Spredningsberegninger Rodeløkka varmesentral

Transkript

1 Click here to enter text. Status: Endelig utgave Dato: Utarbeidet av: Oppdragsgiver: Dag Borgnes

2 Rapport Oppdragsgiver: Dato: Prosjektnavn: Click here to enter text. Dok. ID: Tittel.: Deres ref: Utarbeidet av: Kontrollert av: Status: Sammendrag: Sten Tore Bakken Dag Borgnes Stine Torstensen Endelig utgave Sammendrag Norsk Energi har på oppdrag fra Hafslund Varme AS beregnet maksimale bakkekonsentrasjonsbidrag for utslipp av støv fra Rodeløkka varmesentral med total maksimal avgitt effekt fra oljekjeler ved forbrenning av bioolje. Spredningsberegningene er utført ved hjelp av spredningsberegningsmodellen AERMOD. Det er beregnet for et worst case mht. utslipp, dvs. med utslippskonsentrasjon 25 mg/nm 3 og maks effekt for forbrenning av bioolje. Det er forutsatt at støvutslippet foreligger som PM 2.5. I beregningene er meteorologiske data (timemiddelverdier) fra Blindern for januar, februar, mars samt november og desember 2010 benyttet. I det aktuelle området er bakgrunnskonsentrasjonene av svevestøv tidvis høyere enn luftkvalitetskriteriet. Maksimalt døgnmiddelbidrag av svevestøv fra Rodeløkka varmesentral er beregnet til opptil 0,8 µg/m 3, dvs. ca 5 % av luftkvalitetskriteriet for PM 2.5. Målte maksimale døgnmidler ved målestasjonene i Oslo var på µg/m 3 i Vintermidlet bakkekonsentrasjonsbidrag fra Rodeløkka Varmesentral (forutsatt maksimale effekt på anlegget i hele beregningsperioden) er beregnet til mindre enn 0,2 µg/m 3 svevestøv, dvs. under 3 % av luftkvalitetskriteriet for årsmiddel for PM 2.5. Vintermiddelverdiene ved målestasjonene i Oslo har vært ca µg/m 3 de siste årene. De høyeste bakgrunnskonsentrasjonene forekommer hovedsakelig ved stabile atmosfæriske forhold og vindstille som følge av utslipp fra bakkenære kilder (veitrafikk). Ved slike atmosfæriske forhold vil bakkekonsentrasjonsbidraget fra skorsteinen ved Rodeløkka Varmesentral være lav i nærområdet. Dersom bidraget utgjør en «signifikant tilleggsbelastning» skal det ifølge myndighetenes veileder for skorsteinshøydeberegninger utføres beregning/vurderinger av utslippskilder som erstattes. Begrepet signifikant er ikke spesifisert i veilederen. Vår vurdering er at økningen i bakkekonsentrasjonsbidrag i dette tilfellet ikke er å betrakte som signifikant. HOVEDKONTOR Hoffsveien 13, POB 27 Skøyen, N Oslo Telefon: Telefaks: AVD. GJØVIK Strandgt. 13 A, N Gjøvik Telefon: Telefaks: AVD. BERGEN Damsgårdsveien 131, N Laksevåg Telefon: Telefaks: Org. nr MVA Kto.nr kontakt@energi.no Side 2 av 13

3 INNHOLDSFORTEGNELSE Sammendrag Innledning Tekniske data Meteorologi og spredning Grenseverdier, nasjonale mål og luftkvalitetskriterier Bakgrunnskonsentrasjoner Spredningsberegninger Benyttede spredningsberegningsmodeller Beregningsforutsetninger Maksimale døgnmiddelbidragkonsentrasjoner av svevestøv Vintermiddelbidrag av svevestøv Vurdering av bakkekonsentrasjonsbidrag/skorsteinshøyde Vurdering av usikkerhet/videre arbeid Usikkerhet ved modellberegninger Referanser Dok ID: Side 3 av 13

4 1 Innledning Norsk Energi har på oppdrag fra Hafslund Fjernvarme AS beregnet maksimale bakkekonsentrasjonsbidrag for utslipp av støv fra Rodeløkka Varmesentral. 2 Tekniske data Fra oppdragsgiver er det innhentet utslippsdata for Rodeløkka varmesentral. Tabell 1 Beregningsforutsetninger for spredningsberegning ENHET Rodeløkka bioolje Avgitt effekt MW 88 Virkningsgrad % 93 Nedre/effektiv brennverdi MJ/kg 37 Oksygen i gass (målt) vol% 3 Oksygen i referansegass vol% 3 Støvkonsentrasjon ved referansegass mg/nm³ 25 Støvutslipp g/s 0,7 Røykgasstemp C 130 Skorsteinsdiameter m 1,75 Røykgasshastighet m/s 19 Skorsteinshøyde m 52 Dok ID: Side 4 av 13

5 3 Meteorologi og spredning Luftas stabilitetsforhold og vindhastighet har betydning for hvordan utslippene spres. Svak vind og ustabil atmosfære gir normalt maksimalkonsentrasjoner nær utslippet. Slike forhold vil det typisk være når det er sol om sommeren. Er atmosfæreforholdene nøytrale vil maksimalkonsentrasjonene forekomme lengre fra utslippet. Svak til moderat vind og stabil atmosfære (inversjon) forekommer om vinteren og om natten på sommeren. Slike forhold gir maksimalkonsentrasjoner lengre fra utslippsstedet. I forbindelse med spredningsberegningsoppdrag i Oslo har vi innhentet en uttalelse fra meteorolog Erik Berge (ref. /1/) som har vurdert ulike arbeider omkring inversjonshøyder i Oslo: Det finnes ikke målinger av inversjonshøyden i Oslo annet enn fra Valle Hovin-masta (dette er bekreftet fra NILU). Men den er ikke mer enn 25 meter høy. Hyppigheten av bakkenære inversjoner fra denne masten kan forholdsvis lett skaffes tilveie. For øvrig er det modellberegninger og analyser. Opprinnelig fra MM5- kjøringene i Bedre byluft prosjektet, senere fra UM -modellen til met.no. Kort oppsummert viser beregningene: - For vedvarende kuldeperioder midtvinters med kraftig inversjon, kan høyden være m. Inversjonen bygger seg da opp over flere dager og er en del av en større inversjon over Østlandet. - Modellberegningene viser også at inversjonshøyder på m også forekommer under kaldt vintervær. - Sentralt over Oslo (vekk fra åsene) vil inversjonshøyden ha en tendens til å bli lavere ved nedsynking i høytrykksområder. - Inversjoner om vår/høst, som brytes ned på dagtid, vil være grunnere, kanskje typisk på m I beregningene er meteorologiske data (timemiddelverdier) fra Blindern for januar, februar, mars samt november og desember 2010 benyttet. Dok ID: Side 5 av 13

6 4 Grenseverdier, nasjonale mål og luftkvalitetskriterier Myndighetene har angitt grenseverdier, mål og luftkvalitetskriterier for konsentrasjoner av bl.a. svevestøv og NO 2 i uteluft. Grenseverdiene er gitt i Forurensningsforskriftens kapittel 7 1. Miljødirektoratet og Folkehelseinstituttet har i rapporten «Virkninger av luftforurensninger på helse» (2013/9) 2 fastsatt luftkvalitetskriterier for ulike luftforurensningskomponenter basert på eksisterende kunnskap om hvilke helseeffekter de gir. I sammendraget i rapporten heter det bl.a. følgende: «Kriteriene er satt så lavt at de aller fleste kan utsettes for disse nivåene uten at det oppstår skadevirkninger på helse. Mange luftforurensningskomponenter utløser de samme helseeffektene, og virker trolig sammen. Siden befolkningen utsettes for en rekke forskjellige komponenter samtidig, vil helseeffektene som observeres være et resultat av den samlede eksponering for luftforurensning. Dette kan være noe av grunnen til at helseeffekter observeres ved lavere nivåer i befolkningsstudier enn i mange eksperimentelle studier. Det er imidlertid lite kunnskap om interaksjonene og mekanismene for dette samvirket, spesielt ved lave konsentrasjoner.» Tabell 4.1 Grenseverdier og luftkvalitetskriterier for NO 2 og svevestøv Parameter Enhet Midlingstid 1 time 24 timer 1 år NO 2 µg/m Forurensingsforskriften kapittel 7 Tiltaksgrense (helse) Svevestøv (PM 10 ) Svevestøv (PM 2,5 ) µg/m µg/m /20 4 Luftkvalitetskriterier NO 2 µg/m Svevestøv (PM 10 ) Svevestøv (PM 2,5 ) 1 Grenseverdien må ikke overskrides mer enn 18 ganger pr. kalenderår 2 Grenseverdien må ikke overskrides mer enn 35 ganger pr. år 3 Innen 1. januar 2015/ 4 Innen 1. januar 2020 µg/m µg/m Grenseverdier luftkvalitet: Forurensningsforskriften kap Luftkvalitetskriterier: Folkehelseinstitutt og Miljødirektoratet: Virkninger av luftforurensninger på helse. Nasjonalt folkehelseinstitutt Rapport 2013/9. Dok ID: Side 6 av 13

7 5 Bakgrunnskonsentrasjoner Særlig om vinteren er NO 2 - og svevestøvstøvkonsentrasjonene i Oslo tidvis høye. Maksimalkonsentrasjonene forekommer særlig når det er høytrykk, kaldt og skyfritt (inversjon). Veitrafikken er hovedårsaken til forurensningsproblemene. Figur 1 nedenfor viser maksimalt døgnmiddel av PM 10 og PM 2.5 samt vintermiddel av PM 2.5 ved utvalgte målestasjoner i Oslo (ref. /2/ Vedlegg til Årsrapport 2013 Luftkvaliteten i Oslo statistikk og bakgrunnsinformasjon. Oppdatert juli 2013). Dok ID: Side 7 av 13

8 Figur 1 Maksimalt døgnmiddel samt vintermiddel ved utvalgte målestasjoner i Oslo Det fremgår av figur 1 at maksimalt døgnmiddel for PM 2.5 har vært ca µg/m 3 i 2010 og 2011, og ca µg/m 3 i Dette er vesentlig høyere enn luftkvalitetskriteriet for døgnmiddel, som er på 15 µg/m 3. Videre ser vi at vintermiddelverdiene har vært målt til ca µg/m 3 de siste årene. Luftkvalitetskriteriet for årsmiddel er til sammenlikning 8 µg/m 3, og grenseverdi årsmiddel er 25 µg/m 3 fra Målestasjonene Åkebergveien og Sofienbergparken er bybakgrunnsstasjoner, de øvrige er veinære stasjoner. Dok ID: Side 8 av 13

9 6 Spredningsberegninger 6.1 Benyttede spredningsberegningsmodeller Spredningsberegningene er utført ved hjelp av spredningsberegningsprogram bygget på modeller utarbeidet av Environmental Protection Agency, USA (AERMOD). Det er beregnet for et worst case mht. utslipp, dvs. med utslippskonsentrasjon 25 mg/nm 3 og maks effekt på kjelene. AERMOD er en steady-state Gaussisk plume-modell. Effekter av ulike overflateruheter og andre overflateegenskaper kan ivaretas. Røyknedslag som følge av bygningsturbulens beregnes ved hjelp av PRIME algoritmen. Modellering av kysteffekter er ikke inkludert. Atmosfærekjemi er generelt ikke inkludert. Modellen har imidlertid inkludert forenklet NO X -kjemi (Plume Volume Molar Ratio Method (PVMRM) og Ozon Limiting Method (OLM)). Middelverdier fra 1-time til årlig gjennomsnitt kan beregnes. I AERMOD benyttes meteorologiske timedata fra en målestasjon med data for vindhastighet, retning og omgivelsestemperatur og observert skydekke. I tilfeller hvor det er mangel på representative meteorologiske måledata, kan meteorologiske datasett basert på prognostiske meteorologiske data (Penn State / NCAR Mesoskala Model (MM5) benyttes. AERMOD brukes i USA og flere andre land som myndighetsgodkjent modell. 6.2 Beregningsforutsetninger I beregningene med AERMOD er meteorologiske data (timemiddelverdier) fra Blindern for januar, februar, mars samt november og desember 2010 benyttet. Beregningsprogrammet gir mulighet for å beregne bakkekonsentrasjoner for tilfeller der en får røyknedslag pga. turbulens og le-virvler bak bygninger. Vi har tatt hensyn til terreng i beregningene ved å benytte digital terrengmodell for området, se Figur 2. Figur 2 Digital terrengmodell for området Det er benyttet gridstørrelse på 50 meter. Dok ID: Side 9 av 13

10 Oppdragsgiver: 6.3 Maksimale døgnmiddelbidragkonsentrasjoner av svevestøv Figur 3 Resultater fra modellberegninger med AERMOD. Maksimalt bakkekonsentrasjonsbidrag av svevestøv (µg/m3 døgnmiddel) i beregningsperioden (januar, februar, mars, november og desember 2010) forutsatt maks effekt på kjelene. Vi ser av Figur 3 at maksimalt døgnmiddelbidrag av svevestøv er beregnet til opptil 0,8 µg/m3, dvs. ca 5 % av luftkvalitetskriteriet for PM2.5. Målte maksimale døgnmiddelverdier ved målestasjonene i Oslo var på µg/m3 i De høyeste bakgrunnskonsentrasjonene oppstår hovedsakelig ved stabile atmosfæriske forhold og vindstille som følge av utslipp fra bakkenære kilder (veitrafikk). Ved slike atmosfæriske forhold vil bakkekonsentrasjonsbidraget fra skorsteinen ved Rodeløkka varmesentral være lavt i nærområdet. Dok ID: Side 10 av 13

11 Oppdragsgiver: 6.4 Vintermiddelbidrag av svevestøv Vintermidlet bakkekonsentrasjonsbidrag fra Rodeløkka varmesentral er beregnet til mindre enn 0,2 µg/m3 svevestøv, dvs. under 3 % av luftkvalitetskriteriet for årsmiddel for PM2.5, se figuren nedenfor. Vintermiddelvediene ved måletstasjonene i Oslo har vært ca µg/m3 de siste årene. Figur 4 Resultater fra modellberegninger med AERMOD. Bakkekonsentrasjonsbidrag av svevestøv (µg/m3, vintermiddel) i beregningsperioden (januar, februar, mars, november og desember 2010) forutsatt maks effekt på kjelene. 6.5 Vurdering av bakkekonsentrasjonsbidrag/skorsteinshøyde I det aktuelle området er bakgrunnskonsentrasjonen tidvis høyere enn luftkvalitetskriteriet, og dermed kan ikke formuleringen i paragraf 27-5 i forurensningsforskriften benyttes mht. luftkvalitetskriteriet. I veilederen vedrørende skorsteinshøydeberegninger heter det at dersom det nye (utredede) utslippet utgjør en signifikant tilleggsbelastning bør det sannsynliggjøres ved hjelp av beregninger/vurderinger at det vil medføre en reduksjon i den samlede forurensningsbelastningen som følge av at andre utslippskilder opphører. I så fall kan beregning av skorsteinshøyde utføres med kriterium om at belastning fra anlegget og bakgrunnsverdien til sammen skal være lavere enn Nasjonalt mål for luftkvalitet. Eventuelt bør en alternativ lokalisering vurderes. Maksimalt døgnmiddelbidrag av svevestøv er beregnet til opptil 5 % av luftkvalitetskriteriet for PM2.5, og vintermiddelbidraget under 3 % av luftkvalitetskriteriet for årsmiddel for PM2.5 (i beregningene er det konservativt forutsatt maksimal effekt i hele beregningsperioden). Begrepet «signifikant tilleggsbelastning» er ikke spesifisert i veilederen. Vår vurdering er at økningen i bakkekonsentrasjonsbidrag i dette tilfellet ikke er å betrakte som signifikant. Dok ID: Side 11 av 13

12 7 Vurdering av usikkerhet/videre arbeid 7.1 Usikkerhet ved modellberegninger Usikkerheten i spredningsberegningsmodeller ved beregning av bakkekonsentrasjonsbidrag er knyttet til følgende forhold: 1. Kvalitet på inputdata. Kildedata, meteorologidata, reseptordata og terrengdata 2. Anvendelsesområde. Høyeste korttidsmiddelverdi, korttidsmiddelverdi på spesifikt sted eller årlig middelverdi på spesifikt sted. 3. Matematiske formler i modellen. Hvor godt beskriver formlene i modellen virkeligheten I tillegg til usikkerhetsfaktorene nevnt ovenfor kommer såkalt inherent uncertainty (iboende usikkerhet), dvs. usikkerhet som skyldes at spredningen reelt varierer ved samme meteorologiske forhold. I US EPA Guideline on Air Quality Models (2005), som omfatter bl.a. AERMOD refereres resultater fra studier av usikkerhet i modellene: modellene er bedre egnet til å estimere gjennomsnittskonsentrasjoner for lengre perioder enn for estimering av korttidskonsentrasjoner på bestemte steder; modellene er rimelig pålitelige når det gjelder å estimere størrelsen på høyeste konsentrasjoner som forekommer en gang, et sted innenfor et område (feil på høyeste estimerte konsentrasjoner på ± 10 til 40 prosent er funnet å være typisk); beregninger av konsentrasjoner som forekommer på et bestemt tidspunkt, på et bestemt sted er dårlig korrelert med faktisk observerte konsentrasjoner og er mye mindre pålitelige; usikkerhet på fem til ti grader i målt vindretning som transporterer plumen, kan føre til konsentrasjonsfeil på 20 til 70 prosent for bestemt tid og sted, avhengig av stabilitet og stasjonens plassering. Slike usikkerheter betyr ikke at estimert konsentrasjon ikke forekommer, men at tid og sted for denne er usikkert; USEPA har estimert at selv for en perfekt modell kan iboende usikkerhet alene medføre typisk variasjon i konsentrasjoner på så mye som ± 50 %. Modellnøyaktigheten blir normalt tatt hensyn til i vurderingen av modellresultatene ved at man benytter konservative beregningsforutsetninger og har en margin mellom bakgrunnskonsentrasjon+bakkekonsentrasjonsbidrag og aktuelle grenseverdier for luftkvalitet. Ved US EPAs evaluering av AERMOD er det benyttet 17 databaser med målte og beregnede konsentrasjonsdata. Dok ID: Side 12 av 13

13 8 Referanser /1/ E-post datert 30. mai 2011 fra Erik Berge, Kjeller Vindteknikk /2/ Vedlegg til Årsrapport 2012 Luftkvaliteten i Oslo statistikk og bakgrunnsinformasjon. Oppdater Dok ID: Side 13 av 13