Oppdragsnavn/dokumentnavn: Fremtidige energiløsninger Oppdragsgiver: Bergen Tomteselskap Oppdragsgivers referanse: Per Moen Ekstrakt: REVISJONSKODER: (Se spesifikasjon KNE01-JS-0001) K : Intern arbeidsutgave A : Utgave for intern tverrfaglig kontroll (IDK) B : For kommentar hos oppdragsgiver C : For anbud- / tilbudsforespørsel D : For kontrakt E : For bygging/fabrikasjon/implementering/iverksettelse F : Som bygget, endelig utgave U : Utgått STATUSKODER: (Se spesifikasjon KNE01-JS-0001) 1 : Akseptert for angjeldende bruk 2 : Akseptert med kommentar 3 : Ikke akseptert 4 : Ikke gjennomgått. (mottatt for informasjon) Tilgjengelighet: Henvisning: Begrenset Utarbeidet av: Dag Borgnes Norsk Energi har på oppdrag fra Bergen Tomteselskap beregnet skorsteinshøyde og maksimale bakkekonsentrasjonsbidrag fra utslipp til luft fra et bioenergianlegg i området i forbindelse med en eventuell utbygging av boliger tilknyttet et nærvarmenett. Grunnlagsdata for bioenergianlegget er hentet fra hovedrapporten 27843-RF-0001-E04 "Fremtidige energiløsninger - Almås, Ulset Vest,, Mathopen og Torvmyra. UTGIVER OPPDRAGSGIVER B02 08.10.2007 For kommentar hos oppdragsgiver DAB EIK Rev. Dato Tekst Laget Sjekket Godkjent Sjekket Status Stikkord: Fjernvarme kjeler NOx spredningsberegninger Dokument- Nummer Oppdragsnummer Referansenummer 28052 Dokumentkode: RV Løpenummer: 0003 Revisjon: B02 ISBN: Side 1 av 14 HOVEDKONTOR Hoffsveien 13 Postboks 27 Skøyen N - 0212 Oslo Telefon: 22 06 18 00 Telefaks: 22 06 18 90 AVD. GJØVIK Strandgt. 13 A N - 2815 Gjøvik Telefon: 61 13 19 10 Telefaks: 61 13 19 11 AVD. BERGEN Damsgårdsveien 125 Postboks 3, Laksevåg N - 5847 Bergen Telefon: 55 34 81 50 Telefaks: 55 34 29 50 SANDNES St. Olavsgt. 20 Postboks 3526, N - 4306 Sandnes Telefon: 51 97 74 30 Telefaks: 51 97 74 31 Organisasjonsnr. NO 945 469 277 http://www.energi.no
Fremtidige energiløsninger Side 2 av 14 SAMMENDRAG 3 1 INNLEDNING 4 2 LOKALISERING 4 3 UTSLIPPSDATA 5 4 METEOROLOGI OG SPREDNING 6 5 BAKGRUNNSKONSENTRASJONER 9 6 GRENSEVERDIER, LUFTKVALITETSKRITERIER OG MAKSIMAL TILLEGGSBELASTNING 10 7 SPREDNINGSBEREGNINGER 11 7.1 Beregningsforutsetninger 11 7.2 Beregningsforutsetninger 11 7.3 Beregnede maksimale timemiddelkonsentrasjoner 12 8 ÅRSMIDDELKONSENTRASJONER 13
Fremtidige energiløsninger Side 3 av 14 SAMMENDRAG Norsk Energi har på oppdrag fra Bergen Tomteselskap beregnet skorsteinshøyde og maksimale bakkekonsentrasjonsbidrag fra utslipp til luft fra planlagte bio- og propankjeler i området. Spredningsberegningene er utført ved hjelp av spredningsberegningsprogrammet Breeze ISC som bygger på en Gaussisk spredningsberegningsmodell utarbeidet av Environmental Protection Agency (EPA), USA (ref. /1/). Spredningsberegningene er beregnet for et worst case mht. utslipp, dvs. med utslipp tilsvarende maksimal timesmiddelverdi, og maksimal last på planlagte bio- og propankjeler. Beregningene er utført for ulike stabilitetsklasser og vindhastigheter og på en lokalitet (P3). SFT anbefaler at utslippet fra et nytt anlegg ikke skal øke bakkekonsentrasjonen med mer enn 50 % av differansen mellom SFT s anbefalte luftkvalitetskriterier og bakgrunnskonsentrasjonen. Med bakgrunnskonsentrasjon i denne sammenheng menes bakkekonsentrasjonsnivå som er relevant for et større område (ikke nær trafikkerte veier). Skorsteinshøyde på 15 meter ga maksimalt timemidlet bakkekonsentrasjonsbidrag på 31 µg/m 3 (forutsatt samme kotehøyde ved bakkenivå varmesentral og bakkenivå ved blokkbebyggelse i B17 og 18). De beregnede maksimale bakkekonsentrasjonsbidragene for skorsteinshøyde på 15 meter er lavere enn de maksimale anbefalte tilleggsbelastningene, som er beregnet til 37,5 µg/m 3. Beregningene viser dermed at de valgte skorsteinshøydene gir tilstrekkelig fortynning av NO x -utslippet ved bakken selv ved ugunstige meteorologiske forhold. Spredningsberegningene er konservative, noe som fremgår av følgende: Det er lagt til grunn at all NO x i utslippet foreligger som NO 2. Dette medfører et overestimat for NO 2 i nærområdene. Utslippet fra planlagte bio- og propankjeler gir høyest bakkekonsentrasjon ved ustabil atmosfære, mens veitrafikk og andre bakkenære kilder gir høyeste bakkekonsentrasjoner ved stabil atmosfære. Utslippsmengdene som er benyttet i beregningene tilsvarer maks last på anlegget og utslippskonsentrasjoner ved denne lasten. Maksimal last vil sjelden inntreffe. Kombinasjonen av ugunstigste meteorologiske forhold og maksimal last på anlegget vil inntreffe svært sjelden. Årsmiddelverdiene for området omkring anlegget vil være vesentlig lavere enn de beregnede maksimale timemiddelverdiene på grunn av lavere utslipp og variasjoner i vindretning, vindstyrke og stabilitet. Tidligere gjennomførte beregninger i forbindelse med andre prosjekter har gitt maksimale årsmiddelverdier på 1-10 % av maksimal timemiddel, og dermed langt lavere enn aktuelle grenseverdier.
Norsk Energi Fremtidige energiløsninger 1 Side 4 av 14 INNLEDNING Norsk Energi har på oppdrag fra Bergen Tomteselskap beregnet maksimale bakkekonsentrasjonsbidrag fra utslipp til luft fra planlagte bio- og propankjeler på. 2 LOKALISERING Planområdet innehar en variert topografi med et småkupert landskap bestående av koller og markerte åser, med beliggenhet ca. 150-200 moh. Landskapet kan deles i tre hovedelementer: Dalbunnen med våtmarken sentralt i området, og Fagerlien som danner østveggen i dalen. Småkupert landskap i vest mot en bratt skrent ned mot Apeltun. Høyereliggende åser i øst og nordvendte li mot Bergensdalen, Bønes og Nordås Lokaliseringen av den aktuelle varmesentralen er vist i figur 1 nedenfor. B17 B8 B18 B9 Varmesentral (P3) B22 Figur 1 Planlagt lokalisering av varmesentral
Fremtidige energiløsninger Side 5 av 14 3 UTSLIPPSDATA Basert på tekniske data har Norsk Energi beregnet utslippsdata for et worst case mht. utslipp. Denne utslippssituasjonen vil kun forekomme om vinteren når effektbehovet er stort. Tabell 1 Tekniske data benyttet i beregningene Bioenergianlegg Enhet Pellets Propanfyrt kjel Maks avgitt effekt på hver av 1,6 3,0 kjelene MW Maks effekt ved bruk av begge kjeler, worst case 1,6 2,0 situasjon MW Termisk virkningsgrad % 89 94 Oksygenkons. i røykgass Vol % 5 3 Støv-konsentrasjon mg/nm³, 6 % O 2 160 1) - Støv-utslipp g/s beregnes - NO x -konsentrasjon (som NO 2 ) mg/nm³, 6 % O 2 350 2) - NO x -konsentrasjon (som NO 2 ) mg/nm³, 3 % O 2-200 3) NOx-utslipp (som NO 2 ) g/s 0,22 0,22 4) /0,15 5) Røykgasstemperatur O C 160 160 Skorsteinsdiameter m 0,25 0,3 Røykgasshastighet m/s 22 23 4) /16 5) 1) Antatt maksimalkonsentrasjon 2) Norsk Energis forslag, ingen grenseverdi er angitt i forslag til Fyringsforskrift for anlegg < 5 MW 3) Norsk Energis forslag. Grenseverdi for eksisterende og ny fyringsenhet 5-50 MW i forslag til Fyringsforskrift er hhv. 250 og 120 mg/nm 3 4) Ved 3 MW avgitt effekt 5) Ved 2 MW avgitt effekt
Fremtidige energiløsninger Side 6 av 14 4 METEOROLOGI OG SPREDNING Luftas stabilitetsforhold og vindhastighet har betydning for hvordan utslippene spres. Tabell 2 viser sammenheng mellom vertikal temperaturgradient og stabilitetsklasser. Tabell 2 Sammenheng mellom vertikal temperaturgradient og stabilitetsklasser Stabilitet Ustabilt Nøytralt Lett stabilt Stabilt Vertikal temp. gradient ( C pr. 100m) < 1 1-0,5 < 0,5 0,5 0 0-0,5 0,5 1 >1 Pasquill-Gifford A 1 +B 2 +C 3 D 4 E 5 F 6 1) A: Ekstremt ustabilt 4) D: Nøytralt 2)B: Moderat ustabilt 5) E: Lett stabilt 3) C: Litt ustabilt 6) F: Stabilt 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 (om vinteren og om natten på sommeren) gir maksimalkonsentrasjoner langt fra utslippsstedet. Utslipp fra veitrafikk og andre bakkekilder gir høyeste bakkekonsentrasjoner ved stabile atmosfæriske forhold, mens skorsteinsutslipp normalt vil gi høyest bakkekonsentrasjon ved ustabil atmosfære. Figur 2 viser vindroser for Flesland. Vindrosene gir relativ frekvensfordeling av vindretning og middelvindhastighet for hele året, for vintermånedene (desember t.o.m. mars) og for sommermånedene (mai t.o.m. august). Vinddataene er innhentet fra DNMI, og er basert på målinger i perioden 1961 t.o.m. 1990.
Fremtidige energiløsninger Side 7 av 14 Vindrose - Flesland Relativ frekvensfordeling av vindretning. Middel vindhastighet 12.1% 10.0% 5 4 3.8% 4.0% 3.7% 3 2 1 0 3.9% 5.4% 5.8% 10.3% 5.3% 17.8% 11.7% Middel vindhastighet (m/s) Årlig Vindrose - Flesland Relativ frekvensfordeling av vindretning. Middel vindhastighet 5% 8% 6.0 5.0 4.0 4% 3% 3.0 2.0 1.0 6% 4% 0.0 8% 5% 14% 3% 23% 11% Middel vindhastighet (m/s) Vinter Vindrose - Flesland Relativ frekvensfordeling av vindretning. Middel vindhastighet 22% 11% 5.0 4.0 3% 5% 3.0 2.0 1.0 2% 5% 0.0 3% 7% 5% 7% 11% 13% Middel vindhastighet (m/s) Sommer Figur 2 Vindroser for Flesland. Årlig, vinter og sommer.
Fremtidige energiløsninger Side 8 av 14 Vindrose for Flesland viser at vind fra nord/nordvest og sør/sørøst dominerer over året. Videre ser vi at gjennomsnittlige vindhastigheter er 4-5 m/s for vestlig og sørlig vind, mens øst/nordøstlig vind har gjennomsnittlig vindhastighet på 1-3 m/s. I vintermånedene (desember t.o.m. mars) dominerer sørlig og sørøstlig vind, mens sommermånedene har størst andel vind fra nord/nordvest. Øst/sørøstlig vind forekom 14 % av tiden om vinteren og 5 % av tiden om sommeren. NILU utførte i perioden 1983-85 et måleprogram for meteorologi, som bl.a. omfattet stabilitetsmålinger i form av timevise målinger av temperaturdifferansen målinger mellom 36 meter og 10 meter over bakkenivå (ref. /2/). Målingene ble utført ved Skjold. Målingene viste at stabil og lett stabil sjiktning forekom oftest om vinteren og høsten, mens ustabil sjiktning forekom oftest midt på dagen om våren og sommeren pga. soloppvarming. Nøytral sjiktning var vanlig ved sterk vind og overskyet vær, og forekom oftest om høsten og vinteren. Vindretningene vil bli noe påvirket av den lokale topografien omkring anleggene. Overordnet lokalklima (basert på målinger på Flesland) tilsier en fremherskende vindretning fra sørøstlig sektor om vinteren og fra nordvestlig sektor om sommeren med innslag av vind fra sør-sørøst. De høyereliggende åsene er eksponert for vind, mens dalbunnsonen og forsenkinger i terrenget kan være utsatt for oppsamling av kjølig luft på stille dager. Områder med vann og myr er også utsatt for oppsamling av kald og fuktig luft. Vegetasjon i de vestvendte åssidene og lien mot nord vil kunne virke dempende på vinden fra hhv. sørøst og nordvest. Det er ikke foretatt noen lokalklimatisk analyse av området
Fremtidige energiløsninger Side 9 av 14 5 BAKGRUNNSKONSENTRASJONER Målinger av NO 2 -konsentrasjon foretas to steder i Bergen sentrum. Ved Rådhuset ligger byens referansestasjon. Ved Danmarksplass ligger den stasjonen som måler den antatte verste luften som byens befolkning utsettes for. Det var ikke overskridelser av timeverdi (200 µg/m 3 ) i 2006. Målinger for 2005 viste at det heller ikke da ble registrert overskridelser av timeverdi. Årsmiddelverdier var hhv. drøyt 30 og snaut 50 µg/m 3 ved de to målestasjonene i 2006 (ref. /4/). Figur 3 viser årsmiddelverdier for Bergensområdet basert på målinger med passive prøvetakere foretatt i 1998-99 og 2005-2006 samt inversjonskart og meteorologiske vurderinger (ref. /4/). Figur 3 Årsmiddelverdier for Bergensområdet basert på målinger med passive prøvetakere foretatt i 1998-99 og 2005-2006 samt inversjonskart og meteorologiske vurderinger. Det fremgår av kartet at årsmiddel er vesentlig lavere i -området enn i sentrum og langs større trafikkårer. For å vurdere resultatene fra spredningsberegningen trenger vi et estimat for bakgrunnskonsentrasjon timemiddel. Med bakgrunnskonsentrasjon i denne sammenheng menes bakkekonsentrasjonsnivå som er relevant for et større område (ikke nær trafikkerte veier). Typisk bakgrunnskonsentrasjon i influensområdet til anlegget anslås konservativt til ca 25 µg NO 2 /m 3.
Fremtidige energiløsninger Side 10 av 14 6 GRENSEVERDIER, LUFTKVALITETSKRITERIER OG MAKSIMAL TILLEGGSBELASTNING Myndighetene har angitt grenseverdier, mål og luftkvalitetskriterier for konsentrasjoner av bl.a. svevestøv, NO x og SO 2, i uteluft. Grenseverdiene er gitt i Forurensningsforskriftens kapittel 7 (ref. /5/). Ut fra hensynet til helse og miljø for bybefolkningen er det satt opp nasjonale mål for lokale luftforurensningskonsentrasjoner (ref. /6/). De anbefalte luftkvalitetskriteriene gitt av SFT og Folkehelsa angir eksponeringsnivåer som man ut fra nåværende viten antar at befolkningen kan utsettes for uten at alvorlige helsevirkninger oppstår (ref. /7/). Tabell 3 Grenseverdier og luftkvalitetskriterier Parameter Forurensingsforskriften kapittel 7 Tiltaksgrense (helse) Nasjonale mål, byer Anbefalte luftkval.kriterier (SFT/Folkehelsa) Enhet Midlingstid 1 time 24 timer 1 år (6 mnd) NO 2 µg/m 3 200 1,2 40 2 Svevestøv (PM 10 ) µg/m 3 50 3,4 40 3 SO 2 µg/m 3 350 3,5 125 3,6 NO 2 µg/m 3 150 2 Svevestøv (PM 10 ) µg/m 3 50 3 SO 2 µg/m 3 90 3 NO 2 µg/m 3 100 75 50 (6 mnd) Svevestøv (PM 10 ) µg/m 3 35 Under revurdering SO 2 µg/m 3 400 (15 min.) 90 40 (6 mnd.) 1 Grenseverdien må ikke overskrides mer enn 18 ganger pr. kalenderår 2 Innen år 2010 3 Innen år 2005 4 Grenseverdien må ikke overskrides mer enn 35 ganger pr. år 5 Grenseverdien må ikke overskrides mer enn 24 ganger pr. kalenderår 6 Grenseverdien må ikke overskrides mer enn 3 ganger pr. kalenderår Maksimal anbefalt tilleggsbelastning SFT anbefaler at utslippet fra et anlegg ikke skal øke bakkekonsentrasjonen med mer enn 50 % av differansen mellom SFT s anbefalte luftkvalitetskriterier og bakgrunnskonsentrasjonen. For dette anlegget er NO 2 den utslippsparameter som gir bakkekonsentrasjoner nærmest luftkvalitetskriteriet. Bakgrunnskonsentrasjonen er vurdert konservativt til 25 µg/m 3. Luftkvalitetskriteriet for NO 2 timemiddel er 100 µg/m 3. Ved å benytte SFT s anbefaling for dette kriteriet får vi maksimal tilleggsbelastning på (100-25)*0,5 = 37,5 µg/m 3. Det er verdt å nevne at SFT åpner for å fravike fra anbefalingen om at utslippet fra et nytt anlegg ikke skal øke bakkekonsentrasjonen med mer enn 50 % av differansen mellom anbefalte luftkvalitetskriterier og bakgrunnskonsentrasjonen (ref. /8/). Dette er for eksempel aktuelt i områder som allerede er belastet med luftforurensning.
Fremtidige energiløsninger Side 11 av 14 7 SPREDNINGSBEREGNINGER 7.1 BEREGNINGSFORUTSETNINGER Spredningsberegningene er utført ved hjelp av den kommersielle programvaren Breeze ISC, som er basert på ISC-modellen til EPA. Dataprogrammet er basert på anerkjente Gaussiske spredningsmodeller (ref. /1/). 7.2 BEREGNINGSFORUTSETNINGER Ved anvendelse av programmet må man ta stilling til om terrenget er urbant eller landlig. Vi har i tråd med retningslinjene for modellen forutsatt at området er landlig. Vi har utført beregninger for flatt terreng. Dette er en rimelig god tilnærming, da røykfanen normalt vil følge terrengformasjonene. NO x -utslippet fra anlegget vil hovedsakelig foreligge som NO. Under påvirkning av sollys og ozon vil noe NO oksideres til NO 2 i nærområdet. I beregningene er det lagt til grunn at all NO x i utslippet foreligger som NO 2, noe som medfører et overestimat for NO 2 i nærområdene. Spredningsberegningsprogrammet gir mulighet til å beregne bakkekonsentrasjoner for tilfeller der en får røyknedslag pga. turbulens og levirvler bak bygninger. Det er planlagt blokkbebyggelse i nærheten av P3: - B22 sørøst er planlagt bygget ut med enkeltstående blokker på opptil 4 etasjer. - B17 og B18 er planlagt med leilighetsbygg på 3 etasjer. - B8 og B9 vest/sørvest planlagt med blokkbebyggelse i 4 etasjer. Bebyggelse nevnt ovenfor er lagt inn i modellen.
Fremtidige energiløsninger Side 12 av 14 7.3 BEREGNEDE MAKSIMALE TIMEMIDDELKONSENTRASJONER Beregningene er utført for ulike stabilitetsklasser og vindhastigheter, og med ulike skorsteinshøyder. Tabell 4 viser beregnede maksimale bakkekonsentrasjonsbidrag (timemiddel) av NO 2. Tabell 4 Beregnede maksimale bakkekonsentrasjonsbidrag (timemiddel) av NO 2. Luftstabilitetsk lasse Stabilitet Vind (Pasquill- Gifford) m/s Maksimalt bakkekonsentrasjonsbidrag, timemiddel µg/m 3 NO 2 Skorsteinshøyde 15 m B Ustabil 1 31 2 24 4 23 D Nøytral 8 13 1 4 E Lett stabil 2 4 P3 Vi ser av tabell 4 at skorsteinshøyde på 15 meter ved P3 ga maksimalt timemidlet bakkekonsentrasjonsbidrag på 31 µg/m 3 (forutsatt samme kotehøyde ved bakkenivå varmesentral og bakkenivå ved blokkbebyggelse i B17 og 18). De beregnede maksimale bakkekonsentrasjonsbidragene for skorsteinshøyde på 15 meter er lavere enn de maksimale anbefalte tilleggsbelastningene, som er beregnet til 37,5 µg/m 3. Beregningene viser dermed at de valgte skorsteinshøydene gir tilstrekkelig fortynning av NO x -utslippet selv ved ugunstige meteorologiske forhold. Figur 4 nedenfor viser beregnede maksimale bakkekonsentrasjonsbidrag (timemiddel) av NO 2 ved sørøstlig vind ved P3.
Fremtidige energiløsninger Side 13 av 14 Figur 4 Lokalisering P3. Maksimalt bakkekonsentrasjonsbidrag av NO 2 (µg/m 3, timemiddel). Skorsteinshøyde 15 meter. Spredningsberegningene er konservative, noe som fremgår av følgende: Det er lagt til grunn at all NO x i utslippet foreligger som NO 2. Dette medfører et overestimat for NO 2 i nærområdene. Utslippet fra planlagte bio- og propankjeler gir høyest bakkekonsentrasjon ved ustabil atmosfære, mens veitrafikk og andre bakkenære kilder gir høyeste bakkekonsentrasjoner ved stabil atmosfære. Utslippsmengdene som er benyttet i beregningene tilsvarer maks last på anlegget og utslippskonsentrasjoner ved denne lasten. Maksimal last vil sjelden inntreffe. Kombinasjonen av ugunstigste meteorologiske forhold og maksimal last på anlegget vil inntreffe svært sjelden. 8 ÅRSMIDDELKONSENTRASJONER Årsmiddelverdiene for området omkring de planlagte bio- og propankjelene vil være vesentlig lavere enn den beregnede maksimale timemiddelverdien på grunn av lavere utslipp og variasjoner i vindretning, vindstyrke og stabilitet. Tidligere gjennomførte beregninger i forbindelse med andre prosjekter har gitt maksimale årsmiddelverdier på 1-10 % av maksimal timemiddel.
Fremtidige energiløsninger Side 14 av 14 REFERANSER /1/ BREEZE ISC GIS Pro v5.0.1, Trinity Consultants /2/ NILU (1995): Tønnesen, Dag; Bøhler, Trond; Avfallsforbrenningsanlegg i Bergen Rangering av lokaliseringsalternativ (OR 44/95), Norsk institutt for luftforskning, juni 1995. /4/ www.luftkvalitet.info -> Bergen, juni 2007. /5/ Forurensningsforskriften http://www.lovdata.no/for/sf/md/xd-20040601-0931.html#map018 /6/ Samferdselsdepartementet (1998): Nye nasjonale resultatmål for luftkvalitet. St prp nr 1 (1998-99). /7/ Virkninger av luftforurensninger på helse og miljø - anbefalte grenseverdier. SFT-rapport TA 848/1992. /8/ Telefonsamtale med Bernt Ringvold, SFT, januar 2003.