Lämpimän jäähdytysveden leviämien Simon, Pyhäjoen ja Ruotsinpyhtään merialueilla, kaukopurkupaikat

Transkriptio

1 Lämpimän jäähdytysveden leviämien Simon, Pyhäjoen ja Ruotsinpyhtään merialueilla, kaukopurkupaikat Raportti Hannu Lauri, Jorma Koponen, YVA Oy Tekniikantie 21 B, 0210 Espoo puh: fax: Sisällys 1. Tutkimuksen sisältö ja tavoitteet Laskentamalli ja lähtötiedot Simon kaukopurkuvaihtoehto Skenaariot Otto- ja purkupaikat mallihilassa Lämpötilan nousu kesäkuussa eri syvyyksillä Keskimääräinen lämpötilan nousu eri tuulilla Veden lämpötila ottopisteessä Veden lämpötilan muutos valituissa aikasarjapisteissä Jäätilanteet ja Pyhäjoen kaukopurkuvaihtoehto Skenaariot Otto- ja purkupaikat mallihilassa Lämpötilan nousu kesäkuussa eri syvyyksillä Keskimääräinen lämpötilan nousu eri tuulilla Veden lämpötila ottopisteessä Veden lämpötilan muutos valituissa aikasarjapisteissä Jäätilanteet ja Ruotsinpyhtään kaukopurkuvaihtoehto Skenaariot Otto- ja purkupaikat mallihilassa Lämpötilan nousu kesäkuussa eri syvyyksillä Keskimääräinen lämpötilan nousu eri tuulilla Veden lämpötila ottopisteessä Veden lämpötilan muutos valituissa aikasarjapisteissä Jäätilanteet ja Yhteenveto Lähdeluettelo...29

2 1. Tutkimuksen sisältö ja tavoitteet Tutkimuksessa arvioitiin ydinvoimalan lämpimän jäähdytysveden vaikutuksia veden lämpötiloihin Simon Karsikonniemen, Pyhäjoen Hanhikiven niemen ja Ruotsinpyhtään Gäddbergsön edustalla 3Dvirtausmallia käyttäen. Tarkastelun kohteena oli suunnitellun uuden voimalaitosyksikön jäähdytysvesien kaukopurun vaikutus veden lämpötilaan kunkin sijoituspaikan merialueella. Tarkastelu täydentää aikaisemmin alueille laadittuja lämpöpäästöjen leviämislaskelmia (Lauri & Koponen, 08a,08b,08c). 2. Laskentamalli ja lähtötiedot Käytetyt mallihilat, laskentamenetelmä ja parametrit on dokumentoitu aikaisemmissa malliraporteissa, Lauri & Koponen (08a, 08b, 08c). Myös olosuhdetiedot ja reunaehdot olivat samat kuin edellä mainituissa raporteissa tehdyt laskennoissa Kaukopurun laitosvaihtoehtona käytettiin kahta laitostehoa joiden jäähdytysvesivirtaamat olivat 61 m 3 /s, ja 8 m 3 /s ja lämpötilan nousu 12 ºC molemmissa tapauksissa. Keskeiset laitostiedot on esitetty taulukossa 1. Taulukko 1: Voimalavaihtoehtojen jäädytysvesivirtaamat Laitosvaihtoehto 1 2 Sähköteho (MW) Jäähd. veden virtaus (m 3 /s) Lämpötilan nousu (ºC)

3 3. Simon kaukopurkuvaihtoehto 3.1. Skenaariot Laskentaskenaariota oli kolme, nollaskenaario ilman voimalaitoksia, ja kaukopurku yhteen paikkaan kahdella laitosteholla. Skenaariot on esitetty taulukossa 2. Otto- ja purkupaikkojen sijainti on esitetty kartalla kuvassa 1. Taulukko 2: Lasketut skenaariot Vaihtoehto Aktiiviset Sähköteho Otto Purku yksiköt [MW] V O1 K O1 K1 Otto- ja purkujärjestelyt: O1 Otto 1 6 m syvyinen kanava, suunta idästä. K1 Kaukopurku Kaukopurku pohjaan m syvyydelle (mallissa pinnalle) km O1 P6 P24 Syvyystiedot: Merenkulkulaitos lupa /721/0 Ke12 K1 P9 Syvyys (m) Kuva 1: Jäähdytysveden otto- ja purkupaikka, sekä aikasarjapisteiden sijainti 3

4 Otto- ja purkupaikat mallihilassa Otto- ja purkuaukkojen leveytenä käytettiin laskennoissa mallin tarkimman hilan resoluutiota, joka on 80 m. Tästä johtuen otto- ja purkuaukkojen kohdalla virtaamien nopeudet eivät vastaa todellisuutta, vaan jakautuvat 80 m levyiseen hilakoppiin. Tätä yksityiskohtaisempi otto- ja purkuaukkojen kuvaus vaatisi mallihilan tarkentamista. Otto O1 konstruoitiin malliin siten, että rannassa olevalle ottokanavalle kaivettiin 6m syvä kanava alueelle, jossa syvyys oli yli 6m. Ottovesi otetaan mallihilassa -7 m kerroksesta. Kaukopurku sijoitettiin mallissa pintakerrokseen kaukopurkupaikan kohdalle. Purun sijoittaminen pohjaan vastaisi huonommin todellista tilannetta käytetyn mallihilan resoluutiosta johtuen. Todellisessa tilanteessa on mahdollista, että osa purkuvedestä sekoittuu myös syvempiin vesikerroksiin. Mallihilan syvyydet ja oton O1 ja kaukopurun K1 sijainti mallihilassa on esitetty kuvassa K1 O K1 K1 O1 Kuva 2: Otto O1 ja kaukopurku K1 mallihilassa. Maa 0-m >m 3.3. Lämpötilan nousu kesäkuussa eri syvyyksillä Voimalayksikön poistovesien lämmittävää vaikutusta eri syvyyksillä arvioitiin kesäkuun ( ) keskilämpötilakentistä. Kesäkuussa tuulissa oli keskimääräistä enemmän itä-, kaakkois- ja länsituulia km km

5 Lämpötilan nousu kaukopurkuvaihtoehdolla on laskettu vähentämällä skenaariolaskennan tuloskentästä vertailulaskennan lämpötilakenttä. Vertailulaskennan lämpötilakenttä on esitetty kuvassa 3, ja lämpötilannousukentät kuvassa 4. Lämpötilan nousu on esitetty kahdelta syvyydeltä, pinnalta 0-1 m kerroksesta ja 2-3 m kerroksesta. Alueiden pinta-alat, joilla keskimääräinen lämpötilannousu ylittää annetun raja-arvon, on esitetty taulukossa 3. v0 pinta, kesäkuun keskiarvo v0 2-3m kerros, kesäkuun keskiarvo C C Kuva 3: Lämpötilat kesäkuussa, pinnalla ja 2-3 kerroksessa, nollavaihtoehto Taulukko 3: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, kesäkuun keskiarvo, kaukopurkuvaihtoehdot ja. Ala jolla lämpötilan nousu ylittää rajaarvon (km2) Skenaario Syvyystaso 1 C 3 C C 7 C 9 C 0-1m m m m m m m m m m m m m m

6 , 0-1m kerros, 2-3m kerros, 0-1m kerros, 2-3m kerros C C Kuva 4: Lämpötilan nousu nollavaihtoehtoon verrattuna 0-1m ja 2-3m kerroksissa, kesäkuun keskiarvo, Skenaariot ja. Keskilämpötilan nousualue rajoittuu kaukopurun lähelle. Lämpötilan nousu syvemmissä kerroksissa on todennäköisesti todellista pienempi. Yli yhden asteen keskimääräisen lämpötilan nousun alue saavuttaa kaukopurkuskenaariolla noin km 2 koon. Rantapurkuskenaarioilla tämä alue oli pienemmällä voimalavaihtoehdolla km 2.ja suuremmalla km 2 Rantapurkuun verrattuna kaukopurussa vesi sekoittuu suurempaa vesimäärään purkupaikan lähialueella, ja pääsee leviämään kaikkiin ilmansuuntiin. Tyypillisesti myös virtausnopeus kauempana rannasta on suurempi kuin rannan lähellä, mikä tehostaa purkuveden laimenemista ohi virtaavaan veteen. Mallista poikkeavasti todellisuudessa kaukopurun vesi saattaa sekoittua myös paksumpaan vesikerrokseen, eikä siten pääse jäähtymään yhtä tehokkaasi ilmakehään kuin rannalta pintakerrokseen purettava vesi. 6

7 3.4. Keskimääräinen lämpötilan nousu eri tuulilla Tyypillistä lämpimän jäähdytysveden leviämistä kesällä eri tuuliolosuhteissa arvioitiin laskemalla lämpötilan nousut vuoden 03 heinäkuussa kahdella kymmenen päivän jaksolla, (pohjoistuuli) ja (etelätuuli), sekä lisäksi koko heinäkuun ajalta. Laskennat suoritettiin vastaavilla asetuksilla kuin aikaisemman raportissa Lauri & Koponen 08a. Keskimääräiset lämpötilannousut eri tuulitilanteissa on esitetty kuvassa 4, ja vastaavat lämmenneiden alueiden pinta-alat taulukoissa 4-6. Pohjoistuulilla tapahtuu kumpuamista, jolloin ottovesi on kylmää, mistä johtuen myös purkuvesi on etelätuulitilanteita viileämpää. Purun lämpövaikutus jää tällöin etelätuulitilanteita pienemmäksi. pinta etelätuulet pinta pohjoistuulet pinta etelätuulet pinta pohjoistuulet C C Kuva : Pintakerroksen keskimääräinen lämpeneminen eri tuulitilanteissa, skenaariot, ja. Taulukko 4: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, etelätuulet Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km2) Vaihtoehto syvyys 1ºC 2ºC 3ºC 4ºC ºC 7ºC ºC pinta pinta

8 Taulukko : Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, pohjoistuulet Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km2) Vaihtoehto syvyys 1ºC 2ºC 3ºC 4ºC ºC 7ºC ºC pinta pinta Taulukko 6: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, koko heinäkuu Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km2) Vaihtoehto syvyys 1ºC 2ºC 3ºC 4ºC ºC 7ºC ºC pinta pinta Veden lämpötila ottopisteessä Kuvassa 6 ja taulukossa 7 on esitetty laskettu ottopisteen veden lämpötila skenaarioille ja. vertailukohtana on käytetty skenaariota A1. Laskentajakso on Ottopisteen sijainti näkyy kuvassa 1, ottolämpötila on -7m kerroksesta. 2 Otto1 1 A1 16/06 01/07 16/07 31/07 1/08 30/08 Kuva 6: Ottopisteen lämpötila-aikasarjat skenaarioille ja vuoden 03 kesäjaksolta verrattuna vaihtoehtoon A1. Taulukko 7: Tilastolliset tunnusluvut ottopisteen veden lämpötiloista. Tapaus Piste k.a. ( C) std. ( C) min ( C) max ( C) A1 O O O Skenaarioiden erot ovat pieniä, mistä voi päätellä, että laskentatulosten perusteella takaisinkiertoa ei tapahdu merkittävässä määrin. Takaisinkiertoa on kuitenkin jonkin verran enemmän kaukopurkuskenaarioilla, ero ottolämpötiloissa A1-skenaarion eduksi on astetta Veden lämpötilan muutos valituissa aikasarjapisteissä Kuvassa 7 on esitetty lämpötilan aikasarjat eri laskentaskenaariolle kesän 03 ajalta. Laskentajakso on Tulostuspisteiksi on valittu kuvassa 1 näkyvät pisteet Ke12, P6, P9, ja P24. Aikasarjatiedoista laskettiin skenaarioiden ja ero nollavaihtoehtoon verrattuna. Laskettujen erotusaikasarjojen tilastolliset tunnusluvut löytyvät taulukosta 8. 8

9 2 Ke12/pinta 1 V0 16/06 01/07 16/07 31/07 1/08 30/08 2 Ke12/m 1 V0 16/06 01/07 16/07 31/07 1/08 30/08 2 P9/pinta 1 V0 16/06 01/07 16/07 31/07 1/08 30/08 2 P6/pinta 1 V0 16/06 01/07 16/07 31/07 1/08 30/08 2 P24/pinta 1 V0 16/06 01/07 16/07 31/07 1/08 30/08 Kuva 7. Lämpötilan muutos pintakerroksessa nollaskenaarioon verrattuna, pisteet Ke12 pinta ja m, P6 pinta,p9 pinta ja P24 pinta. 9

10 Taulukko 8: Lämpötilan nousu eri skenaariolla valituissa aikasarjapisteissä Lämpötilan nousu, C Skenaario piste avg std min max Ke12/pinta Ke12/m P6/pinta P9/pinta P24/pinta Ke12/pinta Ke12/m P6/pinta P9/pinta P24/pinta Tulosten perusteella yhden asteen ylittävä keskimääräinen lämpötilan nousu pintakerroksessa rajoittuu kaukopurkupaikan lähialueelle. Hetkelliset maksimit voivat kuitenkin olla kauemmissa pisteissä neljän viiden asteen luokkaa Jäätilanteet ja Talvijakson simuloinnit suoritettiin käyttämällä vuoden 02 ja 03 talven olosuhdetietoja. Simulointijakso oli Lähtötiedot ja laskenta-asetukset olivat vastaavat kuin aikaisemmin lasketuissa skenaariovaihtoehdoissa Lauri & Koponen (08a). Kuvassa 8 on esitetty hetkelliset jäätilanteet ja klo 12:00. Kuvassa näkyy sulan alueen sijainti, ja alueet missä jää on ohentunut. Sulan ja ohentuneen jään alueiden koot on esitetty taulukossa 9. Taulukko 9: Alueiden koot, joilla jään paksuus on ohentunut ja (*** = koko alue), ilman voimalan vaikutusta jäätä on cm ja cm Ala (km 2 ), jolla jään paksuus alle raja-arvon (cm) Skenaario päivä avoin cm cm cm 30cm 40cm 0cm *** *** *** *** *** ***

11 Jäätilanne :00 Jäätilanne : cm cm Jäätilanne :00 Jäätilanne : cm cm cm cm Kuva 8: Jään paksuus ja

12 4. Pyhäjoen kaukopurkuvaihtoehto 4.1. Skenaariot Laskentaskenaariota oli kolme kappaletta, nollaskenaario ilman voimalaitoksia, ja kaukopurku yhteen paikkaan kahdella laitosteholla. Skenaariot on esitetty taulukossa. Otto- ja purkupaikan sijainti on esitetty kartalla kuvassa 9. Taulukko : Lasketut skenaariot Vaihtoehto Aktiiviset Sähköteho Otto Purku yksiköt [MW] V O3 K O3 K1 Otto- ja purkujärjestelyt: O3 Otto 3 6 m syvyinen kanava, suunta idästä. K1 Kaukopurku Purku pohjaan m syvyydelle (! mallissa pinnalle) km K1 P6 P P9 O3 Syvyystiedot: Merenkulkulaitos lupa /721/0 Syvyys (m) Kuva 9: Jäähdytysveden otto- ja purkupaikka, sekä aikasarjapisteiden sijainti 12

13 4.2. Otto- ja purkupaikat mallihilassa Otto- ja purkuaukkojen leveytenä käytettiin laskennoissa mallin tarkimman hilan resoluutiota, joka on 80 m. Tästä johtuen otto- ja purkuaukkojen kohdalla virtaamien nopeudet eivät vastaa todellisuutta, vaan jakautuvat 80 m levyiseen hilakoppiin. Tätä yksityiskohtaisempi otto- ja purkuaukkojen kuvaus vaatisi mallihilan tarkentamista. Otto O1 konstruoitiin malliin siten, että rannassa olevalle ottokanavalle kaivettiin 6 m syvä kanava alueelle, jossa syvyys oli yli 6 m. Ottovesi otetaan mallihilassa -7 m kerroksesta. Kaukopurku sijoitettiin mallissa pintakerrokseen kaukopurkupaikan kohdalle. Purun sijoittaminen pohjaan vastaisi huonommin todellista tilannetta käytetyn mallihilan resoluutiosta johtuen. Todellisessa tilanteessa on mahdollista, että osa purkuvedestä sekoittuu myös syvempiin vesikerrokseen. Mallihilan syvyydet ja oton O3 ja kaukopurun K1 sijainti on esitetty kuvassa K km O Kuva : Otto O3 ja kaukopurku K1 mallihilassa. Maa 0-m >m 13

14 4.3. Lämpötilan nousu kesäkuussa eri syvyyksillä Voimalayksikön lämpimien jäähdytysvesien lämmittävää vaikutusta eri syvyyksillä arvioitiin kesäkuun ( ) keskilämpötilakentistä. Kesäkuussa tuulissa oli keskimääräistä enemmän itä-, kaakkois- ja länsituulia. Lämpötilan nousu kaukopurkuvaihtoehdolla on laskettu vähentämällä skenaariolaskennan tuloskentästä vertailulaskennan lämpötilakenttä. Vertailulaskennan lämpötilakenttä on esitetty kuvassa 11 ja lämpötilannousukentät kuvassa 12. Lämpötilan nousu on esitetty kahdelta syvyydeltä, pinnalta 0-1 m kerroksesta ja 2-3 m kerroksesta. Alueiden pinta-alat, joilla keskimääräinen lämpötilannousu ylittää annetun raja-arvon, on esitetty taulukossa 11. v0 pinta, kesäkuun keskiarvo v0 2-3m kerros, kesäkuun keskiarvo C C Kuva 11: Lämpötilat kesäkuussa, pinnalla ja 2-3 kerroksessa, nollavaihtoehto Taulukko 11: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, kesäkuun keskiarvo, kaukopurkuvaihtoehdot ja. Ala jolla lämpötilan nousu ylittää rajaarvon (km2) Skenaario Syvyystaso 1 C 3 C C 7 C 9 C 0-1m m m m m m m m m m m m m m

15 , 0-1m kerros, 2-3m kerros, 0-1m kerros, 2-3m kerros C C Kuva 12: Lämpötilan nousu nollavaihtoehtoon verrattuna 0-1m ja 2-3m kerroksissa, kesäkuun keskiarvo, Skenaariot ja. Keskilämpötilan nousualue rajoittuu kaukopurun lähelle. Lämpötilan nousu syvemmissä kerroksissa on todennäköisesti todellista pienempi. Yli yhden asteen keskimääräisen lämpötilan nousun alue saavuttaa kaukopurkuskenaariolla noin 9 km 2 koon. Rantapurkuskenaarioilla tämä alue oli pienemmällä voimalavaihtoehdolla 8-11 km 2, ja suuremmalla 1-23 km 2. Rantapurkuun verrattuna kaukopurussa vesi sekoittuu suurempaa vesimäärään purkupaikan lähialueella, ja pääsee leviämään kaikkiin ilmansuuntiin. Tyypillisesti myös virtausnopeus kauempana rannasta on suurempi kuin rannan lähellä, mikä tehostaa purkuveden laimenemista ohi virtaavaan veteen. Mallista poikkeavasti todellisuudessa kaukopurun vesi saattaa sekoittua myös paksumpaan vesikerrokseen, eikä siten pääse jäähtymään yhtä tehokkaasi ilmakehään kuin rannalta pintakerrokseen purettava vesi. 1

16 4.4. Keskimääräinen lämpötilan nousu eri tuulilla Tyypillistä lämpöpäästön leviämistä eri tuuliolosuhteissa arvioitiin laskemalla lämpötilan nousut vuoden 03 heinäkuussa kahdella kymmenen päivän jaksolla, (pohjoistuuli) ja (etelätuuli), sekä lisäksi koko heinäkuun ajalta. Laskennat suoritettiin vastaavasti kuin aikaisemman raportissa Lauri & Koponen 08a. Keskimääräiset lämpötilannousut eri tuulitilanteissa on esitetty kuvassa 13, ja vastaavat lämmenneiden alueiden pinta-alat taulukoissa Pohjoistuulilla tapahtuu kumpuamista, jolloin ottovesi on kylmää, mistä johtuen myös purkuvesi on etelätuulitilanteita viileämpää. Purun lämpövaikutus jää tällöin etelätuulitilanteita pienemmäksi. pinta etelätuulet pinta pohjoistuulet pinta etelätuulet pinta pohjoistuulet C C Kuva 13: Pintakerroksen keskimääräinen lämpeneminen heinä- ja elokuussa 03, skenaariot ja. Taulukko 12: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, etelätuulet Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km2) Vaihtoehto syvyys 1ºC 2ºC 3ºC 4ºC ºC 7ºC ºC pinta pinta

17 Taulukko 13: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, pohjoistuulet Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km2) Vaihtoehto syvyys 1ºC 2ºC 3ºC 4ºC ºC 7ºC ºC pinta pinta Taulukko 14: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, koko heinäkuu Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km2) Vaihtoehto syvyys 1ºC 2ºC 3ºC 4ºC ºC 7ºC ºC pinta pinta Veden lämpötila ottopisteessä Kuvassa 14 ja taulukossa 1 on esitetty laskettu ottopisteen veden lämpötila skenaariolle ja. Vertailukohtana on käytetty skenaariota C1. Laskentajakso on Ottopisteen sijainti näkyy kuvassa 9, ottolämpötila on -7 m kerroksesta. 2 Otto3 1 C1 16/06 01/07 16/07 31/07 1/08 30/08 Kuva 14: Ottopisteiden lämpötila-aikasarjat skenaariolle ja vuoden 03 kesäjaksolta verrattuna vaihtoehtoon C1. Taulukko 1: Tilastolliset tunnusluvut ottopisteen veden lämpötiloista. Tapaus Piste k.a. ( C) std. ( C) min ( C) max ( C) C1 O O O Skenaarioiden erot ovat pieniä, mistä voi päätellä, että laskentatulosten perusteella takaisinkiertoa ei tapahdu merkittävässä määrin. Kaukopurkuvaihtoehdoissa takaisinkiertoa tapahtuu jossakin määrin enemmän kuin rantapurkuvaihtoehdolla C1. Ero rantapurkuvaihtoehtoon on pienemmällä voimalateholla 0.06 astetta ja suuremmalla 0.1 astetta Veden lämpötilan muutos valituissa aikasarjapisteissä Kuvassa 1 on esitetty lämpötilan aikasarjat eri laskentaskenaariolle kesän 03 ajalta. Laskentajakso on Tulostuspisteiksi on valittu kuvassa 9 näkyvät pisteet P,P6 ja P9. Aikasarjatiedoista laskettiin skenaarioiden ja ero nollavaihtoehtoon verrattuna. Laskettujen erotusaikasarjojen tilastolliset tunnusluvut löytyvät taulukosta

18 2 P/pinta 1 V0 16/06 01/07 16/07 31/07 1/08 30/08 2 P6/pinta 1 V0 16/06 01/07 16/07 31/07 1/08 30/08 2 P9/pinta 1 V0 16/06 01/07 16/07 31/07 1/08 30/08 Kuva 1. Lämpötilan muutos pintakerroksessa nollaskenaarioon verrattuna,, pisteet P,P6 ja P9. Taulukko 16: Lämpötilan nousu eri skenaariolla valituissa aikasarjapisteissä Lämpötilan nousu, C Skenaario piste avg std min max P/pinta P6/pinta P9/pinta P/pinta P6/pinta P9/pinta Tulosten perusteella yhden asteen ylittävä keskimääräinen lämpötilan nousu pintakerroksessa rajoittuu kaukopurkupaikan lähialueelle. Hetkelliset maksimit voivat kuitenkin olla myös kauemmissa pisteissä neljän asteen luokkaa Jäätilanteet ja Talvijakson simuloinnit suoritettiin käyttämällä vuoden 02 ja 03 talven olosuhdetietoja. Simulointijakso oli Lähtötiedot ja laskenta-asetukset olivat vastaavat kuin aikaisemmin lasketuissa skenaariovaihtoehdoissa Lauri & Koponen (08b). Kuvassa 16 on esitetty hetkelliset jäätilanteet ja klo 12:00. Kuvassa näkyy sulan alueen sijainti, ja alueet missä jää on ohentunut. Sulan ja ohentuneen jään alueiden koot on esitetty taulukossa

19 Taulukko 17: Alueiden koot, joilla jään paksuus on ohentunut ja (*** = koko alue), ilman voimalan vaikutusta jäätä on cm ja cm Ala (km 2 ), jolla jään paksuus alle raja-arvon (cm) Skenaario päivä avoin cm cm cm 30cm 40cm 0cm *** *** *** *** *** *** Jäätilanne :00 Jäätilanne : cm cm Jäätilanne :00 Jäätilanne : cm cm cm cm Kuva 16: Jään paksuus ja

20 . Ruotsinpyhtään kaukopurkuvaihtoehto.1. Skenaariot Laskentaskenaariota oli kolme kappaletta, nollaskenaario ilman voimalaitoksia, ja kaukopurku yhteen paikkaan kahdella laitosteholla. Skenaariot on esitetty taulukossa 18. Otto- ja purkupaikan sijainti on esitetty kartalla kuvassa 17. Taulukko 18: Lasketut skenaariot Vaihtoehto Aktiiviset Sähköteho Otto Purku yksiköt [MW] V O2 K O2 K1 Otto- ja purkujärjestelyt: O2 Otto 1 otto 9-11 metrin syvyydeltä, m syvyinen kanava idästä. K1 Kaukopurku Purku pohjaan 1 m syvyydelle (!mallissa pinnalle) km O2 P27 Syvyystiedot: Merenkulkulaitos lupa /721/0 P34 P37 P36 K1 Syvyys (m) Kuva 17: Jäähdytysveden otto- ja purkupaikka sekä aikasarjapisteiden sijainti

21 .2. Otto- ja purkupaikat mallihilassa Otto- ja purkuaukkojen leveytenä käytettiin laskennoissa mallin tarkimman hilan resoluutiota, joka on 80 m. Tästä johtuen otto- ja purkuaukkojen kohdalla virtaamien nopeudet eivät vastaa todellisuutta, vaan jakautuvat 80 m levyiseen hilakoppiin. Tätä yksityiskohtaisempi otto- ja purkuaukkojen kuvaus vaatisi mallihilan tarkentamista. Mallihilan syvyydet ja oton O2 ja kaukopurun K1 sijainti on esitetty kuvassa 2. Otto O1 konstruoitiin malliin siten, että rannassa olevalle ottokanavalle kaivettiin m syvä kanava alueelle, jossa syvyys oli yli m. Ottovesi otetaan mallihilassa on 9-11 m kerroksesta. Kaukopurku sijoitettiin mallissa pintakerrokseen kaukopurkupaikan kohdalle. Purun sijoittaminen pohjaan vastaisi huonommin todellista tilannetta käytetyn mallihilan resoluutiosta johtuen. Todellisessa tilanteessa on mahdollista, että osa purkuvedestä sekoittuu myös syvempiin vesikerrokseen. Mallihilan syvyydet ja oton O1 ja kaukopurun K1 sijainti mallihilassa on esitetty kuvassa O km K Kuva 18: Otto O2 ja kaukopurku K1 mallihilassa. Maa 0-m >m.3. Lämpötilan nousu kesäkuussa eri syvyyksillä Voimalayksikön purkuvesien lämmittävää vaikutusta eri syvyyksillä arvioitiin kesäkuun ( ) keskilämpötilakentistä. Kesäkuussa tuulissa oli keskimääräistä enemmän itä-, kaakkois- ja länsituulia. 21

22 Lämpötilan nousu kaukopurkuvaihtoehdolla on laskettu vähentämällä skenaariolaskennan tuloskentästä vertailulaskennan lämpötilakenttä. Vertailulaskennan lämpötilakenttä on esitetty kuvassa 19 ja lämpötilannousukentät kuvassa. Lämpötilan nousu on esitetty kahdelta syvyydeltä, pinnalta 0-1m kerroksesta ja 2-3 m kerroksesta. Alueiden pinta-alat, joilla keskimääräinen lämpötilannousu ylittää annetun raja-arvon, on esitetty taulukossa 19. v0 pinta, kesäkuun keskiarvo v0 2-3m kerros, kesäkuun keskiarvo C C Kuva 19: Lämpötilat kesäkuussa, pinnalla ja 2-3 kerroksessa, nollavaihtoehto Taulukko 19: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, kesäkuun keskiarvo, kaukopurkuvaihtoehdot ja. Ala jolla lämpötilan nousu ylittää rajaarvon (km2) Skenaario Syvyystaso 1 C 3 C C 7 C 9 C 0-1m m m m m m m m m m m m m m

23 , 0-1m kerros, 2-3m kerros, 0-1m kerros, 2-3m kerros C C Kuva : Lämpötilan nousu nollavaihtoehtoon verrattuna 0-1 m ja 2-3 m kerroksissa, kesäkuun keskiarvo, Skenaariot ja. Keskilämpötilan nousualue rajoittuu kaukopurun lähelle. Lämpötilan nousu syvemmissä kerroksissa on todennäköisesti todellista pienempi. Yli yhden asteen keskimääräisen lämpötilan nousun alue saavuttaa kaukopurkuskenaariolla noin 1-2 km 2 koon. Rantapurkuskenaarioilla tämä alue oli pienemmällä voimalavaihtoehdolla 4- km 2, ja suuremmalla 6-1 km 2. Rantapurkuun verrattuna kaukopurussa vesi sekoittuu suurempaa vesimäärään purkupaikan lähialueella, ja pääsee leviämään kaikkiin ilmansuuntiin. Tyypillisesti myös virtausnopeus kauempana rannasta on suurempi kuin rannan lähellä, mikä tehostaa purkuveden laimenemista ohi virtaavaan veteen. Mallista poikkeavasti todellisuudessa kaukopurun vesi saattaa sekoittua myös paksumpaan vesikerrokseen, eikä siten pääse jäähtymään yhtä tehokkaasi ilmakehään kuin rannalta pintakerrokseen purettava vesi. 23

24 .4. Keskimääräinen lämpötilan nousu eri tuulilla Tyypillistä lämpimän jäähdytysveden leviämistä eri tuuliolosuhteissa arvioitiin laskemalla lämpötilan nousut vuoden 03 heinäkuussa kahdella kymmenen päivän jaksolla, (pohjoistuuli) ja (etelätuuli), sekä lisäksi koko heinäkuun ajalta. Laskennat suoritettiin vastaavasti kuin aikaisemman raportissa Lauri & Koponen 08c. Keskimääräiset lämpötilannousut eri tuulitilanteissa on esitetty kuvassa 21, ja vastaavat lämmenneiden alueiden pinta-alat taulukoissa -22. Etelätuulilla tapahtuu kumpuamista, jolloin ottovesi on kylmää, mistä johtuen myös purkuvesi on pohjoistuulitilanteita viileämpää. pinta etelätuulet pinta pohjoistuulet pinta etelätuulet pinta pohjoistuulet C C Kuva 21: Pintakerroksen keskimääräinen lämpeneminen heinä- ja elokuussa 03, skenaariot ja. Taulukko : Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, etelätuulet Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km2) Vaihtoehto syvyys 1ºC 2ºC 3ºC 4ºC ºC 7ºC ºC pinta pinta

25 Taulukko 21: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, pohjoistuulet Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km2) Vaihtoehto syvyys 1ºC 2ºC 3ºC 4ºC ºC 7ºC ºC pinta pinta Taulukko 22: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, koko heinäkuu Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km2) Vaihtoehto syvyys 1ºC 2ºC 3ºC 4ºC ºC 7ºC ºC pinta pinta Veden lämpötila ottopisteessä Kuvassa 22 ja taulukossa 23 on esitetty laskettu ottopisteen veden lämpötila skenaariolle ja. Vertailukohtana on käytetty skenaariota E1. Laskentajakso on Ottopisteen sijainti näkyy kuvassa 17, ottolämpötila on 9-11 m kerroksesta. 2 Otto2 1 E1 16/06 01/07 16/07 31/07 1/08 30/08 Kuva 22: Ottopisteiden lämpötila-aikasarjat eri skenaariolle ja vuoden 03 kesäjaksolta verrattuna vaihtoehtoon E1. Taulukko 23: Tilastolliset tunnusluvut ottopisteen veden lämpötiloista.. Tapaus Piste k.a. ( C) std. ( C) min ( C) max ( C) E1 O O O Skenaarioiden erot ovat pieniä, mistä voi päätellä, että laskentatulosten perusteella takaisinkiertoa ei tapahdu millään laskentavaihtoehdolla. 2

26 .6. Veden lämpötilan muutos valituissa aikasarjapisteissä Kuvassa 23 on esitetty lämpötilan aikasarjat eri laskentaskenaariolle kesän 03 ajalta. Laskentajakso on Tulostuspisteiksi valittiin kuvassa 17 näkyvät pisteet P27, P34, P36 ja P37. Aikasarjatiedoista laskettiin skenaarioiden ja ero nollavaihtoehtoon verrattuna. Laskettujen erotusaikasarjojen tilastolliset tunnusluvut löytyvät taulukosta P27/pinta 1 V0 16/06 01/07 16/07 31/07 1/08 30/08 2 P34/pinta 1 V0 16/06 01/07 16/07 31/07 1/08 30/08 2 P36/pinta 1 V0 16/06 01/07 16/07 31/07 1/08 30/08 2 P37/pinta 1 V0 16/06 01/07 16/07 31/07 1/08 30/08 Kuva 23. Lämpötilan muutos pintakerroksessa nollaskenaarioon verrattuna, pisteet P27, P34, P36 ja P37. 26

27 Taulukko 24: Lämpötilan nousu eri skenaariolla valituissa aikasarjapisteissä Lämpötilan nousu, C Skenaario piste avg std min max P27/pinta P34/pinta P36/pinta P37/pinta P27/pinta P34/pinta P36/pinta P37/pinta Tulosten perusteella yhden asteen ylittävä keskimääräinen lämpötilan nousu pintakerroksessa rajoittuu kaukopurkupaikan lähialueelle. Hetkelliset maksimit voivat kuitenkin olla myös kauemmissa pisteissä kolmen asteen luokkaa..7. Jäätilanteet ja Talvijakson simuloinnit suoritettiin käyttämällä vuoden 02 ja 03 talven olosuhdetietoja. Simulointijakso oli Lähtötiedot ja laskenta-asetukset olivat vastaavat kuin aikaisemmin lasketuissa skenaariovaihtoehdoissa Lauri & Koponen (08c). Kuvassa 24 on esitetty hetkelliset jäätilanteet ja klo 12:00. Kuvassa näkyy sulan alueen sijainti, ja alueet missä jää on ohentunut. Sulan ja ohentuneen jään alueiden koot on esitetty taulukossa 2. Taulukko 2: Alueiden koot, joilla jään paksuus on ohentunut ja (*** = koko alue), ilman voimalan vaikutusta jäätä on cm ja cm. Ala (km 2 ), jolla jään paksuus alle raja-arvon (cm) Skenaario päivä avoin cm cm cm 30cm 40cm 0cm *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** 27

28 Jäätilanne :00 Jäätilanne : cm cm Jäätilanne :00 Jäätilanne : cm cm cm cm Kuva 24: Jään paksuus ja

29 6. Yhteenveto Tässä raportissa tarkasteltiin kaukopurkuvaihtoehtojen lämpövaikutusta ja lämpimän jäähdytysveden leviämistä kolmessa mahdollisessa ydinvoimalaitoksen sijoituspaikassa. Kaukopurkuvaihtoehtojen aiheuttama keskimääräinen lämpötilan nousu kesätilanteissa oli rantapurkuvaihtoehtoja pienempi. Tähän on ainakin kaksi selvää syytä: 1) Kun keskiarvotetaan pidemmän jakson hetkellisiä lämpötilakenttiä, niin pienin keskimääräinen lämpötilan nousu näkyy alueella, josta lämpöpäästö pääsee leviämään mahdollisimman moneen suuntaan. Toisin sanoen, vaikka hetkellinen lämpenevä alue olisi rantapurun ja kaukopurun tapauksessa samaa kokoluokkaa, keskiarvotuksen seurauksena kaukopurun keskiarvokenttä on pienempi, sillä kaukopurusta lämmin vesi pääsee leviämään joka suuntaan, kun taas rantapurun tapauksessa lämpimän veden on kuljettava useammin samaa reittiä. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että vesi lämpenee kaukopurun läheisessä pisteessä yhtä paljon kuin rantapurun lähellä, mutta lämpenemistä tapahtuu harvemmin, sillä lämmin vesi ohjautuu harvemmin samaa reittiä pitkin. 2) Kaukopurun tapauksessa purkautuva vesi sekoittuu jo purkupaikalla ohi virtaavaan viileämpään vesimassaan. Rantapurun tapauksessa sekoittuminen purkupaikan lähialueella on pienempää, sillä luonnollinen ohivirtaus koostuu pienemmästä vesimäärästä. Rannan lähellä myös vesi on tyypillisesti lämpimämpää kuin ulapalla. Rannan lähellä on myös usein saaria ja matalikkoja, jotka hidastavat ohivirtausta. Talvitilanteissa kaukopurun aiheuttama avoimen alueen koko on rantapurkua pienempi. Sen sijaan alue, jolta jää on ohennut jonkin verran, on suurempi kuin rantapurkuvaihtoehdoilla. Kaukopurun jäätä ohentava vaikutus on yksittäisessä pisteessä purkupaikan lähellä rantapurkua pienempi, mutta leviää selvästi rantapurkua laajemmalle alueelle. Kaukopurun laskentatuloksia tarkasteltaessa on syytä huomata, että mallissa kaukopurun purkua ei voida laskea mallin rajoituksista johtuen tarkasti, vaan purku on sijoitettava pintakerrokseen. Tästä voi aiheutua eroa mallin laskeman tuloksen ja todellisen kaukopurun aiheuttaman lämmitysvaikutuksen suhteen. Odotettavissa on että purkuvesi sekoittuu todellisuudessa mallin antamaa arvioita tehokkaammin paksumpaan vesikerrokseen. Tällöin purkuveden jäähtyminen on laskettuja tuloksia hitaampaa, ja lämmenneiden alueiden koko tässä esitettyjä tuloksia suurempi. 7. Lähdeluettelo Lauri H, Koponen J., 08a, "Virtausmalli Simon edustalle lämpöpäästöjen leviämisen arviointiin" YVA Oy, tutkimusraportti , Tilaajana Fennovoima. Lauri H, Koponen J., 08b, "Virtausmalli Pyhäjoen edustalle lämpöpäästöjen leviämisen arviointiin", YVA Oy, tutkimusraportti , Tilaajana Fennovoima. Lauri H, Koponen J., 08c, "Virtausmalli Ruotsinpyhtään edustalle lämpöpäästöjen leviämisen arviointiin", YVA Oy, tutkimusraportti 7..08, Tilaajana Fennovoima. 29