NO9705061 Os v Os NILU : OR 6/96 REFERANSE: O-95062 DATO : JANUAR 1996 NILU-OR--6/96 ISBN : 82-425-0738-4 Utslipp fra petrleumsrelatert aktivitet på Haltenbanken Bidrag til ftkjemisk ksidantdannelse g frsuring Svein Knudsen, Mna Jhnsrud, Sverre Slberg, Sam Erik Walker Brit Lisa Skjelkvåle MASTER NILU Nrsk institutt fr luftfrskning Nrwegian Institute fr Air Research Pstbks 100 - N-2007 Kjeller - Nrway
NILU : REFERANSE : DATO : ISBN : OR 6/96 O-95062 JANUAR 1996 82-425-0738-4 ««m ^ tcmixi &tta fffuf» NO9705061 Utslipp fra petrleumsrelatert aktivitet på Haltenbanken Bidrag til ftkjemisk ksidantdannelse g frsuring Svein Knudsen*, Mna Jhnsrud*, Sverre Slberg*, Sam Erik Walker* Brit Lisa Skjelkvåle** DISTRIBUTION OF THIS DOCUMENT IS UNLIMfTEO * Nrsk institutt fr luftfrskning (NILU) ** Nrsk institutt fr vannfrskning (NIVÅ) 2 8 Rt 1 1
DISCLAIMER Prtins f this dcument may be illegible in electrnic image prducts. Images are prduced frm the best available riginal dcument
Innhld Side Sammendrag g knklusjn 3 1. Innledning 9 2. Anbefalte luftkvalitetskriterier g tålegrenser 9 3. Utslippsversikt 13 4. Mdellbeskrivelse g beregningsgrunnlag 15 4.1 Bakgrunnsknsentrasjner 16 4.2 Spredningsmdellen 17 5. Mdellberegninger 19 5.1 Beregninger av virkninger av utslippsreduksjner på ftkjemisk aktivitet i røykfaner fra Haltenbanken 19 5.2 Beregninger av avsetning g påvirkningen av knsentrasjnsnivået av zn g frsurende kmpnenter 22 5.2.1 Avsetning av nitrgenfrbindelser g frsuring 23 5.2.2 Knsentrasjner av nitrgenfrbindelser i luft 31 5.2.3 Knsentrasjner av zn i luft 32 6. Behv fr videre arbeid 34 7. Referanser 35 Vedlegg A Avsetningsprsesser 37 Vedlegg B Reaksjner i atmsfæren 45 Vedlegg C Beskrivelse av EMEP-mdellen 51 Vedlegg D Beregninger av reaksjnsfrløpet i et segment fra utslipp på Åsgard (turbin, dieselmtrar, fakling) 55 Vedlegg E Utslippsversikt 79 NILU OR 6/96
Sammendrag g knklusjn Nrsk institutt fr luftfrskning (NILU) har på ppdrag fra Den nrske Stats ljeselskap a.s. (Statil) undersøkt virkningene av utslipp av nitrgenksider g hydrkarbner til luft fra Haltenbanken (Draugen, Heidrun, Njrd, Nrne) g Åsgard, med utgangspunkt i meterlgiske data fra 1990. Dette arbeidet mfatter beregninger av ftkjemiske reaksjner, resulterende luftkvalitet g avsetning til bakken. Det er beregnet knsentrasjnsfrdelinger av nitrgen-frbindelser g zn sm følge av utslipp fra ljeaktiviteten på Haltenbanken g Åsgard. Det er gså gjrt beregninger basert på mulige reduksjner i de planlagte utslippene fra Åsgard. Det Nrske Meterlgiske Institutt (DNMI) har fremskaffet beregnede meterlgiske felter g bakgrunnsknsentrasjner hver 6. time i 150x150 km 2 ruter fr 1990. Nrsk institutt fr vannfrskning (NIVÅ) har vurdert bidraget fra de frskjellige utslippsscenariene til frsuring av ferskvann g en eventuell verskridelse av tålegrensene i det belastede mrådet. SNOW a.s. har fremskaffet utslippsversikten. Regulære utslipp til luft Offshre virksmheten på Haltenbanken har utslipp til luft fra følgende prsessen Gassturbiner fr kraftgenerering Dieselmtrer Fakling Bøyelasting Båttransprt Helikptertransprt Det var båtaktivitetene sm hadde de største utslippene av nitrgenksider, g utslippene fra "shuttle"-tankbåtene var her dminerende. Turbinene hadde det største NO x -utslippet fra plattfrmene. Fr gassturbinene er det frutsatt lav NO X teknlgi fr enkelte turbiner på Åsgard. Dette har redusert utslippene fra disse turbinene med pptil 80% i frhld til tradisjnell brennerteknlgi. Utslippet av hydrkarbner skyldes hvedsakelig bøyelasting g var strt i nasjnal sammenheng. Tabell A ppsummerer utslippene frdelt på feltutslipp g utslipp fra bøyelasteskip fr de tre utslippsalternativene: Haltenbanken uten Åsgard, Åsgard g Haltenbanken med Åsgard. Disse utslippstallene er basis fr beregningene. De reelle utslippstallene ved utbygging kan avvike fra dette pga. endringer i teknlgivalg. NILU OR 6/96
Tabell A: Utslipp f ra alle hilder på Haltenbanken uten Åsgard, utslipp f ra Åsgard g utslipp fra Haltenbanken, ttalt g frdelt på utslipp fra bøye lasteskip gfrafeltene. Enhet: Tnn pr. år. (Kilde: SNOW as 1995 g Statil). NO,*) CO Metan NMVOC SO? Haltenbanken uten Åsgard Felt** Bøyelasteskip Sum 6978 3711 10689 1116 231.5 1487 973 1490.1 2463 1551 34974 36525 94.6 148.4 243 Åsgard Felt** Bøyelasteskip Sum 2112 1804 3916 623 180 803 1910 108 2018 1264 9722 10986 251.9 72.2 324.1 Haltenbanken alle utslipp Felt** Bøyelasteskip Sum 9090 5515 14605 1739 412 2291 2883 2570 4481 2815 44696 47511 *) NO X regnet sm NO 2. **) Felt inkluderer plattfrmer, prduksjnsskip, helikptertrafikk, lagringsskip g stand by skip. 346 221 567 Sammenligning med andre nrske kilder er vist i tabell B. Tabellen viser at utslippene fra Haltenbanken (alle utslipp) er betydelige sammen-lignet med det ttale utslippet på nrsk skkel i 1992. Fr hydrkarbner skyldes dette bøyelasting g fr nitrgenksider både gassturbiner g tankbåter. Utslip-pene av nitrgenksider fra Haltenbanken innebærer en økning av utslippene fra ljevirksmheten på nrsk skkel med 34 prsent, mens utslippene fra Åsgard utgjør en økning på 12.5 prsent. Utslippene av NMVOC fra Haltenbanken utgjør 39 prsent av utslippene fra ljevirksmheten ffshre g 16.7 prsent av de øvrige nasjnale utslippene. De respektive tall fr Åsgard er 8.9 g 3.8 prsent. Tabell B: Utslipp fra Haltenbanken (alle utslipp), Haltenbanken uten Åsgard g Åsgard sammenlignet med andre kilder i Nrge. Enhet tnn/år. Andel utslipp fra nrsk skkel i 1992 (%) i parentes. Utslippskilde NO/) CO Metan NMVOC Haltenbanken med Åsgard Haltenbanken uten Åsgard Åsgard Utslipp ffshre, nrsk skkel 1992 Årlige utslipp fra nrsk fiskeflåte nrd fr 62 N Årlige nrske utslipp 14 605(47) 10 689(34) 3 916(12.5) 31 300 2 500 220 000 2 291 1 487 803-1 800 600 000 4 481 2 463 2 018 114 000-280 000 47 511 (39) 36 525 (30) 10 986(8.9) 122 400 1 000 284 000 ') NO X regnet sm NO 2 NILU OR 6/96
Haltenbankens g Åsgards bidrag til økt frsuring av ferskvann. Frsuring av ferskvann g jrdsmnn frårsakes i Nrge hvedsakelig av atmsfærisk tilførsel av svvelkmpnenter, men under gitte frutsetninger kan nitrgen gså bidra til frsuring på lik linje med svvel. Utslippene av svvelfrbindelser fra Haltenbanken er små g er derfr ikke tatt med i denne diskusjnen. Den direkte avsetningen av nitrgenksider er liten, frdi disse er tungt løselig i vann. Bidraget til knsentrasjnene av nitrgendiksid på land sm følge av utslipp på Haltenbanken vil være lite påvirket. Nitrgenksidene må mdannes kjemisk fr at nitrgenet skal avsettes med nedbøren. Dette skjer blant annet ved reaksjner der zn inngår. Det meste av nitrgenksidene sm blir sluppet ut fra Haltenbanken vil være mdannet til nitrat (HNO 3 ) innen luften kmmer ver land. Disse stffene er lett løselige i vann g avsettes derfr med nedbøren. Den beregnede maksimale avsetningen av nitrgen var 46 mgn/m 2 fr utslipp fra alle kilder på Haltenbanken (1990). Den maksimale avsetningen av nitrgen fra Haltenbanken uten utslipp fra Åsgard var 37 mg N/m 2 pr. år g avsetningen av nitrgen fra utslipp på Åsgard ble beregnet til 29 mg N/m 2 (1990). Dette utgjør 1-6 % av den nrmale avsetningen av nitrgen til dette mrådet sm var ca. 490 mg N/m 2 pr. år (middel 1988-92). De små frskjellene mellm de beregnede maksimale avsetningene av nitrgen ved utslipp på Haltenbanken g bare utslipp fra Åsgard skyldes at utslippene skjer ver et strt mråde. Avstanden nrd-sør fra Nrne til Njrd er ca. 200 km. Dette tilsier at røykfanene vanligvis ikke er på samme sted til samme tid. Dette fører til at det maksimale bidraget ved ellers sammenlignbare utslipp vil være like. Arealet sm får det maksimale bidraget vil bli større ved utslipp fra alle kildene på Haltenbanken. Der det er t verlappende røykfaner er det valgt den røykfanen sm gir høyest bidrag. Dette vil føre til at det beregnete bidraget er lavt. Spredningsmdellene beskriver depsisjn av nitrgen ver 25.000 km 2 i et ca. 40 km bredt belte langs kysten fra Bergen til Lften. I dette mrådet har 4 500 km 2 i dag verskredet tålegrense med 0-60 mekv/m 2 /år. Disse verskridelsene er små g det er ikke registrert frsuringsskader i dag sm følge av disse verskridelsene. Tålegrenseberegninger viser at nitrgen-utslipp fra Haltenbanken ikke bidrar til endring av verskredet areal g at den maksimale syretilførselen sm følge av utslipp fra Haltenbanken er 3 mekv/m 2 /år. Disse tallene er så lave at syre-bidraget fra Haltenbanken ikke frventes å gi nen innvirkning på frsuringssituasjnen i de berørte mrådene. Beregningene er dessuten gjrt ved å anta at all tilført nitrgen bidrar til frsuring. I et naturlig system sm ikke er mettet på nitrgen slik sm i de berørte mråder, vil imidlertid mesteparten av det tilførte nitrgenet bli tatt pp i bilgisk materiale i nedbørfeltene. Vi kan derfr knkludere med str sikkerhet at N-utslipp fra Haltenbanken ikke vil ha innvirkning på frsuringstilstanden i vann i mråder sm er berørte av depsisjnen. NILU OR 6/96
Haltenbankens bidrag til dannelsen av bakkenært zn. Bakkenært zn er skadelig fr planter g mennesker. Plantene får redusert tilvekst når knsentrasjnene av zn kmmer ver visse grenser, g zn nedsetter lungefunksjnen hs mennesker. Høye znknsentrasjner kan gså frårsake betennelsesreaksjner i luftveiene hs dyr g mennesker. Ozn i trpsfæren (nær bakken) dannes ved kjemiske reaksjner mellm flyktige rganiske stffer g nitrgenksider under påvirkning av sllys. Ozn i trpsfæren har et varierende bakgrunnsnivå g frekmmer dessuten episdisk med høye knsentrasjner. Bakgrunnsnivået er vanligvis lavere enn anbefalte luftkvalitetskriterier, men likevel relativt høyt i frhld til kriteriene enn fr de fleste andre luftfrurensninger. Beregningene viste at det var nitrgenksid-utslippet sm var den begrensende faktr fr dannelsen av zn fr utslippene på Haltenbanken. Ved en halvering av feltutslippene av NMVOC på Åsgard, vil knsentrasjnen av zn inne i røykfanen ftest påvirkes lite (redusert med 0,6 ug/m 3 ). Ved en halvering av nitrgenutslippet, vil znknsentrasjnen nrmalt reduseres med 1,5 ug/m 3. Bidraget fra Åsgard til znknsentrasjnen i røykfanen vil vanligvis være av størrelsesrden 6 ug/m 3 sm timemiddel, men kan gså være pptil 20 ug/m 3 avhengig av knsentrasjnene i den luften utslippene slippes ut i. Bakgrunnsknsentrasjnen av kmpnentene i atmsfæren er viktig fr ftkjemiske reaksjner i røykfanene. SFTs anbefalte luftkvalitetskriterium fr zn er 100 u.g/m 3. Utslippet fra Haltenbanken, inkludert utslipp fra Åsgard, ble beregnet til å bidra til at antall timer pr. år ver 100 jug/m 3 øker med 27 timer på Vss, 26 timer på Kårvatn g 26 timer på Tustervatn. Fra Åsgard alene var tallene henhldsvis 20, 21 g 20 timer. Fr vegetasjn er virkningen beregnet etter knseptet akkumulerte ekspneringsdser, beregnet sm differansen mellm timemiddelknsentrasjnen g 80 ug/m 3 (40 ppb), fr hver time der knsentrasjnen verskrider 80 ug/m 3. Beregningsmetden refereres sm AOT40 (Accumulated expsure Over a Threshld f 40 ppb). Tålegrensen fr AOT40 er satt til 10 000 ppbh basert på 10 prsents vekstreduksjn i en seksmåneders peride fra april til g med september. Det er målt knsentrasjner av zn på tre stasjner i beregningsmrådet. Tabell C gir en versikt ver målte AOT40 knsentrasjner på disse stasjnene g det beregnede bidraget til AOT40-verdien fra Haltenbanken g Åsgard. NILU OR 6/96
Tabell C: Målte verdier g beregnede bidrag til AOT40 verdien på tre steder i Nrge. Enhet: ppbh. Vss i Hrdaland Kårvatn i Møre g Rmsdal Tustervatn i Nrdland Målte AOT40 verdier 1990 9138 990 4506 Be reg net bidrag fra Haltenbanken uten Åsgard (0 alternativet i 1990) 211 244 264 Beregnet bidrag fra Åsgard i 1990 1) Beregningene tar utgangspunkt i 1990. Utslippene fra Haltenbanken er fr år 2000. 108 91 105 Beregnet bidrag fra Haltenbanken inkludert Åsgard i 1990 227 257 277 I 1990 var de målte verdiene på disse stasjnene under tålegrensen på 10 000 ppbh. Oznknsentrasjnene varierer mye fra år til år g i 1992 var AOT40 verdiene målt på Vss g Kårvatn henhldsvis 10165 g 15184 ppbh, sm er ver tålegrensen på 10 000 ppbh. Bidraget til AOT40-verdiene vil variere med bakgrunnsnivået. Med et høyere bakgrunnsnivå vil de beregnete bidragene gså bli høyere. Beregningene viser at VOC- g nitrgenksid-utslippene fra feltene på Haltenbanken kan frårsake en belastning på 2-3% av tålegrensen fr AOT40 langs kysten fra Bergen til Lften. Utslippene fra Åsgard alene vil utgjøre mlag 1% av grenseverdien fr AOT40 i det samme mrådet. De relativt små frskjellene i bidrag til AOT40-verdien mellm utslipp fra Haltenbanken med g uten utslipp fra Åsgard skyldes antakelig effekten av et spredningsmdellen ikke tar fr seg sammenblanding av røykfaner. Dette vil føre til en underestimering av knsentrasjnene i de tilfeller der røykfanene verlapper g bidraget fra Åsgard vil bli mindre pga. at det i disse tilfellene er valgt å ta med bare den røykfanen sm gir størst bidrag. Ved en reduksjn av nitrgenksid utslippene på 10% fra plattfrmen g 30% fra "shuttle"tankerne, g 70% reduksjn av NMVOC fra bøyelasting på Åsgard var det beregnet ca 3 prsents reduksjn i AOT40 bidraget fra Åsgard. NILU OR 6/96
Utslipp fra petrleumsrelatert aktivitet på Haltenbanken Bidrag til ftkjemisk ksidantdannelse g frsuring 1. Innledning Nrsk Institutt fr luftfrskning (NILU) har på ppdrag fira Det Nrske stats ljeselskap (Statil) undersøkt virkningene av utslipp til luft av nitrgenksider g hydrkarbner fra Haltenbanken generelt g Åsgård spesielt. Dette arbeidet mfatter undersøkelser av ftkjemiske reaksjner i utslippene, g avsetningene til bakken. Det Nrske Meterlgiske Institutt (DNMI) har fremskaffet beregnede meterlgiske felter g bakgrunnsknsentrasjner hver 6. time i 150x150 km2 ruter fr 1990. Nrsk Institutt fr Vannfrskning (MVA) har vurdert bidraget fra disse utslippene til frsuring av ferskvann g en eventuell verskridelse av tålegrensene i det belastede mrådet. SNOW a.s. har fremskaffet utslippsversikten. Utslippsversikten bygger på standard utslippsfaktrer fra OLFs miljøprgram i 1992. 2. Anbefalte luftkvalitetskriterier g tålegrenser Ved vurdering av luftkvaliteten i et mråde er det vanlig å sammenligne målte g beregnede knsentrasjner med luftkvalitetskriterier eller grenseverdier fr luftkvalitet. SFT utarbeidet i 1977 et frslag til luftkvalitetskriterier fr de mest alminnelig frekmmende frurensningskmpnentene (svveldiksid (SO2), st, nitrgendiksid (NO 2 ) g flurid). En arbeidsgruppe ppnevnt av SFT la i 1982 fram frslag til luftkvalitetskriterier fr stffene SO 2, st, NO 2, karbnmnksid, ftkjemiske ksidanter g flurider, på grunnlag av litteraturstudier m sammenhengen mellm luftfrurensninger g skade på helse g miljø. I 1992 gjennmførte en ny arbeidsgruppe ppnevnt av SFT en revisjn av kriteriearbeidet fra 1982. resultatet av revisjnen er lagt fram i SFT-rapprt nr. 92:16, "Virkninger av luftfrurensning på helse g miljø, anbefalte luftkvalitetskriterier". Et frkrtet sammendrag fra denne rapprten er gjengitt nedenfr: "SFT-gruppen har på grunnlag av litteraturstudier beskrevet sammenhengen mellm luftfrurensninger g skadevirkninger på helse g vegetasjn (dseeffektfrhld) fr stffene nitrgendiksid (NO 2 ), nitrgenmnksid (NO), zn (O3), svveldiksid (SO 2 ), svevestøv, sure aersler, karbnmnksid (CO), flurider (F), bly(pb) g plysykliske armatiske hydrkarbner (PAH). Eventuelle effekter på materialer er gså krt beskrevet. NILU OR 6/96
Fr NO2, zn, SO 2, svevestøv, CO g flurider har gruppen freslått anbefalte luftkvalitetskriterier med hensyn til helseeffekter. Fr NO2, zn, SO 2 g flurider har gruppen freslått anbefalte luftkriterier med hensyn til effekter på vegetasjn, g fr flurider er det i tilegg freslått et anbefalt luftkvalitetskriterium med hensyn til virkning på dyr. Gruppen har freslått anbefalte luftkvalitetskriterier fr ekspneringsnivå sm man ut fra nåværende viten antar beflkningen g miljøet kan utsettes fr uten at alvrlige skadevirkninger ppstår. Det er frsøkt å ta hensyn til sårbare grupper i beflkningen/sårbare plantegrupper, g det er tatt hensyn til eventuellesamspilleffekter mellm den aktuelle kmpnenten g de andre mtalte frurensningskmpnentene. Fr flere av kmpnentene innebærer revisjnen ingen vesentlige endringer med hensyn til hva sm anbefales sm luftkvalitetskriterier. Fr enkelte kmpnenter derimt freslår SFT- gruppen til dels betydelig skjerpede anbefalte luftkvalitetskriterier. Dette gjelder spesielt verdien fr NO 2 med hensyn til helseeffekter. Hvedårsaken til at de anbefalte luftkvalitetskriteriene fr en del kmpnenter er skjerpet, er at nyere undersøkelser viser effekter på lavere nivåer enn tidligere kjent. Dessuten har SFT-gruppen, når det gjelder de helsebaserte anbefalte luftkvalitetskriteriene, funnet det påkrevet å anvende større usikkerhetsfaktrer fr enkelte av kmpnentene. Ved fastsettelse av de helsebaserte luftkvalitetskriteriene er det benyttet usikkerhetsfaktrer på mellm 2 g 5. Dette betyr at ekspneringsnivåene må pp i 2-5 ganger høyere enn de angitte verdiene før det med sikkerhet er knstanten skadelige effekter. De anbefalte kriteriene kan derfr ikke tlkes slik at nivåer ver disse er definitivt helseskadelig, men det kan heller ikke utelukkes effekter hs spesiellt sårbare individer seiv ved nivåer under anbefalte luftkvalitetskriterier. Arbeidsgruppen gjør videre ppmerksm på at frurenset luft vanligvis gså innehlder andre skadelige kmpnenter enn dem sm her er mtalt. Overhldelse av de anbefalte luftkvalitetskriteriene er derfr ingen garanti fr at frurenset luft er uten skadevirkninger." Tabell 1 gir anbefalte luftkvalitetskriterier fr stffer sm er aktuelle i undersøkelsen fr Haltenbanken. NDLU OR 6/96
11 c CVJ in CVJ i I c c t f CO &> c i 3 > CD CO CD X c 2, CO CO CD I CD ca CO CD X 1st CD CD CD X X > (D CD C CD c c ca O> 3. N O C7D O Grø NILU OR 6/96
Tålegrenser fr zn baseres på akkumulerte ekspneringsdser, beregnet sm summen av differansene mellm timemiddelknsentrasjnen g 80 ug/m 3 (40ppb) fr hver time der znknsentrasjnen verskrider 80 ug/m 3. Beregningene refereres sm AOT40 (Accumulated expsure Over a Treshld limit f 40 ppb) g har vist å gi gde statistiske sammenhenger fr en rekke dse-respns frsøk. Tålegrensen fr AOT40 er sått til 10 000 ppbh (20 000 ugh) basert på 10 prsents vekstreduksjn i "pen chamber" eksperiment fr 6 arter i en seksmånedersperide fra april til g med september. Fr jrdbruksvekster er AOT40 verdien sått til 5000 ppbh akkumulert ver en tremånedersperide. Disse AOT40 verdiene er verskredet på de fleste stedene i sør Nrge. Tålegrensen fr nitrgen fr verflatevann er basert på vannets syrenøytraliserende kapasitet, ANC (Acid Neutralizing Capacity). Denne størrelsen er definert sm differansen mellm knsentrasjnene av basekatiner (kalsium, magnesium, natrium g kalium) g sterke syrers aniner (klrid, sulfat g nitrat). ANC er en funksjn av vannets innhld av bi karbn atiner, hydrgeniner, urganiske aluminiuminer g rganiske aniner. Tålegrenser fr atmsfærisk tilførsel av svvel g nitrgen til et øksystem er definert slik (Nilssn g Grennfelt, 1988): "Den høy este knsentrasjn av sure frbindelser sm ikke vil frårsake kjemiske endringer sm fører til skadelige effekter på øksystemets struktur g funksjn på lang sikt". Dersm tilførslene av nitrgen gir høyere knsentrasjner av sterke syrers aniner enn basekatiner i avrenningsvannet, blir ANC negativ. Fr å unngå skader på vannrganismer må vannet ha en viss ANC-verdi, g denne er definert ved ANC, (l=limit). Fr å kunne beregne tålegrenser fr verflatevann, må man definere en verdi fr ANC,. Denne verdien har tidligere vært basert på infrmasjn m vannkjemi g fiskestatus basert på resultater fra "1000-sjøers undersøke Isen" i 1986 (Henriksen et al. 1988) g har vært sått lik 20 uekv/1. Den naturlige ANCverdien kan i mange tilfeller med svært tynn vannkvalitet være mindre enn 20 uekv/1 g ANC, vil være lik verdien fr innsjøen, g tålegrensen blir følgelig lik null d.v.s at vannet tåler ingen tilførsler av frsurende kmpnenter uten å frsures. Det viser seg imidlertid at i mråder med lite sur nedbør, kan ANC, være lik null uten at det gir skader på f.eks. fisk, mens i mråder med stre tilførsler av sur nedbør vil man kunne se stre skader på fiske-bestander ved den samme ANCverdien. Fr ikke å underestimere tålegrensene ved å bruke en fast ANC verdi på 20 uekv/1 har man inført en variabel ANC sm er en funksjn av svveldepsisjnen - ANC, t. ANC lt er null i mråder med liten depsisjn, g stiger til 50 uekv/1 i mråder med høy depsisjn. Effekten av denne funksjnen er at man reduserer arealer med ver-skredet tålegrense i mråder sm mttar lite sur nedbør. Tålegrensen er pr. 1990 verskredet i 30% av Nrges areal (Henriksen et al. 1992, 1996). NILU OR 6/96
13 3. Utslippsversikt Utslipp av frurensninger i atmsfæren skjer fra en lang rekke naturlige g antrpgene kilder. Frbrenning av fssilt brensel er den viktigste kilden til frurensning av svvel g nitrgenfrbindelser i Eurpa. I tidsrmmet 1950-1970 var det en markert økning av utslippene av både svveldiksid g nitrgenksider. I følge data fra DNMI sm er samlet i frbindelse med EMEPprgrammet, er utslippene av svveldiksid i Vest-Eurpa redusert med rundt 50% fira 1980 til 1993. I samme tidsrm er utslippene i Øst-Eurpa redusert med rundt 30%. Utslippene av nitrgenksider har i samme tidsrm endret seg lite. Ammniumtilførselen har økt siden midten av 50 tallet sm følge av veksten i landbruksprduksjnen g et mer intensivt husdyrhld i Eurpa. Fra 1975 er imidlerid økningen liten. Den årlige ttaltilførselen av svvel-s til Nrge er anslått til ca 135 000 tnn g summen av nitrat-n g ammnium-n til ca 112000 tnn. Til sammenligning er avrenning av nitrgen- frbindelser fra landbruk g klakk beregnet til ca 40000 tnn pr. år fr hele Nrge. SNOW a.s. har samlet inn utslippsdata fra den eksisterende aktiviteten g den planlagte utbygningen på Haltenbanken. Det er gitt estimater fr utslipp i år 2000. Utslippsversikten innehlder utslipp fra følgende felten Draugen Heidrun Njrd Nrne (Trænabanken) Åsgard Utslippene i tilknytning til Haltenpipe (Heidrun til Tjeldbergdden) g gasseksprtrøret fra Åsgard ligger delvis inne i utslippene fra de frskjellige plattfrmene. Det er gså tatt med utslipp fra "shuttle tankers" g annen skipstrafikk relatert til ljevirksmheten. Det er spesifisert 54 kilder på Haltenbanken. Fr en mer detaljert beskrivelse av utslippene g utslippsfaktrer henvises til rapprten "NOx spredningsstudie fr Haltenbanken, Innsamling av grunnlagsdata" utgitt av SNOW a.s. Utslippstallene er basert på standard utslippsfaktrer fra Oljeindustriens Landsfrening (OLF), g de reelle utslippene ved utbygging kan derfr avvike fra dette dersm annen teknlgi blir tatt i bruk. NILU OR 6/96
Det er utført spredningsberegninger fr følgende utslipps-scenarier: Haltenbanken Draugen Heidrun Njrd Nrne Åsgard Haltenbanken (O-alternativ) Draugen Heidrun Njrd Nrne Åsgard Utslippene sm er lagt til grunn fr beregningene er summert i tabell 2. Det er i tillegg gitt en versikt ver nrske nasjnale utslipp i 1992 g andre relevante utslipp. Utslippsversikten viser at det er frhldsvis stre utslipp av hydrkarbner. Dette skyldes hvedsakelig bøyelasting på feltet der det er stre utslipp av hydrkarbner. Sammenlignet med utslippene av nitrgenksider i Nrge i 1992 er utslippene av nitrgenksider gså stre. Dette skyldes utslippene fira "shuttle" tankbåtene sm står fr ca. 1/3 av utslippene av nitrgenksider. Utslippene av svvelkmpnenter er lavt, men er tatt med i beregningen av verskridelser av tålegrensene. Tabell 2: Årlige utslipp til luftfra felt på Haltenbanken g Åsgard sammenlignet med andre utslipp i Nrge. Enhet: tnn pr. år. Haltenbanken g Åsaard Haltenbanken (0- alt.) Åsgard Utslipp ffshre, nrsk sektr 1992 Utslipp fra nrsk fiskeflåte nrd fr 62 N Nrske ttale utslipp i 1992 NOx* 14605 10689 3916 31300 25000 217 000 CO 2291 1487 803-1800 885000 Metan 4481 2463? 2018 11400 280 000 * NO X er regnet sm NO2 ** Tilført svvel regnet sm SO 2 fr sammenligning. VOC 47512 36525 10986 122400 1800 283 000 SO 2 567.2 324.1 270000** NILU OR 6/96
15 Utslippene er frdelt på frskjellige kilder. Tabell 3 gir en versikt ver frdelingen av utslipp mellm utslipp fra feltene g bøyelasteskip. Tabell 3: Arlige utslipp lagt til grunnfr beregningne fra Haltenbanken uten Åsgard, utslipp fra Åsgard g utslipp fra Haltenbanken inkludert Åsgard, ttalt g frdelt på utslipp fra bøyelasteskip g fra feltene. Enhet: Tnnpr. år. (Kilde: SNOW as 1995 g Statil). Haltenbanken uten Åsgard Åsgard Haltenbanken inkludert Åsgard Felt** Bøyelasteskip Sum Felt** Bøyelasteskip Sum Felt** Bøyelasteskip Sum NOy*) 6978 3711 10689 2112 1804 3916 9090 5515 14605 CO 1116 231.5 1487 623 180 803 1739 412 2291 Metan 973 1490.1 2463 1910 108 2018 2883 2570 4481 NMVOC 1551 34974 36525 1264 9722 10986 2815 44696 47511 *) NO X regnet sm NO2. **) Felt innehlder plattfrmer, prduksjnsskip, helikptertrafikk, frsyningsskip g stand-by skip. SO? 94.6 148.4 243 251.9 72.2 324.1 346 221 567 I tillegg til dette er det utført beregninger med reduserte utslipp fra Åsgårdfeltet. Reduksjnene var 10% reduksjn av NO X på feltinstallasjner (utslipp fra turbiner, diesel mtrer g fakling), 30% reduksjn på shuttle tankere( ikke regnet med "standby "g "supply båter") g en 70% reduksjn av NMVOC utslippene ved bøyelasting. Disse beregningene er utført med utslipp sm er frskjellige fra de andre beregningene. Det er små muligheter fr å redusere utslippene av NO X fra plattfrmen på Åsgard, frdi denne allerede har innført lav NO X turbiner der dette er mulig. reduksjnen på 10% er mulig ved energiøknmisering. Kilder sm har utslippspunkt nær hverandre er slått sammen til en kilde fr å få et praktisk utgangspunkt fr de ftkjemiske beregningene. Dette er på grunn av at mdellen ikke tar fr seg blanding mellm røykfaner. 4. Mdellbeskrivelse g beregningsgrunnlag Nitrgenksidene inngår i en rekke reaksjner sm fører til nedbrytning av hydrkarbner g dannelse av zn i atmsfærens nederste lag. Disse reaksjnene fører gså til dannelse av mindre reaktive ksiderte nitrgenfrbindelser sm nitrat, saltpetersyre g perksyetylnitrat (PAN). Disse reaksjnene er beskrevet i vedlegg B. Fr å kunne beskrive disse reaksjnene kvantitativt er det nødvendig med detaljerte beregninger, der både de kjemiske mvandlingsreaksjnene g utslippenes spredning g utblanding i bakgrunnsluften inngår. De kjemiske reaksjnene med nitrgenksider er sterkt avhengig av knsentrasjnene av blant annet zn g hydrkarbner i bakgrunnsluften. Disse er tatt fra en mdell sm NILU OR 6/96
beskriver reginal zndannelse i Eurpa (Simpsn, 1993), g gir knsentrasjnene av zn g de viktigste reaktantene i 150x150 km2 gridruter hver 6. time. 4.1 Bakgrunnsknsentrasjnen Bakgrunnsknsentrasjnen er viktige fr å beskrive de ftkjemiske reaksjnene. Knsentrasjnene utenfr røykfanene blir blandet inn i denne g inngår i knsentrasjnsfrdelingen. DNMI har fretatt beregninger av ftkjemisk ksidantdannelse fra utslipp i hele Eurpa i frbindelse med "The Eurpean Mnitring and Evaluatin Prgram (EMEP)", under FN's øknmiske kmmisjn fr Eurpa (ECE). DNMI har gså fretatt beregninger av bakgrunnsknsen-trasjnene i Haltenbankmrådet. Mdellen beregner knsentrasjner av 70 kjemiske kmpnenter i fritt valgte gegrafiske punkter ved å integrere fysiske g kjemiske prsesser langs trajektrier (luftbaner) i 4 døgn. Nødvendige meterlgiske data er gitt hver 6. time i et 150x150 knv rutenett sm er spesielt fr EMEP-mdellen. Rutenettet er vist i figur 1. Det er valgt å utføre beregningene fr 1990, frdi det allerede eksisterer utslippsversikter fr hele Eurpa g at det i andre sammenhenger er fremskaffet meterlgiske parametere fr beregningene. Disse dataene er gjrt tilgjengelige fr prsjektet av DNMI. Det er ikke tatt med utslipp fra ffshrevirksmheten på Haltenbanken, men annen aktivitet i mrådet sm skipsfart g fiskeri er tatt med. Disse utslippene er ikke stedfestet mer nøyaktig enn rutenettet på 150x150 km2 g representerer middelutslippet i den enkelte ruten. EMEP-mdellen beskrevet i Vedlegg C ble brukt sm utgangspunkt fr beregningene med FOTOPLUME- mdellen. Dette ble gjrt ved å kjøre EMEPmdellen til alle de skraverte rutene i EMEP-rutenettet i figur 1. I disse beregningene er det regnet med utslipp sm ikke er relatert til ljeindustrien. Beregnede knsentrasjner av alle 70 kmpnenter fr hver rute fr hver 6. time ble brukt sm bakgrunnsfelter fr beregningene fr Haltenbanken. NILU OR 6/96
17 Figur 1: Rutenettet med beregnede bakgrunnsknsentrasjner fra EMEPmdellen. 4.2 Spredningsmdellen Mdellen sm er brukt til beregningene kalles FOTOPLUME g er en segmentert røykfanemdell sm beregner middelknsentrasjner med spesifisert midlingstid i på frhånd fastlagte punkter (reseptrer). Figur 2 gir en grafisk fremstilling av mdellens beskrivelse av røykfaner. I en segmentert røykfane stykkes røykfanen pp i lengderetningen i segmenter (elliptiske sylindere) slik at det fr hvert enkelt segment kan regnes knstant knsentrasjn langs segmentet (figur 2A g B). Størrelsen på de elliptiske sylinderene angir røykfanens størrelse. Størrelsen av hvert segment blir bestemt ut fra spredningsparametere. På tvers av hvert segment varierer knsentrasjnen. Dette er beskrevet ved at hver elliptisk sylinder er delt pp i radielle skall. Knsentrasjnen er knstant innen hvert skall (figur 2C). Hvert segment utvider seg med tiden. Når tverrsnittet av segmentet når en størrelse sm er lik lengden av segmentet blir dette slått sammen med det segmentet sm er sluppet ut i tidsskrittet før. Dette blir gjrt fr å spare regnetid. Hvert segment blir flyttet hrisntalt ved en meterlgi sm er avhengig av psisjn g varierer hver 6. time. Når segmentets vertikale utstrekning blir 80% av høyden av blandingslaget, skiftes den elliptiske beskrivelsen ut med en rektangelbeskrivelse. Hvert skall binda representert ved ett eller t rektangler med knstant knsentrasjn. Dette er beskrevet i figur 2A g C. Når dimensjnen av røykfanen blir så str at den får en vertikal utstrekning lik blandingshøyden er røykfanen gjennmblandet vertikalt g knsentrasjnene er tilnærmet knstant med høyden. Rektangelbeskrivelsen er da en mer realistisk beskrivelse av røykfanen. NILU OR 6/96
A) Omvandling til rektangler Rektangulært segment / Kilde Hr Hmix = Hyden av røykfanen etter at røykløftet er beregnet = Hyden på blandingslaget B) Meterlgisk peride 2 Segment Kilde Rektangulære segment Elliptiske segment Ska " Figur 2: Grafisk fremstilling av FOTOPLUMEs ppbygging. A) Røykfanen beskrevet i perspektiv. B) Røykfanen sett venfra. C) Beskrivelse av ett segment. NILU OR 6/96
19 Skallene g rektanglene utvider seg sm funksjn av spredningsparametrene. Hvis det ikke blir prdusert masse kjemisk eller at knsentrasjnen i bakgrunnen er større enn i røykfanen, vil knsentrasjnene avta inne i røykfanen. Det er tatt hensyn til utvekslingen mellm skallene g mellm røykfanen g mgivelsene gjennm diffusjnsligningen. Innen hvert skall beregnes det ftkjemiske reaksjner. Røykfanen vekselvirker med mgivelsene gjennm diffusjnsligningen g ved innblanding av bakgrunnsluft i det ytterste skallet. Dette er viktig fr resultatet av de ftkjemiske beregningene. Ftkjemirutinen bruker varierende tidsskritt. Dette varierer etter visse regler slik at de ftkjemiske reaksjnene blir stabile. En nærmere beskrivelse av de ftkjemiske reaksjnene er gitt i vedlegg B. Beregningsresultatene kan hentes ut i spesifiserte punkter eller i et rutenett. Dette er gjrt fr at brukeren kan ta ut beregningspunkt av spesiell interesse g fr å begrense datamengden fira mdelleringen. 5. Mdellberegninger Det er fretatt t typer beregninger: 1. Beregninger fr å undersøke de ftkjemiske reaksjnsfrløpene inne i røykfaner med frskjellige utslipp g virkningen av utslippsreduksjner. Typisk beregningsperide var t døgn. 2. Beregninger fr å bestemme påvirkningen av langtidsmiddelknsentrasjner, knsentrasjner ver visse grenser g avsetning på bakken. Disse beregningene må fretas i en kmplett meterlgisk syklus på 12 måneder. Denne typen beregninger er egnet fr å se på avsetning av nitrgenksider g bidraget til znknsentrasj nen. 5.1 Beregninger av virkninger av utslippsreduksjner på ftkjemisk aktivitet i røykfaner fra Haltenbanken Fr å se på det ftkjemiske reaksjnsfrløpet g knsentrasjnen av de viktigste frbindelsene i utslippet fra enkeltanlegg er det tatt utgangspunkt i utslippet fra bøyelasting g utslippene fra feltinstallasjnene på Åsgard. Det er beregnet fr periden 15-16 mai 1990. Det er beregnet knsentrasjner i røykfanen sm funksjn av tiden med frskjellige tenkte utslipp fra Åsgard. Disse er sm følger: planlagte utslipp fra Åsgard reduksjn i utslippene av NMVOC fra Åsgard med 50 prsent en reduksjn av utslippene av nitrgenksider fra Åsgard med 50 prsent bakgrunnsknsentrasjnene beregnet med EMEP mdellen. NILUOR6/96