Source: http://docplayer.fi/11322890-Nummelan-lampokeskuksen-ilmanlaatuvaikutukset-ja-piipun-mitoitus.html
Timestamp: 2017-10-16 22:36:35+00:00
Document Index: 365973

Matched Legal Cases: ['kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ']

NUMMELAN LÄMPÖKESKUKSEN ILMANLAATUVAIKUTUKSET JA PIIPUN MITOITUS - PDF
Download "NUMMELAN LÄMPÖKESKUKSEN ILMANLAATUVAIKUTUKSET JA PIIPUN MITOITUS"
Pekka Mikael Nurminen
1 NUMMELAN LÄMPÖKESKUKSEN ILMANLAATUVAIKUTUKSET JA PIIPUN MITOITUS Kuva: 2015 Tele Atlas NV, MapInfo Street Pro 2015 MML Rikkidioksidi-, typenoksidi- ja hiukkaspäästöjen leviämismallilaskelmat ILMANLAATU JA ENERGIA ASIANTUNTIJAPALVELUT 2015
2 NUMMELAN LÄMPÖKESKUKSEN ILMANLAATUVAIKUTUKSET JA PIIPUN MITOITUS Rikkidioksidi-, typenoksidi- ja hiukkaspäästöjen leviämismallilaskelmat Antti Wemberg Hanna Hannuniemi Katja Lovén ILMATIETEEN LAITOS ASIANTUNTIJAPALVELUT ILMANLAATU JA ENERGIA HELSINKI
3 SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO TAUSTATIETOA ILMAN EPÄPUHTAUKSISTA Ilmanlaatuun vaikuttavat tekijät Typpidioksidi Rikkidioksidi Hiukkaset Lainsäädäntö MENETELMÄT Leviämismallilaskelmien kuvaus Tutkimuskohde ja leviämismallilaskelmien lähtötiedot TULOKSET Rikkidioksidipitoisuudet Typpidioksidipitoisuudet Hiukkaspitoisuudet YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET...20 VIITELUETTELO...21 LIITEKUVAT
5 3 1 JOHDANTO Tässä tutkimuksessa arvioitiin leviämismallilaskelmin Benet Oy:n Vihdin Nummelaan suunnitteilla olevan lämpökeskuksen päästöjen ilmanlaatuvaikutuksia laitoksen lähialueella eri piipun korkeuksilla. Tulevan lämpökeskuksen paikka sijaitsee Nummelassa osoitteessa Hiidenvedentie 3 Nummelanharjun koulun alueella. Lämpökeskukseen suunnitellaan sijoitettavaksi kaksi Faust Bio-Flow II 950 kw kattilaa, jolloin polttoainetehoa on yhteensä noin 2 MW. Päästöjen leviämismallilaskelmat tehtiin lämpökeskuksen piipun mitoittamissuunnittelun tueksi. Piipun vähimmäiskorkeuskriteerit on määritelty ns. PIPO-asetuksessa 1) (Vna 750/2013). PIPO-asetuksen mukaan uuden energiantuotantoyksikön savupiipun korkeuden on aina oltava vähintään 2,5 kertaa tuotantorakennuksen korkeus. Nummelan lämpölaitoksen kattilarakennuksen on suunniteltu olevan m korkea. Jotta piipun korkeus täyttäisi edellä mainitun PIPO-asetuksen vaatimukset, tehtiin mallilaskelmat usealla piipun korkeudella: 25, 30, 35, 40 ja 45 metrin piipulla. Piipun maksimikorkeutta rajoittaa lähellä sijaitseva Nummelan lentokenttä, jonka vuoksi piipun tulee jäädä alle 45 metriin kiitotien tasosta. Kun kiitotien ja lämpökeskuksen sijaintipaikan korkeus merenpinnasta otetaan huomioon, on piipulle maksimikorkeudeksi määritelty 61 metriä. Kuten tarkastelu myöhemmin osoittaa yli 45 metrin piipun vaikutuksia ei ollut tarpeen mallintaa. Mallinnuksessa on tarkasteltu piipun korkeuden vaikutusta kattilalaitoksen päästöjen leviämiseen ja laimenemiseen sekä ilmanlaatuun. Leviämismalliaskelmat tehtiin nk. maksimipäästötarkasteluna. Maksimipäästötarkastelussa määritetään jatkuvasti täydellä teholla toimivan laitoksen suurimpien mahdollisten hetkellisten päästöjen aiheuttamat epäpuhtauspitoisuudet laitoksen lähialueella. Mallilaskelmilla selvitettiin, kuinka korkeiksi lyhytaikaispitoisuudet voivat kohota kattiloiden aiheuttaman päästön esiintyessä satunnaisesti erilaisissa meteorologisissa olosuhteissa kolmen vuoden ( ) tarkastelujaksolla. Ilmanlaatuselvityksessä tarkasteltiin lämpölaitoksen päästöjen aiheuttamia typpidioksidin, rikkidioksidin ja hiukkasten pitoisuuksia laitoksen ympäristössä maanpintatasolla. Lämpölaitoksen kaikkien kattiloiden päästöt arvioitiin PIPO-asetuksen uusille alle 50 MW energiantuotantoyksiköille määritettyjen päästöraja-arvojen mukaisesti. Leviämismallilaskelmat tehtiin Ilmatieteen laitoksella kehitetyllä pistemäisten päästölähteiden laskentaan soveltuvalla leviämismallilla ns. kaupunkimallilla UDM FMI. Leviämismallilaskelmin saatuja tuloksia verrattiin PIPO-asetuksen vaatimuksiin ja kotimaisiin ilmanlaadun ohjearvoihin sekä EU:n alueella voimassa oleviin, sitoviin ilmanlaadun raja-arvoihin. Mallinnettuja hiukkaspitoisuuksia verrattiin edellä mainittujen lisäksi myös WHO:n suositusohjearvoihin. Tutkimuksen tilasi Benet Oy. Leviämismallilaskelmissa tekniset lähtötiedot toimitti työn tilaaja. Leviämismallilaskelmat tehtiin Ilmatieteen laitoksen Asiantuntijapalvelut - yksikössä. 1) Vna 750/2013. Valtioneuvoston asetus polttoaineteholtaan alle 50 megawatin energiantuotantoyksiköiden ympäristönsuojeluvaatimuksista. Annettu Helsingissä
6 2 2 TAUSTATIETOA ILMAN EPÄPUHTAUKSISTA 2.1 Ilmanlaatuun vaikuttavat tekijät Ilmanlaatua heikentävien ilman epäpuhtauksien tärkeimpiä päästölähteitä Suomessa ovat liikenne, energiantuotanto, teollisuus ja puun pienpoltto. Ilmansaasteita kulkeutuu Suomeen myös kaukokulkeumana maamme rajojen ulkopuolelta. Päästöistä suurin osa vapautuu ilmakehän alimpaan kerrokseen, jota kutsutaan rajakerrokseksi. Rajakerroksessa päästöt sekoittuvat ympäröivään ilmaan ja niiden pitoisuudet ilmassa laimenevat. Päästöt voivat levitä liikkuvien ilmamassojen mukana laajoille alueille. Tämän kulkeutumisen aikana ilmansaasteet voivat reagoida keskenään sekä muiden ilmassa olevien yhdisteiden kanssa muodostaen uusia yhdisteitä. Ilman epäpuhtaudet poistuvat ilmasta sateen huuhtomina (märkälaskeuma), kuivalaskeumana erilaisille pinnoille tai kemiallisen muutunnan kautta. Päästöjen leviäminen tapahtuu pääosin ilmakehän alimmassa osassa, rajakerroksessa. Sen korkeus on Suomessa tyypillisesti alle kilometri, mutta varsinkin kesällä se voi nousta yli kahteen kilometriin. Matalimmat rajakerroksen korkeudet havaitaan yleensä talvella kovilla pakkasilla. Rajakerroksen korkeus määrää ilmatilavuuden, johon päästöt voivat välittömästi sekoittua. Rajakerroksen tuuliolosuhteet määräävät karkeasti ilmansaasteiden kulkeutumissuunnan, mutta rajakerroksen ilmavirtausten pyörteisyys ja kerroksen korkeus vaikuttavat merkittävästi ilmansaasteiden sekoittumiseen ja pitoisuuksien laimenemiseen kulkeutumisen aikana. Leviämisen kannalta keskeisiä meteorologisia tekijöitä ovat tuulen suunta ja nopeus, ilmakehän stabiilisuus ja sekoituskorkeus. Ilmakehän stabiilisuudella tarkoitetaan ilmakehän herkkyyttä pystysuuntaiseen sekoittumiseen. Stabiilisuuden määrää ilmakehän pystysuuntainen lämpötilarakenne. Inversiolla tarkoitetaan tilannetta, jossa ilmakehän lämpötila nousee ylöspäin mentäessä. Erityisesti maanpintainversion aikana ilmanlaatu voi paikallisesti huonontua nopeasti. Maanpintainversiossa maanpinta ja sen lähellä oleva ilmakerros jäähtyy niin, että kylmempi ilma jää ylempänä olevan lämpimämmän ilman alle. Kylmä pintailma ei raskaampana pääse kohoamaan yläpuolellaan olevan lämpimän kerroksen läpi, ja ilmakehän pystysuuntainen liike estyy. Inversiokerroksessa tuuli on hyvin heikkoa ja ilmaa sekoittava pyörteisyys on vähäistä, jonka vuoksi ilmansaasteet laimenevat huonosti. Inversiotilanteissa pitoisuudet kohoavat taajamissa etenkin liikenneruuhkien aikana, koska ilmansaasteet kerääntyvät matalaan ilmakerrokseen päästölähteiden lähelle. 2.2 Typpidioksidi Typen yhdisteitä vapautuu päästölähteistä ilmaan typen oksideina eli typpimonoksidina (NO) ja typpidioksidina (NO 2). Näistä yhdisteistä terveysvaikutuksiltaan haitallisempaa on typpidioksidi, jonka pitoisuuksia ulkoilmassa säädellään ilmanlaadun ohje- ja rajaarvoilla. Typpidioksidin määrään ilmassa vaikuttavat kemialliset muutuntareaktiot, joissa typpimonoksidi hapettuu typpidioksidiksi.
7 3 Ulkoilman typpidioksidipitoisuuksille altistuminen on suurinta kaupunkien keskustojen ja taajamien liikenneympäristöissä. Typpidioksidipitoisuudet kohoavat tyypillisesti ruuhkaaikoina. Korkeimmillaan typpidioksidipitoisuudet ovat erityisesti tyyninä ja kylminä talvipäivinä, jolloin myös energiantuotannon päästöt ovat suurimmillaan. Taajamien ja kaupunkien korkeimmat typpidioksidipitoisuudet aiheuttaa pääasiassa autoliikenne, vaikka energiantuotannon ja teollisuuden aiheuttamat päästöt (pistemäiset päästölähteet) olisivat määrällisesti jopa suurempia autoliikenteeseen verrattuna. Ihmiset altistuvat helposti liikenteen päästöille, sillä autojen pakokaasupäästöt vapautuvat hengityskorkeudelle. Typpidioksidille herkimpiä väestöryhmiä ovat lapset ja astmaatikot, joiden hengitysoireita kohonneet pitoisuudet voivat lisätä suhteellisen nopeasti. Pakkaskaudella tapahtuva typpidioksidipitoisuuden kohoaminen on erityisen haitallista astmaatikoille, koska jo puhtaan kylmän ilman hengittäminen rasituksessa aiheuttaa useimmille astmaatikoille keuhkoputkien supistusta ja typpidioksidi pahentaa tästä aiheutuvia oireita kuten hengenahdistusta ja yskää. Typpidioksidin vuosikeskiarvopitoisuudet ovat suurimmissa kaupungeissa keskimäärin µg/m 3. Vilkkaimmilla teillä ja katukuiluosuuksilla pitoisuudet voivat olla lähellä vuosiraja-arvoa 40 µg/m 3. Pienissä ja keskisuurissa kaupungeissa typpidioksidin vuosikeskiarvot ovat yleensä noin µg/m 3 (Komppula, ym. 2014). Typpidioksidin tuntipitoisuudet voivat kohota yli raja-arvotason (200 µg/m 3 ) suurimpien kaupunkien vilkkaasti liikennöidyillä keskusta-alueilla muutamia kertoja vuodessa (Ilmanlaatuportaali, 2015). Ylitystunteja saa olla vuodessa 18 kpl, ennen kuin raja-arvo katsotaan ylittyneeksi. Puhtailla tausta-alueilla typpidioksidin vuosikeskiarvot ovat olleet Etelä- Suomessa noin 2 6 µg/m³ ja Pohjois-Suomessa noin 1 µg/m³. 2.3 Rikkidioksidi Ulkoilman rikkidioksidipitoisuudet ovat nykyisin alhaisella tasolla Suomessa. Rikkidioksidipäästöjen voimakkaan vähenemisen seurauksena taajama-alueiden rikkidioksidipitoisuudet ovat laskeneet lähelle tausta-alueiden pitoisuuksia. Ulkoilmassa oleva rikkidioksidi on pääosin peräisin energiantuotannosta, teollisuudesta ja laivojen päästöistä. Teollisuuspaikkakunnilla rikkidioksidipitoisuudet voivat kohota lyhytaikaisesti ja paikallisesti häiriöpäästötilanteissa. Puhtailla tausta-alueilla rikkidioksidipitoisuuden vuosikeskiarvot ovat olleet noin 1 2 μg/m³. 2.4 Hiukkaset Ulkoilman hiukkaset ovat nykyisin merkittävimpiä ilmanlaatuun vaikuttavia tekijöitä Suomen kaupungeissa. Pienhiukkasia pidetään länsimaissa haitallisimpana ympäristötekijänä ihmisten terveydelle. Ulkoilman hiukkaset ovat taajamissa suurelta osin peräisin liikenteen ja tuulen nostattamasta katupölystä eli epäsuorista päästöistä. Hiukkaspitoisuuksia kohottavat myös suorat hiukkaspäästöt, jotka ovat peräisin energiantuotannon ja teollisuuden prosesseista, autojen pakokaasuista ja puun pienpoltosta. Suorat hiukkaspäästöt ovat pääasiassa pieniä hiukkasia. Hiukkasiin on sitoutunut myös erilaisia haitallisia yhdisteitä kuten hiilivetyjä ja raskasmetalleja.
8 4 Ulkoilman hiukkasten koko on yhteydessä niiden aiheuttamiin erilaisiin vaikutuksiin. Suurempien hiukkasten korkeat pitoisuudet vaikuttavat merkittävimmin viihtyvyyteen ja aiheuttavat likaantumista. Terveysvaikutuksiltaan haitallisempia ovat ns. hengitettävät hiukkaset ja pienhiukkaset, jotka kykenevät tunkeutumaan syvälle ihmisten hengitysteihin. Hengitettäville hiukkasille, joiden halkaisija on alle 10 mikrometriä (PM 10), on annettu ilmanlaadun ohje- ja raja-arvot. Hengitettävien hiukkasten pitoisuudet kohoavat erityisesti keväällä, jolloin jauhautunut hiekoitushiekka ja asfalttipöly nousevat ilmaan kuivilta kaduilta liikenteen nostattamana. Pienhiukkaset, joiden halkaisija on alle 2,5 mikrometriä (PM 2,5), ovat pääasiassa peräisin suorista autoliikenteen ja teollisuuden päästöistä, puun pienpoltosta ja kaukokulkeumasta, jonka lähde voi olla esimerkiksi metsä- ja maastopalot. Hiukkasten kokoluokkia on havainnollistettu kuvassa A. Suurimmat hiukkaspitoisuudet esiintyvät vilkkaasti liikennöidyissä kaupunkikeskustoissa. Suomessa hiukkaspitoisuudet kohoavat yleensä voimakkaasti keväällä maalishuhtikuussa, kun maanpinnan kuivuessa tuuli ja liikenne nostattavat katupölyä ilmaan. Liikenteen vaikutukset korostuvat matalan päästökorkeuden vuoksi. Hengitettäville hiukkasille annettu vuorokausiohjearvo ylittyy keväisin yleisesti Suomen kaupungeissa. Hengitettävien hiukkasten vuorokausipitoisuudelle annettu raja-arvo on sen sijaan ylittynyt viime vuosina vain Helsingin keskustassa. Vuosikeskiarvopitoisuudelle annettu raja-arvo alittuu Suomessa. Suurimpien kaupunkien keskusta-alueilla on mitattu useina vuosina yli 25 µg/m³:n hengitettävien hiukkasten pitoisuuden vuosikeskiarvoja. Pienempienkin kaupunkien keskusta-alueilla hengitettävien hiukkasten pitoisuuden vuosikeskiarvot voivat ylittää 20 µg/m³ (Komppula ym., 2014). Puhtailla tausta-alueilla vuosikeskiarvopitoisuudet ovat olleet Etelä-Suomessa noin 9 12 µg/m³ ja Pohjois- Suomessa noin 3 6 µg/m³. Pienhiukkaspitoisuuden (PM 2,5) vuosikeskiarvolle määritetty raja-arvo 25 µg/m 3 alittuu kaikkialla Suomessa. Korkeimmillaan vuosipitoisuus on ollut Helsingin vilkkaasti liikennöidyillä keskusta-alueilla noin µg/m 3. Maaseututausta-alueilla pitoisuustaso on Etelä-Suomessa noin 7 10 µg/m 3, Keski-Suomessa noin 4 7 µg/m 3 ja Pohjois- Suomessa noin 3 µg/m 3. Pitoisuuserot erityyppisten mittausympäristöjen välillä ovat melko pieniä: kaupunkiympäristön päästölähteet kohottavat vuositasolla pitoisuuksia liikenneympäristöissä noin 3 4 µg/m 3 ja kaupunkitausta-alueilla noin 1 2 µg/m 3 taustapitoisuuksista. Pienhiukkasten taustapitoisuudesta valtaosa on kaukokulkeutunutta hiukkasainesta. Kaukokulkeuma muodostaa huomattavan osan myös kaupunkiilman pienhiukkaspitoisuuksista (Alaviippola ja Pietarila, 2011).
9 5 Kuva A. Hiukkasten kokoluokkia. Hiukkasten koko ilmaistaan halkaisijana mikrometreissä (µm). Mikro (µ) etuliite tarkoittaa miljoonasosaa. 1 µm on siten metrin miljoonasosa eli millimetrin tuhannesosa. 2.5 Lainsäädäntö Leviämismallilaskelmilla tai ilmanlaadun mittauksilla saatuja pitoisuuksia voidaan arvioida vertaamalla niitä ilmanlaadun raja- ja ohjearvoihin. EU-maissa voimassa olevat raja-arvot ovat sitovia ja ne eivät saa ylittyä alueilla, joissa asuu tai oleskelee ihmisiä. Raja-arvot eivät ole voimassa esimerkiksi teollisuusalueilla tai liikenneväylillä, lukuun ottamatta kevyen liikenteen väyliä. Kansalliset ilmanlaadun ohjearvot eivät ole yhtä sitovia kuin raja-arvot, mutta niitä käytetään esimerkiksi kaupunkisuunnittelun tukena ja ilman pilaantumisen vaaraa aiheuttavien toimintojen sijoittamisessa. Tavoitteena on ennalta ehkäistä ohjearvojen ylittyminen sekä taata hyvän ilmanlaadun säilyminen. Raja-arvot määrittelevät ilmansaasteille sallitut korkeimmat pitoisuudet. Raja-arvoilla pyritään vähentämään tai ehkäisemään terveydelle ja ympäristölle haitallisia vaikutuksia. Raja-arvon numeroarvon ylityksistä on viipymättä tiedotettava väestölle. Tietojen saatavuudesta vastaa ensisijaisesti tiedon tuottaja, kuten ilmanlaadun mittauksista vastaava kunta, toiminnanharjoittaja tai Ilmatieteen laitos. Jos raja-arvo ylittyy tai on vaarassa ylittyä, on kunnan laadittava ja toimeenpantava ilmansuojelusuunnitelma rajaarvon alittamiseksi. Lisäksi kunta voi harkintansa mukaan laatia lyhyen aikavälin toimintasuunnitelman raja-arvon alittamiseksi ja ylityksen keston lyhentämiseksi.
10 6 Käytännön toimia voivat olla esimerkiksi määräykset liikenteen tai päästöjen rajoittamisesta. Ilman epäpuhtauksien aiheuttamien terveyshaittojen ehkäisemiseksi ulkoilman rikkidioksidin, typpidioksidin, hengitettävien hiukkasten ja pienhiukkasten pitoisuudet eivät saisi ylittää taulukon 1 raja-arvoja alueilla, joilla ihmiset saattavat altistua ilman epäpuhtauksille. Taulukko 1. Terveyshaittojen ehkäisemiseksi annetut ulkoilman rikkidioksidin, typpidioksidin, hengitettävien hiukkasten ja pienhiukkasten pitoisuuksia koskevat raja-arvot (Vna 38/2011). Ilman epäpuhtaus Keskiarvon laskenta-aika Raja-arvo (µg/m 3 ) Sallittujen ylitysten määrä kalenterivuodessa (vertailujakso) Rikkidioksidi (SO2) 1 tunti 350 1) tuntia 125 1) 3 Typpidioksidi (NO2) 1 tunti 200 1) 18 kalenterivuosi 40 1) Hengitettävät hiukkaset (PM10) 24 tuntia 50 2) 35 kalenterivuosi 40 2) Pienhiukkaset (PM2,5) kalenterivuosi 25 2) 1) Tulokset ilmaistaan lämpötilassa 293 K ja paineessa 101,3 kpa. 2) Tulokset ilmaistaan ulkoilman lämpötilassa ja paineessa. Kasvillisuuden ja ekosysteemien suojelemiseksi on rikkidioksidin vuosipitoisuuksille annettu kriittinen taso 20 µg/m 3 ja typen oksidien (NO x) vuosipitoisuuksille kriittinen taso 30 µg/m 3. Näitä tasoja sovelletaan rakennetun ympäristön ulkopuolella olevilla alueilla, kuten luonnonsuojelun kannalta merkityksellisillä alueilla ja laajoilla maa- ja metsätalousalueilla. Ilmanlaadun ohjearvot on otettava huomioon suunnittelussa ja niitä sovelletaan mm. alueiden käytön, kaavoituksen, rakentamisen ja liikenteen suunnittelussa ja ympäristölupaharkinnassa. Ohjearvojen soveltamisen avulla pyritään ehkäisemään ilman epäpuhtauksien aiheuttamia terveysvaikutuksia. Suomessa voimassa olevat ulkoilman rikkidioksidin, typpidioksidin ja hengitettävien hiukkasten pitoisuuksia koskevat ilmanlaadun ohjearvot on esitetty taulukossa 2. WHO on antanut lisäksi suosituksenomaisina ohjearvoina pienhiukkasten vuorokausipitoisuudelle 25 µg/m 3 ja vuosipitoisuudelle 10 µg/m 3 (WHO, 2006). WHO:n ohjearvot eivät ole osa Suomen lainsäädäntöä.
11 7 Taulukko 2. Ulkoilman rikkidioksidin, typpidioksidin ja hengitettävien hiukkasten pitoisuuksia koskevat ilmanlaadun ohjearvot (Vnp 480/1996). Ilman epäpuhtaus Ohjearvo 1) Tilastollinen määrittely Rikkidioksidi (SO2) 250 µg/m³ Kuukauden tuntiarvojen 99. prosenttipiste 80 µg/m³ Kuukauden toiseksi suurin vuorokausiarvo Typpidioksidi (NO2) 150 µg/m³ Kuukauden tuntiarvojen 99. prosenttipiste 70 µg/m³ Kuukauden toiseksi suurin vuorokausiarvo Hengitettävät hiukkaset (PM10) 70 µg/m³ Kuukauden toiseksi suurin vuorokausiarvo 1) Tulokset ilmaistaan lämpötilassa 20 C ja paineessa 1 atm. Polttoaineteholtaan alle 50 megawatin energiantuotantoyksiköiden ympäristönsuojeluvaatimuksista säädetään valtioneuvoston asetuksessa 750/2013. Tässä voimaan tulleessa nk. PIPO-asetuksessa määritetään laitoksille päästöraja-arvot ilmaan johdettaville päästöille (5 ) sekä vähimmäisvaatimukset laitosten piipunkorkeudelle ja ohjeet riittävän piipunkorkeuden määrittämiseksi (7 ). PIPO-asetuksen mukaan savupiipun korkeuden tulee olla sellainen, että energiantuotantoyksikkö ei yksinään aiheuta yli 20 prosenttia ilmanlaadun vuorokausittaisesta ohjearvosta. Nämä ohjearvot on määritelty ilmanlaadun ohjearvoista ja rikkilaskeuman tavoitearvosta annetussa valtioneuvoston päätöksessä (Vnp 480/1996, taulukko 2). Uuden energiantuotantoyksikön savupiipun korkeuden on aina oltava vähintään 2,5 kertaa tuotantorakennuksen korkeus. Energiantuotantoyksikön savupiipun korkeus on mitoitettava leviämismallilaskelmalla, jos alle 500 metrin etäisyydellä energiantuotantoyksiköstä on yli 30 metriä korkeita rakennuksia tai maanpinnan korkeus kohoaa yli 30 metriä verrattuna tuotantorakennuksen viereiseen maanpinnan tasoon. 3 MENETELMÄT 3.1 Leviämismallilaskelmien kuvaus Leviämismalleilla tutkitaan eri ilman epäpuhtauksien kulkeutumista ilmakehässä ja niiden pitoisuuksien muodostumista tutkimusalueelle. Malleihin sisältyy usein myös laskentamenetelmiä, joiden avulla voidaan kulkeutumisen lisäksi tarkastella ilmansaasteiden muuntumista ja kemiallisia reaktioita ilmakehässä sekä poistumista ilmakehästä laskeumana. Tässä tutkimuksessa käytettiin Ilmatieteen laitoksella kehitettyä UDM-FMI -leviämismallia (Urban Dispersion Modelling system; Karppinen, 2001), jolla voidaan arvioida pistemäisten päästölähteiden aiheuttamia ilman epäpuhtauksien pitoisuuksia päästölähteen lähialueilla. Kaaviokuva leviämismallin toiminnasta on esitetty kuvassa B. Ilmatieteen laitoksen leviämismalleja on kehitetty pitkäjänteisesti useita vuosikymmeniä tavoitteena tuottaa luotettavaa tietoa ilmanlaadusta mm. kaupunki- ja liikennesuunnittelun ja ilmansuojelutoimenpiteiden suunnittelun tueksi sekä pitoisuuksien ja väestön altistumisen arvioimiseksi. Mallien toimintaa on kehitetty lukuisissa tutkimusprojekteissa ja verifiointitutkimusten mukaan mallinnusten tulokset on todettu hyvin yhteensopiviksi Suomen taajamien ja teollisuusympäristöjen ilmanlaadun mittaustulosten kanssa.
12 8 Leviämismalleilla saatujen tulosten on osoitettu täyttävän hyvin ilmanlaatuasetuksessa (Vna 38/2001) annetut laatutavoitteet mallintamiselle sallituista epävarmuuksista. Nykyisissä Ilmatieteen laitoksen leviämismalleissa kuvataan tarkasti päästökohdassa tapahtuvaa mekaanista ja lämpötilaeroista johtuvaa nousulisää, lähimpien esteiden aiheuttamaa savupainumaa, ilmassa tapahtuvia päästöaineiden kemiallisia prosesseja sekä ilmansaasteiden poistumamekanismeja ilmakehästä. Energiantuotannon typenoksidipäästöt koostuvat typpidioksidista sekä typpimonoksidista, jota on valtaosa päästöistä. Osa typpimonoksidista hapettuu ilmassa terveydelle haitallisemmaksi typpidioksidiksi. Ilmatieteen laitoksen malleihin sisältyy laskentamenetelmä tälle typenoksidien kemialliselle muutunnalle. Leviämismallien lähtötiedoiksi tarvitaan tietoja päästöistä ja päästölähteiden ominaisuuksista, mittaamalla ja mallittamalla saatuja tietoja ilmakehän tilasta sekä tietoja tutkimusalueen taustapitoisuudesta. Lisäksi lähtötiedoiksi tarvitaan erilaisia paikkatietoja, kuten tietoja maanpinnan muodoista ja päästölähteiden sijainnista. Energiantuotannon päästöjen laskennassa huomioidaan lähdekohtaiset päästöt, savukaasujen ominaisuudet, laitoksen tekniset tiedot ja käyntiajat. Leviämislaskelmia varten muodostetaan kaikille eri päästölähteille päästöaikasarjat, joissa on jokaiselle tarkastelujakson tunnille (1 3 vuotta, eli tuntia) laskettu päästömäärä erikseen eri ilman epäpuhtauksille. Päästötiedot Meteorologiset tiedot Muut lähtötiedot Päästöjen laskenta Meteorologisten tietojen käsittelymalli Päästöaikasarja Meteorologinen aikasarja Paikkatiedot Tarkastelupisteet Leviämismalli Pitoisuuksien tunneittainen aikasarja Tilastollinen käsittely Tilastolliset tunnusluvut Graafinen käsittely Alueelliset pitoisuusjakaumat Kuva B. Kaaviokuva Ilmatieteen laitoksella kehitetyn leviämismallin, kaupunkimallin (UDM- FMI) toiminnasta. Leviämismallin tarvitseman meteorologisen aikasarjan muodostuksessa käytetään Ilmatieteen laitoksella kehitettyä meteorologisten tietojen käsittelymallia, joka perustuu
13 9 ilmakehän rajakerroksen parametrisointimenetelmään (Rantakrans, 1990; Karppinen, 2001). Menetelmän avulla voidaan meteorologisten rutiinihavaintojen ja fysiikan perusyhtälöiden avulla arvioida rajakerroksen tilaan vaikuttavat muuttujat, joita tarvitaan ilmansaasteiden leviämismallilaskelmissa. Tarvittavat mittaustiedot saadaan Ilmatieteen laitoksen havaintotietokantaan tallennetuista sää-, auringonpaiste- ja radioluotaushavainnoista. Tutkimuksessa käytetyt säähavainto- ja luotausaineistot täyttävät WMO:n ja ICAO:n laatuvaatimukset. Menetelmässä huomioidaan tutkimusalueen paikalliset tekijät, kuten leviämisalustan rosoisuus ja vuodenaikaiset albedoarvot (maanpinnan kyky heijastaa auringon säteilyä) eri maanpinnan laaduille. Laskelmissa käytetään yleensä 1 3 vuoden pituista tutkimusalueen sääolosuhteita edustavaa meteorologista aineistoa. Laskelmissa käytettäviksi sääasemiksi valitaan tutkimusaluetta lähimpänä sijaitsevat sääasemat, joilla mitataan kaikkia mallin tarvitsemia suureita. Tuulen suunta- ja nopeustiedot muodostetaan kahden tai useamman sääaseman havaintojen etäisyyspainotettuna tilastollisena yhdistelmänä. Lopputuloksena saadaan tutkimusaluetta parhaiten edustavat leviämismalleissa tarvittavien meteorologisten tietojen tunneittaiset aikasarjat. Tuloksien kannalta on tärkeää, että mallilaskelmissa käytetty meteorologinen aineisto edustaa tutkimusaluetta hyvin, aineistoa on riittävän pitkältä aikaväliltä sekä sen laatu on tarkastettu. Tämän varmistamiseksi malleissa käytettävät meteorologiset aikasarjat tuottaa ja käsittelee meteorologi. Leviämismalleilla lasketaan ilmansaasteiden pitoisuuksia tarkastelujakson jokaiselle tunnille laskentapisteikköön, joka muodostetaan kullekin tutkimusalueelle sen erityispiirteet huomioon ottaen sopivaksi. Laskentapisteitä on yleensä useita tuhansia ja niiden etäisyys toisistaan vaihtelee muutamasta kymmenestä metristä satoihin metreihin riippuen tutkimusalueen koosta ja tarkasteltavista kohteista. Mallin tuottamasta pitoisuusaikasarjasta lasketaan ilmanlaadun raja- ja ohjearvoihin verrannollisia tilastollisia arvoja, jotka esitetään raportissa mm. pitoisuuksien aluejakaumakuvina ja taulukkoina. 3.2 Tutkimuskohde ja leviämismallilaskelmien lähtötiedot Tutkimuksessa tarkasteltiin leviämismallilaskelmin suunnitteilla olevan Nummelan lämpökeskuksen kattiloiden päästöjen aiheuttamia vaikutuksia rikkidioksidin (SO 2), typpidioksidin (NO 2) ja hiukkasten pitoisuuksiin laitoksen lähialueilla. Piipun sijainti on esitetty kuvassa C. Suunniteltu lämpökeskuksen paikka Nummelanharjun koulun vieressä on harjun päällä. Koulun alue on ympäröivää harjua ja Hiidenvedentietä noin 4 10 m alempana. Koulun ylin kerros on 5,8 m maanpinnasta. Lounaassa sijaitseva lentokenttä rajoittaa piipun korkeutta korkeintaan 45 m lentokentän tasosta (+112 m m.p.y). Kun lämpökeskuksen sijoituspaikka on noin 96 m korkeudella meren pinnasta, on maksimi piipun korkeus siten 60 m. Kuvassa D on esitetty lähialueen maanpinnan korkeuden vaihteluja. PIPO-asetuksessa edellytetään, että Energiantuotantoyksikön savupiipun korkeus on mitoitettava leviämismallilaskelmalla, jos alle 500 metrin etäisyydellä energiantuotantoyksiköstä on yli 30 metriä korkeita rakennuksia tai maanpinnan korkeus kohoaa yli 30 metriä verrattuna tuotantorakennuksen viereiseen maanpinnan tasoon.
14 10 Kuva C. Lämpökeskuksen piipun sijainti Hiidenvedentien varrella Nummelassa on merkitty kuvaan punaisella pisteellä. Samalla alueella sijaitsee Nummelanharjun koulu sekä uimahalli. Kuvan lähde: Maanmittauslaitos. Kuva D. Korkeuserot tutkimusalueella. Punainen väri kuvaa korkeita kohtia. Lämpökeskuksen piipun paikka on merkitty valkoisella pisteellä.
15 11 Leviämismalliselvitys tehtiin maksimipäästötarkasteluna. Maksimipäästötarkastelussa määritetään jatkuvasti täydellä teholla toimivan kattilan suurimpien mahdollisten hetkellisten päästöjen aiheuttamat epäpuhtauspitoisuudet laitoksen lähialueella. Tarkastelussa laitoksen suurin mahdollinen hetkellinen päästö voi esiintyä missä tahansa pitkän ajanjakson tunneittaisessa meteorologisessa tilanteessa. Maksimipäästötarkastelu on teoreettinen kuvaus kattilan vuotuisesta toiminnasta ja normaalitoimintaa vastaavien päästöjen aiheuttama kuormitus on käytännössä vähäisempää kuin maksimipäästötarkastelussa. Maksimipäästölaskelmilla on kuitenkin mahdollista löytää päästöjen laimenemisen kannalta epäedullisimmat säätilanteet (esim. inversio), joiden aikana pitoisuudet kohoavat. Mallilaskelmilla siis selvitetään, kuinka korkeiksi pitoisuuksien tuntiarvojen maksimit voivat kohota esiintyessään satunnaisesti pitkällä ajanjaksolla. Leviämismallinnuksessa käytettiin lähtötietoina PIPO-asetuksessa (Vna 750/2013) annettuja rikkidioksidin, typen oksidien ja hiukkasten päästöraja-arvoja uusille 1 50 MW energiantuotantoyksiköille. Mallinnuksessa käytettiin kattilalle puun päästöraja-arvoja, jotka on esitetty taulukossa 3. Taulukossa 4 on esitetty Nummelan lämpökeskuksen kattiloiden tekniset tiedot sekä rikkidioksidin, typen oksidien ja hiukkasten lyhytaikaispäästöt (g/s). Taulukko 3. PIPO-asetuksessa annetut päästöraja-arvot uusille puuta ja muita kiinteitä biopolttoaineita käyttävälle energiantuotantoyksikölle (Vna 750/2013). Taulukossa on lihavoitu Nummelan lämpökeskuksen päästöjen laskennassa käytetyt päästörajaarvot. Kattilan polttoaineteho (P) Hiukkaset mg/m 3 n (O2 = 6 %) NOx (laskettuna NO2) mg/m 3 n (O2 = 6 %) SO2 mg/m 3 n (O2 = 6 %) 1 P 5 MW < P 10 MW < P < 50 MW
16 12 Taulukko 4. Päästölaskennassa käytetyt kattilan tekniset tiedot sekä tiedot päästöistä. Maksimipäästö- tarkastelu Polttoaineteho (MW) 2 x 950 kw Piipun korkeus maanpinnasta (m) 25 / 30 / 35 / 40 / 45 Savukaasujen lämpötila piipun suulla (ºC) 140 Savukaasujen tilavuusvirtaus (Nm 3 /s), kuiva kaasu 1,10 Hormin halkaisija piipun suulla (m) 0,324 Typenoksidipäästöt NOx (NO2:na) (g/s) 0,41 Rikkidioksidipäästöt (g/s) 0,22 Hiukkaspäästöt (g/s) 0,22 Typenoksidipäästöt NOx (NO2:na) (t/a) 11* Rikkidioksidipäästöt (t/a) 6* Hiukkaspäästöt (t/a) 6* * arvioitu 10 kk:n käyntiajalla ja maksimipäästöllä Tutkimusalueen ilmastollisia olosuhteita edustava meteorologinen aikasarja muodostettiin Helsingin Kumpulan ja Someron Salkolan sääasemien havaintotiedoista vuosilta Sekoituskorkeuden määrittämiseen käytettiin Jokioisten observatorion radioluotaushavaintoja. Kuvassa E on esitetty tuulen suunta- ja nopeusjakauma tutkimusalueella tuuliruusun muodossa. Tutkimusalueella ovat vallitsevia lounaan puoleiset tuulet. Kuva E. Tuulen suunta- ja nopeusjakauma tutkimusalueella vuosina Lasketut tuulitiedot kuvaavat olosuhteita 10 metrin korkeudella maanpinnasta.
17 13 Tutkimusalueen otsonin taustapitoisuudet saatiin Ilmatieteen laitoksen taustailmanlaadun Espoon Luukin mittausasemalta (Ilmanlaatuportaali, 2015). Otsonin taustapitoisuutta käytettiin laskettaessa typen oksidien ilmakemiallista muutuntaa leviämisen aikana. Tutkimusalueen taustapitoisuuksina käytettiin pitoisuuksien kuukausittain laskettuja tunneittaisia keskiarvoja, joilla pyrittiin kuvaamaan taustapitoisuuksien vuorokauden sisäistä vaihtelua. Tutkimusalue on kooltaan noin km ja se koostuu yhteensä laskentapisteestä. Laskentapisteikössä pisteiden välisiä etäisyyksiä on tihennetty pitoisuuksien muodostumisen kannalta merkittävimmissä kohteissa eli lämpökeskuksen lähiympäristössä. Laskentapisteikön pisteet ovat tiheimmillään lämpökeskuksen lähiympäristössä 20 metrin etäisyydellä toisistaan ja harvimmillaan tutkimusalueen reunoilla 200 metrin etäisyydellä toisistaan. Tutkimusalueen maanpinnan korkeuserot huomioitiin laskentapisteissä Maanmittauslaitoksen maastonkorkeustietojen mukaisesti. 4 TULOKSET Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin leviämislaskelmin Nummelan lämpökeskuksen yhteensä 2 MW kattiloiden maksimipäästöjen aiheuttamia rikkidioksidin, typpidioksidin ja hiukkasten pitoisuuksia maanpintatasolla. Maksimipäästötarkastelun tuloksina esitetään jäljempänä vain korkeimmat ohje- ja rajaarvoihin verrannolliset lyhytaikaispitoisuudet (tunti- ja vuorokausikeskiarvot). Maksimipäästölaskelmin saadut vuosikeskiarvot yleensä yliarvioivat pitoisuuksia, koska laitoksen toimiminen jatkuvalla täydellä teholla on käytännössä lähinnä teoreettista. Menetelmällä on kuitenkin mahdollista saada esiin päästöjen kannalta epäedullisissa meteorologisissa (esim. inversio) tilanteissa syntyvät korkeimmat pitoisuudet, jotka laitoksen normaalin toiminnan mallilaskelmissa voisivat täysimääräisenä jäädä huomioimatta. Leviämislaskelmien tuloksina saatu pitoisuuksien alueellinen jakautuminen tutkimusalueella on esitetty raportin lopussa liitekuvissa Rikkidioksidipitoisuudet Leviämismallilaskelmien tuloksina maksimitarkastelulla saadut päästöjen aiheuttamat ulkoilman rikkidioksidipitoisuuksien suurimmat arvot eri piipun korkeuksilla on esitetty taulukossa 5. Kuvassa F on esitetty suurimpien pitoisuuksien suhde ilmanlaadun ohjeja raja-arvoihin tutkituilla piipun korkeuksilla. Kuvissa y-akselin 20 % kuvaa PIPOasetuksen mukaista osuutta ohjearvotasosta. PIPO-asetusta sovelletaan vain kotimaiseen ilmanlaadun ohjearvoon verrannolliseen vuorokausikeskiarvoon.
18 14 Taulukko 5. Leviämismallilaskelmilla saadut Nummelan lämpökeskuksen maksimipäästöjen aiheuttamat suurimmat raja- ja ohjearvoihin verrannolliset ulkoilman rikkidioksidipitoisuudet tutkituilla viidellä eri piipun korkeudella. Rikkidioksidipitoisuus (µg/m³) Raja- tai ohjearvo Päästökorkeus 25 m 30 m 35 m 40 m 45 m Korkein vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus Korkein vuorokausiraja-arvoon verrannollinen pitoisuus Korkein tuntiohjearvoon verrannollinen pitoisuus Korkein tuntiraja-arvoon verrannollinen pitoisuus 80 (* 5,26 3,32 2,32 1,66 1, (** 3,47 2,15 1,52 1,21 0, (* 6,44 4,50 3,58 2,85 2, (** 6,20 4,43 3,46 2,74 2,27 (* ohjearvo (** raja-arvo Lämpökeskuksen maksimipäästöjen aiheuttamat korkeimmat pitoisuudet alittavat sekä rikkidioksidille annetut ohje- ja raja-arvot että PIPO-asetuksen salliman korkeimman 20 % pitoisuustason vuorokausiohjearvosta kaikilla tarkastelluilla piipun korkeuksilla. Lämpökeskuksen rikkidioksidipitoisuudet olivat noin 2 7 % vuorokausiohjearvosta eri piipun korkeuksilla. PIPO-asetuksen mukaan piipun vähimmäiskorkeus on 2,5 kertaa tuotantorakennuksen korkeus. Suunniteltu rakennuskorkeus on korkeintaan 12 m, jolloin piipun minimikorkeus PIPO-asetuksen mukaan olisi 30 m. Taulukoon 5 on otettu mukaan myös 25 m piippu vertailun vuoksi. Liitekuvassa 1 on esitetty aluejakaumakuvat rikkidioksidin vuorokausiohjearvoon verrannollisista pitoisuuksista 30 metrin piipulla. Korkeimmat pitoisuudet 30 m piipulla muodostuvat laitoksen lounaispuolelle noin 150 m etäisyydelle.
19 15 Kuva F. Leviämismallilaskelmin saadut Nummelan lämpökeskuksen maksimipäästöjen aiheuttamat ulkoilman korkeimmat rikkidioksidin lyhytaikaispitoisuudet suhteessa (%) ilmanlaadun ohje- ja raja-arvoihin tutkituilla viidellä eri piipun korkeudella.
20 Typpidioksidipitoisuudet Leviämismallilaskelmien tuloksina maksimitarkastelulla saadut päästöjen aiheuttamat ulkoilman typpidioksidipitoisuuksien suurimmat arvot eri piipun korkeuksilla on esitetty taulukossa 6. Kuvassa G on esitetty suurimpien pitoisuuksien suhde ilmanlaadun ohjeja raja-arvoihin tutkituilla piipun korkeuksilla. Taulukko 6. Leviämismallilaskelmilla saadut Nummelan lämpökeskuksen maksimipäästöjen aiheuttamat suurimmat raja- ja ohjearvoihin verrannolliset ulkoilman typpidioksidipitoisuudet tutkituilla viidellä eri piipun korkeudella. Typpidioksidipitoisuus (µg/m³) Raja- tai ohjearvo Päästökorkeus 25 m 30 m 35 m 40 m 45 m Korkein vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus Korkein tuntiohjearvoon verrannollinen pitoisuus Korkein tuntiraja-arvoon verrannollinen pitoisuus 70 (* 0,55 0,36 0,26 0,19 0, (* 0,69 0,50 0,40 0,31 0, (** 0,68 0,50 0,39 0,31 0,26 (* ohjearvo (** raja-arvo Lämpökeskuksen maksimipäästöjen aiheuttamat korkeimmat pitoisuudet alittavat erittäin selvästi sekä typpidioksidille annetut ohje- ja raja-arvot että PIPO-asetuksen salliman korkeimman 20 % pitoisuustason vuorokausiohjearvosta tarkastelluilla m piipun korkeuksilla. Typpidioksidipitoisuudet olivat alle 1 % vuorokausiohjearvosta eri piipun korkeuksilla. Suunniteltu rakennuskorkeus on korkeintaan 12 m, jolloin piipun minimikorkeus PIPO-asetuksen mukaan olisi tällöin 30 m. Taulukkoon 6 on otettu mukaan myös 25 m piippu vertailun vuoksi. Liitekuvassa 2 on esitetty aluejakaumakuvat typpidioksidin vuorokausiohjearvoon verrannollisista pitoisuuksista eri piipun korkeuksilla. Korkeimmat pitoisuudet 30 m piipulla muodostuvat laitoksen lounaispuolelle noin 150 m etäisyydelle.
21 17 Kuva G. Leviämismallilaskelmin saadut Nummelan lämpökeskuksen maksimipäästöjen aiheuttamat ulkoilman korkeimmat typpidioksidin lyhytaikaispitoisuudet suhteessa (%) ilmanlaadun ohje- ja raja-arvoihin tutkituilla viidellä eri piipun korkeudella.
22 Hiukkaspitoisuudet Leviämismallilaskelmien tuloksina maksimitarkastelulla saadut päästöjen aiheuttamat ulkoilman hiukkaspitoisuuksien suurimmat arvot eri piipun korkeuksilla on esitetty taulukossa 7. Kuvassa H on esitetty suurimpien pitoisuuksien suhde ilmanlaadun ohjeja raja-arvoihin tutkituilla piipun korkeuksilla. Taulukko 7. Leviämismallilaskelmilla saadut Nummelan lämpökeskuksen maksimipäästöjen aiheuttamat suurimmat raja- ja ohjearvoihin verrannolliset ulkoilman hiukkaspitoisuudet tutkituilla viidellä eri piipun korkeudella. Hiukkaspitoisuus (µg/m³) Raja- tai ohjearvo Päästökorkeus 25 m 30 m 35 m 40 m 45 m Korkein WHO vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus Korkein vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus Korkein vuorokausiraja-arvoon verrannollinen pitoisuus 25 (* 5,43 3,75 2,52 1,81 1,33 70 (** 5,26 3,32 2,32 1,66 1,22 50 (*** 1,16 0,80 0,65 0,53 0,45 (* PM2,5 WHO:n ohjearvo (** PM10 ohjearvo (*** PM10 raja-arvo Lämpökeskuksen maksimipäästöjen aiheuttamat korkeimmat pitoisuudet alittavat sekä hiukkasille annetut ohje- ja raja-arvot että PIPO-asetuksen salliman korkeimman 20 % pitoisuustason vuorokausiohjearvosta tarkastelluilla vähintään 30 m piipun korkeuksilla. Hiukkaspitoisuudet olivat 2-8 % hengitettävien hiukkasten pitoisuuden vuorokausiohjearvosta eri piipun korkeuksilla. Suunniteltu rakennuskorkeus on 12 m eli piipun minimikorkeus PIPO-asetuksen mukaan olisi tällöin 30 m. Taulukkoon 7 ja kuvaan H on otettu mukaan myös 25 m piippu vertailun vuoksi. Hiukkaspitoisuudet 25 m piipun korkeudella ovat noin 22 % WHO:n pienhiukkasten vuorokausiohjearvosta, mutta WHO:n suositusohjearvolla ei ole lainvoimaa Suomessa. Liitekuvassa 3 on esitetty aluejakaumakuvat hengitettävien hiukkasten vuorokausiohjearvoon verrannollisista pitoisuuksista 30 m korkuisella piipulla. Korkeimmat pitoisuudet em. piipulla muodostuvat laitoksen lounaispuolelle noin 150 m etäisyydelle.
23 19 Kuva H. Leviämismallilaskelmin saadut Nummelan lämpökeskuksen maksimipäästöjen aiheuttamat ulkoilman korkeimmat hiukkasten lyhytaikaispitoisuudet suhteessa (%) ilmanlaadun ohje- ja raja-arvoihin tutkituilla viidellä eri piipun korkeudella. PIPOasetuksen vaatimuksiin ei WHO:n ohjearvoa ole määritelty.
24 20 5 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET Tutkimuksessa arvioitiin Benet Oy:n Nummelanharjulle suunnitellun lämpökeskuksen maksimipäästöjen aiheuttamia ilmanlaatuvaikutuksia lämpökeskuksen lähialueilla. Lämpökeskus tulee koostumaan kahdesta puuta käyttävästä kattilasta (2 x 950 kw). Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää leviämislaskelmilla ilmanlaadun kannalta hyväksyttävä piipun korkeus voimaan tulleen PIPO-asetuksen (Vna 750/2013) vaatimusten täyttämiseksi. Vaatimuksena on, että energiantuotantoyksikkö ei yksinään saa aiheuttaa epäpuhtauspitoisuuksia, jotka ovat yli 20 % ilmanlaadun vuorokausiohjearvosta. Lisäksi uuden energiantuotantoyksikön savupiipun korkeuden on aina oltava vähintään 2,5 kertaa tuotantorakennuksen korkeus. Lämpökeskuksen kattilarakennuksen korkeus tulee olemaan korkeintaan 12 m, jonka perusteella piipunmitoituksessa tarkasteltiin ilman epäpuhtauksien muodostumista m korkeilla piipuilla. Piipun maksimikorkeutta rajaa läheinen lentokenttä. Piipun korkeus mitoitettiin leviämismallilaskelmin ns. maksimipäästötarkastelulla, jossa energiantuotantoyksikön oletetaan toimivan täydellä teholla läpi koko tarkastellun ajanjakson. Maksimipäästötarkastelussa määritetään laitoksen suurimpien mahdollisten hetkellisten päästöjen aiheuttamat epäpuhtauspitoisuudet laitoksen lähialueella. Maksimipäästötarkastelulla voidaan selvittää, kuinka korkeiksi lyhytaikaispitoisuudet pahimmillaan voisivat kohota maksimipäästön esiintyessä satunnaisesti erilaisissa meteorologisissa olosuhteissa kolmen vuoden ( ) tarkasteluajanjaksolla. Lämpökeskuksen päästöt määriteltiin oletetun savukaasumäärän sekä voimassa olevien päästöraja-arvojen perusteella. Päästöraja-arvot 2 MW lämpökeskukselle PIPO-asetuksen mukaan ovat typenoksideille 375 mg(no 2)/m 3 n, rikkidioksidille 200 mg/m 3 n ja hiukkasille 200 mg/m 3 n. Mallilaskelmien avulla selvitettiin maksimipäästöjen aiheuttamat tutkimusalueen korkeimmat rikkidioksidin, typpidioksidin ja hiukkasten pitoisuudet eri piipunkorkeuksilla lämpökeskuksen ympäristössä maanpintatasolla. Leviämislaskelmien tuloksena saadut kattiloiden maksimipäästöjen aiheuttamat rikkidioksidin ja typpidioksidin ja hiukkasten pitoisuudet alittivat Suomessa voimassa olevat ilmanlaadun ohje- ja raja-arvot m korkeuksilla. Rikkidioksidi- ja typpidioksidipitoisuudet ja hengitettävien hiukkasten pitoisuudet jäivät alle 20 % vuorokausiohjearvosta kaikilla tarkasteluilla piipun korkeuksilla. 25 m piippu ei tulisi kuitenkaan kysymykseen, jos tuotantorakennuksen korkeus tulee olemaan yli 10 m, sillä PIPO-asetuksen mukaan uuden energiantuotantoyksikön savupiipun korkeuden on aina oltava vähintään 2,5 kertaa tuotantorakennuksen korkeus Leviämismallilaskelmien tulosten perusteella voidaan arvioida, että piipun ollessa metriä lämpölaitoksen päästöjen leviämis- ja laimenemisolosuhteet ovat ilmanlaadun kannalta riittävän hyvät eikä päästöistä aiheutuisi ihmisille terveydellistä haittaa tai luonnolle huomattavaa ylimääräistä kuormitusta.
25 21 VIITELUETTELO Alaviippola, B. ja Pietarila, H., Ilmanlaadun arviointi Suomessa, pienhiukkaspitoisuudet (PM 2,5). Ilmatieteen laitos, Ilmanlaadun asiantuntijapalvelut, Helsinki. Ilmanlaatuportaali, Ympäristönsuojelun tietojärjestelmän ilmanlaatuosa, tarkistetut mittaustulokset. Karppinen, A., Meteorological pre-processing and atmospheric dispersion modelling of urban air quality and applications in the Helsinki metropolitan area, Academic dissertation, Finnish Meteorological Institute. Contributions No. 33, Helsinki, ISBN Komppula, B., Anttila, P., Vestenius, M., Salmi, T. ja Lovém, K., Ilmanlaadun seurantatarpeen arviointi. Ilmatieteen laitos, Asiantuntijapalvelut, Ilmanlaatu ja energia. Rantakrans, E., Uusi menetelmä meteorologisten tietojen soveltamiseksi ilman epäpuhtauksien leviämismalleissa. Ilmansuojelu-uutiset 1/90. s Pöyry Finland Oy, Stora Enso Wood Products Oy Ltd Kiteen Saha. KMW ja Vapor-kattilan hiukkaspitoisuudet ja päästöt ja Vna 38/2011. Valtioneuvoston asetus ilmanlaadusta. Annettu Vna 750/2013. Valtioneuvoston asetus polttoaineteholtaan alle 50 megawatin energiantuotantoyksiköiden ympäristönsuojeluvaatimuksista. Annettu Vnp 480/1996. Valtioneuvoston päätös ilmanlaadun ohjearvoista ja rikkilaskeuman tavoitearvosta. Annettu World Health Organization (WHO), WHO air quality guidelines. Particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulphur dioxide. Global update Copenhagen, WHO Regional Office for Europe.
27 LIITEKUVAT Seuraavissa karttakuvissa on esitetty laskentapisteittäisistä keskiarvoista samanarvonviivoin muodostetut korkeimpien pitoisuuksien alueet, joilla tietyn pitoisuuden ylittyminen on pitkän havaintojakson aikana todennäköistä. Pitoisuuksien aluejakaumat eivät edusta koko tulostusalueella yhtä aikaa vallitsevaa pitoisuustilannetta vaan ne kuvaavat eri päivinä ja eri tunteina esiintyvien raja- ja ohjearvoihin verrannollisten pitoisuuksien maksimitasoa tutkimusalueen eri osissa. Suurimman osan ajasta pitoisuudet ovat kaikissa laskentapisteissä selvästi pienempiä kuin aluejakaumakuvissa esitetyt korkeimmat arvot. Lisäksi suurimmassa osassa tutkimusaluetta pitoisuudet ovat jatkuvasti merkittävästi pienempiä kuin niissä kohteissa, joissa suurimmat arvot esiintyvät. Pitoisuuksien aluejakaumissa esiintyy kohonneiden pitoisuuksien kielekkeitä, joiden sijaintiin vaikuttaa varsinkin tuulen pysyvyys pitkällä tarkastelujaksolla tietyssä ilmansuunnassa. Maanpinnan muodot voivat aiheuttaa aluejakaumiin erillisiä suppeita alueita, joissa pitoisuudet ovat joko korkeampia tai matalampia kuin lähiympäristössään. Pistemäisten päästölähteiden välittömään läheisyyteen muodostuu usein ns. katvealue, jolla pitoisuudet ovat minimissään ja kasvavat lyhyellä etäisyydellä nopeasti. Tällaisten aivan päästölähteen ympärille muodostuvien muita arvoja matalampien pitoisuuksien alueiden laajuuteen vaikuttavat piipun korkeus ja poistokaasujen nousulisä. Nousulisää aiheuttavat poistokaasujen nousunopeus piipussa sekä ulkolämpötilan ja poistokaasujen lämpötilan välinen ero.
31 Ilmatieteen laitos Erik Palménin aukio 1 PL 503, Helsinki Puh ilmatieteenlaitos.fi
HEINOLAN ILMANLAADUN TARKKAILU Kuva: SkyFoto Mittaustulokset vuodelta 214 ASIANTUNTIJAPALVELUT ILMANLAATU JA ENERGIA 215 HEINOLAN ILMANLAADUN TARKKAILU Mittaustulokset vuodelta 214 Helena Saari Birgitta