznej w Polsce i UE.

W ciągu ostatnich 15 lat Komisja Europejska pracowała intensywnie nad oceną liczbową kosztów zewnętrznych wytwarzania energii, prowadząc program zwany jako ExternE pozwoliło to na uzgodnienie w skali Unii Europejskiej wspólnego podejścia do funkcji „ekspozycja-ryzyko” (ER- exposure-response), a w szczególności do skutków zdrowotnych zanieczyszczenia powietrza i uzgodnienie wyceny monetarnej tych skutków, obejmującej takie elementy jak wartość statystycznego skrócenia trwania życia ,jak awarie w całym cyklu wytwarzania energii, efekt cieplarniany, zakwaszanie gleby itd.
W skład kosztów zewnętrznych wchodzą koszty zdrowotne, koszty szkód w środowisku, koszty efektu cieplarnianego i koszty możliwych awarii. Koszty zdrowotne i efektu cieplarnianego wyraźnie dominują nad innymi efektami dając wkład około 98%. W niniejszym artykule zajmiemy się bliżej omówieniem kosztów zdrowotnych, nie tylko dających największy wkład, ale również nie poddawanych w wątpliwość przez społeczność międzynarodową.
Porównanie różnych skutków zdrowotnych zanieczyszczeń atmosfery i ich ocen finansowych wykazało, że największy wpływ na łączne koszty zdrowotne ma wzrost umieralności wskutek narażenia chronicznego. Metodyka stosowana przez ExternE oparta jest na ocenie liczby lat straconego życia. Ocena wartości życia ludzkiego, a ściślej -skrócenia oczekiwanej długości życia, ma więc zasadniczy wpływ na wyniki oceny kosztów .
Zajmiemy się ocenami kosztów zewnętrznych w warunkach polskich. Są one wyższe niż w krajach Europy Zachodniej, bo też i emisje na jednostkę energii produkowanej w Polsce są większe niż np. we Francji czy w Niemczech,ale zanim przejdziemy do oceny tych kosztów, warto zdać sobie sprawę,że energia elektryczna jest nam niezbędna do życia i jak wiele korzyści zdrowotnych uzyskujemy dzięki jej wykorzystaniu.
Zagrożenia zdrowotne związane ze spalaniem paliw organicznych.
Szkodliwe skutki wdychania produktów spalania paliw organicznych takich jak pyły, dwutlenek siarki i tlenki azotu stwierdzono w wielu badaniach(Externe 1998 Externalities of energy vol.1-10 European Commision). Już przy poziomach stężeń pyłu obecnie występujących na wielu obszarach zurbanizowanych występuje pogorszenie funkcjonowania płuc, zwiększona częstość występowania chorób układu oddechowego i naczyniowo-sercowego, zwiększony zakres hospitalizacji oraz umieralności…
Warto sobie zdać sprawę jak małe są cząsteczki pyłów, które zagrażają naszemu zdrowiu.. Najbardziej groźne pyły mają najmniejsze rozmiary. Cząstki pyłów o wymiarach około 10 μ m, osadzają się w skórze, błonach śluzowych nosa i w krtani, pyły o średnicy 3 μ m w tchawicy, o średnicy 2,5 μ m w oskrzelach, a jeszcze mniejsze w pęcherzykach płucnych. Właśnie ta najmniejsza frakcja pyły- o wymiarach poniżej 2,5 μ m (PM25) - jest najgroźniejsza dla naszego zdrowia, bo powodują trwałe uszkodzenia układu oddechowego oraz prawdopodobnie działa promocyjnie na rozwój nowotworów płuc.(grubośc włosa ludzkiego to ok.50 mikronów)
Niestety ten właśnie drobny pył najłatwiej przenika przez filtry instalowane w układach,odlotowych spalin z elektrowni cieplnych. Wraz z pyłami emitowane są metale ciężkie, często o działaniu toksycznym. Substancje takie jak ołów i rtęć powodują trwałe szkody zdrowotne, a arszenik, beryl czy kadm są trujące i rakotwórcze.
Krótkotrwałe narażenie na SO2 wywołuje nasilenie symptomów chorobowych, a przy długotrwałym narażeniu obserwowano systematycznie zwiększoną umieralność, wzrost przyjęć do szpitala i chroniczne choroby płuc [Who(2000)Air quality guidelines for Europe no.91]. W małych ilościach SO2 oddziałuje na rośliny jak nawóz, w ilościach większych hamuje jednak ich rozwój. SO2 jest obok tlenków azotu główną przyczyną powstawania kwaśnych deszczów, które powodują nie tylko niszczenie świata roślinnego, ale i przyspieszają korozję obiektów wykonanych z metalu,czy betonu. Zakwaszanie tymi deszczami gleby powoduje rozpuszczanie soli metali ciężkich, co z kolei pogarsza jakość zdrowotną produktów żywnościowych otrzymywanych na tych glebach. W niskich temperaturach tlenki siarki w obecności wykroplonej wody kondensują jako kwas siarkowy, który oddziałuje żrąco na błony śluzowe, a osadzając się na powierzchni metalowych i betonowych konstrukcji wywołuje ich korozję.
Dwutlenek azotu powoduje choroby układu oddechowego, a narażenie na jego wysokie stężenia może powodować bronchit u astmatyków i u osób zdrowych. Najbardziej narażone są dzieci i astmatycy. Badania epidemiologiczne wykazały zwiększone o 20% ryzyko chorób układu oddechowego u dzieci przy wzroście stężenia NO2 o około 30 ug/m3 w ciągu 2 tygodni [Who(2000)Air quality guidelines for Europe]. NO2 oddziałuje na rośliny jak nawóz pod warunkiem, że ilość zastosowanych sztucznych nawozów nie jest nadmierna. W upalne dni i w kontakcie z węglowodorami wytwarza ozon (substancję szkodliwą dla zdrowia ludzi i roślin)
Co najważniejsze jednak, tlenki azotu podobnie jak dwutlenek siarki przekształcają się w aerozole wtórne (azotany i siarczany), o bardzo małych rozmiarach, i podobnie jak pył drobny emitowany z elektrowni oddziałują szkodliwie na zdrowie człowieka. Sytuację utrudnia fakt, że o ile pyły można wychwytywać w filtrach, tlenki siarki i azotu wydzielają się z komina w postaci gazów i dopiero w atmosferze ulegają reakcjom chemicznym powodującym powstawanie aerozoli o bardzo małych rozmiarach, wdychanych później przez człowieka. Aerozole te mogą przebywać w atmosferze przez wiele dni i przebywają duże odległości.

W Polsce szczególnie wyraźne skutki skażeń powietrza obserwowano na Śląsku, gdzie np. w końcu lat 70-tych w Wałbrzychu docierało na ziemię o 40% mniej światła słonecznego niż w innych rejonach Polski, a średni okres życia był tam o 5,3 lat krótszy od średniej krajowej [P.A.N.-1978]. Wyraźne ujemne skutki zanieczyszczeń powietrza obserwowano także w wielu innych miastach Polski. Np. w Łodzi(bliska odleglośc kopalń odkrywkowych i elektrowni Bełchatów),przejściowy wzrost stężenia SO2 w powietrzu z 0,13 do 0,28 mg/m3 w styczniu 1971 r. spowodował wzrost liczby zachorowań na górne drogi oddechowe i układ krążenia z 34 do 72 na dobę. Badania zdrowia dzieci wykazały, że wśród dzieci mieszkających w rejonach, gdzie stężenie SO2 jest wyższe od 0,14 mg/m3, u ponad 74% występują zmiany alergiczne błon śluzowych gardła a 72% choruje przez dłuższy czas. Natomiast wśród dzieci mieszkających w rejonie o stężeniu SO2 poniżej 0,05 mg/m3 odpowiednie liczby wynosiły tylko 21% i 28% .
Rejonem szczególnie wysokiego ryzyka jest Górny Śląsk, gdzie koncentruje się wydobycie węgla i elektroenergetyka. Badania umieralności dobowej w najbardziej zanieczyszczonym rejonie Katowic wykazały, że narażenie na SO2 i PM10 powoduje wzrost umieralności na choroby układu naczyniowo-oddechowego odpowiednio o 10% i 4% ! [Zejda J.E.-1998 respiratory symptom in children of Silesia-Poland-Epidemiol]. Inne badania w Katowicach wykazały wysoką częstotliwość chronicznych objawów w układach oddechowych dzieci, o 50% wyższą niż u dzieci miejskich poza rejonem badanym . Z badań kliniczno-kontrolnych populacji męskiej w Krakowie natomiast wynika, że zanieczyszczenie powietrza spowodowało wzrost ryzyka zgonu na raka płuc 1,4 razy, niezależnie od palenia papierosów i narażenia zawodowego.

Postęp w dziedzinie redukcji emisji zanieczyszczeń doprowadził do znacznego zmniejszenia stężeń pyłów w atmosferze. Średnia wartość zapylenia zmalała od 265 μg/m3 w 1980 roku do około 60 μg/m3 w 1999, a maksymalne wartości stężeń zmalały z 600 do 180 μg/m3. Aby móc ocenić wielkości tych stężeń zapylenia można dodać, że przy stężeniu dwutlenku siarki powyżej 25 μg/m3 zaczynają chorować świerki. Średnie roczne stężenie dopuszczalne w Polsce wynosi obecnie 30 μg/m3, a od 2010 r. będzie obniżone do 20 μg/m3.. W poprzednim artykule omawiającym koszty zewnętrzne w krajach Unii Europejskiej przytoczone były wyniki badań w miastach UE i USA wskazujące, że już przy stężeniu pyłów drobnych (o rozmiarach poniżej 2,5 μm) rzędu 20 μg/m3 występuje zauważalne skrócenie czasu trwania życia.
Wiele dostępnych danych epidemiologicznych odnośnie szkodliwości zanieczyszczeń opiera się na badaniach przeprowadzonych w rejonach o wysokim zanieczyszczeniu powodowanym przez spalanie węgla. Np. w rejonie Cieplic w Czechach, gdzie w drobnym pyle dominowały siarczany kwaśne, związki organiczne i toksyczne pierwiastki śladowe pochodzące ze spalania węgla, zaobserwowano podwyższony wskaźnik urodzeń dzieci z niedowagą, przedwczesnych urodzeń i problemów neurologicznych wśród dzieci. Inne badania w Czechach wykazały, że umieralność niemowląt na choroby układu oddechowego jest wyraźnie podwyższona w rejonach o podwyższonym stężeniu pyłów. Wzrost stężenia PM10 o 25 μg/m3 odpowiadał zwiększeniu umieralności niemowląt na choroby układu oddechowego o 58%!
Pomimo niekwestionowanego dużego postępu w redukcji zanieczyszczeń środowiska w ostatniej dekadzie, Polska nadal pozostaje w tyle większości krajów UE pod względem wielu wskaźników środowiskowych. Niekorzystna, oparta głównie na węglu, struktura paliwowa elektroenergetyki polskiej powoduje, że obecne duże różnice w osiąganych wskaźnikach emisji w stosunku do innych państw członkowskich nie ulegną istotnej zmianie również i w następnych latach .
Wskaźniki emisji w elektroenergetyce na jednostkę produkowanej energii elektrycznej netto w Polsce i UE-15 [g/kWh]

Obecne stawki opłat za emisje zanieczyszczeń (2004) nie sprzyjają wprowadzaniu modernizacji. Jak widać w tabeli, są one aktualnie nie tylko wielokrotnie niższe niż koszty zewnętrzne ponoszone przez społeczeństwo, ale również kilkakrotnie niższe niż wynoszą jednostkowe koszty redukcji emisji.
Aktualne jednostkowe stawki opłat za gazy i pyły wprowadzone do powietrza w 2004 roku.

SO2 -410 zł/t
NOx -410 zł/t
Pył -440 zł/t
CO - 110 zł/t
CO2 -0.22 zł/t
CH4 -0.22 zł/t
Oznacza to, że brak bodźców ekonomicznych, które powinny skłaniać elektroenergetykę polską do redukcji emisji zanieczyszczeń.W obliczeniach uwzględniono tylko koszty zdrowotne w wyniku emisji zanieczyszczeń powietrza (PM10, SO2, NOx) oraz koszty ocieplenia klimatu na skutek emisji CO2.
Koszty szkód obliczono na tonę zanieczyszczeń stosując uproszczoną metodę ExternE przy pomocy modułu SimPacts Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej. Do oszacowania kosztów zewnętrznych każdej z elektrowni zawodowych zastosowano kilka uproszczonych modeli. Dla kilkunastu obiektów, największych lub zlokalizowanych na dużych obszarach zurbanizowanych i w ich pobliżu, zastosowano najbardziej złożony model QUERI, pozwalający na modelowanie lokalnego (do 50 km od źródła) rozprzestrzenienia emitowanych zanieczyszczeń. Te same dane meteorologiczne - temperatury, prędkości i kierunki wiatru .
Dla typowych warunków w Unii Europejskiej koszty zewnętrzne przypadające na jednostkę emitowanego zanieczyszczenia są najwyższe dla pyłów i wynoszą około 10 500 €(2000)/tonę. Następne co do wielkości są koszty zdrowotne emitowanego dwutlenku siarki SO2, równe 4540 €/t. Koszty te wiążą się głównie z oddziaływaniem siarczanów w postaci aerozoli, gdyż bezpośrednie oddziaływanie SO2 nie przekracza 5% całkowitego kosztu. Według aktualnych ocen znacznie niższe niż dawniej są koszty zdrowotne emisji tlenków azotu NOx (aerozole azotanów) ocenione na około 2100 €/t.
Jednakże globalne koszty zależą nie tylko od skutków emisji jednej tony zanieczyszczeń, ale także od ilości emitowanych zanieczyszczeń. Pod tym względem dominuje w Polsce dwutlenek siarki. Gdy koszty wyrażone są jako wartość przypadająca na jednostkę wytwarzanej energii elektrycznej, to ze względu na dużą emisję na czele listy w Polsce znajdują się siarczany powodujące koszty zewnętrzne około 20 m€/kWh. Znacznie niższym kosztem zewnętrznym na jednostkę produkcji, ok. 3 m€/kWh, charakteryzują się pyły (PM10) i azotany.

Łączny koszt zewnętrzny wytwarzania energii elektrycznej i ciepła wynosi ok. 7 mld € (z tego ok. 1 mld € na produkcję ciepła), lub ok. 1.7% Krajowego Produktu Brutto Polski w 2004 r. Około 85% tego kosztu jest następstwem emisji SO2 i CO2, które mają prawie takie same udziały w ogólnym koszcie. Znacznie niższe, lecz również podobne udziały, ok. 7%, mają NOx i pyły.

Podsumowanie
Całkowita wielkość emisji w UE maleje z czasem. Emisje w 2020 roku będą mniejsze niż w 1990 r. o 80% w przypadku SO2 i o 60% w przypadku NOx.[6] Spowoduje to znaczne zmiany w ilorazie SO2/NOx i odpowiednie zmiany w składzie chemicznym atmosfery. Wskutek tego, efekty zdrowotne na tonę emitowanych zanieczyszczeń staną się większe.
Szacuje się, że koszt zdrowotny emitowanej tony NOx będzie w 2020 roku o ok. 40% wyższy niż był w 2000 roku. Również emisja jednej tony SO2 w 2020 r. spowoduje oddziaływanie siarczanów, które będzie o ok. 20% większe niż w 2000 roku. Zjawisko to staje się zrozumiałe w świetle faktu, że chociaż emisje SO2 i NOx zmaleją znacznie, emisje NH3 pozostaną na niezmienionych poziomie. Oznacza to, że na jednostkę SO2 i NOx będzie więcej NH3, które może wejść z nimi w reakcję i spowodować powstawanie groźnych dla zdrowia aerozoli .
Tak więc koszty zewnętrzne przypadające na tonę emitowanych zanieczyszczeń będą w przyszłości rosły. Należy to uwzględniać przy analizowaniu decyzji strategicznych, których pełne skutki staną się widoczne w roku 2020 lub później.
Obliczenia, których wyniki pokazano wykazały ze obecne systemy elektroenergetyki oparte na spalaniu paliw organicznych charakteryzują się najwyższymi kosztami zewnętrznymi, np. dla węgla brunatnego – 55,7 m€/kWh. Wprowadzenie zaawansowanej technologii (CC i PFBC) zmniejsza znacząco koszty zewnętrzne systemów z paliwem organicznym, ale nadal pozostają one w zakresie od 10 do 20 m€/kWh.
Dotyczy to także produkcji skojarzonej ciepła i energii elektrycznej, w której dzięki stosowaniu technologii gazowej koszty zewnętrzne znacznie maleją.
Stosowanie technologii obniżających emisje zanieczyszczeń do atmosfery wiąże się z koniecznością poniesienia dużych kosztów. Według ocen [OECED-Projected costs of generating electricity-1998] koszty obniżenia emisji SO2 i NOx do poziomów dopuszczalnych wynoszą w walucie z 2000 roku około 16-22 m€/kWh. To jednak nie eliminuje jeszcze kosztów zewnętrznych. Elektrownia emitująca 10% wytwarzanego SO2 powoduje wciąż jeszcze bardzo duże obciążenie środowiska.
Na przykład w rejonie miasta Wałbrzych hałdy górnicze powodują silne zapylenie miasta, dając wkład wynoszący ponad połowę łącznego zapylenia ze wszystkich źródeł. Obecnie gros hałd góruje nad zabudową mieszkalną Wałbrzycha, tak że np w rejonie dzielnicy Sobięcin pylenie hałd powodowało w końcu lat 80-tych opady rzędu 250 t/km2 rok [Kotowski,Ulbrich-4/10-Granice wykorystania środowiska przez człowieka-9-2000]. Obecnie opady pyłowe maleją wskutek usprawnień układów kontroli emisji w elektrowniach i zamykania zakładów szczególnie uciążliwych dla środowiska, ale procesy rekultywacji hałd przebiegają znacznie wolniej i hałdy pozostają poważnym źródłem zagrożenia.
Podczas spalania węgla wytwarzane są duże ilości popiołu. Przy średniej zawartości popiołu w węglu polskim równej 20% wytworzenie 1 GWa energii elektrycznej powoduje powstanie około pół miliona ton popiołu. Pył węglowy używany jest do utwardzania dróg, jako składnik farb, a około 5% popiołu stosuje się w konstrukcjach i budownictwie. Ze względu na emisję produktów rozpadu radonu użycie węgla w budownictwie mieszkalnym wiąże się ze średnią dawką dodatkową promieniowania wynoszącą około 80 osobo-Sv/GW rok. , a więc wiele więcej niż zagrożenie promieniotwórcze w przypadku elektrowni jądrowych !!
Ponadto w warunkach polskich konieczne jest dodanie kosztów szkód wywołanych zrzucaniem do polskich rzek zasolonej wody pochodzącej z kopalni węgla kamiennego. Wg [GUS-2004-Ochrona środowiska] w 2003 r. w województwach Śląskim i Dolnośląskim razem odprowadzono do wód powierzchniowych ok. 115 mln m3 wody zasolonej zawierającej ok. 1.4 mln ton soli..
Dla porównania ocenimy koszty zewnętrzne związane z wytwarzaniem energii elektrycznej w cyklu jądrowym (w całym cyklu, nie tylko w samych elektrowniach). Szczegółową wycenę tych kosztów przeprowadzono w ramach programu ExternE dla Francji, Niemiec, W. Brytanii, Szwecji i innych krajów, a dla warunków polskich dokonano takiej oceny w pracy
[Ocena wpływu wytworzenia en.elektr.na zdrowie i środowisko-analiza porównawcza dla różnych żródeł energii-Borysiewicz,Strupczewski,Tarkowski,Radovic-2001]. Okazało się, że łączne obciążenia środowiska i zagrożenia zdrowia człowieka powodowane przez cykl produkcji energii nuklearnej wg NewExt wynoszą mniej niż 1,9 m€/kWh, z czego 70 % powodowane jest przez uwolnienia radioaktywne w fazie wydobycia i oczyszczenia uranu. Elektrownia jądrowa daje tylko 5% kosztów zewnętrznych całego cyklu. Według ocen brytyjskich [Power generation and environment a UK perspective ETSU final report-1998],do których wprowadzono poprawki uwzględniające przyjęte obecnie metody zabezpieczeń odpadów z oczyszczania rudy uranowej, łączne koszty zewnętrzne dla cyklu jądrowego z przerobem paliwa wypalonego równe są 0,46 m€/kWh .
Tak więc dla Polski, nawet po pominięciu kosztów zanieczyszczeń naszych rzek przez odpady z cyklu węglowego, okazuje się że koszty zewnętrzne dla cyklu węglowego wynoszą około 45 m€/kWh, a dla cyklu jądrowego z przerobem paliwa wypalonego są one od 20 do 100 razy niższe. Energia jądrowa okazuje się zdecydowanie najtańszym źródłem energii elektrycznej dla społeczeństwa jako całości, i to zarówno w warunkach europejskich, jak i w warunkach polskich..
na podst-A.Strupczewski,U.Radowić-Koszty zewnętrzne wytwarzania energii elektrycznej w Polsce.Instytut energii Jądrowej,Agencja Rynku Energii(2006)

Tags: CO2, EKOlogia, zdrowie