ΒΕΛΤΙΣΤΗ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΤΩΝ / ΜΕΡΟΣ I: ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ

Transcript

1 ΒΕΛΤΙΣΤΗ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΤΩΝ / ΜΕΡΟΣ I: ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Οικονοµοπούλου Μαρία 1, Οικονοµοπούλου Αλεξία 2, Οικονοµόπουλος Πέτρος 3 και Οικονοµόπουλος Αλέξανδρος 4 1 ΥΠΕΠΘ, Μητροπόλεως 12-14, Αθήνα , 2 ΥΠΕΧΩ Ε, Αµαλιάδος 15, Αθήνα 11523, 3 ΕΣ ΚΝΑ, Άντερσεν 6, Αθήνα 11525, 4 Πολυτεχνείο Κρήτης, Χανιά KEYWORDS: Solid wastes; Municipal wastes; Domestic wastes; Regional planning; Optimal planning; Waste transportation; Transfer station; Composting; Thermal treatment; Landfill. ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η εργασία παρουσιάζει µεθοδολογία και λογισµικό για διαµόρφωση βέλτιστων περιφερειακών σχεδίων συλλογής, µεταφοράς, επεξεργασίας και διάθεσης, που υπόκεινται στους επιθυµητούς περιορισµούς και αξιοποιούν την υφιστάµενη υποδοµή. Παράλληλα µε τη βελτιστοποίηση εκτελείται σχεδιασµός και αναλυτική κοστολόγηση ΜΜΑ και ΧΥΤΑ, εξασφαλίζοντας συµβατότητα µε συνθήκες βέλτιστης λύσης. Το σύστηµα ελαχιστοποιεί το συνολικό ετήσιο κόστος κεφαλαίου και λειτουργίας, καθώς και το πρόσθετο κόστος συλλογής σε περιπτώσεις µεγάλης διάρκειας του κύκλου εκφόρτωσης των απορριµµατοφόρων. Η λήψη αποφάσεων υποστηρίζεται από ανάλυση ευαισθησίας µε βελτιστοποίηση εναλλακτικών σεναρίων και σύγκριση των οικονοµικών αποτελεσµάτων. OPTIMAL SOLID WASTES MANAGEMENT / PART I: METHODOLOGY AND SOFTWARE INFRASTRUCTURE Economopoulou Maria 1, Economopoulou Alexia 2, Economopoulos Peter 3 and Economopoulos Alexander 4 1 Ministry of Education, Mitropoleos Street, Athens 10185, 2 Ministry for the Environment, Physical Planning and Public Works, 15 Amaliados Street, Athens 11523, 3 ACMAR, Andersen 6, Athens 11525, 4 Environmental Engr. Dept., Technical University of Crete, Chania SUMMARY A methodology and a software package are presented for the development of optimal regional solid waste collection, transfer, treatment and disposal schemes, subject to desirable constraints and taking into account the existing infrastructure. During the search for the optimal solution, new transfer stations and landfills are optimally designed and cost analyzed, ensuring compatibility of the latter with the optimal conditions generated. The system minimizes the total annualized capital and operating cost, along with the extra collection costs generated in cases of excessive packer vehicle unloading cycle-times. Decision making is supported by sensitivity analysis, in the context of which, alternative scenarios are optimized and their economic performances are compared. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

2 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι οδηγίες της Ευρωπαϊκής Ένωσης, οι οποίες αφορούν τη διαχείριση των στερεών απορριµµάτων, έχουν αρχίσει να τίθενται σταδιακά σε ισχύ εδώ και λίγα χρόνια µε αποτέλεσµα τη θεαµατική αύξηση του κόστους. Η κατάσταση αυτή δηµιουργεί την ανάγκη συγκέντρωσης των απορριµµάτων σε µεγάλες εγκαταστάσεις επεξεργασίας και διάθεσης για λόγους οικονοµίας κλίµακας. Για τη συγκέντρωση των αναγκαίων ποσοτήτων στις κεντρικές αυτές εγκαταστάσεις απαιτείται µεταφορά από µακρινές περιοχές. Το τελευταίο καθιστά αναγκαία τη δηµιουργία εκτενών δικτύων συνδυασµένης οδικής, σιδηροδροµικής και ακτοπλοϊκής µεταφοράς, ικανών να εξυπηρετήσουν µε οικονοµικά ορθολογικό τρόπο κάθε δήµο και κοινότητα. ίχως την οικονοµία κλίµακας των µεγάλων κεντρικών εγκαταστάσεων, το κόστος διαχείρισης θα είναι υπερβολικό. ίχως ορθά µελετηµένο και επαρκώς αναπτυγµένο σύστηµα µεταφοράς που να καλύπτει όλους τους ΟΤΑ, η ανεξέλεγκτη διάθεση σε χωµατερές δύσκολα θα εξαλειφθεί. Ο σχεδιασµός στην Ελλάδα ξεκίνησε από Νοµαρχιακό επίπεδο. Κατά τη διάρκεια της εφαρµογής του κρίθηκε όµως δαπανηρός και προωθήθηκε η προσαρµογή του σε Περιφερειακό επίπεδο. Οι Περιφερειακοί σχεδιασµοί που προέκυψαν αντλούν τις καταβολές τους από τους Νοµαρχιακούς που προήλθαν και, όπως και οι προγενέστεροι, προβλέπουν την ίδρυση πολυάριθµων τοπικών ΧΥΤΑ µε κύριο στόχο την εξάλειψη των ανεξέλεγκτων χωµατερών. Η λύση εξακολουθεί να είναι δαπανηρή ως προς την απλή διάθεση διότι δεν εξασφαλίζει την αναγκαία οικονοµίας κλίµακας. Πολύ µεγαλύτερο είναι το πρόβληµα [1] ως προς την επεξεργασία, που σύντοµα θα απαιτηθεί. Υπό τις σηµερινές συνθήκες ο σχεδιασµός δεν µπορεί παρά να είναι µακροχρόνιος, να αξιοποιεί την υφιστάµενη υποδοµή, να καλύπτει τις άµεσες προτεραιότητες (π.χ. εξάλειψη ανεξέλεγκτων χώρων διάθεσης) και να τηρεί τις επερχόµενες απαιτήσεις, όπως ορίζονται από την νοµοθεσία, µε βέλτιστο συνολικά τρόπο. Ο σχεδιασµός πρέπει να καλύπτει µεγάλες περιοχές, τουλάχιστον Περιφέρειες, πρέπει να θεωρεί τα στοιχεία κόστους συλλογής, µεταφοράς, επεξεργασίας και διάθεσης αναζητώντας την ισορροπία µεταξύ της οικονοµίας κλίµακας των κεντρικών εγκαταστάσεων και των δαπανών µεταφοράς για τη συγκέντρωση των απαιτούµενων ποσοτήτων από µεγαλύτερες αποστάσεις. Πρέπει να εξετάζει εναλλακτικά σενάρια που τηρούν επιθυµητούς περιορισµούς, έτσι ώστε µε τη σχετική ανάλυση ευαισθησίας να συµβάλλει στην εύρεση συναινετικών λύσεων. Πρέπει τέλος να είναι αναλυτικός και να παρέχει εµπεριστατωµένη οικονοµική ανάλυση, έτσι ώστε να τεκµηριώνει την σκοπιµότητα των επενδύσεων και να υποστηρίζει όλες τις φάσεις της εφαρµογής. Η ανάπτυξη διαχειριστικών σχεδίων µε τις παραπάνω προδιαγραφές αποτελεί σύνθετο πρόβληµα που δεν µπορεί να προσεγγιστεί µε συµβατικά µέσα, παρέχει όµως σηµαντικά και αδιαµφισβήτητα πλεονεκτήµατα. Η διαπίστωση αυτή αποτέλεσε κίνητρο για τη διαµόρφωση µιας αποδοτικής µεθοδολογίας και ενός εκτενούς λογισµικού συστήµατος, ικανών να διαµορφώσουν διαχειριστικά σχέδια που πληρούν τις προαναφερθείσες απαιτήσεις. Τα εργαλεία αυτά δοκιµάστηκαν µε επιτυχία, αρχικά µεν στην Περιφέρεια. Μακεδονίας [2], πρόσφατα δε, µετά και από εκτενείς επεκτάσεις, στην Περιφέρεια Αττικής [1],[3],[4]. Αντικείµενο του παρόντος Μέρους I είναι η περιγραφή των εργαλείων αυτών. Αντικείµενο του Μέρους II είναι η παρουσίαση της διαδικασίας και των αποτελεσµάτων της εφαρµογής τους στην Περιφέρεια Αττικής. 2. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ Το λογικό διάγραµµα του Σχήµατος 1 παρουσιάζει τη διαδικασία για διαµόρφωση βέλτιστων σχεδίων διαχείρισης σε µεγάλες περιοχές. Η διαδικασία ξεκινάει µε την παροχή των αναγκαίων στοιχείων στη βάση δεδοµένων, η οποία τροφοδοτεί τα συστήµατα βελτιστοποίησης και Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

3 σχεδιασµού / κοστολόγησης των εγκαταστάσεων. Αυτά µε τη σειρά τους διαµορφώνουν τη βέλτιστη λύση, αναλύουν το κόστος και ορίζουν τη βέλτιστη σύνθεση του εξοπλισµού επιλεγµένων εγκαταστάσεων. Με τη βελτιστοποίηση ελαχιστοποιείται το συνολικό ετήσιο κόστος του συστήµατος διαχείρισης, δηλαδή το ετήσιο κόστος των επενδύσεων (τόκοι και απόσβεση) και της λειτουργίας όλων των χρησιµοποιούµενων µέσων και εγκαταστάσεων µεταφοράς, επεξεργασίας και διάθεσης, αποµειωµένο κατά το όφελος που προκύπτει από τη διάθεση των τυχόν προϊόντων. Το σύστηµα παρέχει τη δυνατότητα βελτιστοποίησης εναλλακτικών σεναρίων, καθένα από τα οποία τηρεί επιθυµητούς περιορισµούς (π.χ. αποκλεισµός ή επιβολή χρήσης κάποιων εγκαταστάσεων ή/και τεχνολογιών, ορισµός µέγιστης δυναµικότητας για κάποιες εγκαταστάσεις, ορισµός χωρητικότητας ΧΥΤΑ κτλ.). Τα στοιχεία από τη βελτιστοποίηση κάθε σεναρίου συγκεντρώνονται στη βάση δεδοµένων και χρησιµοποιούνται για την παραγωγή τεχνικοοικονοµικών εκθέσεων, καθώς και γεωγραφικών απεικονίσεων µέσω γεωγραφικού συστήµατος πληροφοριών (ΓΣΠ). Με τον τρόπο αυτό παρέχονται όλα τα αναγκαία στοιχεία για κάθε βέλτιστη λύση, συγκρίνονται τα οικονοµικά και τεχνικά χαρακτηριστικά των εναλλακτικών λύσεων (ανάλυση ευαισθησίας) και τεκµηριώνεται η σκοπιµότητα των προτεινόµενων επενδύσεων. Πρωτογενή στοιχεία Υποψήφιες θέσεις εγκαταστάσεων Επεξεργασία στοιχείων Βάση εδοµένων Ψηφιακά στοιχεία & ΓΣΠ Πίνακες,, Γραφικά Γεωγραφικές Αλγόριθµος απεικονίσεις βελτιστοποίησης Αλγόριθµοι Επιλεγµένοι σχεδιασµού - κοστολόγησης περιορισµοί - Συλλογή - Μεταφορά (ΜΜΑ κτλ.) - Επεξεργασία (ΕΜΑΚ ΕΜΑΚ, ΕΘΕ) - ιάθεση (ΧΥΤΑ ΧΥΤΑ, ΧΕ Α) Βάση εδοµένων Σύστηµα παραγωγής καταστάσεων Ψηφιακά στοιχεία & ΓΣΠ Καταστάσεις, Γεωγραφικές απεικονίσεις Σχήµα 1. Λογικό διάγραµµα συστήµατος διαµόρφωσης βέλτιστων σχηµάτων διαχείρισης και ανάλυσης ευαισθησίας 3. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΕΙΣΟ ΟΥ Στα βασικότερα στοιχεία, τα οποία απαιτούνται για την διαµόρφωση των βέλτιστων διαχειριστικών σχεδίων, περιλαµβάνονται τα ακόλουθα: Ετήσια παραγωγή φορτίων από κάθε ΟΤΑ κατά την περίοδο σχεδιασµού και χρονική κατανοµή αυτών. Σύνθεση των απορριµµάτων και αναµενόµενες µεταβολές κατά την Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

4 περίοδο σχεδιασµού. Τα στοιχεία αυτά προκύπτουν από απογραφές πληθυσµού της ΕΣΥΕ, από ζυγολόγια εγκαταστάσεων επεξεργασίας και διάθεσης ή/και από υφιστάµενες µελέτες. Θέσεις στις οποίες θα µπορούσαν να ιδρυθούν µονάδες µεταφόρτωσης, επεξεργασίας και τελικής διάθεσης των απορριµµάτων, και βασικά χαρακτηριστικά αυτών. Οι υποψήφιες θέσεις προκύπτουν συχνά από υφιστάµενες µελέτες. Ο εντοπισµός νέων, όπου απαιτείται, γίνεται µε χρήση ψηφιακών στοιχείων, ΓΣΠ και µεθόδων πολυκριτήριας ανάλυσης. Εναλλακτικές διαδροµές, οι οποίες συνδέουν τις παραπάνω θέσεις, µε αξιόπιστα στοιχεία απόστασης, µέσης ταχύτητας και µέσου χρόνου διαδροµής. Η ανάλυση γίνεται µε εκτενή χρήση ψηφιακών χαρτών, ΓΣΠ και ειδικών προγραµµάτων, αφού προηγηθεί βαθµονόµηση µε σχετικά στατιστικά στοιχεία από το πεδίο. Ορισµός της διαθέσιµης υποδοµής σε κάθε εγκατάσταση µεταφόρτωσης, επεξεργασίας και διάθεσης. Η συλλογή των αναγκαίων στοιχείων γίνεται µε χρήση ειδικών ερωτηµατολογίων. Ορισµός εναλλακτικών σεναρίων, τα οποία επιτρέπουν ανάλυση δεδοµένων καταστάσεων (υφιστάµενη, αναµενόµενη µετά κάποιο έργο κτλ.) και βελτιστοποίηση σχεδιασµού µε τήρηση των εκάστοτε επιθυµητών περιορισµών (αποκλεισµός χρήσης δεδοµένης θέσης κτλ.). Για την επεξεργασία και συσχέτιση της πληθώρας των πρωτογενών στοιχείων που συλλέγονται από το πεδίο χρησιµοποιούνται ειδικά προγράµµατα, που υφίστανται ή αναπτύσσονται, ανάλογα µε την περίπτωση, καθώς και το ΓΣΠ. Οι ελλείψεις πραγµατικών στοιχείων από το πεδίο ποικίλουν από περιοχή σε περιοχή και καλύπτονται µε λήψη σχετικών στοιχείων µέσω ειδικών ερωτηµατολογίων ή/και µε χρήση στοιχείων από συναφείς περιοχές. 4. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ Το σύστηµα βελτιστοποίησης αποτελεί βασικό µέρος του όλου λογισµικού και έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να συνδυάζει την απαραίτητη αποτελεσµατικότητα και σταθερότητα στην αναζήτηση της βέλτιστης λύσης µε την αναγκαία ευελιξία στο χειρισµό της µεγάλης ποικιλίας των προβληµάτων που απαντώνται στην πράξη. Μερικές από τις δυνατότητες που το διακρίνουν είναι και οι ακόλουθες: Επίλυση προβληµάτων µεγάλης κλίµακας, καθιστώντας εφικτή τη διαµόρφωση βέλτιστων ενιαίων σχηµάτων διαχείρισης ακόµα και σε εθνικό επίπεδο. Θεώρηση όλων των στοιχείων κόστους που επιδρούν στη διαµόρφωση των βέλτιστων σχεδίων διαχείρισης, όπως τα ακόλουθα (βλέπε περιγραφή στο Κεφάλαιο 5 παρακάτω): - Πρόσθετο κόστος συλλογής, που επιβαρύνει τους ΟΤΑ σε περιπτώσεις υπερβολικής διάρκειας του κύκλου εκφόρτωσης των απορριµµατοφόρων. - Κόστος συνδυασµένης οδικής, σιδηροδροµικής και ακτοπλοϊκής µεταφοράς και των επιµέρους µεθόδων µε τους οποίους πραγµατοποιείται εκάστη. Ειδικά τέλη (π.χ. διόδια) που ισχύουν για ορισµένες µεθόδους µεταφοράς σε ορισµένες διαδροµές. - Κόστος εγκαταστάσεων µεταφόρτωσης, επεξεργασίας και διάθεσης. υνατότητα αναλυτικής κοστολόγησης επιλεγµένων εγκαταστάσεων (ΜΜΑ και ΧΥΤΑ) µετά από βελτιστοποίηση της σύνθεσης του εξοπλισµού και της λειτουργίας τους. Ενσωµάτωση της διαδικασίας υπολογισµού των στοιχείων κόστους στον αλγόριθµο βελτιστοποίησης έτσι ώστε να εξασφαλίζεται συµβατότητα σε περιπτώσεις αλληλεπίδρασης. Θεώρηση τυχόν υφιστάµενων εγκαταστάσεων µεταφόρτωσης, επεξεργασίας και διάθεσης και ορισµός της χρήσης τους στα πλαίσια της βέλτιστης ολικής λύσης κάθε σεναρίου. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

5 υνατότητα διαµόρφωσης µακροχρόνιου σχεδιασµού, µε ορισµό σταδίων για την ανάπτυξη της αναγκαίας υποδοµής, τα οποία αντιµετωπίζουν τις άµεσες προτεραιότητες και πληρούν τις επερχόµενες απαιτήσεις που ορίζει η νοµοθεσία, µε βέλτιστο συνολικά τρόπο. Οι παραπάνω δυνατότητες του λογισµικού επιτρέπουν να ληφθούν υπόψη νέα σηµαντικά στοιχεία κόστους, να συνδυαστούν όλοι οι παράγοντες που επηρεάζουν το σχεδιασµό και να εκτελεστεί η βελτιστοποίηση παράλληλα µε το σχεδιασµό βασικών εγκαταστάσεων. Αποτέλεσµα αυτών, όπως προκύπτει και από την εφαρµογή στην Περιφέρεια Αττικής [1], είναι η διαµόρφωση σηµαντικά αποδοτικότερων λύσεων και η µεγαλύτερη πληρότητα του τελικού σχεδιασµού. 5. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΟΣΤΟΥΣ ΚΑΙ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ Το σύστηµα βελτιστοποίησης στοχεύει στην ελαχιστοποίηση του πρόσθετου ετησίου κόστους συλλογής, καθώς και του ετήσιου κόστους κεφαλαίου και λειτουργίας των µέσων και εγκαταστάσεων µεταφοράς, επεξεργασίας και διάθεσης. Στις ενότητες που ακολουθούν δίνεται σύντοµη περιγραφή των στοιχείων αυτών, των βασικών χαρακτηριστικών τους και των µεθόδων υπολογισµού τους. 5.1 Πρόσθετο ετήσιο κόστος συλλογής Στη διαµόρφωση διαχειριστικών σχεδίων, από το σύστηµα συλλογής των απορριµµάτων λαµβάνεται µέχρι σήµερα υπόψη µόνο το κόστος για εκφόρτωση των απορριµµατοφόρων. Στη χώρα µας, ο περιορισµός των ωρών απασχόλησης του προσωπικού καθαριότητας σε 32 ώρες την εβδοµάδα, σε συνδυασµό µε τον τρόπο οργάνωσης των προγραµµάτων αποκοµιδής, δηµιουργούν συνθήκες πρόσθετης απώλειας χρόνου κατά την οχηµατοβάρδια, που επιβαρύνουν το κόστος συλλογής. Η πυκνότητα του οικιστικού ιστού των µεγάλων πόλεων επιβάλλει τη χρήση απορριµµατοφόρων περιορισµένης χωρητικότητας, τυπικά m 3 µε µέσο ωφέλιµο φορτίο της τάξης των 5,5 τόνων (στοιχεία από Περιφέρεια Αττικής). Τα οχήµατα αυτά εκτελούν υπό κανονικές συνθήκες δύο προγράµµατα συλλογής ανά οχηµατοβάρδια. Σε περιπτώσεις όµως αυξηµένης διάρκειας του κύκλου εκφόρτωσης των απορριµµατοφόρων, δεν επαρκεί ο χρόνος της οχηµατοβάρδιας για την εκτέλεση του δεύτερου προγράµµατος. Υπό αυτές τις συνθήκες, το προσωπικό απασχολείται- και το όχηµα χρησιµοποιείται- λιγότερες ώρες από τις κανονικές, το φορτίο των συλλεγοµένων απορριµµάτων ανά οχηµατοβάρδια µειώνεται και ο ΟΤΑ επιβαρύνεται µε πρόσθετο κόστος για συλλογή. Ο υπολογισµός του πρόσθετου κόστους συλλογής εξαρτάται από τη διάρκεια του κύκλου εκφόρτωσης των απορριµµατοφόρων, αλλά και από τη χωρητικότητά τους, τον τρόπο οργάνωσης της συλλογής (π.χ. ηµέρες την εβδοµάδα, βάρδιες ανά ηµέρα) κτλ. Σαν πρώτη προσέγγιση, η εκτίµηση του πρόσθετου κόστους αποκοµιδής βασίζεται µόνο στη διάρκεια του κύκλου εκφόρτωσης των απορριµµατοφόρων σύµφωνα µε τη συνάρτηση του Σχήµατος 2. Η τελευταία προέκυψε από στατιστική ανάλυση των στοιχείων απόδοσης απορριµµατοφόρων που εξυπηρετούνται από τον κεντρικό σταθµό µεταφόρτωσης απορριµµάτων (ΚΣΜΑ) Σχιστού. Τα στοιχεία αυτά προήλθαν από το ζυγολόγιο και το υπολογιστικό σύστηµα του σταθµού και εξαιρούν ΟΤΑ µε ελλιπή ή µη αντιπροσωπευτικά στοιχεία (π.χ. ΟΤΑ µε µερική εξυπηρέτηση από ΚΣΜΑ Σχιστού). Η ανάλυση έδειξε ότι όταν ο κύκλος εκφόρτωσης των απορριµµατοφόρων είναι µικρότερος από 30 λεπτά, υπάρχει δυνατότητα εκτέλεσης δύο προγραµµάτων ανά οχηµατοβάρδια µε συλλογή 11 Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

6 τόνων. Από εκεί και πέρα και για διάρκεια του κύκλου εκφόρτωσης µέχρι 80 λεπτά, το δεύτερο πρόγραµµα εκτελείται µόνο δύο µέρες την εβδοµάδα περιορίζοντας το µέσον όρο συλλογής στους 7,4 τόνους ανά οχηµατοβάρδια. Σε περιπτώσεις ακόµα µεγαλύτερων κύκλων εκφόρτωσης εκτελείται µόνο ένα δροµολόγιο ανά οχηµατοβάρδια. Τα παραπάνω πιστεύεται ότι ισχύουν για τους περισσότερους κεντρικούς ΟΤΑ της Περιφέρειας Αττικής, δεν είναι όµως γνωστό αν ισχύουν γενικότερα. Σχήµα 2. Απόδοση προγραµµάτων αποκοµιδής έναντι διάρκειας κύκλου εκφόρτωσης Μέχρι σήµερα η βελτιστοποίηση ελαχιστοποιούσε µόνο το κόστος κεφαλαίου και λειτουργίας των εγκαταστάσεων και µέσων µεταφοράς. Με το νέο λογισµικό µπορεί να ελαχιστοποιηθεί επιπλέον και το πρόσθετο κόστος συλλογής. Τα αποτελέσµατα των δύο µεθόδων συγκλίνουν προς ταυτόσηµες λύσεις όσο το δίκτυο των σταθµών αναπτύσσεται και παρέχει τη δέουσα εξυπηρέτηση. Τούτο οφείλεται στο γεγονός ότι σε περιπτώσεις επαρκώς αναπτυγµένων δικτύων σταθµών µεταφόρτωσης, το πρόσθετο κόστος συλλογής, το οποίον αρχίζει να εµφανίζεται όταν ο κύκλος εκφόρτωσης των απορριµµατοφόρων υπερβαίνει κάποιο χρονικό όριο, είτε δεν εµφανίζεται, είτε παίζει περιορισµένο ρόλο. Με την ίδια λογική, οι διαφορές στα αποτελέσµατα της βελτιστοποίησης είναι τόσο σηµαντικότερες, όσο το δίκτυο είναι λιγότερο αναπτυγµένο. Στις περιπτώσεις αυτές, που είναι και οι συνηθέστερες, η βελτιστοποίηση µε θεώρηση και του πρόσθετου κόστους συλλογής οδηγεί σε αρκετά διαφορετικές αλλά πολύ πιο ρεαλιστικές λύσεις, παρέχοντας τα ακόλουθα πλεονεκτήµατα: Σηµαντική αύξηση του συνολικού οφέλους των ΟΤΑ λόγω ελαχιστοποίησης και του πρόσθετου κόστους της συλλογής. Προς χάριν του τελευταίου συχνά προβλέπεται εξυπηρέτηση ΟΤΑ από µονάδες µεταφόρτωσης απορριµµάτων (ΜΜΑ), ακόµα και όταν αυτό συνεπάγεται αύξηση του κόστους µεταφοράς. υνατότητα εκτίµησης του πραγµατικού οφέλους των ΟΤΑ από την ανάπτυξη του δικτύου των ΜΜΑ, συµπεριλαµβανοµένου και του οφέλους από την αύξηση της απόδοσης του συστήµατος συλλογής. Με τον τρόπο αυτό τεκµηριώνεται ορθότερα η οικονοµική σκοπιµότητα των προτεινόµενων έργων. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

7 5.2 Κόστος Μεταφοράς Απορριµµάτων Η µεταφορά των απορριµµάτων µπορεί να γίνει οδικά (µε απορριµµατοφόρα και µέσω ΜΜΑ), σιδηροδροµικά (µέσω εµπορευµατικών σταθµών του ΟΣΕ) και ακτοπλοϊκά µε διαφόρων ειδών σκάφη. Στις περισσότερες περιπτώσεις η µεταφορά εκτελείται µε συνδυασµό µέσων. Ο τρόπος υπολογισµού του κόστους των µεθόδων αυτών περιγράφεται στην ενότητα που ακολουθεί, µε εξαίρεση τους ΜΜΑ, οι οποίοι ως πλέον σύνθετοι από άποψη ανάλυσης και λόγω της ευρείας χρήσης τους εξετάζονται ξεχωριστά στην ενότητα Μεταφορά µε απορριµµατοφόρα, σιδηροδρόµους και Πορθµεία Η εκτίµηση του ανοιγµένου κόστους µεταφοράς µε τα παραπάνω µέσα µπορεί να γίνει αξιόπιστα µε συναρτήσεις κόστους. Οι συναρτήσεις αυτές, για µεν τα απορριµµατοφόρα βασίζονται σε λεπτοµερή ανάλυση στοιχείων κόστους κεφαλαίου και λειτουργίας, για δε τη σιδηροδροµική και ακτοπλοϊκή µεταφορά σε στοιχεία από τις αρµόδιες εταιρείες µεταφορών. Σχετικά µε το κόστος της σιδηροδροµικής µεταφοράς, Ο ΟΣΕ έχει διαµορφώσει ένα βασικό τιµολόγιο και, σε σχέση µε το οποίο, παραχωρεί εκπτώσεις σε µεγάλους πελάτες. εν κατέστη όµως δυνατόν να ληφθούν συγκεκριµένα στοιχεία κόστους για την ειδική περίπτωση της συνεχούς, καθ όλο το έτος, µεταφοράς πολύ µεγάλων ποσοτήτων απορριµµάτων Μεταφορά από µονάδες µεταφόρτωσης απορριµµάτων Το ανοιγµένο κόστος κάθε ΜΜΑ εξαρτάται σηµαντικά από τα ετήσια φορτία, τη χρονική τους κατανοµή και την απόσταση µεταφοράς τους. Οι παράµετροι αυτοί προκύπτουν στην πράξη από τους συγκεκριµένους ΟΤΑ που καλείται να εξυπηρετήσει ο σταθµός και από τη θέση της εγκατάστασης που θα υποδεχτεί τα φορτία του, δηλαδή από συνθήκες που ορίζει το σύστηµα βελτιστοποίησης. Από την άλλη µεριά οι συνθήκες που προκύπτουν από το σύστηµα βελτιστοποίησης εξαρτώνται από το ανοιγµένο κόστος κάθε ΜΜΑ. Η παραπάνω αλληλεπίδραση, η οποία δεν περιορίζεται µόνο στις ΜΜΑ, αντιµετωπίζεται µε την ενσωµάτωση των αλγόριθµων σχεδιασµού - κοστολόγησης στον αλγόριθµο βελτιστοποίησης, έτσι ώστε, το µεν σύστηµα βελτιστοποίησης να τροφοδοτείται µε επικαιροποιηµένα στοιχεία κόστους, ο δε σχεδιασµός κάθε εγκατάστασης να προσαρµόζεται στις συνθήκες λειτουργίας που προκύπτουν από τον αλγόριθµο βελτιστοποίησης. Το ανοιγµένο κόστος µεταφοράς κάθε ΜΜΑ εξαρτάται σηµαντικά, όχι µόνο από τις παραπάνω αναφερόµενες, αλλά και από πρόσθετες παραµέτρους όπως το είδος του σταθµού, τις βάρδιες υποδοχής των απορριµµατοφόρων, τις βάρδιες µεταφοράς των απορριµµάτων, τις απαιτήσεις κτιριακής κάλυψης των εγκαταστάσεων, τα µέτρα ελέγχου εκποµπών κτλ. Η εξάρτηση του ανοιγµένου κόστους από τόσο πολλές µεταβλητές, καθιστά µη αξιόπιστη την πρόβλεψή του από συναρτήσεις κόστους, οι οποίες θεωρούν τη δυναµικότητα ως τη µόνη ανεξάρτητη µεταβλητή. Για την αντιµετώπιση του προβλήµατος αυτού, αλλά και για λόγους µεγαλύτερης πληρότητας του όλου σχεδιασµού, η εκτίµηση κόστους γίνεται αναλυτικά, µε προσδιορισµό των βέλτιστων συνθηκών λειτουργίας και παράλληλα της βέλτιστης σύνθεσης του ηλεκτροµηχανολογικού εξοπλισµού, των έργων πολιτικού µηχανικού και των µέσων µεταφοράς. Η βελτιστοποίηση του σχεδιασµού και της λειτουργίας ενός ΜΜΑ απαιτεί τον προσδιορισµό της βέλτιστης τιµής ικανού αριθµού ανεξάρτητων µεταβλητών (π.χ. ώρας έναρξης λειτουργίας, αριθµού βαρδιών υποδοχής, αριθµού βαρδιών µεταφοράς, συνδυασµού συµπιεστικών και βοηθητικών συστηµάτων και συνθηκών λειτουργίας αυτών σε κάθε βάρδια, χωρητικότητας χοανών Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

8 ή τάφρων προσωρινής αποθήκευσης, αριθµού µέσων για αλλαγή containers, για µεταφορά και για προσωρινή αποθήκευση, κτλ.). Για την ταυτόχρονη βελτιστοποίηση τόσο µεγάλου αριθµού µεταβλητών, ακολουθείται µια λογική διαδικασία παρόµοια µε αυτή που θα ακολουθούσε ένας έµπειρος σχεδιαστής, ο οποίος θα είχε τη δυνατότητα να δοκιµάσει πολλές λύσεις. Με την έµπειρη αυτή προσέγγιση επιτυγχάνεται βελτιστοποίηση µετά από λογικό αριθµό δοκιµών. Για τη συγκριτική αξιολόγηση των εναλλακτικών λύσεων γίνεται ταυτόχρονη αναλυτική κοστολόγηση, και επιλέγεται ο συνδυασµός σύνθεσης και λειτουργίας που ελαχιστοποιεί το ετήσιο κόστος κεφαλαίου και λειτουργίας. Το εκτενές λογισµικό σύστηµα, το οποίο υλοποιεί τις παραπάνω απαιτήσεις, παρέχει τη δυνατότητα σχεδιασµού νέων µονάδων όχι µόνο µε τις βέλτιστες αλλά και µε τις επιθυµητές συνθήκες λειτουργίας (ώρα έναρξης, βάρδιες υποδοχής, βάρδιες µεταφοράς κτλ.). Μπορεί επίσης να θεωρήσει πρακτικές απαιτήσεις, όπως την ύπαρξη εφεδρικού συµπιεστικού συστήµατος σε περιπτώσεις επταήµερης λειτουργίας, τις ανάγκες µερικής ή ολικής κάλυψης του πλατώµατος εκφόρτωσης, τις απαιτήσεις χρήσης συστηµάτων ελέγχου εκποµπών κτλ. Το σύστηµα επιτρέπει επίσης ανάλυση υφιστάµενων σταθµών, παρέχοντας το επικαιροποιηµένο κόστος κεφαλαίου και εκτιµώντας τη δυναµικότητα και το λειτουργικό κόστος υπό βέλτιστες (που υπολογίζει) ή δοσµένες συνθήκες λειτουργίας. 5.3 Κόστος επεξεργασίας Η επεξεργασία των απορριµµάτων γίνεται σε εγκαταστάσεις µηχανικής ανακύκλωσης και κοµποστοποίησης (ΕΜΑΚ) ή σε εγκαταστάσεις θερµικής επεξεργασίας (ΕΘΕ). Στη χώρα µας υπάρχει περιορισµένη σχετική εµπειρία, και ως εκ τούτου δεν έχουν καθιερωθεί συγκεκριµένες τεχνολογίες και δεν υπάρχουν παρά ελάχιστα στοιχεία κόστους. Υπό αυτές τις συνθήκες το κόστος µπορεί να εκτιµηθεί µόνο µε χρήση γενικών συναρτήσεων κόστους, οι οποίες βασίζονται σε διεθνή στοιχεία που προέρχονται πρωτογενώς από βιβλία, δηµοσιεύσεις, τεχνικές εκθέσεις, π.χ. [5], πληροφορίες από εργοστάσια επεξεργασίας και κατασκευαστικούς οίκους, αλλά και από τις ΕΜΑΚ στη χώρα µας. Τα αποτελέσµατα δείχνουν ότι το ανοιγµένο κόστος κεφαλαίου και λειτουργίας των εγκαταστάσεων επεξεργασίας επηρεάζεται σηµαντικά από τη δυναµικότητά τους. Ως εκ τούτου, η δηµιουργία µικρών εγκαταστάσεων καθίσταται πολύ δαπανηρή. Σε κάθε περίπτωση, η επεξεργασία των απορριµµάτων αυξάνει σηµαντικά το κόστος έναντι της απλής υγειονοµικής ταφής. 5.4 Κόστος τελικής διάθεσης Το κόστος των ΧΥΤΑ επηρεάζεται σηµαντικά από τη δυναµικότητα, αλλά και από άλλες παραµέτρους όπως από τη διαθέσιµη έκταση και το ανάγλυφό της, τις φάσεις ανάπτυξης και τον τρόπο λειτουργίας. Επηρεάζεται επίσης και από τοπικές παραµέτρους, όπως από τη φύση του εδάφους και το κόστος των εκσκαφών, τη διαθεσιµότητα και το κόστος του υλικού κάλυψης, τις µετεωρολογικές συνθήκες κτλ.. Για τους παραπάνω λόγους ακολουθήθηκε και για τους ΧΥΤΑ διαδικασία παρόµοια µε αυτή των ΜΜΑ, η οποία βασίζεται στη διαστασιολόγηση και στην αναλυτική εκτίµηση του κόστους. Το λογισµικό σύστηµα, το οποίο υλοποιεί τις παραπάνω απαιτήσεις, παρέχει τη δυνατότητα σχεδιασµού νέων µονάδων καθώς και ανάλυση υφιστάµενων. Στην περίπτωση των τελευταίων εκτιµά την εναποµένουσα χωρητικότητα και το µέσο επικαιροποιηµένο κόστος κεφαλαίου και λειτουργίας ως συνάρτηση του ολικού σχεδιασµού και των φάσεων ανάπτυξης. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

9 Όπως και στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας, το ανοιγµένο κόστος της τελικής διάθεσης εξαρτάται σηµαντικά από τη δυναµικότητα του ΧΥΤΑ και για το λόγο αυτό η δηµιουργία µικρών ΧΥΤΑ είναι δαπανηρή. 6. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑΣ Τα στοιχεία από το σύστηµα βελτιστοποίησης των εναλλακτικών σεναρίων αποθηκεύονται σε βάση δεδοµένων και χρησιµοποιούνται, όπως φαίνεται και στο Σχήµα 1, για παραγωγή καταστάσεων και γεωγραφικών απεικονίσεων, συνοπτική περιγραφή των οποίων δίνεται παρακάτω. 6.1 Ορισµός βέλτιστης λύσης κάθε σεναρίου Η βέλτιστη λύση ορίζεται από τις ακόλουθες καταστάσεις και γεωγραφικές απεικονίσεις: Κατάσταση που ορίζει τη θέση, την τεχνολογία, τη δυναµικότητα και το κόστος κεφαλαίου και λειτουργίας κάθε εγκατάστασης. Ορίζει επίσης, το σύστηµα διακίνησης των απορριµµάτων (ΟΤΑ που εξυπηρετούνται από κάθε ΜΜΑ, καθώς και ΟΤΑ και άλλες εγκαταστάσεις που εξυπηρετούνται από κάθε εγκατάσταση) µε τις ετήσιες ποσότητες και το αναλογούν σε κάθε περίπτωση κόστος. Κατάσταση µε αναλυτικά στοιχεία κόστους ανά ΟΤΑ. Τα στοιχεία αυτά παρέχουν το πρόσθετο κόστος µε το οποίον επιβαρύνεται η συλλογή από τυχόν µη επαρκή εξυπηρέτηση του ΟΤΑ από ΜΜΑ, το κόστος µεταφοράς µε απορριµµατοφόρα στην εγκατάσταση υποδοχής, και το ύψος των εισφορών για κάθε χρησιµοποιούµενη εγκατάσταση. Χάρτης µε γεωγραφική απεικόνιση της βέλτιστης λύσης. Σε αυτόν παρουσιάζεται η περιοχή µελέτης, τα όρια των εξυπηρετούµενων ΟΤΑ, η θέση κάθε εγκατάστασης, το δίκτυο των βέλτιστων διαδροµών διακίνησης των απορριµµάτων, οι περιοχές που εξυπηρετούνται από κάθε ΜΜΑ και η διασύνδεση των εγκαταστάσεων µε χρωµατικούς κώδικες. 6.2 Ορισµός βέλτιστης σύνθεσης και λειτουργίας κάθε ΜΜΑ και ΧΥΤΑ Η βέλτιστη λύση κάθε σεναρίου συµπληρώνεται µε ορισµό, για κάθε ΜΜΑ και ΧΥΤΑ, της σύνθεσης του ηλεκτροµηχανολογικού εξοπλισµού, των έργων πολιτικού µηχανικού και των µέσων µεταφοράς, των συνθηκών λειτουργίας και των αναγκών επάνδρωσης. Συµπληρώνεται επίσης από λεπτοµερή και αξιόπιστη ανάλυση κόστους κεφαλαίου και λειτουργίας (βλέπε Κεφάλαιο 5). 6.3 Ανάλυση ευαισθησίας Η ανάλυση ευαισθησίας προκύπτει από τη βελτιστοποίηση εναλλακτικών σεναρίων, καθένα από τα οποία τηρεί τους επιθυµητούς περιορισµούς, και από την παραγωγή των ακόλουθων καταστάσεων: Συνοπτική κατάσταση µε στοιχεία ολικού ετήσιου κόστους διαχείρισης ανά σενάριο. Από τα στοιχεία αυτά προκύπτει η επιβάρυνση του συστήµατος διαχείρισης που συνεπάγονται οι επιθυµητοί περιορισµοί. Κατάσταση µε συγκριτικά στοιχεία κόστους σεναρίων ανά ΟΤΑ. Στην έκθεση αυτή παρατίθενται για κάθε ΟΤΑ οι επιπτώσεις κάθε σεναρίου στο πρόσθετο κόστος συλλογής, στο κόστος µεταφοράς µε απορριµµατοφόρα, στα ανταποδοτικά τέλη κάθε χρησιµοποιούµενης εγκατάστασης, καθώς και στο συνολικό ετήσιο κόστος. Κατάσταση µε συγκριτικά στοιχεία δραστηριότητας ανά εγκατάσταση. Στην έκθεση αυτή παρατίθενται, για κάθε εγκατάσταση, οι ΟΤΑ και οι άλλες εγκαταστάσεις που εξυπηρετούνται σε κάθε σενάριο, καθώς και τα επιµέρους και συνολικά ετήσια φορτία. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

10 6.4 Σκοπιµότητα επενδύσεων Από την ανάλυση και βελτιστοποίηση σεναρίων που αντιστοιχούν σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης της υποδοµής προκύπτει το συνολικό ύψος των επενδύσεων, το ετήσιο κόστος κεφαλαίου και λειτουργίας των εγκαταστάσεων και το συνολικό κόστος διαχείρισης. Από το συσχετισµό των παραπάνω προκύπτει, για κάθε στάδιο ανάπτυξης αλλά και συνολικά, το ύψος των αναγκαίων επενδύσεων, το ετήσιο κόστος κεφαλαίου και λειτουργίας (εισφορές ΟΤΑ) και η µείωση του συνολικού ετήσιου κόστους διαχείρισης (όφελος ΟΤΑ). Επίσης, η ετήσια καθαρή απόδοση του επενδεδυµένου κεφαλαίου και ο λόγος του ολικού οφέλους των ΟΤΑ προς τις καταβαλλόµενες από αυτούς εισφορές. Με τα στοιχεία αυτά τεκµηριώνεται η σκοπιµότητα των προτεινόµενων επενδύσεων. 7. ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η µεθοδολογία και το λογισµικό που περιγράφονται στην παρούσα εργασία εφαρµόστηκαν αρχικά στην Περιφέρεια. Μακεδονίας [2] και πρόσφατα στην Περιφέρεια Αττικής [1]. Με την προτεινόµενη προσέγγιση, όπου η διαµόρφωση των βέλτιστων διαχειριστικών σχεδίων συνδυάζεται µε αναλυτικό σχεδιασµό και κοστολόγηση βασικών εγκαταστάσεων, οι προτάσεις αποκτούν πληρότητα και αµεσότητα σε σχέση µε τις πραγµατικές συνθήκες εφαρµογής. Οι δυνατότητες του συστήµατος και οι αναλυτικές εκθέσεις που παράγονται διευκολύνουν κάθε στάδιο της εφαρµογής µια και, ανάµεσα στα άλλα: Συµβάλλουν στην αναζήτηση συναινετικής λύσης, καθιστώντας πρακτική τη διερεύνηση πρόσθετων σεναρίων για εύρεση νέων και περισσότερα αποδεκτών λύσεων, και διευκολύνοντας την επιλογή του καταλληλότερου από αυτά, µε γνώση της οικονοµικής επιβάρυνσης (ανά ΟΤΑ και συνολικά) που η κάθε επιλογή συνεπάγεται. Επιτρέπουν τεκµηρίωση της οικονοµικής σκοπιµότητας και βιωσιµότητας κάθε επιµέρους εγκατάστασης και του συνόλου των έργων. Υποστηρίζουν την εκ του νόµου απαιτούµενη τεκµηρίωση του όλου σχεδιασµού, παρέχουν βασικές παραδοχές και στοιχεία για τους µελετητές και τις εν συνεχεία διαδικασίες αδειοδότησης και καλύπτουν ουσιώδεις προϋποθέσεις για την ενδεχόµενη συνχρηµατοδότηση των έργων που θα αποφασισθούν από κοινοτικούς πόρους. Βοηθούν την οργάνωση της λειτουργίας του προτεινόµενου συστήµατος, παρέχοντας λεπτοµερές σχέδιο δράσης σε όλα τα επίπεδα, περιλαµβανοµένης και της προεκτίµησης των ανταποδοτικών τελών. Σε κάθε περίπτωση, η διαµόρφωση διαχειριστικών σχεδίων, τα οποία βασίζονται σε λεπτοµερή ανάλυση και αυστηρή βελτιστοποίηση, επιτρέπει σηµαντικότατη κατά τεκµήριο µείωση του ολικού κόστους διαχείρισης προς όφελος των ΟΤΑ. Όσο ευρύτερη είναι η περιοχή µελέτης, τόσο αυξάνει το συνολικό όφελος αλλά και η δυνατότητα εύρεσης λύσεων µε µικρότερο κοινωνικό κόστος. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Οικονοµοπούλου Αλεξία, Οικονοµοπούλου Μαρία, Οικονοµόπουλος Πέτρος και Οικονοµόπουλος Αλέξανδρος (2005) Βέλτιστη διαχείριση στερεών απορριµµάτων / Μέρος II: Εφαρµογή στην Περιφέρεια Αττικής, Πρακτικά 5 ου ιεθνούς Συνεδρίου HELECO 05. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

11 2. Οικονοµοπούλου, Μ. Α., Π. Π. Οικονοµόπουλος και Α. Π. Οικονοµόπουλος (1999) Βέλτιστη διαχείριση απορριµµάτων και ανάλυση ευαισθησίας για περιφέρεια. Μακεδονίας, Πρακτικά 3 ου ιεθνούς Συµποσίου HELECO 99, Τόµος II, σ Οικονοµόπουλος, Α. Π. (2003) Βέλτιστο σύστηµα µεταφοράς των απορριµµάτων οικιακού τύπου και ανάλυση ευαισθησίας, ΕΣ ΚΝΑ Πολυτεχνείο Κρήτης. 4. Οικονοµόπουλος, Α. Π. (2003) Ορθολογική Σύνθεση Ηλεκτροµηχανολογικού Εξοπλισµού και Μέσων Μεταφοράς, ΕΣ ΚΝΑ Πολυτεχνείο Κρήτης. 5. Hogg D. (2002) Costs for municipal waste management in the European Union, final report to Directorate General Environment, European Commission. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου