Abstract
This chapter deals with the application of the stochastic method, used to analyse the environmental impact of the manufacturing processes, namely the energy production in the AMPSAK Power Plant. The quantitative analysis of uncertainty of this kind has been proposed, based on the case of comparative analysis of four scenarios of the power plant’s annual work cycle, taking into consideration that the scenarios differ only in the change of proportioning ratios of the two types of fuels: hard coal and blast furnace gas (the remaining fuels, such as natural gas and coke oven gas are left at their current levels – they are used as start-up gas, owing to their higher heating value). The MC methodology, because of its stochastic nature, has been applied for the quantitative analysis (Heermann 1997). There is little mention, in the subject literature, of research carried out in the area of the application of stochastic analysis in the manufacturing industry, let alone steel industry. In the work of Marice et al. (2000) an effort is made to apply the stochastic method in the Life Cycle Inventory analysis (LCI) in order to evaluate uncertainty of cumulated emissions and necessary materials to conduct the assessment of, e.g., the influence of the energy produced in coal power plants.
Access this chapter
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
Notes
- 1.
Cieślak A. Ekologiczna ocena cyklu życia produktu. in: Zapobieganie stratom w przemyśle, Białystok, 1999.
- 2.
The relational model specifies the dependence of the decision on its results with the help of certain dependencies, known as relational.
- 3.
The probabilistic model uses probability distributions and information regarding the model’s stochastic nature.
- 4.
The game theory model (or the “gaming model” – according to Bubnicki) treats the decision-maker and their parameters as members of a certain game, using the theory of games.
- 5.
The fuzzy model formalises inaccurate and fuzzy information.
References
Aczel, A.D.: Statystyka w zarządzaniu. PWN, Warsaw (2000) (the original: Complete BusinessStatistic. Richard D. Irwin Inc. Boston Sydney, 1993)
Adamczyk, W.: Ekologia wyrobów. Polskie Wydawnictwo Ekonomiczne, Warsaw (2004)
Assies, JA.: State of art. Life–cycle assessment, Workshop report, Leiden, Dec 1991
Benjamin, J., Cornell, A.: Rachunek prawdopodobieństwa, statystyka matematyczna i teoria decyzji dla inżynierów. WNT, Warsaw (1977) (the original: Probability, Statistics and Decision for Civil Engineers. McGraw-Hill, Inc. 1970)
Bieda, B.: LCA – A Tool For Environmental Management., Oct 2004, Kraków (2004b)
Bieda, B.: Ekologiczna ocena cyklu inwestycji (LCI) jako system wspomagania decyzji w zarządzaniu środowiskiem w warunkach niepewności. Zeszyty Naukowe Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica. Zagadnienia Techniczno-Ekonomiczne – TEORIA I PRAKTYKA 50(1), 7–18 (2005)
Bieda, B.: Decision support system for a modern municipal solid waste landfill life-cycle assessment based on the transit time contaminants modeling using Monte Carlo simulation, IBER conference, 2–6/10/2006, Las Vegas, USA (2006c)
Bieda, B.: Decision Support Systems Based on the Life Cycle Inventory (LCI) – Part of a Life Cycle Assessment (LCA) For Municipal Solid Waste (MSW) Management Case Study. Archiwum Gospodarkii Odpadami 4, 13–32 (2006)
Bieda, B.: Zarządzanie gospodarką odpadami na świecie. Zrównoważone wykorzystanie zasobów w Europie – surowce z odpadów. (ed.) Kudełko, J., Kulczycka, J., Wirth, H. EUROMINES Europejskie Stowarzyszenie Przemysłu Wydobywczego Rud Metali i Kopalin Użytecznych. Wydawnictwo IGSMiE PAN, Kraków, pp. 28–45 (2007b)
Bieda, B.: Application of life cycle inventory (LCI) and life cycle management (LCM) methods as useful tools for municipal solid waste (MSW) management scenario analysis under uncertainty. LCM2007 conference, 27–29/8/2007 Zurich, Switzerland (2007d)
Bieda, B.: The use of life cycle assessment (LCA) for Mittal Steel Poland S.A. Water Treatment Processes, R’07 World Congress, recovery of materials and energy for resource efficiency 3–5/9/2007 Davos, Switzerland (2007e)
Bieda, B.: The use of the life cycle assessment (LCA) conception for Mittal Steel Poland SA energy generation – Kraków plant case study. Energy and sustainability. ENERGY 2007: First international conference on energy and sustainability, 20–22 June, 2007, the New Forest, UK, red. C. A. Brebbia, V. Popov, Southampton; Boston: WIT Press, 2007, WIT transactions on ecology and the environment, vol. 105, pp. 165–174 (2007f)
Bieda, B.: The use of a stochastic approach for life aycle assessment (LCA) for Mittal steel Poland S.A. – a case study on Krakow plant energy generation. International Workshop on Stochastic and Applied Global Optimization, SAGO2008, 19–22/7/2008, Skukuza, RSA (2008c)
Bieda, B.: Zastosowanie Symulacji Monte Carlo do Określania Stopnia Niepewności dla Ekologicznej Oceny Cyklu Życia (LCA) na przykładzie Siłowni Arcelormittal Poland w Krakowie, Conference Informatyka dla Przyszłości, 26/9/2008, Warsaw (2008e)
Bieda, B.: The use of life cycle assessment (LCA) conception for Arcelormittal Steel Poland S.A. Energy Generating – Krakow Plant Case Study, Konferencja Waste Recycling Xii, Kraków, 20–22/11/2008, Kraków, Czasopismo Techniczne. 16(105), (2008f)
Bieda, B.: Zastosowanie Symulacji Monte Carlo do określania stopnia niepewności analizy zbioru wejść i wyjść (LCI) drugiej fazy ekologicznej oceny cyklu życia (LCA) w zarządzaniu środowiskowym na przykładzie Siłowni w Zakładzie Energetycznym Huty Arcelormittal Poland SA, Oddział w Krakowie. In: Grabara, J., Nowak, J.S. (eds.) PTI, Przegląd Zastosowań Informatyki, pp. 385–399. Wyd. PTI – Oddz. Górnośląski, Katowice (2009)
Bieda, B.: Stochastic assessment by Monte Carlo simulation for Lci applied To steel process chain: the arcelormittal steel Poland S.A. In Kraków, Poland Case Study. International Conference LCM2009, 5–9/09/2009, Cape Town, RSA (2009b)
Biegus, A.: Probabilistyczna analiza konstrukcji stalowych. Wyd. Naukowe PWN, Warsaw-Wroclaw (1999)
Bizan-Gatys, I.: Czysta Produkcja Wstępem do ISO 14000, Przegląd Komunalny, 4/1997 (1997)
Boustead, I.: Eco-balance methodology for commodity thermoplastics, a report for the European Center for Plastics in the Environment, Brussels (1992)
Bubnicki, Z.: Podstawy informatycznych systemów zarządzania. Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław (1993)
Burmaster, D.E., Anderson, P.D.: Principle of good practice for the use of Monte Carlo techniques in human health and ecological risk assessment. Risk Anal. 14, 477–481 (1994)
Castells, F., Alonso, J.C., Garreta, J.: Antecedentes y estado actual del Análisis de Ciclo de Vida. Ingenierĭa Quĭmica 29(339), 151–160 (1997)
Crow, E.L., Shimizu, K.: Lognormal Distributions-Theory and Applications, pp. 116–118. Marcel Dekke, Inc, New York (1988)
D.U. No. 183, item 1142 of 16/10/2008. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 12 września 2008 r. w sprawie sposobu monitorowania wielkości emisji substancji objętych wspólnotowym systemem handlu uprawnieniami do emisji (2008)
Eco Indicator 99 method. http://www.pre.nl/eco-indicator99/default.htm (2009). Accessed 28 Dec 2009
Economic Research Service (ERS), US Department of Agriculture. Commodity costs and returns. http://www.ers.usda.gov/Data/CostsAndReturns/testpick.htm (2009). Accessed 28 Dec 2009
Evans, J.R., Olson, D.L.: Introduction in Simulation and Risk Analysis. Prentice Hall, New Jersey (1998)
Evelyn, J.: Fumifugium or The Inconvenience of the Aer and Smoke of London Dissipated: Together with Some Remedies Humbly propose. W Godbid, London (1661)
Finley, B., Proctor, D., Scott, P., Harrington, N., Pasutenbach, D., Price, P.: Recommended distributions for exposure factors frequently used in health risk assessment. Risk. Anal. 14, 533–553 (1994)
Finnveden, G., Hauschild, M.Z., Ekvall, T., Guinée, J., Heijungs, R., Hellweg, S., Koehler, A., Pennington, D., Suh, S.: Recent development in life cycle assessment. J. Environ. Manage. (2009). doi:10.1016/j.jenvman.2009.06.018
Florito, F.: La Simulaciõn como una herramienta para el manejo de la incertidumbr. Buneso Aires, Argentina, Universidad del CEMA. (ROZKLAD TROJKATNY_LOGMNORMAL) (2006)
Frischknecht, R., Rebitzer, G.: The ecoinvent database system: a comprehensive web-based LCA database. J. Cleaner. Prod. 13, 1337–1343 (2005)
Gaddum, J.H.: Lognormal distributions. Nature 156, 463–466 (1945)
Goedkoop, M., Effting, S., Collignon, M.: The ecoindicator 99: a damage oreiented method for life cycle impact assessment. Manual for designers, Pré Consultanta B.V., (2000)
Goldchmidt, V.N.: Rare elements in coal ashes. Ind. Eng. Chem. 27, 1100–1102 (1952)
Guinee, B.J., Gorre, M., Heijungs, R.: Handbook on Life Cycle Assessment. Operational Guide to the ISO Standards. Kluwer Academic Publishers, London (2001)
Haimes, Y.Y., Barry, T., Lambert, J.H.: When and how can you specify a probability distribution when you don’t know much? Risk. Anal. 14, 661–706 (1994)
Hauschild, M.: Assessing environmental impacts in a life-cycle perspective. Environ. Sci. Technol. 39(4), 905–912 (2005)
Heermann, D.W.: Podstawy Symulacji Komputerowych w Fizyce. Wyd. Naukowo-Techniczne, Warsaw (1997)
Heijungs, R.: Identyfication of key issues for futher investigation in improving the reliability of life cycle assessment. J. Cleaner. Prod. 4(3), 159–166 (1996)
Hofstetter, P.: Perspective in Life Cycle Impact Assessment: A Structured Approach to Combine Models of the Technosphere, Ecosphere and Valuesphere. Kluwer Academic Publishers, Boston/Dordrecht/London (1998)
Holnicki-Szulc, P.: Modele propagacji zanieczyszczeń atmosferycznych w zastosowaniu do kontroli i sterowania jakością środowiska. Akademicka Oficyna Wydawnictwa EXIT, Warsaw (2006)
Hoła, B., Mrozowicz, J.: Modelowanie procesów budowlanych o charakterze losowym. Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław (2003)
IISI – life cycle inventory study for steel industry products, International Iron and Steel Institute, Belgium (2002)
Iwasiewicz, A., Paszek, Z.: Statystyka z elementami metod monitorowania procesów. Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej w Krakowie, Kraków (2004)
Janicki, A., Izydorczyk, A.: Komputerowe metody w modelowaniu stochastycznym. Modele w finansach, technice i biologii. Algorytmy numeryczne i statystyczne. Symulacja i wizualizacja zjawisko losowych. Wyd. Naukowo-Techniczne, Warsaw (2001)
Jasieńko, S., i inni (red.).: Chemia i fizyka węgla. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław (1995)
Jaynes, E.T.: Information theory and statistical mechanics. Phys. Rev. 106, 620–630 (1957)
Kacperska, E., Słota, D.: Metody matematyczne w zarządzaniu w ujęciu dynamiki systemowej. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice (2000)
Kim, S., Dale, B.E.: Energy and greenhouse gas profiles of Polyhydroxybutyrates derived from corn grain: a life cycle perpective. Environ. Sci. Technol. 42(20), 7690–7695 (2008)
Kisielnicki, J.: Informatyczna infrastruktura zarządzania. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warsaw (1993)
Kłos, Z., Kurczewski, P.: LCA centres in poland. Basic information about history, location and research activities, Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej No. 62, Poznań (2007)
Kłos, Z.: Environmental Protection Oriented Property of Technical Objects. A Study of Machines and Devices Influence on Environment. Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej, Poznań (1990)
Kłos, Z. First PhD Thesis, The Inter. J. of LCA.5(1), (2000)
Kowalski, Z., Kulczycka, J., Góralczyk, M.: Ekologiczna ocena cyklu życia procesów wytwórczych (LCA). Wydawnictwo naukowe PWN, Warsaw (2007)
Kucowski, J., Laudyn, D., Przekwas, M.: Energetyka a ochrona środowiska. WNT, Warsaw (1997)
Kulczycka, J. (ed.): Ekologiczna ocena cyklu życia (LCA) nową techniką zarządzania środowiskowego. Praca zbiorowa pod redakcją J. Kulczyckiej. Wydawnictwo Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków (2001)
Kulczycka, J.: Life cycle thinking in polish official documents and research. Int. J. Life. Cycle. Assess. 14, 375–378 (2009)
Layton, D.W., Breamer, P.: Migration of contaminated soil and airborne particulates ti indoor dust. Environ. Sci. Technol. 43, 8199–8205 (2009). lognormal
Lee, R.C., Wright, W.E.: Developmnent of human exposure-factor distributions using maximum-entropy inference. J. Expo. Anal. Env. Epid. 4, 329–341 (1994)
Lessmann, K., Beyer, A., Klasmeier, J., Matthies, M.: Influence of distributional shape of substance parameters on exposure model output. Risk. Anal. 25, 1137–1145 (2005). CV=058
Lessmann, K.: Probabilistic exposure assessment. Parametr uncertainties and their effects on model output. Diploma Thesis. Germany, University of Osnabrűck. CV=0.9) (2002)
Lewandowska, A., Fołtynowicz, Z.: Analiza niepewności w ocenie cyklu życia pomp z wykorzystaniem analizy wrażliwości i techniki Monte Carlo. Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej, no. 58, Maszyny Robocze i Transport (2004)
Lorance, R.B., Wendling, R.V.: Basic techniques for analyzing and presentation of cost risk analysis. www.decisioneering.com/support/whitepaper/lorance.html (1999). Accessed 27 Dec 1999
Łukaszewicz, R.: Dynamika Systemów Zarządzania. PWN, Warsaw (1975)
Maciejewski, W.: Ekonometria stosowana, Analiza porównawcza. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warsaw (1980)
Marice, B., Frischknecht, R., Coelho-Schwirtz, H.: Uncertainty analysis in life cycle inventory. Application to the production of electricity with French coal power plant. J. Cleaner. Prod. 8(2), 95–108 (2000)
Meier, M.: Eco-Efficiency Evaluation of Waste Gas Purification Systems in the Chemical Industry. LCA Documents, vol. 2. Ecomed Publishers, Landsberg/Germany (1997)
Merkisz, J., Kurczewski, P., Lewicki, R.: Wybrane Aspekty Prośrodowiskowego Projektowania Silników Spalinowych. Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej 6, 89–98 (2007)
Morgan, M.G., Henrion, M.: Uncertainty: A Guide to Dealing with Uncertainty in Quantitative Risk and Policy Analysis. Cambridge University Press, Cambridge (1990)
Naylor, T.H.: Modelowanie cyfrowe systemów ekonomicznych. PWN, Warsaw (1975)
Ocena wpływu cyklu życia procesu wytwarzania energii na Wydziale Siłowni w Zakładzie Energetycznym Huty ArcelorMittal Poland SA, Oddział w Krakowie. Eds.: Kulczycka J., Henclik A. (tapescript), IGSMiE, PAN (2008)
Olkuski, T.: Straty energii chemicznej w procesach energetycznego wykorzystania węgla kamiennego. Studia, Rozprawy Monografie, 124. Wydawnictwo IGSMiE PAN, Kraków (2004)
Overview and Methodology. Data v2.0. In: Frischknecht, R., Jungbluth, N. (eds.) Ecoinvent report No. 1, Dűbendorf, December, 2007. http://www.ecoinvent.org/fileadmin/documents/en/01_overviewAndMetthodology.pdf (2007). Accessed 18 Mar 2010
Pedersen, B.: Environmental assessment of products, UETP-EEE, IBSN951-9110-83-6 (1993)
Piórecki, S.: Normowanie i kosztorysowanie w budownictwie. Normowanie, vol. 1. Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań (1971)
Piórecki, S.: Badanie czasu pracy i wpływu jego dyspersji na wydajność produkcji w budownictwie. Rozprawy No. 59, Politechnika Poznańska, Poznań (1973)
PN-EN ISO 14041. Zarządzanie środowiskowe – ocena cyklu życia – Określenie celu i zakresu oraz analiza zbioru, PKN, Warsaw (2002)
PN-EN ISO 14042. Zarządzanie środowiskowe – ocena cyklu życia – Ocena wpływu cyklu życia, PKN, Warsaw (2002)
Rabl, A., Spadaro, J.V., Van Der Zwaan, B.: Uncertainty of air pollution cost estimates: to what extent does it matter? Environ. Sci. Technol. 39(2), 399–408 (2005)
Rabl, A., Spadaro, J.V.: Damages and costs of air pollution: an analysis of uncertainties. Environ. Int. 25(1), 29–46 (1999)
Roy, P., Nei, D., Orikasa, T., Xu, Q., Okadome, H., Nakamura, N., Shiina, T.: A review of life cycle assessment (LCA) on some food products. J. Food. Eng. 90, 1–10 (2009)
Rubin, H.: Oral Statement at the Symposium on the Foundations of Statistical Inference at Waterloo. Ontario, Canada (1970)
Runeckles, V.C.: Zanieczyszczenia powietrza a zmiana klimatu. In: Bell, J.N.B., Treshow, M. (eds.) Zanieczyszczenie powietrza a życie roślin, pp. 485–512. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warsaw (2004)
Saltelli, A., Tarantola, S., Campolongo, F., Ratto, M.: Sensitivity Analysis in Practice. A Guide to Assessing Scientific Models. Wiley, Chichester (2004)
Saltelli, A., Ratto, M., Andres, T., Campolongo, F., Cariboni, J., Gatelli, D., Saisana, M., Tarantola, S.: Global Sensitivity Analysis. The Primer. Wiley, Chichester (2008)
Smith, R.: Use of Monte Carlo simulation for human exposure assessment at a superfund site. Risk. Anal. 14(4), 433–439 (2006)
Smith, E.P., Ye, K.: A statistical perspective of uncertainty. In: Warren-Hicks, W., Moore, D.R. (eds.) Uncertainty Analysis in Ecological Risk Assessment. A Special Publication of SETAC, pp. 149–159. SETAC Press, Pensacola, FL (1995)
Snopkowski, R.: Symulacja stochastyczna. AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków (2007)
Spadaro, J.V., Rabl, A.: Estimating the uncertainty of damage costs of pollution: a simple transparent metod and typical results. Environ. Impact Assess. Rev. 28, 166–183 (2008)
Statistica 8. Electronic Manual (2010). Accessed 7 Apr 2010
Steen, B.: On uncertainty and sensitivity of LCA-based priority setting. J. Cleaner. Prod. 5, 252–262 (1997)
Taguchi, G.: Introductuion to Quality Engineering. Asian Productivity Organization, New York (1999)
Taguchi, G., Clausing, D.: Robust quality. Harvard business review. No. 68, Jan–Feb (1990)
Tarantola, S., Jesinghaus, J., Puolamaa, M.: Global sensitivity analysis. A quality assurance tool in environmental policy modeling. In: Saltelli, A., Chan, K., Scott, E.M. (eds.) Sensitivity Analysis, pp. 385–397. Wiley, Chichester, New York (2008)
Thompson, M., Ellis, A., Wildacsky.: Cultural theory. Westview Print Builders (1990)
Tilwari, J.L., Hobbie, J.E.: Random differential equations as models of ecosystems. II initial condition and parameters specifications in terms of maximum entropy distributions. Math. Biosci. 3, 37–53 (1976)
Tomazi, K.: Optimization of bach reactions in series with uncertainty. Ann. Oper. Res. 132, 189–206 (2004)
Trybalski, K.: Analiza właściwości dynamicznych procesów i układów technologicznych przeróbki surowców mineralnych. Rozprawy Monograficzne, No. 83. AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków (1999)
Valopi, L.M.: Case study #3: a hazardous waste case study. Uncertainty Analysis in Ecological Risk Assessment. Proceeding of the Pellston Workshop on Uncertainty Analysis in Ecological Risk Assessment, 23–28 Aug 1995. In: Warren-Hicks, W., Moore, D.R.(eds.) A Special Publication of SETAC, SETAC Press, Chichester (1995)
Vignon, B.W., Tolle, D.A., Corneby, B.W., Lotham, H.C., Harrison, C.I., Boguski, T.L., Hunt, R.G., Sellers, J.D.: Life–cycle assessment: inventory guidelines and principles, conducted by Battelle and Franclin Associates for EPA, Ltd. Office of research and development, EPA/600/R-92/245 pp. 1–20 (1993)
Wajs, W., Bieda, B., Tadeusiewicz, R.: Linear programming and risk analysis methods for Municipal Solid Waste Decision Support System, Materiały konferencyjne 10th IFAC Symposium on Automation in Mining, Mineral and metal processing, 4–6/09/2001 Tokyo, Japonia pp. 135–140 (2001)
Wajs, W., Bieda, B., Tadeusiewicz, R.: Most informative scenarios and risk analysis for Niepołomice municipal solid waste. Conference materials, INFOCORMS, 18–21/06/2000, Seul, South Korea (2000)
Wajs, W., Bieda, B., Tadeusiewicz, R.: Project cost analysis for Niepolomice municipal solid waste using the Monte Carlo simulation. In: Brebbia, C.A. (ed.) Risk Analysis II, pp. 225–234. WIT Press, Southampton/Boston (2000b)
Weidema, B.: SPOLD ’99 format-an electronic data format for exchange of LCI data (1999.06.24), SPOLD. http://www.spold.org (2010). Accessed 24 Feb 2010
Wniosek o wydanie pozwolenia zintegrowanego dla Instalacji energetycznego spalania paliw (Siłowni) Mittal Steel Poland S.A. Oddział w Krakowie – Streszczenie (w języku niespecjalistycznym), Mazur M., Gruszczyński S., Bergier T., Bogacki M., Grzesik K., Oleniacz R., Szczygłowski P., Wszołek T., Wszołek W., Ciesielka W., Litwa P., Kłaczyński M., Kraków (2006)
Woodward, D.G.: Use of sensitivity analysis in build own operate transfer project valuation. Int. J. Proj. Manage. 13, 239–246 (1995)
Zdanowicz, R.: Modelowanie i symulacja procesów wytwarzania. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice (2002)
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
Copyright information
© 2012 Springer-Verlag Berlin Heidelberg
About this chapter
Cite this chapter
Bieda, B. (2012). Stochastic Analysis of the Environmental Impact of Energy Production Processes, Based on the Example of MSP Power Plant. In: Stochastic Analysis in Production Process and Ecology Under Uncertainty. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-28056-6_4
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-28056-6_4
Published:
Publisher Name: Springer, Berlin, Heidelberg
Print ISBN: 978-3-642-28055-9
Online ISBN: 978-3-642-28056-6
eBook Packages: Earth and Environmental ScienceEarth and Environmental Science (R0)