| Til bund | | Forside |

Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen, 56/2003

Emissioner af SO₂ og NO_x fra kraftværker

Indholdsfortegnelse

Forord

Sammenfatning

Summary

1 Indledning

2 Forudsætninger

3 Beregningsgrundlag

• 3.1 LCP-direktivet
  • 3.1.1 Anlæg der er omfattet
  • 3.1.2 Emissionsgrænseværdier
  • 3.1.3 Undtagelser
• 3.2 Datagrundlag
  • 3.2.1 Direktiv
  • 3.2.2 Prognose

4 SO2- og NOx-emissioner i 2010

• 4.1 Emissionsberegninger baseret på direktivet
  • 4.1.1 Beregninger
  • 4.1.2 Resultater
• 4.2 Emissionsberegninger baseret på en vurdering af de reelle røggaskoncentrationer
• 4.2.1 Beregninger
• 4.2.2 Resultater

5 Konklusion

Referencer

Bilag 1 oplysninger om værkerne fra elsam

Bilag 2 Oplysniner om værkerne fra Energi E2

Bilag 3 Detaljerede data for beregning af emissionerne på basis af direktivet

Bilag 4 Detaljerede data for beregning af emissionerne på basis af En vurdering af de reelle emissioner

Bilag 5 Detaljerede data for beregning af emissionerne på basis af En vurdering af de reelle emissioner og direktivet

Forord

Rapporten indeholder beregninger af SO₂- og NO_X- emissioner fra kraftværker, der er reguleret af kvoteloven. Emissionerne er for tre forskellige produktionsscenarier beregnet ud fra emissionsfaktorer baseret på EU-direktivet om store fyringsanlæg og emissionsfaktorer beregnet ud fra en vurdering af de reelle røggaskoncentrationer.

Projektet er finansieret af Miljøstyrelsen (MST) og arbejdet er udført af Danmarks Miljøundersøgelser (DMU), Afdeling for Systemanalyse.

Styregruppen har bestået af følgende medlemmer:

Ulrik Torp (formand, MST), Per B. Suhr (MST), Einer Sørensen (MST), Finn Juel Andersen (MST), Jens Skov Christensen (Energistyrelsen), Henrik Lous (EnergiE2), Jørgen Nielsen (Elsam) og Jytte Boll Illerup (DMU).

Sammenfatning

Europaparlamentet og Rådet for den Europæiske Union har udstedt direktiv om begrænsning af visse luftforurenende emissioner fra store fyringsanlæg, med en termisk effekt større end 50MW. Formålet med direktivet er at regulere og reducere emissionerne af SO₂ og NO_X så de kritiske belastninger for forskellige økosystemer ikke overskrides og at luftkvaliteten forbedres. Direktivet blev implementeret i Danmark i 2002 og erstatter bekendtgørelse 689 af 15. oktober 1990 om begrænsning af SO₂, NO_X og støv fra store fyringsanlæg. Formålet med projektet er at vurdere om emissionskravene i det nye EU-direktiv om store fyringsanlæg, i mindst lige så stor udstrækning som Energistyrelsens bekendtgørelse om kvoter for SO₂ og NO2 for kraftværkerne, vil sikre opfyldelsen af Danmarks forpligtigelser i relation til EU-direktivet om nationale emissionslofter og de tilsvarende forpligtigelser i UNECE Gøteborg-protokollen. Emissionslofterne for Danmark i 2010 er 55.000 tons og 127.000 tons for henholdsvis SO₂ og NO_X.

Projektet omfatter kraftværker der er regulerede af kvoteloven, det vil sige, alle værker med en elektrisk effekt der er større end 25 MW. Emissioner er beregnet ud fra tre forskellige produktionsscenarier: 1) Egenforsyningsscenariet, hvor Danmarks eget forbrug af elektricitet netop er dækket, 2) lavprisscenariet med lille eksport af elektricitet for ELSAM's område og lille import af elektricitet for Energi E2's område og 3) højprisscenariet med stor eksport af elektricitet og drift på alle relevante anlæg. Emissionerne er beregnet ud fra emissionsfaktorer baseret på LCP-direktivet og emissionsfaktorer baseret på en vurdering af de reelle røggaskoncentrationer.

Når det antages at kraftværkernes udledning af SO₂ og NO_X netop overholder direktivets emissionsgrænseværdier, bliver de samlede emissioner for såvel SO₂ og NO_X større end de fastsætte kvoter. Dette gælder for både højprisscenariet og for egenforsyningsscenariet. Hvis man derimod antager at emissioner i 2010 afhænger af de enkelte anlægs aktuelle tekniske status i 2010, dvs. hvorvidt anlæggene er udstyret med afsvovlingsanlæg og de-NO_X-anlæg og at disse emissionsbegrænsende anlæg fungerer optimalt, bliver emissionerne betydeligt lavere. Specielt for SO₂ hvor emissionerne for alle scenarierne ligger under kvoten på 20.000 tons. For NO_X vil emissionerne beregnet for egenforsyningsscenariet ligger over kvoten på 20.000 ton, mens emissionerne beregnet for højprisscenariet ligger under 35.000 tons.

Summary

The European Parliament and the European Council have issued the directive on the limitation of emissions of certain pollutants into the air from large combustion plants (LCP directive, 2001/80/EC of 23 October 2001). The objective of the directive is to control and reduce emissions of SO₂ and NO_X to keep depositions and concentrations below the critical loads and levels. The directive was implemented in Denmark in 2002 and replaces Statutory Order no. 689 of 15 October 1990 about reduction of SO₂, NO_X and particulate matter from large combustion plants. The purpose of the project is to evaluate whether the emission limit values laid down by the LCP directive will - to the same extent as the Statutory Order from the Danish Energy Agency on emission quota for power plants - ensure the fulfilment of Denmark's obligations in relation to the EU directive on national emission ceilings and the similar obligations in the UNECE Gothenburg Protocol. The emission ceilings for Denmark in 2010 are 55,000 tons SO₂ and 127,000 tons NO_X.

The project includes the power plants regulated by the quota law, which means all plants larger than 25 MWe. The emissions are calculated for three production scenarios: 1) the national supply scenario where the produced electricity equals the electricity used in Denmark, 2) the low price scenario with little export of electricity in the ELSAM area and little import in the Energi E2 area, and 3) the high price scenario with large export of electricity. The emissions are estimated from emission factors based on the LCP directive and emission factors based on a valuation of the actual concentration of SO₂ and NO_X in the flue gas.

If the emissions from the power plants just comply with the emission limit values given in the directive the total emissions of both SO₂ and NO_X are higher than the quota for all three scenarios. If the emissions are assumed to depend on the actual technological status in 2010 at individual plants, e.g. installed desulphurisation or de-NO_X facilities, the emissions are significantly lower - especially for the SO₂ emissions where the emissions for all three scenarios are below the quota of 20,000 tons. The calculated NO_X emission for the high price scenario is above the quota of 20,000 tons, but does not exceed 35,000 tons.

1 Indledning

Europaparlamentet og rådet for den europæiske union har udstedt direktiv om begrænsning af visse luftforurenende emissioner fra store fyringsanlæg, større end 50MWth (1998/0225 (COD) C5-0323/2001). Formålet med direktivet er at regulere og reducere emissionerne af SO₂ og NO_X så de kritiske belastninger for forskellige økosystemer ikke overskrides og at luftkvaliteten forbedres. Direktivet blev implementeret i Danmark i 2002 og erstatter bekendtgørelse 689 af 15. oktober 1990 om begrænsning af SO₂, NO_X og støv fra store fyringsanlæg.

Formålet med projektet er at vurdere om emissionskravene i det nye EU-direktiv om store fyringsanlæg, i mindst lige så stor udstrækning som Energistyrelsens hidtidige kvoteaftale med kraftværkerne, vil sikre opfyldelsen af Danmarks forpligtigelser i relation til EU-direktivet om nationale emissionslofter og de tilsvarende forpligtigelser i UNECE Gøteborg protokollen. Emissionslofterne for Danmark i 2010 er 55.000 tons og 127.000 tons for henholdsvis SO₂ og NO_X. For NO_X er det under overvejelse, om der vil være behov for nye tiltag til sikring af, at Danmark vil opfylde direktivets og protokollens mål vedrørende emissionsloftet.

I forbindelse med Miljøstyrelsens projekt 'Fremskrivningsmodeller 2010' (Illerup et al. 2002) har DMU, som en del af modellen, opbygget en undermodel i Access der beregner de store kraftværkers emissioner. I nærværende projekt er modellen blevet tilpasset, så den netop kommer til at indeholde de relevante anlæg. Modellens tabeller er også blevet udbygget med tabeller i overensstemmelse med direktivets beskrivelse af sammenhængen mellem emissionsgrænseværdier, anlægsalder og størrelse, brændselstyper og indfyret effekt og parametrene indgår direkte i modelberegningerne.

2 Forudsætninger

Projektet omfatter kraftværker der er regulerede af kvoteloven, det vil sige, alle værker der er større end 25 MWe. I tabel 2.1 er listet de værker der er udført beregninger for.

Tabel 2.1. Værker der er omfattet af kvoteloven.

Emissioner er beregnet ud fra tre forskellige produktionsscenarier: 1) Egenforsyningsscenariet, hvor Danmarks eget forbrug af elektricitet netop er dækket, 2) lavprisscenariet med lille eksport af elektricitet for ELSAM's område og lille import af elektricitet for Energi E2's område og 3) højprisscenariet med stor eksport af elektricitet og drift på alle relevante anlæg. Produktionsscenarierne er beregnet på basis af Energistyrelsens oplysninger (august 2002) om elspotpriserne i 2010 og vindenergiprognosen for 2010. Emissionerne er beregnet ud fra emissionsfaktorer baseret på LCP-direktivet og emissionsfaktorer baseret på en vurdering af de reelle røggaskoncentrationer.

3 Beregningsgrundlag

3.1 LCP-direktivet

3.1.1 Anlæg der er omfattet

Direktivet for store fyringsanlæg vedrører alle fyringsanlæg med en nominel termisk effekt på mere end 50 MW uanset brændselstype (fast, flydende eller gasformigt) med undtagelse af affald (Artikel 2 stk. 6). Direktivet omfatter kun fyringsanlæg, der er bestemt til energiproduktion. Undtaget er anlæg der direkte anvender forbrændingsprodukter i fabrikationsprocesser samt en række andre anlægstyper herunder gasturbiner der anvendes på offshore platforme og gasmotorer (Artikel 2 stk. 7).

3.1.2 Emissionsgrænseværdier

I direktivets bilag III til VI er emissionsgrænseværdierne givet for SO₂ og NO_X. Grænseværdierne afhænger af hvornår anlægget er godkendt, og der gælder typisk lavere værdier for anlæg der bliver godkendt efter den 27. november 2002, også kaldet nye anlæg.

Grænseværdierne er opdelt efter brændselstyperne: fast-, flydende- og gasformige brændsler. For nye anlæg er der desuden angivet specifikke værdier for biomasse og gasturbiner.

3.1.3 Undtagelser

Bestående anlæg, dvs, anlæg godkendt før 1. juli 1987, kan undtages fra at overholde de generelle emissionsgrænseværdier, hvis anlæggene ikke drives mere end 20.000 driftstimer fra den 1. januar 2008 og indtil den 31. december 2015 (Artikel 4 stk. 4).

Desuden gælder der visse undtagelser for anlæg der højest er i drift 2000 timer pr. år (som rullende gennemsnit over en femårs periode) indtil den 31. december 2015. Grænseværdierne for anlæg med en nominel termisk effekt på mindst 400 MW er 800 mg/Nm3 for emissionen af SO₂ uanset brændsel (Artikel 5 stk.1), mens emissionsgrænseværdien for anlæg med en nominel termisk effekt på mindst 500 MW er 600 mg/Nm3 for emissionen af NO_X. Sidst nævnte undtagelse gælder kun for fastbrændsel (Bilag VI fodnote 2). For gasturbiner gælder direktivet kun for anlæg, der er godkendt efter den 27. november 2002.

3.2 Datagrundlag

3.2.1 Direktiv

Beregningerne forudsætter en række baggrundsdata og de enkelte anlægs emissionsgrænseværdier vil i henhold til direktivet afhænge af en række parametre, herunder dato for godkendelse, anlægstype og nominel indfyret effekt. Desuden skal energiforbrug fordelt på brændselstyper samt driftstiden ved fuldlast være fremskrevet for hvert blok.

3.2.2 Prognose

For beregninger baseret på en vurdering af de reelle røggaskoncentrationer skal der endvidere for hvert blok/anlæg defineres en svovlprocent for de anvendte brændsler, afsvovlingsgrader samt emissionsfaktorer for NO_X .

Elværkernes bidrag til baggrundsdata ses af bilag 1 og 2.

4 SO₂- og NO_X-emissioner i 2010

For hvert af scenarierne: egenforsyning, lavpris og højpris er der udarbejdet tre sæt beregninger for emissionerne af SO₂ og NO_X i 2010:

1. Beregninger i henhold til direktivet.
2. Begninger baseret på en vurdering af de reelle emissioner.
3. Beregninger som 2, men med emissionsgrænseværdier i henhold til miljøgodkendelserne for gasturbiner, og emissioner beregnet i henhold til direktivet for anlæg hvor de reelle NO_X- emissioner lå over direktivberegningerne.

Emissionerne er beregnet som brændselsforbruget gange en emissionsfaktor:

Emission = Emissionsfaktor (g/GJ) x brændselsforbrug (GJ) (4.1)

4.1 Emissionsberegninger baseret på direktivet

4.1.1 Beregninger

Som omtalt i afsnit 3.1 er der visse anlægstyper eller driftssituationer der ikke er omfattet af direktivet. Gasturbinerne som indgår i scenarierne er alle godkendte før den 27. november 2002 og er derfor ikke omfattet af direktivet. Da der heller ikke er danske bekendtgørelser der dækker disse anlæg er der valgt at anvende emissionsgrænseværdierne givet i Bekendtgørelse nr. 720 af 05/10/1998 om begrænsning af emission af nitrogeNO_Xider, uforbrændte carbonhydrider og carbonmoNO_Xid fra gasmotorer og gasturbiner, selvom bekendtgørelsen kun gælder for gasturbiner mindre end 25 MWe.

I beregningerne er der i alt 4 anlæg der er fremskrevet til at køre mindre end 20.000 timer fra 2008 til 2015. For disse anlæg er grænseværdier fra bekendtgørelse nr. 689 af 15/10 1990 om emissioner fra store fyringsanlæg og bekendtgørelse nr. 532 af 25/5/2001 om svovlindhold i visse flydende og faste brændsler anvendt. Emissionerne fra forbrænding af affald er beregnet ud fra en vurdering af de reelle emissioner af SO₂ og NO_X.

Emissionsgrænseværdier er i direktivet angivet i mg/Nm3 ved 6% ilt for faste brændsler og 3% ilt for flydende og gasformige brændsler. Grænseværdierne er omregnet til emissionsfaktorer angivet i g/GJ ved hjælp af luftvejledningens angivelser af hvor meget 1 kg brændsel fylder og brændslernes brændværdier. Ligning 4.2 viser som eksempel omregningen fra mg/Nm3 til g/GJ for kul.

1 kg kul = 130/(21-O2%) Nm3 (4.2)

Ved antagelse om 6% ilt i røggassen og en brændværdi for kul på 25 MJ/kg findes en omregningsfaktor på 0.347. Det vil sige at emissionsgrænseværdierne i direktivet skal ganges med 0.347 for at omregne disse til emissionsfaktorer.

Tabellerne 4.1 til 4.6 viser emissionsfaktorerne for de brændsler og anlægstyper der er omfattet af direktivet.

Tabel 4.1 Emissionsfaktorer for SO₂ for faste brændsler (g/GJ).

Tabel 4.2 Emissionsfaktorer for SO₂ for flydende brændsler (g/GJ).

Tabel 4.3 Emissionsfaktorer for SO₂ for gasformige brændsler (g/GJ).

Tabel 4.4 Emissionsfaktorer for NO_X for faste brændsler (g/GJ).

Tabel 4.5 Emissionsfaktorer for NO_X for flydende brændsler (g/GJ).

Tabel 4.6 Emissionsfaktorer for NO_X for gasformige brændsler (g/GJ).

Tabel 4.7 Emissionsfaktorer for NO_X for gasturbiner (g/GJ).

Emissionsfaktorer for anlæg og driftssituationer der ikke er omfattet af direktivet er angivet i tabellerne 4.7-4.9.

Tabel 4.7 Emissionsfaktorer NO_X for gasturbiner (g/GJ).

Tabel 4.8 Emissionsfaktorer SO₂ og NO_X for affald (g/GJ).

Tabel 4.9. Emissionsfaktorer for SO₂ og NO_X for anlæg med drifttid mindre end 20.000 timer fra 2008 til 2015.

1) 0,9% svovl, 2) Reference: BKG. 689, 1990 og BKG. 532, 2001.

I nærværende scenarier er der ikke regnet med at der idriftsættes nye anlæg.

4.1.2 Resultater

Tabel 4.10 og 4.11 viser emissionerne for SO₂ og NO_X i 2010 for værker større end 25 MWe (jf. tabel 2.1) når emissionerne er beregnet på basis af direktivet.

Tabel 4.10. SO₂ emissioner i 2010 for de tre scenarier baseret på direktivet, sæt 1 (tons).

Tabel 4.11. NO_X emissioner i 2010 for de tre scenarier baseret på direktivet, sæt 1 (tons).

Bilag 3 viser detaljerede oplysninger for alle anlæggene og for hvert enkelt anlæg er angivet brændselstype, brændselsforbrug, emissionsfaktorer, emissioner og anlægstype.

4.2 Emissionsberegninger baseret på en vurdering af de reelle røggaskoncentrationer

4.2.1 Beregninger

De reelle emissioner af SO₂ og NO_X afhænger af de enkelte anlægs udformning, herunder NO_X-reducerende foranstaltninger og eventuelle afsvovlingsanlæg. I emissionsberegningerne er der, ud over energiforbruget fordelt på brændsler, også indgået svovlprocent i brændslerne, afsvovlingsgrader, svovlbinding i aske samt NO_X-emissionsfaktorer.

Emissionsfaktorerne for SO₂ er beregnet ved hjælp af ligning 4.3.

Hvor EF_SO2 = emissionsfaktoren for SO₂ (g/GJ), S% = svovlprocent i brændslet, S_desulph% = afsvovlingsgraden, S_ash = svovlbinding i asken og HV = den nedre brændværdi (GJ/ton).

Tabel 4.12. Beregningsgrundlag for beregning af SO₂-emissionsfaktorer

4.2.2 Resultater

Tabel 4.12 og 4.13 viser emissionsberegningerne udregnet på basis af en vurdering af de reelle emissioner.

Tabel 4.12. SO₂ emissioner i 2010 for de tre scenarier baseret på reelle emissioner, sæt 2 ( tons).

Tabel 4.13. NO_X emissioner i 2010 for de tre scenarier baseret på reelle emissioner, sæt 2 (tons).

Bilag 4 viser emissionerne for alle anlæg.

I tabel 4.14 og 4.15 er vist emissionerne når det antages at de anlæg, der i en første vurdering overskrider direktivets krav, netop overholder emissionsgrænseværdierne givet i direktivet og der anvendes emissionsgrænseværdierne givet i de enkelte turbiners miljøgodkendelser.

Tabel 4.14. SO₂ emissioner i 2010 for de tre scenarier baseret på reelle emissioner og direktiv (tons) (sæt 3).

Tabel 4.15. NO_X emissioner i 2010 for de tre scenarier baseret på reelle emissioner og direktiv (tons) (sæt 3).

Bilag 5 viser emissionerne for alle anlæg.

Af tabellerne 4.10 til 4.15 ses det, at de beregnede emissioner i 2010 ligger meget højere for scenarierne beregnet på basis af direktivet end for scenarierne beregnet ud fra en vurdering af de reelle emissioner. Det fremgår desuden af beregningerne at kravet om at alle anlæg skal overholdet direktivets emissionsgrænseværdier kun giver en beskeden reduktion i forhold til de beregninger der er baseret på anlæggenes aktuelle tekniske status.

5 Konklusion

I henhold til bekendtgørelse nr. 885 18/12 1991 er SO₂- og NO_X-kvoterne for kraftværkerne i 2010 20.000 tons for begge stoffer. SO₂ – kvoten er i forhold til de faktiske udledninger, mens NO_X-kvoten er i forhold til emissionerne, korrigeret for import/eksport af elektricitet.

Egenforsyningsscenariet repræsenterer den situation, hvor Danmarks egetforbrug af elektricitet netop er dækket og emissionerne beregnet for dette scenarier kan derfor sammenlignes med kvoterne for SO₂ og NO_X på 20.000 tons for begge.

Tabellerne 4.16 og 4.17 viser en samlet oversigt over de beregnede emissioner for 2010 for de forskellige beregningseksempler. Hvis det antages at kraftværkernes udledning af SO₂ og NO_X netop overholder direktivets emissionsgrænseværdier (sæt 1), bliver de samlede emissioner for såvel SO₂ og NO_X større end de fastsatte kvoter. Dette gælder for både højprisscenariet og for egenforsyningsscenariet.

Tabel 4.16. SO₂ emissioner i 2010 for de tre scenarier (tons).

Tabel 4.17. NO_X emissioner i 2010 for de tre scenarier (tons).

Hvis man derimod antager at emissioner i 2010 afhænger af de enkelte anlægs aktuelle tekniske status i 2010, dvs. hvorvidt anlæggene er udstyret med afsvovlingsanlæg og de-NO_X-anlæg og at disse emissionsbegrænsende anlæg fungerer optimalt (sæt 2), bliver emissionerne betydelig lavere. Specielt for SO₂ hvor emissionerne for alle scenarierne ligger under kvoten på 20.000 tons. For NO_X vil emissionerne beregnet for højprisscenariet ligge over 20.000 tons men under 35.000 tons, mens emissionerne beregnet for egenforsyningsscenariet ligger over kvoten på 20.000 tons. Hvis det ydermere antages at alle anlæg overholder direktivet (sæt 3), bliver emissionerne lidt lavere for NO_X.

Referencer

Illerup, J.B., Birr-Pedersen, K., Winther, M., Gyldenkærne, S., Bruun, H.G. & Fenhann, J. (2002): Projection Models 2010. Danish Emissions of SO₂, NO_X, NMVOC and NH3. National Environmental Research Institute. - NERI Technical Report 414 : 192 pp. http://www.dmu.dk/1_viden/2_Publikationer/3_fagrapporter/rapporter/FR414.pdf

Europa-Parlamentets og Rådets direktiv om begrænsning af visse luftforurenende emissioner fra store fyringsanlæg, 2001.

Vejledning fra Miljøstyrelsen Nr. 2, Luftvejledningen, Begrænsning af luftforurening fra virksomheder, Miljøstyrelsen, 2001.

Bkg. nr. 720 af 05/10, Bekendtgørelse om begrænsning af emission af nitrogeNO_Xider, uforbrændt carbonhydrider og carbonmoNO_Xid fra gasmotorer og gasturbiner. Miljø- og Energiministeriet, 1998.

Bkg. nr. 532 af 25/05, Bekendtgørelse om begrænsning af svovlindholdet i visse flydende og faste brændstoffer, Miljø- og Energiministeriet, 2001.

Bkg. nr. 518 af 22/09, Bekendtgørelse om ændring af bekendtgørelse om begrænsning af emission af svovldioxid, kvælstofoxider og støv fra store fyringsanlæg, Miljø- og Energiministeriet, 1998.

Bkg. nr. 753 af 25/08, Bekendtgørelse om affaldsforbrændingsanlæg, Miljø- og Energiministeriet, 1997.

Bilag 1

Klik her for at se Bilag 1

Bilag 1

Klik her for at se Bilag 2

Bilag 3

Brændsel:

Dataliste:

Bilag 4

Scenarie, værk:

Brændsel: