Spredningsberegninger tapperøyksfilter 2

Transkript

1 Spredningsberegninger tapperøyksfilter 2 Status: Endelig utgave Dato: Utarbeidet av: Oppdragsgiver: Dag Borgnes

2 Rapport Oppdragsgiver: Dato: Prosjektnavn: Click here to enter text. Dok. ID: Tittel.: Spredningsberegninger tapperøyksfilter 2 Deres ref: Paul Wilpert Utarbeidet av: Dag Borgnes Kontrollert av: Stine Torstensen Status: Endelig utgave Sammendrag: Norsk Energi har på oppdrag fra beregnet bakkekonsentrasjonsbidrag for utslipp av svevestøv og NO x fra eksisterende og nytt tapperøyksfilter, samt foretatt bestemmelse av anbefalt skorsteinshøyde for nytt tapperøyksfilter. Bakkekonsentrasjonsbidraget er beregnet ved hjelp av spredningsberegninger, som er utført ved hjelp av spredningsberegningsprogrammet Breeze Aermod som bygger på modeller utarbeidet av US Environmental Protection Agency (US EPA). Det er benyttet meteorologiske data (timedata) for 2010 fra meteorologisk målestasjon på Orkanger, med noe tilleggsdata fra Værnes. Modellen gir mulighet for å beregne bakkekonsentrasjoner for tilfeller der en får røyknedslag pga. turbulens og levirvler bak bygninger. Det er benyttet digital terrengmodell for området. NO x-utslippet fra anlegget vil hovedsakelig foreligge som NO. For å beregne andel som oksideres til NO 2 har vi benyttet plume volume molar ratio method (PVMRM) i AERMOD. Vi har tatt hensyn til at under 5 % av utslippet foreligger som NO 2. Det ble det benyttet fast O 3-konsentrasjon på 80 µg/m 3. Denne verdien er valgt på bakgrunn av tidligere benyttede verdi, samt prosentilverdi av bakkenært ozon timeverdi ved nærmeste bakgrunnsmålestasjon, Kårvatn. Utslippet fra både eksisterende tapperøyksfilter og nytt tapperøyksfilter er lagt inn i modellen, siden utslippspunktene er få meter fra hverandre og utslippsforholdene er like, noe som tilsier at bidragene kan sammenfalle tidsmessig og geografisk. I områder med boliger er 18. høyeste bidrag beregnet til under µg/m 3 for samme skorsteinshøyde på nytt som på eksisterende tapperøyksfilter. Dette betyr at bakkekonsentrasjonsbidraget er innenfor akseptabel tilleggsbelastning vurdert etter anbefalingene i Miljødirektoratets veileder for skorsteinshøydeberegninger. Det vurderes dermed som tilstrekkelig at skorstein for tapperøyksfilter 2 har samme høyde som skorsteinen på eksisterende tapperøyksfilter. Maksimalt timemiddelbidrag av NO 2 høyere enn luftkvalitetskriteriet vil kunne forekomme ved lite gunstige meteorologiske forhold, men dette vil være i et skogområde sørøst for anlegget. Døgnmiddelkonsentrasjonsbidraget av svevestøv i områder med boliger er beregnet til under 10 μg/m 3, dvs. godt under luftkvalitetskriteriet for PM 2.5 på 15 µg/m 3. 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: Org. nr MVA Kto.nr kontakt@energi.no Side 2 av 17

3 Spredningsberegninger INNHOLD 1 INNLEDNING GRENSEVERDIER OG LUFTKVALITETSKRITERIER MAKSIMALT TILLATT TILLEGGSBELASTNING LOKALISERING UTSLIPP AV NOX OG STØV Beskrivelse av anlegget METEOROLOGISKE FORHOLD I ORKDAL SPREDNINGSBEREGNINGER Spredningsberegningsmodell Meteorologidata og forutsetninger benyttet i modellen NOx til NO Timemiddelkonsentrasjonsbidrag av NO Like høye skorsteiner og ulik røykgassmengde Ulike skorsteinshøyder og røykgassmengder Døgnmiddelkonsentrasjonsbidrag av svevestøv ved like skorsteinshøyder og ulike røykgassmengder Døgnmiddelkonsentrasjonsbidrag av svevestøv VURDERING AV USIKKERHET Generelt Dok ID: Side 3 av 19

4 Spredningsberegninger 1 Innledning Norsk Energi har på oppdrag fra beregnet bakkekonsentrasjonsbidrag for utslipp av svevestøv og NOx fra eksisterende og nytt tapperøksfilter, samt foretatt bestemmelse av anbefalt skorsteinshøyde for nytt tapperøyksfilter. 2 Grenseverdier og luftkvalitetskriterier Myndighetene har angitt grenseverdier, mål og luftkvalitetskriterier for konsentrasjoner av bl.a. svevestøv og NO2 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. Tabell 1 Grenseverdier og luftkvalitetskriterier for NO2 og svevestøv Parameter Enhet Midlingstid 1 time 24 timer 1 år NO 2 µg/m * 40 Forurensingsforskriften kapittel 7 Tiltaksgrense (helse) Svevestøv (PM 10) Svevestøv (PM 2,5) µg/m 3 50 ** 40 µg/m 3 15 *** Luftkvalitetskriterier NO 2 µg/m Svevestøv (PM 10) Svevestøv (PM 2,5) * Grenseverdien må ikke overskrides mer enn 18 ganger pr. kalenderår ** Grenseverdien må ikke overskrides mer enn 30 ganger pr. år *** Fra 1. januar 2016 µg/m µg/m Miljødirektoratet anbefaler at utslippet fra et nytt anlegg normalt ikke skal øke bakkekonsentrasjonen med mer enn 50 % av differansen mellom Miljødirektoratets/Folkehelseinstituttets anbefalte luftkvalitetskriterier og bakgrunnskonsentrasjonen. I veileder for beregning av skorsteinshøyde heter det følgende vedrørende tolkning av «normalt»: I forskrift vedr. luftkvalitet (Forurensningsforskriftens kapittel 7) tillates 18 timer med overskridelser av grenseverdien for NO2 på 200 μg/m 3. Forutsatt at de få timene med høy konsentrasjon ikke forekommer på steder der spesielt sårbare grupper som barn, eldre eller syke har daglig opphold (barnehage, sykehus, aldershjem) vil det være rimelig å kunne akseptere et antall timer forekomst av timemiddelverdier høyere enn det maksimalt tillatte bidraget beregnet etter formuleringen i forskriftens paragraf Hvor mange timer som kan aksepteres bør allikevel være lavere enn 18 timer knyttet til forskriften. 1 Grenseverdier luftkvalitet: Forurensningsforskriften kap Luftkvalitetskriterier: Folkehelseinstitutt og Miljødirektoratet: Virkninger av luftforurensninger på helse. Nasjonalt folkehelseinstitutt Rapport 2013/9. Dok ID: Side 4 av 19

5 Spredningsberegninger 3 Maksimalt tillatt tilleggsbelastning Ved gjennomføring av spredningsberegninger er det etablert praksis å kombinere timemiddelbidraget med en bakgrunnsverdi som representerer et større område, ikke nær trafikkerte veier. Det foreligger ikke måledata for NO2 i det aktuelle området. Bakgrunnsapplikasjonen i Modluft ( gir 11 µg/m 3 som årsmiddel for området. Basert på dette samt at det er lokale kilder i det aktuelle området, antar vi at 20 µg/m³ er et rimelig anslag for bakgrunn timemiddel for denne lokaliteten. Ved beregning av nødvendig skorsteinshøyde har vi benyttet 50%-regel basert på luftkvalitetskriteriet for NO2 ((100-bakgrunnskonsentrasjon)/2). Dette betyr at anlegget normalt ikke skal overskride (100-20)/2= 40 µg/m³. 4 Lokalisering er lokalisert nær Orkanger sentrum i Orkdal kommune, som vist på Figur 1. Figur 1 Lokalisering av Dok ID: Side 5 av 19

6 Spredningsberegninger 5 Utslipp av NOx og støv 5.1 Beskrivelse av anlegget har 2 smelteovner. Flytende silisiummetall renner ut fra tappehullene i en øse. Under tappeprosessen forbrenner en del gass som kommer ut fra tappehullet. Forbrenningsproduktet er mesteparten støv som består av SiO2. Avtrekksanlegget sørger for redusert støving og suger tapperøyken bort fra tappeområdene. Tapperøyksfilteret renser røyken og skiller ut støvet. Figur 2 Plass mellom Microsilicabygg og dagens tapperøyksfilter Dok ID: Side 6 av 19

7 Spredningsberegninger Figur 3 Layout av nytt filter med skorstein Bildeforklaring Eksisterende skorstein (blå) Ny skorstein (gul) Dok ID: Side 7 av 19

8 Spredningsberegninger Beregningsforutsetninger er satt opp på basis av grunnlagsdata innhentet fra oppdragsgiver. Se Tabell 2 nedenfor. Beregningsforutsetningene er basert på målinger ved eksisterende tapperøyksfilter, og er benyttet både for eksisterende filter/skorstein (eksisterende tapperøyksfilter) og nytt filter/skorstein (nytt tapperøyksfilter 2 (også kalt tapperøyksfilter 2). Tabell 2 Beregningsforutsetninger for hvert av tapperøyksfiltrene. Enhet Eksisterende tapperøyksfilter (filter 1) Nytt tapperøyksfilter (filter 2) Støvkonsentrasjon mg/nm³ /5 2 Støvutslipp g/s /0.14 NOx-konsentrasjon ppm NOx-konsentrasjon mg/nm 3 (som (timemiddel) NO 2) NOx-utslipp g/s /2.6 3 Røykgassmengde m 3 /time / Røykgassmengde m 3 /s /33.3 Røykgasstemperatur C Skorsteindiameter m Røykgasshastighet m/s /16.6 1) Døgnmiddel utslippsgrense i Utslippstillatelse datert 21. nov Angitt i e-post datert 7. september 2016 fra Paul Wilpert, 3) Basert på høyeste timemiddel i måleperioden (måling i 21 timer i 2011) Dok ID: Side 8 av 19

9 Spredningsberegninger 6 Meteorologiske forhold i Orkdal Figur 4 viser vindrose (relativ frekvensfordeling av vindretning og vindhastighet) basert på data hentet fra Meteorologisk Institutt sin målestasjon i Orkdal og viser dominerende vindstyrke og vindretning i 2010, som er valgt som et representativt år. Vindrosen er fremkommet av de timemidlete meteorologiske data som er benyttet i modellen. Figur 4 Vindrose Orkanger 2010 Dok ID: Side 9 av 19

10 Spredningsberegninger 7 Spredningsberegninger 7.1 Spredningsberegningsmodell Spredningsberegningene er utført ved hjelp av spredningsberegningsprogrammet AERMOD (US Environmental Protection Agency). 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 NOx-kjemi (Plume Volume Molar Ratio Method (PVMRM), Ambient Ratio Method (ARM) 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 målte meteorologiske måledata, benyttes modellerte meteorologiske data (The Weather Research and Forecasting model, WRF). AERMOD brukes i USA og flere andre land som myndighetsgodkjent modell. AERMOD revideres normalt årlig eller oftere. AERMOD omfatter fra juli 2015 også linjekilder med temperatur over omgivelseslufttemperatur. 7.2 Meteorologidata og forutsetninger benyttet i modellen Det er benyttet meteorologiske data (timedata) for 2010 fra meteorologisk målestasjon på Orkanger, med noe tilleggsdata fra Værnes. 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. Det er benyttet reseptoravstand på 25 meter. 7.3 NOx til NO2 Under 10 % av NOx-utslippet vil normalt foreligge som NO2 (for det aktuelle anlegget tyder utslippsmålingene på under 5 %). Under påvirkning av sollys og ozon vil noe NO oksideres til NO2. Andelen av NO som omdannes til NO2 avhenger av en rekke av faktorer, blant annet vindhastighet, avstand fra kilden, solstråling og tilgjengeligheten av ozon (O3). I AERMOD har vi gjort beregninger med plume volume molar ratio method (PVMRM) der vi har tatt hensyn til at under 5 % av utslippet foreligger som NO2. Det ble det benyttet fast O3-konsentrasjon på 80 µg/m 3. Denne verdien er valgt på bakgrunn av tidligere benyttede verdi, samt prosentilverdi av bakkenært ozon timeverdi ved nærmeste bakgrunnsmålestasjon, Kårvatn (75 og 95 prosentil ved Hurdal var hhv 75 og 91 µg/m 3 ) 3 det aktuelle året. 3 Overvåking av langtransportert forurenset luft og nedbør. Atmosfæriske tilførsler, 2010 TA NILU, 2011 Dok ID: Side 10 av 19

11 Spredningsberegninger 7.4 Timemiddelkonsentrasjonsbidrag av NO Like høye skorsteiner og ulik røykgassmengde Vi har utført innledende beregninger med lik skorsteinshøyde på eksisterende tapperøyksfilter og nytt tapperøyksfilter, men med to ulike røykgassmengder på nytt tapperøyksfilter (80000 og m 3 /time). Figurene nedenfor viser resultater for høyeste og 18. høyeste bakkekonsentrasjonsbidrag. Røykgassmengde m 3 /time (50 ºC) på eksisterende og nytt tapperøyksfilter Røykgassmengde m 3 /time (50 ºC) på eksisterende og m 3 /time (50 ºC) på nytt tapperøyksfilter Dok ID: Side 11 av 19

12 Spredningsberegninger Figur 5 Lik skorsteinshøyde på eksisterende tapperøyksfilter og nytt tapperøyksfilter. Høyeste bakkekonsentrasjonsbidrag av NO2 (µg/m³, timemiddel). Meteorogidata Røykgassmengde m 3 /time (50 ºC) på eksisterende og nytt tapperøyksfilter Røykgassmengde m 3 /time (50 ºC) på eksisterende og m 3 /time (50 ºC) på nytt tapperøyksfilter Dok ID: Side 12 av 19

13 Spredningsberegninger Figur 6 Lik skorsteinshøyde på eksisterende tapperøyksfilter og nytt tapperøyksfilter. 18. høyeste bakkekonsentrasjonsbidrag av NO2 (µg/m³, timemiddel). Meteorogidata Beregningene med lik skorsteinshøyde på eksisterende tapperøyksfilter og nytt tapperøyksfilter og røykgassmengder på og m 3 /time på nytt filter viser 18. høyeste bakkekonsentrasjonsbidrag på hhv og µg/m³ i områder med boliger Ulike skorsteinshøyder og røykgassmengder Beregninger med økt skorsteinshøyder for nytt filter er utført for situasjon med røykgassmengder på m 3 /time på eksisterende og m 3 /time på nytt filter siden dette ga noe høyere bakkekonsentrasjonsbidrag enn situasjon med 2x m 3 /time. Figurene nedenfor viser resultater for høyeste og 18. høyeste bakkekonsentrasjonsbidrag ved skorsteinshøyde 35 meter på nytt filter. Uendret skorsteinshøyde på eksisterende tapperøyksfilter, 35 meter høy skorstein på nytt tapperøyksfilter Figur 7 Høyeste bakkekonsentrasjonsbidrag av NO2 (µg/m³, timemiddel). Meteorogidata Dok ID: Side 13 av 19

14 Spredningsberegninger Uendret skorsteinshøyde på eksisterende tapperøyksfilter, 35 meter høy skorstein på nytt tapperøyksfilter Figur høyeste bakkekonsentrasjonsbidrag av NO2 (µg/m³, timemiddel. Meteorogidata Spredningsberegningene tilsier at høyeste timemidlede bakkekonsentrasjonsbidrag kommer i høyereliggende områder sørøst for utslippsstedet, dvs. i områder uten bebyggelse (se figurene ovenfor). Her er høyeste timemiddelbidrag beregnet til drøyt 140 µg/m 3, både for tilfellet ny skorstein med samme høyde som eksisterende skorstein og med ny skorstein på 35 meter. 18. høyeste bidrag er beregnet til µg/m 3 både for ny skorstein med samme høyde som eksisterende, og ny skorstein på 35 meter i høyereliggende ubebodde områdene. I områder med boliger er 18. høyeste bidrag beregnet til hhv og µg/m 3 for ny skorstein med samme høyde som eksisterende og for skorsteinshøyde 35 meter. Dette betyr at bakkekonsentrasjonsbidraget er innenfor akseptabel tilleggsbelastning for begge de vurderte skorsteinshøyder. Det vurderes dermed som tilstrekkelig at skorstein for tapperøyksfilter 2 har samme høyde som skorsteinen på eksisterende tapperøyksfilter. Dok ID: Side 14 av 19

15 Spredningsberegninger 7.5 Døgnmiddelkonsentrasjonsbidrag av svevestøv ved like skorsteinshøyder og ulike røykgassmengder Døgnmiddelkonsentrasjonsbidrag av svevestøv Figuren nedenfor resultater for døgnmiddelkonsentrasjonsbidrag av svevestøv for utslippskonsentrasjon på 30 mg/nm 3 ved begge filtrene. Lik skorsteinshøyde på eksisterende tapperøyksfilter og nytt tapperøyksfilter Figur 9 Bakkekonsentrasjonsbidrag av svevestøv (µg/m³, døgnmiddel). Utslippskonsentrasjon på 30 mg/nm 3 ved begge filtrene. Meteorogidata Høyeste døgnmiddelbidrag utenfor bedriftsområdet er beregnet til ca 20 μg/m 3 i ubebygd skogområde i skråning sørøst for utslippsstedet. Luftkvalitetskriteriet for PM2.5 er 15 μg/m 3. I områder med boliger er høyeste bidrag beregnet til under 10 μg/m 3. Figuren nedenfor viser resultater for døgnmiddelkonsentrasjonsbidrag av svevestøv for utslippskonsentrasjon på hhv. 30 mg/nm 3 og 5 mg/nm 3 ved eksisterende og nytt filter. Dok ID: Side 15 av 19

16 Spredningsberegninger Lik skorsteinshøyde på eksisterende tapperøyksfilter og nytt tapperøyksfilter Figur 10 Bakkekonsentrasjonsbidrag av svevestøv (µg/m³, døgnmiddel). Utslippskonsentrasjon på hhv. 30 mg/nm 3 og 5 mg/nm 3 ved eksisterende og nytt filter. Meteorogidata Høyeste døgnmiddelbidrag utenfor bedriftsområdet er beregnet til μg/m 3 i ubebygd skogområde i skråning sørøst for utslippsstedet. Luftkvalitetskriteriet for PM2.5 er 15 μg/m 3. I områder med boliger er høyeste bidrag beregnet til under 10 μg/m 3. Dok ID: Side 16 av 19

17 Spredningsberegninger 8 Vurdering av usikkerhet 8.1 Generelt Usikkerheten i spredningsberegningsmodeller ved beregning av bakkekonsentrasjonsbidrag er knyttet til følgende forhold: Kvalitet på inputdata. Kildedata, meteorologidata, reseptordata og terrengdata Anvendelsesområde. Høyeste korttidsmiddelverdi, korttidsmiddelverdi på spesifikt sted eller årlig middelverdi på spesifikt sted. 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. Dok ID: Side 17 av 19