Vurdering af krydstogtskibes bidrag til luftforurening
4 Datagrundlag og forudsætninger
- 4.1 Emissioner
- 4.2 Konvertering til PM10
- 4.3 Andel direkte emitteret som NO2
- 4.4 Røgrensningsudstyr
- 4.5 OML-modellen
- 4.6 Meteorologiske data
- 4.7 baggrundskoncentrationer
4.1 Emissioner
Bilag A er rapporten " Emissioner fra krydstogtskibe i Københavns Havn. Metoder og antagelser" fra FORCE Technology. De emissionsdata, der benyttes ved beregningerne fremgår i hovedsagen af bilag C (baseret på et bilag fra FORCE Technology's rapport) samt bilag D, der er en liste over krydstogtskibes anløb i sæsonen 2004. Den oprindelige liste over anløb stammer fra Copenhagen Malmö Port, mens FORCE Technology har indarbejdet nogle opdaterede oplysninger, så listen senest er revideret i starten af oktober 2004.
Der er tale om 259 anløb af 62 forskellige skibe, fordelt på 15 kajpladser (Figur 6). Den gennemsnitlige varighed af et ophold var 14 timer. Der var 115 kombinationer af skib og kajplads, og i relation til OML-beregninger har det svarende hertil været hensigtsmæssigt at arbejde med 115 kilder. Eksempelvis er kombinationen af skibet Adriana og kajplads 117 een kilde, mens Adriana og kajplads 195 er en anden. Der var i alt emission i 2151 timer (ca. 25% af årets timer). I nogle timer skete emissionen fra mere end eet skib.
Figur 6 Kajpladser hvor der i 2004 anløb krydstogtskibe.
Figur 7- Figur 11 viser forskellige interessante informationer, der kan udledes af disse data.
Figur 7 viser hvordan NOX-emissionen er fordelt på kajpladser.
Der er interessant, at ud af den samlede NOX-emission på 145 ton foregår 45 ton på een kajplads (192 ved Langelinjekajen), og 49 ton på en anden (254 ved Orientkajen).
Emissionsraten for NOX for de enkelte skibe fremgår af Figur 8 – dog er der kun vist data for de 25 skibe (ud af 62) der har størst emission. Emissionsraten for SO2 fremgår af Figur 9.
Det har ganske stor betydning for beregningsresultaterne, at der ikke findes eet skib som emitterer konstant, men derimod et varierende antal skibe med variende emissioner. Figur 10 viser antallet af krydstogtskibe, der lå ved kaj samtidig. Den 23. juni optrådte det maksimale antal skibe: 6.
NOX-emissionen time for time fremgår af Figur 11. Lejlighedsvis var der væsentligt større emission end de 13,2 g/s, som der blev regnet med i den tidligere undersøgelse. Som det vil fremgå af de følgende kapitler slår det imidlertid ikke igennem i voldsomt store NO2-koncentrationer – dels er emissionen fordelt over adskillige kajpladser, når den er rigtig stor, dels foregår stor emission kun i en lille del af årets timer, og endelig har effekten af atmosfærekemi og baggrundskoncentrationer en dæmpende virkning, når man skal "oversætte" NOX-emissioner til koncentrationer af NO2.
Figur 7 Fordeling af sæsonens NOX-emission på de 15 kajpladser.
Figur 8 Emissionsrate for NOX for de 25 skibe med den største emission.
Figur 9 Emissionsrate for SO2 for de 25 skibe med den største emission.
Figur 10 Prikkerne viser antal krydstogtskibe time for time. Desuden er indtegnet 7 vandrette linjer, een for hver af månederne april-oktober. Disse viser det gennemsnitlige antal skibe ved kaj en tilfældig time i den pågældende måned. Eksempelvis var der i gennemsnit flest skibe i august, nemlig 1,43 som gennemsnit.
4.2 Konvertering til PM10
Forurening med partikler holdes op imod en grænseværdi for PM10, dvs. partikler med en diameter på under 10 μ. De emissionsdata, der foreligger gælder partikler i almindelighed (TSP). Vi har konverteret emissionerne af partikler til emission af PM10 ved at gange emissionerne med faktoren 0,75.
Figur 11 NOX-emissionen for samtlige krydstogtskibe time for time.
4.3 Andel direkte emitteret som NO2
FORCE Technology har leveret emissionsdata for NOX i g/s.
NOX er summen af NO og NO2. Det er af væsentlig betydning, hvordan fordelingen mellem disse to stoffer er, når røggassen forlader skorstenen.
Det er almindeligt for forbrændingsmotorer at 5-10% emitteres direkte som NO2. Det har ikke ligget inden for rammerne af nærværende undersøgelse at udføre noget nærmere studie af, hvor stor den direkte emission er for de motorer, skibene benytter. Vi har derfor udført beregninger under 4 forskellige forudsætninger. I basis-beregningen er der regnet med en direkte emission på 10%, mens kapitlet med følsomhedsanalyser beskriver konsekvenserne af at regne med 5, 15 og 20%.
Hvad angår enheden for NOX-emission er det kutyme at værdien angives i f.eks. g/s, regnet som om der var tale om NO2. Dette gør omregning mellem ppb og μg/m3 simpel, idet man blot kan benytte fast faktor (1.88) uden at man behøver at kende sammensætningen af NOX. I samråd med FORCE Technology er vi gået ud fra, at denne enhed er benyttet i de emissionsdata, Force har leveret; Force har dog ikke kunnet få verificeret med 100% sikkerhed, at dette faktisk er tilfældet.
4.4 Røgrensningsudstyr
Beregningerne er udført på baggrund af de data, der er indsamlet fra rederierne, jvnf. Bilag A. Det har overrasket, at ingen af rederierne har angivet at de har brugt røgrensningsudstyr, selv om det vides at være installeret på ihvertfald nogle skibe. Spørgsmålet er ikke undersøgt nærmere, men grundlaget for nærværende beregninger er således, at der ikke er benyttet røgrensningsudstyr.
4.5 OML-modellen
Ved beregningerne er OML-modellen benyttet (OML-Multi 5.03). OML står for "Operationelle Meteorologiske Luftkvalitets.modeller", og modellen er udviklet af Danmarks Miljøundersøgelser (DMU).
OML-modellen er en .atmosfærisk spredningsmodel, der bl.a. bruges i forbindelse med Miljøstyrelsens Luftvejledning (Miljøstyrelsen, 2001). Modellen bruges især til at beregne forureningen fra industri og til at vurdere om den såkaldte B-værdi overholdes. Modellen har også været anvendt til beregning af bybaggrunds.bidrag fra trafik, boligopvarmning og industrikilder i forbindelse med kortlægning af luftkvalitet i byområder. Modellen er tidsseriemodel, der time for time beregner koncentratio.ner. I modellen antages det, at røgfanen udbreder sig i henhold til en gaussisk fordeling. Den grundlæg.gende midlingstid i modellen er 1 time.
Modellen benytter som input oplysninger om meteorologi, emissioner, skibenes fysiske udformning og terrænforhold. Når modellen – som her – benyttes til beregning for NO2 kræver den desuden oplysninger om baggrundsnivauer af NOX, NO2 og ozon. Information om ozon er nødvendig, fordi ozon-niveauet sætter et loft over, hvor meget NOX, der kan omdannes til NO2.
Det grundlæggende resultat af modelberegningerne er koncentrationer for hver time, beregnet i de punkter, brugeren udpeger. På grundlag heraf kan modellen beregne nogle statistiske størrelser – f.eks. den. 19. højeste timemiddelværdi inden for et år, der er relevant i forbindelse med grænseværdier for NO2..
Som tidligere nævnt udgør hver kombination af skib og kajplads en kilde, og der bliver med denne fremgangsmåde 115 kilder.
Den benyttede modelversion er grundlæggende set en standardversion af OML-Multi version 5.03; dog er der foretaget en lille ændring i håndteringen af input for bekvemt at kunne arbejde med de 115 kilder, der i en given time kan være "tændt" eller "slukket". Den benyttede version af modellen kan således arbejde med en input-fil med "tænd/slut-kontakter" for de 115 kilder. For hver time i årets løb er der 115 "kontakter" (dvs. tal: 0 eller 1) som angiver om kilden emitterer. Tænd/sluk-filen er ved basisberegningen tilrettelagt, så den præcis stemmer overens med listen over anløb i år 2004, men årstallet er sat til samme år som basisberegningen (2003).
I forbindelse med følsomhedsanalyserne er der udført beregninger med en tidsforskydning af skibenes anløb.
4.5.1 Fysiske data for kilderne
De fysiske data for skibene er som hovedregel, således som FORCE Technology har leveret dem. Det er værd at bemærke, at røggastemperaturen er ret høj (200 eller 250 °C). Røggashastigheden er generelt sat til knap 30 m/s, hvilket i henhold til Force's oplysninger er en realistisk hastighed.
En parameter, der har markant betydning for koncentrationerne helt tæt ved en kilde, er hvor stor bygningshøjden er i forhold til skorstenshøjden ("bygningen" er her skibsbygningen). For alle skibe på nær tre har Force angivet at bygningshøjden var mindre end skorstenshøjden. En revurdering af de 3 skibe ud fra fotos har ført til, at for to skibes vedkommende(Andrea og Endeavour) er bygningshøjden sat ned til 80% af skorstenshøjden, mens bygningshøjden for Lili Marlene (et sejlskib med et vandret røgrør ud fra skroget) er bibeholdt som 100% af skorstenshøjden.
FORCE Technology har ansat en ydre diameter for hver skorsten. Den ydre diameter af en skorsten har generelt betydning for om der kan optræde "skorstensnedsug": at der ved kraftig vind opstår undertryk på skorstenens læside, hvilket trækker røgfanen ned. Med de konkrete data er den ydre diameter imidlertid uden betydning. Skorstensnedsug kan nemlig kun forekomme når ws/u < 1.5, hvor ws er (den lodrette) røggashastighed og u vindhastigheden. Eftersom ws er ca. 30 m/s skal vindhastigheden være mindst 20 m/s for at effekten indtræder. Da denne situation meget sjældent forekommer, er den ydre skorstensdiameter uden betydning for de foreliggende beregninger.
Bilag A beskriver i flere detaljer hvorledes data er fastlagt. Spørgeskemaet vedr. skibenes data blev besvaret for 24 skibes vedkommende (se bilag C), mens data for resten har måttet estimeres så godt som muligt.
4.5.2 Receptornet
OML-modellen foretager for hver time beregning af koncentrationer i et net af beregningspunkter (receptorer). Receptornettet er konstrueret som et gitter af kvadrater. Ved basisberegningen benyttes et net med en gitterstørrelse på 200 x 200 meter, hvor nettet samlet set er 1800 m (øst-vest) gange 4800 meter (nord-syd). Centrum for nettet er defineret som punktet 726000, 6178000 (UTM-koordinater)
Terrænet antages at være fladt med en ruhedsparameter på 0,3 m (repræsentativ for by) og en receptorhøjde på 1,5 m.
4.6 Meteorologiske data
Som grundlag for basisberegningen har vi benyttet meteorologiske data for året 2003. Beregningerne er gennemført, som om der i 2003 ankom præcis de samme krydstogtskibe, som faktisk anløb i 2004.
Det meteorologiske datasæt til basisberegningen er udarbejdet på grundlag af målte data fra 2003 for temperatur, vind, fugtighed og globalstråling fra HC Ørsted Instituttet, kombineret med data for skydække og snedække ved Kastrup. Ud over disse data er der også benyttet radiosondedata fra DMI's målestation ved Jægersborg. En radiosonde er en ballon, der to gange i døgnet sendes op igennem atmosfæren for at måle tryk og temperatur mv. Oplysningerne fra radiosonden er væsentlige for at kunne fastlægge atmosfærens blandingshøjde. Blandingshøjden er groft sagt den højde, hvortil forureningen kan blandes op.
På grundlag af alle de ovennævnte data er der ved hjælp af OML-modellens meteorologiske preprocessor (Olesen og Brown, 1992) dannet et meteorologisk datasæt til OML-modellen.
I forbindelse med følsomhedsanalyserne har der været benyttet meteorologiske data fra 1999.
4.7 baggrundskoncentrationer
Når man som i den foreliggende undersøgelse skal tage hensyn til kemiske reaktioner mellem NOX, NO2 og O3, så er det nødvendigt at inddrage baggrundskoncentrationer i beregningerne. Baggrundskoncentrationer er det generelle bidrag fra kilder, der ikke er medtaget direkte i beregningerne for de undersøgte kilder.
De koncentrationsniveauer, der optræder i baggrundsluften, har vi kendskab til fra en baggrundsmålestation. Til vor rådighed har vi baggrundsdata, der repræsenterer to forskellige typer luftmasser:
- En målestation ved Lille Valby på landet 6 km nord for Roskilde. Den repræsenterer regional baggrund.
- En målestation på taget af HC Ørsted Instituttet (HCØ). Den repræsenterer bybaggrund.
Vi har som udgangspunkt valgt at lægge data fra HCØ til grund for basisberegningerne. De beregninger vi foretager, tager ikke i detaljer hensyn til den omstændighed at andre kilder (f.eks. trafik og færger i havn) giver et forureningsbidrag. Imidlertid opnår vi ved at benytte data fra HCØ et godt billede af niveauet, fordi NO2-data fra HCØ netop inkluderer kilder i byen.
Der er det problem ved at bruge data fra HCØ, at målingen af ozon i en lang periode har været ramt af tekniske problemer, så der først foreligger pålidelige data fra 1. juli 2003. Derfor er det ikke helt korrekt, når vi taler om at benytte data fra HCØ. I forbindelse med basisberegningen har vi valgt konsekvent at benytte ozondata fra Lille Valby. Konsekvensen af at gøre dette må formodes at være, at man i et vist omfang overvurderer den omdannelse af NO til NO2, der finder sted – dvs. at krydstogtskibenes beregnede bidrag til NO2-forurening bliver større end det reelt er. For at vurdere effekten af denne overvurdering har vi i en følsomhedsanalyse benyttet et alternativt datasæt, hvor de tilgængelige ozon-data fra HCØ fra andet halvår af 2003 er inddraget.
I andre følsomhedsanalyser har vi benyttet baggrundsdata, der alle er fra Lille Valby, og vi har endvidere lavet beregninger, hvor samtlige data er fra 1999.
Version 1.0 Januar 2005, © Miljøstyrelsen.