Energiateollisuuden Ympäristöpooli Metsäteollisuus ry

Selvitys 60K30037.03-Q210-007B 12.6.2009 Energiateollisuuden Ympäristöpooli Metsäteollisuus ry IE-direktiiviehdotuksen päästöraja-arvojen kustannusvaikutukset

Sivu 1 (61) Esipuhe Tämä IE-direktiiviehdotuksen päästöraja-arvojen kustannusvaikutukset -työ on Energiateollisuuden Ympäristöpoolin ja Metsäteollisuus ry:n toimeksi antama ja rahoittama. Selvitystyö on tehty Pöyryn energiakonsultoinnissa. Selvityksen projektipäällikkönä ja pääasiallisena suorittajana on toiminut johtava asiantuntija DI Janne Rauhamäki. Päästövähennysteknologioista ja kustannuksista ovat vastanneet Kattilatekniikkaryhmän päällikkö DI Jarno Kaskela ja asiantuntija DI Jarkko Toropainen. Päästöjen tarkkailuvaatimusosiosta on vastannut Mittauspalveluiden liiketoimintajohtaja Oili Tikka. Projektin kuluessa työtä ohjasi johtoryhmä, johon kuuluivat Energiateollisuus ry:stä Jukka Leskelä, Kati Takala ja Matti Nuutila, Metsäteollisuus ry:stä Hilkka Hännikäinen, Helsingin Energiasta Lauri Taipale, Fortum Power and Heat Oy:stä Seppo Partonen, Pohjolan Voima Oy:stä Rea Oikkonen, Vattenfall Lämpö Oy:stä Katri Kallio-Koski ja Vapo Oy:stä Markku Miettinen. Selvitykseen liittyvistä tuloksista vastaavat selvityksen tekijät. Espoossa kesäkuussa 2009 Pöyry Energy Oy Heli Antila Johtaja Janne Rauhamäki Johtava konsultti, energiastrategiat Yhteystiedot PL 93 (Tekniikantie 4 A) 02151 Espoo Kotipaikka Espoo Y-tunnus 0577450-7 Puh. 010 3311 Faksi 010 33 24981 E-mail: energy.fi@poyry.com

SISÄLTÖ PÖYRY ENERGY OY Sivu 2 (61) Esipuhe 1 TAUSTA JA TAVOITE 4 2 DIREKTIIVIEHDOTUKSEN PÄÄSTÖRAJA-ARVOT 5 3 TARKASTELTAVAT LAITOKSET JA MENETELMÄKUVAUS 6 3.1 Tarkasteltavat laitokset 6 3.2 Kokoluokkarajaus 6 3.3 Menetelmäkuvaus 6 4 ENERGIANTUOTANTOLAITOKSET SUOMESSA 8 4.1 Kapasiteetti ja kokonaispäästöt 8 4.2 Ominaispäästöt ja direktiiviehdotuksen päästöraja-arvot 10 5 PÄÄSTÖJEN VÄHENTÄMISTEKNOLOGIAT JA KUSTANNUKSET 14 5.1 Teknologiat, päästötasot ja ominaiskustannukset 14 5.2 Teknologioiden soveltaminen laitoskantaan tarkasteluvuonna 2016 15 5.3 Päästöjen vähentämisen kokonaiskustannukset 18 6 CASE-TARKASTELUT 20 6.1 SCR hiilen pölypolttolaitokseen 20 6.2 SNCR turpeen ja puun petikattiloihin 22 6.3 DLN-polttimet kaasuturbiineihin 23 6.4 Hiilen pölypoltto puolikuivan rikinpoistomenetelmän parannus 24 6.5 Turpeen petipoltto kalkki-injektio tulipesään 27 6.6 Turpeen petipoltto pesuri (päästöjen vähennystarve suuri) 28 6.7 Uusi hiukkassuodatin turve- ja puukattiloihin 29 6.8 Lisäkenttä sähkösuodattimeen turve- ja puukattiloissa 31 6.9 POR vesiputkikattila 32 6.10 POR tulitorvi-tuliputkikattila 33 6.11 Pieni puun ja turpeen leijukattila 35 7 PÄÄSTÖRAJOJEN JOUSTOT 37 7.1 Lievemmät rajat vähän käyville nestemäisille ja kaasumaisille polttoaineille 37 7.1.1 Nestemäiset polttoaineet 37 7.1.2 Kaasumaiset polttoaineet 38 7.2 Vähän käyvien laitosten lievempien päästörajojen poisto 39 7.3 Vähän käyvien laitosten käyttöajan lasku 1500 h:sta 800 h:in vuodessa 39 7.3.1 Kiinteät polttoaineet 39 7.3.2 Nestemäiset ja kaasumaiset polttoaineet 40 7.4 20 000 tunnin käyttörajoitus 8 vuoden aikana 41 7.5 Turvetta ja puuta käyttävien laitosten raja-arvojen lieventäminen 42

Sivu 3 (61) 8 PÄÄSTÖRAJOJEN JA KUSTANNUSTEHOKKUUKSIEN ARVIOINTI 46 9 VERTAAMINEN KOMISSION KÄYTTÄMIIN TIETOLÄHTEISIIN 50 10 MUUTOKSET TARKKAILUVAATIMUKSISSA 51 10.1 Tarkkailuvelvoitteet 51 10.2 Päästöraja-arvojen noudattaminen 51 11 JATKOTUTKIMUSTARPEET 52 12 YHTEENVETO 53 Liitteet LIITE 1 LIITE 2 LIITE 3 Pöyryn Kattila- ja voimalaitostietokannan kuvaus Päästöjen vähenemät, kustannukset ja kustannustehokkuudet Komission käyttämien tietolähteiden (EGTEI) sisältämää päästöjen vähentämisen kustannustietoa

Sivu 4 (61) 1 TAUSTA JA TAVOITE Euroopan yhteisöjen komissio on julkaissut joulukuussa 2007 ehdotuksen teollisuuspäästöjen direktiiviksi. Tämän IE-direktiivin, Proposal for a directive on Industrial Emissions (integrated pollution prevention and control) tarkoituksena on tarkistaa ja yhdistää seitsemän erillistä teollisuuden päästöihin liittyvää direktiiviä yhdeksi direktiiviksi. Uusi direktiivi korvaisi mm. suuria polttolaitoksia (LCP-direktiivi) ja jätteenpolttolaitoksia (WID) koskevat direktiivit. Direktiiviehdotuksessa on keskeisenä lähestymistapana parhaan käytettävissä olevan tekniikan (BAT) käyttäminen sitovina normeina, mikä poikkeaa selvästi aiemmasta lähestymistavasta. Ehdotus kiristää mm. polttolaitosten päästöraja-arvoja ja sisältää myös uusia vaatimuksia teolliselle toiminnalle. Uudet päästöraja-arvot tulisivat voimaan vuonna 2016. Direktiiviehdotuksen mukaiset kiristyvät päästörajat aiheuttavat merkittävää investointitarvetta myös vanhoihin ja vähän käytössä oleviin laitoksiin sekä mahdollisesti myös pieniin, alle 50 MW:n, laitoksiin. Nähtävissä on, että päästöjen vähentämisen kustannustehokkuus (euroa per vähennetty päästötonni) on alhainen merkittävässä laitosjoukossa. Tästä syystä Energiateollisuuden Ympäristöpooli ja Metsäteollisuus ry ovat teettäneet Pöyryn energiakonsultoinnilla selvityksen IEdirektiiviehdotuksen päästöraja-arvojen kustannusvaikutuksista suomalaisissa energiatuotantolaitoksissa. Työn tavoitteena on ollut laatia o kuvaus direktiiviehdotuksen savukaasupäästöjen kiristyvien raja-arvojen (liitteen V arvot, osin myös BAT-taso) kustannusvaikutuksesta suomalaiselle energiantuotannolle o analyysi kriittisistä raja-arvoista päästöjen vähentämisen kustannustehokkuuden kannalta. Työn tavoitteena on ollut myös muodostaa pohja-aineistoa kansallisen LCP-BREF päivitystyölle. Lisäksi työssä on tarkasteltu yleisellä tasolla direktiiviehdotuksen kiristyviä vaatimuksia savukaasupäästöjen tarkkailu- ja raportointivaatimusten osalta. Tältä osin on raportoitu muutokset vaatimuksissa ja näkemys vaikutuksesta suomalaisissa energiantuotantolaitoksissa.

Sivu 5 (61) 2 DIREKTIIVIEHDOTUKSEN PÄÄSTÖRAJA-ARVOT Direktiiviehdotuksen henki on, että päästöraja-arvoina sovelletaan parhaan käytettävissä olevan tekniikan (BAT) mukaisia päästötasoja. Toisaalta näistä voidaan poiketa, mutta direktiiviehdotuksen liitteessä V esitettyjä raja-arvoja ei saa ylittää. Seuraavissa taulukoissa on esitetty ehdotuksen liitteen V mukaiset raja-arvot. Taulukko 2-1 Rikkidioksidipäästöjen raja-arvot, direktiiviehdotuksen liite V Polttoaineteho Kivihiili ja ruskohiili Biomassa Turve Nestemäiset polttoaineet MW mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 50-100 400 200 300 350 100-300 250 200 300 250 >300 200 200 200 200 Kiinteä polttoaine, ennen 27.11.2002 luvitetut ja alle 1500 h/a: 800 mg/nm 3 Taulukko 2-2 Typenoksidipäästöjen raja-arvot, direktiiviehdotuksen liite V Polttoaineteho Kivihiili ja ruskohiili Biomassa ja turve Nestemäiset polttoaineet MW mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 50-100 300 300 450 100-300 200 250 200 >300 200 200 150 Alle 500 MW kiinteä polttoaine, ennen 27.11.2002 luvitetut ja alle 1500 h/a: 450 mg/nm 3 Yli 500 MW kiinteä polttoaine, ennen 1.1.1987 luvitetut ja alle 1500 h/a: 450 mg/nm 3 Taulukko 2-3 Typenoksidipäästöjen raja-arvot kaasukäyttöisissä laitoksissa, direktiiviehdotuksen liite V NOx CO mg/nm 3 mg/nm 3 Kaasukäyttöiset kattilat 100 100 Kaasuturbiinit (myös CCGT), jotka käyttävät polttoineena maakaasua 50 1) 100 Kaasumoottorit 100 100 1) 75 mg/nm 3 : kun CHP ja hyötysuhde yli 75 % Näitä päästöraja-arvoja ei sovelleta alle 500 h/a toiminnassa oleviin hätätarkoituksessa käytettäviin kaasuturbiineihin. Taulukko 2-4 Hiukkaspäästöjen raja-arvot, direktiiviehdotuksen liite V Polttoaineteho Kivihiili ja ruskohiili Biomassa ja turve Nestemäiset polttoaineet MW mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 50-100 30 30 30 100-300 25 20 25 >300 20 20 20 Kiinteiden polttoaineiden lievempiä päästörajoja sovelletaan laitoksiin, joiden käyttöaika ei ylitä 1500 tuntia vuodessa viiden vuoden jakson liukuvana keskiarvona.

Sivu 6 (61) 3 TARKASTELTAVAT LAITOKSET JA MENETELMÄKUVAUS 3.1 Tarkasteltavat laitokset Työhön sisällytettiin seuraavat energiantuotantolaitokset Suomessa: o Kaukolämpöä ja siihen liittyvää yhteistuotantosähköä tuottavat laitokset o Erillinen sähköntuotanto eli lauhdevoimalaitokset o Metsäteollisuuden energiantuotantolaitokset (ei sisällä soodakattiloita) o Suurten energiayhtiöiden omistamat muun teollisuuden laitokset. Työssä huomioitiin nykyiset laitokset ja jo toteutettaviksi päätetyt hankkeet, mutta ei myöhemmin rakennettavaksi kaavailtuja laitoksia. Nykyisistä laitoksista tarkasteluista jäivät pois vuonna 2005 20.000 tunnin käyttöön vuoteen 2016 mennessä sitoutuneet laitokset (Valtioneuvoston päätös olemassa olevien suurten polttolaitosten rikkidioksidi-, typenoksidi- ja hiukkaspäästöjen rajoittamista koskevasta suunnitelmasta, 24.11.2005). 3.2 Kokoluokkarajaus Direktiiviehdotuksen mukaan päästöraja-arvojen piiriin tulevat polttoaineteholtaan vähintään 20 MW:n laitokset (aiemmin 50 MW). Direktiiviehdotuksen yhdistämissääntöjen mukaan yksiköiden polttoainetehot lasketaan yhteen, mikäli yksiköiden savukaasut johdetaan samaan piippuun. Kokoluokkarajojen ja yhdistämissääntöjen tulkinta ja muotoilu lopullisessa direktiivissä on kuitenkin vielä epäselvää. Työssä kartoitettiin kaikki energiantuotantolaitospaikat, joiden yksiköiden yhteenlaskettu polttoaineteho on vähintään 20 MW (yksiköiden savukaasujen johtamista erillisiin tai yhteisiin piippuihin ei kartoituksessa selvitetty eikä huomioitu). Savukaasupäästöjen vähentämiskustannustarkastelut tehtiin kuitenkin yksiköille, joiden polttoaineteho on vähintään 50 MW ja päästörajoina käytetään yksikön teholuokan mukaista raja-arvoa. Tämän väliin jäävän laitosjoukon (20-50 MW) osalta selvitettiin niiden lukumäärät, polttoainetehot, polttoainekulutus ja päästöt polttoaineittain sekä niiden osuus kaikkien yli 20 MW laitosten polttoainekulutuksesta ja päästöistä 20-50 MW:n laitoksista tehtiin kuitenkin 3 case-tarkastelua, joissa selvitettiin näiden tyyppilaitosten päästöjen vähentämisen kustannukset. Lisäksi arvioitiin karkeasti kaikkien 20-50 MW:n laitosten päästöjen vähentämisen kustannus. 3.3 Menetelmäkuvaus Yli 50 MW:n laitosten päästöjen vähentämis- ja kustannustarkastelu suoritettiin laitoskohtaisesti. Työkaluna käytettiin Pöyryn Kattila- ja voimalaitostietokantaa (liite 1), josta jokainen laitos sijoitettiin direktiiviehdotuksen päästöraja-arvojen mukaisiin luokkiin polttoaineen, polttotekniikan ja kokoluokan perusteella.

Sivu 7 (61) Tietokanta sisälsi pohjatietoina laitoksista tekniset tiedot, polttoaineiden kulutustiedot, nykyiset päästöjenvähennystekniikat sekä ominaispäästötasot. Projektin johtoryhmään kuuluneet yritykset tarkastivat omien laitostensa tiedot. Kullekin laitokselle arvioitiin direktiiviehdotuksen päästörajoihin pääsemiseksi tarvittava vähennystekniikka ja kustannukset (investointi- ja muuttuvat kustannukset) sekä laskettiin saavutettava päästövähenemä lähtötietona olleen nykyisen ominaispäästötason avulla. Päästöjen vähennyskustannuksia tarkasteltaessa ei selvitetty laitoskohtaisia kustannuserityispiirteitä (paikalliset rajoitukset laitospaikalla tai prosessissa). Tekniikoita ja kustannuksia arvioitaessa pyrittiin kuitenkin huomioimaan nämä olemassa olevien laitosten rajoitteet teknisten muutosten toteuttamisessa. Määrällisten (tonnia vuodessa) päästövähenemien laskemiseksi suoritettiin Suomen energianhankinnan karkeahko mallinnus vuodelle 2016 tietokannan avulla. Mallinnus noudattaa energian tarpeiden ja tuotantorakenteen osalta vuonna 2008 laadittua Suomen pitkän aikavälin ilmasto- ja energiastrategiaa (Valtioneuvoston selonteko eduskunnalle 6.11.2008). Samoin laitoskohtaisia tuotantomääriä ja niistä laskettuja huipunkäyttöaikoja (h/a) tarvittiin direktiiviehdotuksessa olevien lievennysten tarkastelemiseksi: lievemmät päästöraja-arvot tietyissä laitoksissa, jos käyttöaika on enintään 1.500 h/a. Työn tarkoituksena oli arvioida päästöjen vähentämisen kustannustehokkuutta, joten työssä on selvitetty polttoaineittain/kokoluokittain/laitostyypeittäin/päästökomponenteittain, mihin ominaispäästötasoon kullakin päästöjenvähennystekniikalla päästään. Joissain kohteissa on vaikeaa saavuttaa päästöraja-arvo tyypillisellä tekniikalla tai nykyinen päästötaso on jo lähellä uutta raja-arvoa, jolloin joudutaan investoimaan kalliisiinkin tekniikoihin pienen päästövähennystarpeen vuoksi. Tämän takia työssä on pyritty etsimään kohteita ja raja-arvoja, joissa raja-arvojen lievennykset olisivat perusteltuja vähäisten päästövähenemien takia.

Sivu 8 (61) 4 ENERGIANTUOTANTOLAITOKSET SUOMESSA 4.1 Kapasiteetti ja kokonaispäästöt Tietokannan avulla identifioitiin tarkasteltavat laitokset: yli 50 MW:n yksiköt sekä 20-50 MW:n laitokset (jotka siis sisältävät myös alle 20 MW:n yksiköitä, jos laitoksen yhteenlaskettu teho on vähintään 20 MW). Seuraavassa kuvassa on esitetty näiden laitosten lukumäärät, polttoainetehot ja kulutukset sekä päästöt. Polttoainekulutus ja edelleen syntyvät päästöt kuvaavat mallinnettua tilannetta vuodelle 2016. Mallinnus pohjautuu kansallisen ilmasto- ja energiastrategian taustalla oleviin skenaarioihin. 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Lukumäärä Polttoaine- Polttoaine- NOx SO2 Hiukkaset teho kulutus kpl MW GWh tonnia tonnia tonnia 20-50 MW 499 10940 11450 5580 4600 1120 Yli 50 MW 137 27170 108510 42380 28930 2900 Kuva 4-1 Tarkastellut laitokset vuonna 2016: yli 50 MW:n yksiköt ja 20-50 MW:n laitokset 20-50 MW:n laitoksia on lukumääräisesti paljon, lähes 80 %, mutta osuus kapasiteetista ja polttoainekulutuksesta on pieni. Yli 50 MW:n yksiköissä käytetään 90 % polttoaineesta ja päästöistä niissä syntyy NO x :n osalta 88 %, SO 2 :n osalta 86 % ja hiukkasten osalta 72 %. Kuvasta voi päätellä, että alle 50 MW:n yksiköistä merkittävä osa on vara- ja huippukuormalaitoksia, joiden vuotuinen käyttöaika on lyhyt. Samoin päästömääristä voi päätellä, että etenkin hiukkaspäästöjen osalta pienissä laitoksissa on korkeammat ominaispäästöt (suurissa laitoksissa on tehokkaammat erottimet). Seuraavissa kuvissa on esitetty vastaavat tiedot jaoteltuna polttoaineittain ja erikseen alle 50 MW:n laitosten ja yli 50 MW:n yksiköiden osalta. Laitokset on jaettu polttoaineisiin kunkin laitoksen pääpolttoaineen mukaan (suurin osuus vuotuisesta polttoainekulutuksesta). Esimerkiksi kotimaista polttoainetta käyttävät laitokset Suomessa käyttävät useimmiten sekä turvetta että puuta ja laitosten koko kapasiteetti, polttoainekulutus ja päästöt on oheisissa kuvissa luokiteltu pääpolttoaineen kohdalle.

Sivu 9 (61) Niinpä esimerkiksi kaasu- ja puulaitosten kohdalla on rikkipäästöjä vaikka nämä polttoaineet eivät itsessään sisällä rikkiä, mutta rikkipäästö tulee samassa laitoksessa käytetystä turpeesta tai öljystä. 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Lukumäärä Polttoaine- Polttoaine- NOx SO2 Hiukkaset teho kulutus kpl MW GWh tonnia tonnia tonnia Muu 3 57 339 107 164 14 Öljy 262 5955 1508 1009 2356 120 Puu 75 1142 4669 2184 318 746 Turve 23 648 2650 1472 1457 222 Kaasu 133 3027 2055 675 137 6 Hiili 3 112 234 137 167 11 Kuva 4-2 Tarkastellut 20-50 MW:n laitokset vuonna 2016 pääpolttoaineen mukaan jaoteltuna Lukumääräisesti ja kapasiteetiltaan eniten on öljyä ja kaasua käyttäviä laitoksia, jotka ovat kuitenkin valtaosin vara- ja huippukuormalaitoksia. Polttoainekulutuksen mukaan puuta ja turvetta käytetään eniten, ne ovat tyypillisesti peruskuormalaitoksia. NO x - päästöt ovat melko samassa suhteessa polttoainekulutuksen kanssa, joten eri polttoaineiden väliset erot ominaispäästökertoimissa eivät ole NO x :n kohdalla kovin suuret. Rikkipäästöjen osalta puolestaan erottuu raskaan polttoöljyn muita polttoaineita korkeampi rikkidioksidin ominaispäästökerroin (ja se, ettei öljylaitoksissa ole rikinerotuslaitteita) sekä turpeen sisältämä rikki. Hiukkaspäästöjen jakaumasta on havaittavissa kiinteän polttoaineen laitosten suuri osuus, erotinlaitteet näissä pienissä laitoksissa eivät ole erityisen tehokkaat lievempien päästörajojen takia.

100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % PÖYRY ENERGY OY Sivu 10 (61) Lukumäärä Polttoaine- Polttoaine- NOx SO2 Hiukkaset teho kulutus kpl MW GWh tonnia tonnia tonnia Öljy 31 2440 320 160 510 30 Puu 27 4190 18950 7490 3300 790 Turve 25 5090 26010 11380 11440 1020 Kaasu 33 6260 27490 5480 10 0 Hiili 21 9200 35730 17880 13660 1060 Kuva 4-3 Tarkastellut yli 50 MW:n yksiköt vuonna 2016 pääpolttoaineen mukaan jaoteltuna Yli 50 MW:n laitokset ovat jakautuneet lukumääräisesti melko tasan eri polttoaineiden kesken. Kapasiteetin ja polttoainekulutuksen osalta erottuu hiilen korkea osuus (suuria peruskuormalaitoksia) ja polttoainekulutuksen osalta öljyn alhainen osuus (vara- ja huippukuormalaitoksia). NO x -päästöissä on havaittavissa kaasun alhainen osuus kokonaispäästöistä, koska kaasuturbiinilaitosten ominaispäästökertoimet ovat alhaiset. Lisäksi rikin ja hiukkasten osalta kaasu ei tuota päästöjä lainkaan. Hiukkasten kokonaispäästöjen osalta on havaittavissa kotimaisten polttoaineiden hieman korkeampi osuus hiileen nähden, turvetta ja puuta käyttävät laitokset ovat pienempiä ja siten päästövaatimukset lievempiä. 4.2 Ominaispäästöt ja direktiiviehdotuksen päästöraja-arvot Seuraavissa taulukoissa on esitetty yli 50 MW:n yksiköiden nykyisiä ominaispäästöjä vastaava päästötaso vuonna 2016 ja ominaispäästön vaihteluväli sekä direktiiviehdotuksen liitteen V päästöraja-arvot. Tämän jälkeen on esitetty, kuinka moni yksikkö alittaa nykyisin ehdotetut raja-arvot ja kuinka monessa yksikössä joudutaan tekemään päästövähennystoimia. Lisäksi taulukoissa on esitetty yksiköiden kapasiteettija polttoainekulutustiedot jaoteltuna polttoaineiden lisäksi laitoskokoluokkiin. Kokoluokkarajat ovat määräytyneet direktiiviehdotuksen päästöraja-arvoluokittelun mukaan. Taulukoissa on värjätyllä pohjalla merkitty laitostyhmät, joita on lukumääräisesti eniten ja joissa on tonnimääräisesti suurimmat päästöt. Nykyisissä ominaispäästötasoissa punaisilla numeroilla on merkitty direktiiviehdotuksen raja-arvot ylittävät arvot, vihreällä puolestaan alittavat.

PÖYRY ENERGY OY Sivu 11 (61) Taulukoiden direktiiviehdotuksen päästöraja-arvojen sarakkeessa 1500 h/a on esitetty vähän käyvien laitosten raja-arvo. Alkuperäisessä direktiiviehdotuksessa ei ole lievennyksiä nestemäisille ja kaasumaisille polttoaineille. Työssä on kuitenkin tehty joustotarkasteluja, joissa lievemmät ohjearvot koskevat myös nestemäisiä ja kaasumaisia polttoaineita, nämä on merkitty taulukkoon kursiivilla. Hiililaitokset painottuvat sekä lukumäärän, kapasiteetin, polttoainekulutuksen ja päästöjen suhteen suuriin laitoksiin. Kaasuturbiinilaitoksissa pääpaino on keskisuurissa ja suurissa laitoksissa, kun taas kotimaisilla polttoaineilla keskisuurissa laitoksissa. Öljy- ja kaasukattiloista valtaosa on pieniä laitoksia. Taulukko 4-1 Yli 50 MW:n yksiköiden kapasiteetti-, polttoainekulutus- ja päästötiedot mallinnusvuonna 2016 sekä nykyiset NO x -ominaispäästötasot ja direktiiviehdotuksen päästöraja-arvot Luku- Polttoaine- Polttoainemäärä NOx teho kulutus Päästöt Nykyinen taso Päästöraja Liite 5 Päästö Toimia Keskiarvo Vaihteluväli 1500 h/a ok tarvitaan kpl MW GWh tonnia mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 kpl kpl Hiili 21 9200 35730 17878 397 6 15 50-100 2 170 181 97 425 340-490 300 450 1 1 100-300 4 810 2163 1233 452 340-490 200 450 1 3 300-15 8220 33386 16549 393 (170) 400-570 200 450 4 11 Kaasuturbiinit 18 4690 25644 4881 62 12 6 50-100 1 80 350 70 65 65 CCGT 75 150 1 0 100-300 12 2160 9234 1497 53 25-135 CCGT 75 150 7 5 300-5 2450 16060 3314 67 30-90 CCGT 75 150 4 1 Kaasukattilat 15 1570 1846 603 303 2 13 50-100 9 580 1125 459 378 130-500 100 450 0 9 100-300 5 590 321 72 208 80-430 100 450 2 3 300-1 400 400 72 167 167 100 450 0 1 Turve 25 5090 26006 11376 304 7 18 50-100 4 270 1547 777 349 350 300 0 4 100-300 17 3190 15057 6334 292 200-500 250 450 5 12 300-4 1630 9402 4265 315 125-1000 200 2 2 Puu 27 4190 18955 7486 274 8 19 50-100 11 900 4515 2055 316 150-375 300 4 7 100-300 14 2390 9908 4163 292 200-375 250 450 3 11 300-2 900 4532 1267 194 190-200 200 1 1 POR 26 2190 305 154 468 0 26 50-100 20 1330 214 112 485 400-665 450 450 0 20 100-300 6 860 90 41 422 380-600 200 450 0 6 300-0 0 0 0 POK 5 250 21 7 309 5 0 50-100 5 250 21 7 309 165-350 450 450 5 0 100-300 0 0 0 0 200 0 0 300-0 0 0 0 150 0 0 Yhteensä 137 27180 108506 42385 40 97 Nykyinen taso-sarakkeissa punaisilla on merkitty direktiiviehdotuksen raja-arvot ylittävät arvot, vihreällä puolestaan alittavat Hiililaitosten nykyiset NO x -päästötasot ovat suurelta osin korkeammat kuin direktiiviehdotuksen raja-arvot. Vähän käyvät (alle 1500 h/a) laitokset ja yksittäinen alhaisen päästötason laitos alittavat raja-arvot nyt. Uudet ja suuret kaasuturbiinilaitokset alittavat ehdotetut raja-arvot. Vanhempien, 1980- luvun lopun, pienempien laitosten päästötaso on ehdotettuja raja-arvoja korkeampi. Turvetta ja puuta käyttävistä kattiloista reilut neljännes alittaa nyt ehdotetut raja-arvot. Kevyttä öljyä käyttävät kattilat alittavat ehdotetut raja-arvot. Suuri osa raskasöljy- ja kaasukattiloista ei sen sijaan pääse ehdotettuihin raja-arvoihin. Alle 100 MW:n raskasöljykattiloista osa alittaa raja-arvot, mutta taulukossa nämä on kuitenkin merkitty kohteiksi, joissa toimia tarvitaan, koska rikkipäästöjen takia siirrytään kevyeen

Sivu 12 (61) polttoöljyyn ja tällöin mahdollisesti joudutaan investoimaan uusiin kevyen öljyn low- NO x -polttimiin. Taulukko 4-2 Yli 50 MW:n yksiköiden kapasiteetti-, polttoainekulutus- ja päästötiedot mallinnusvuonna 2016 sekä nykyiset SO 2 -ominaispäästötasot ja direktiiviehdotuksen päästöraja-arvot Luku- Polttoaine- Polttoainemäärä SO2 teho kulutus Päästöt Nykyinen taso Päästöraja Liite 5 Päästö Toimia Keskiarvo Vaihteluväli 1500 h/a ok tarvitaan kpl MW GWh tonnia mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 kpl kpl Hiili 21 9200 35730 13661 303 9 12 50-100 2 170 181 149 653 630-685 400 800 2 0 100-300 4 810 2163 1388 509 315-1140 250 800 0 4 300-15 8220 33386 12124 288 140-800 200 800 7 8 Kaasuturbiinit 18 4690 25644 0 0 18 0 50-100 1 80 350 0 0 1 0 100-300 12 2160 9234 0 0 12 0 300-5 2450 16060 0 0 5 0 Kaasukattilat 15 1570 1846 0 0 15 0 50-100 9 580 1125 0 0 9 0 100-300 5 590 321 0 0 5 0 300-1 400 400 0 0 1 0 Turve 25 5090 26006 11441 306 7 18 50-100 4 270 1547 603 271 200-410 280 1 3 100-300 17 3190 15057 6687 308 200-625 280 800 6 11 300-4 1630 9402 4152 307 210-490 200 0 4 Puu 27 4190 18955 3303 121 22 5 50-100 11 900 4515 659 101 0-250 230 9 2 100-300 14 2390 9908 1283 90 10-250 230 800 12 2 300-2 900 4532 1361 209 190-250 200 1 1 POR 26 2190 305 507 1539 0 26 50-100 20 1330 214 354 1532 1470-1600 350 850 0 20 100-300 6 860 90 153 1574 1470-1600 250 850 0 6 300-0 0 200 0 0 POK 5 250 21 4 176 5 0 50-100 5 250 21 4 176 165-185 350 850 5 0 100-300 0 0 0 250 300-0 0 0 200 Yhteensä 137 27180 108506 28916 76 61 Nykyinen taso-sarakkeissa punaisilla on merkitty direktiiviehdotuksen raja-arvot ylittävät arvot, vihreällä puolestaan alittavat Hiililaitosten nykyiset SO 2 -päästötasot ovat suurelta osin korkeammat kuin direktiiviehdotuksen raja-arvot. Vähän käyvät (alle 1500 h/a) laitokset ja parhaat alhaisen päästötason laitokset alittavat raja-arvot nyt. Kaasua käyttävistä laitoksista ei tule rikkipäästöjä polttoaineen rikittömyyden takia. Turvetta pääpolttoaineena käyttävistä kattiloista reilut neljännes alittaa nyt ehdotetut raja-arvot. Puuta pääpolttoaineena käyttävistä kattiloista valtaosa alittaa raja-arvot, mutta osa ei johtuen turpeen merkittävästä käyttömäärästä. Raskasöljykattilat eivät pääse ehdotettuihin raja-arvoihin johtuen öljyn rikkipitoisuudesta ja siitä, että laitoksissa ei ole rikinpoistolaitteistoja. Kevyttä öljyä käyttävät sen sijaan alittavat ehdotetut raja-arvot, koska kevyen polttoöljyn sisältämä rikkipitoisuus on alhainen.

Sivu 13 (61) Taulukko 4-3 Yli 50 MW:n yksiköiden kapasiteetti-, polttoainekulutus- ja päästötiedot mallinnusvuonna 2016 sekä nykyiset hiukkasten ominaispäästötasot ja direktiiviehdotuksen päästörajaarvot Luku- Polttoaine- Polttoainemäärä Hiukkaset teho kulutus Päästöt Nykyinen taso Päästöraja Liite 5 Päästö Toimia Keskiarvo Vaihteluväli 1500 h/a ok tarvitaan kpl MW GWh tonnia mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 kpl kpl Hiili 21 9200 35730 1056 23 11 10 50-100 2 170 181 9 39 30-45 30 1 1 100-300 4 810 2163 53 19 5-45 25 2 2 300-15 8220 33386 994 24 15-45 20 8 7 Kaasuturbiinit 18 4690 25644 0 0 18 0 50-100 1 80 350 0 0 1 0 100-300 12 2160 9234 0 0 12 0 300-5 2450 16060 0 0 5 0 Kaasukattilat 15 1570 1846 0 0 15 0 50-100 9 580 1125 0 0 9 0 100-300 5 590 321 0 0 5 0 300-1 400 400 0 0 1 0 Turve 25 5090 26006 1020 27 10 15 50-100 4 270 1547 77 35 30-50 30 2 2 100-300 17 3190 15057 737 34 15-65 20 5 12 300-4 1630 9402 205 15 15-50 20 3 1 Puu 27 4190 18955 791 29 15 12 50-100 11 900 4515 229 35 15-50 30 7 4 100-300 14 2390 9908 448 31 15-50 20 6 8 300-2 900 4532 114 17 17 20 2 0 POR 26 2190 305 28 85 3 23 50-100 20 1330 214 23 100 20-135 30 2 18 100-300 6 860 90 5 51 25-135 25 1 5 300-0 0 20 0 0 POK 5 250 21 0 0 5 0 50-100 5 250 21 0,4 18 15 30 5 0 100-300 0 0 0 0 25 0 0 300-0 0 0 0 20 0 0 Yhteensä 137 27180 108506 2896 77 60 Nykyinen taso-sarakkeissa punaisilla on merkitty direktiiviehdotuksen raja-arvot ylittävät arvot, vihreällä puolestaan alittavat Noin puolet hiililaitosten nykyisistä hiukkaspäästötasoista alittavat direktiiviehdotuksen raja-arvot. Toinen puolisko laitoksista joutuu parantamaan erotinlaitteitaan. Kaasua käyttävistä laitoksista ei tule merkittäviä hiukkaspäästöjä polttoaineen ominaisuuksien takia. Turvetta pääpolttoaineena käyttävistä kattiloista noin 40 % alittaa nyt ehdotetut rajaarvot. Puuta pääpolttoaineena käyttävistä kattiloista reilut puolet alittavat raja-arvot. Raskasöljykattiloista valtaosa ei pääse ehdotettuihin raja-arvoihin, osassa laitoksia ei ole erillisiä erotinlaitteita ja useimmilla sykloneilla ei päästä raja-arvojen alle. Kevyttä öljyä käyttävät kattilat sen sijaan alittavat ehdotetut raja-arvot johtuen kevyen öljyn ominaisuuksista, mm. alhaisesta tuhkapitoisuudesta.

Sivu 14 (61) 5 PÄÄSTÖJEN VÄHENTÄMISTEKNOLOGIAT JA KUSTANNUKSET 5.1 Teknologiat, päästötasot ja ominaiskustannukset Työssä on tarkasteltu eri teknologioita typenoksidi-, rikkidioksidi ja hiukkaspäästöjen vähentämiseksi. Seuraavaan taulukkoon on kerätty näiden teknologioiden ominaiskustannuksia ja saavutettavia päästötasoja. Taulukko 5-1 Päästöjen vähentämisteknologioita, saavutettava päästötaso ja ominaiskustannukset Teknologia Päästökomponentti Tyypilliset kohteet Saavutettava päästötaso tai alenema Kustannukset Invest. Käyttökust. mg/nm 3 /kw pa /MWh pa Yli 50 MW:n yksiköt Primäärikeinot (ilmajärjestelyt ym.) NO x Petikattilat - 5-20 % 0,3-4 - Low-NO x -polttimet NO x Kaasukattilat 100 5-7 - Dry-low-NO x -polttimet (DLN) NO x Kaasuturbiinit 20 15-20 - Low-NO x -polttimet + ilmajärjestelyt NO x Hiili pölypoltto 400 5-6 - Vaihto POK + low-no x -polttimet SO 2 / NO x / POR-kattilat hiukkaset 200 / 200 / 20 5-7 22 SNCR NO x Petikattilat - 20-50 % 7-13 0,25-0,5 SCR NO x Pölypolttolaitokset - 70% 35-70 0,45-1,3 Kalkinsyöttö petiin SO 2 Petikattilat (turve) - 20-50 % 4-8 0,2-0,3 Pesuri SO 2 / Petikattilat (turve) hiukkaset - 60 % / 20 35-70 0,4-0,8 SO 2 / hiukkaset Märkä pesuri perään (kalkkimaitopesuri) Märkä rikinpoisto puolikuivan tilalle SO 2 / hiukkaset Kalkin lisäys ja käytettävyyden SO 2 parantaminen Hiili (nyt puolikuiva rikinpoisto) 200 / 20 50-70 0,4-0,7 Hiili (nyt puolikuiva rikinpoisto) 200 / 20 100-200 0,1-0,2 Hiili (nyt märkämenetelmä) 200 0,5-3 0,03-0,05 Letkusuodatin hiukkaset Kiinteä polttoaine 20 15-25 0,3-0,4 Sähkösuodatin hiukkaset Kiinteä polttoaine 20 15-25 0,1-0,15 Lisäkenttä sähkösuodattimeen hiukkaset Kiinteä polttoaine 20 8-13 0,03-0,06 Sähkösuodattimen parannus hiukkaset Kiinteä polttoaine 20 3-5 - Märkä sähkösuodatin hiukkaset POR-kattilat 20 30-50 0,13-0,2 20-50 MW:n laitokset SNCR NO x Petikattilat - 20-50 % 15-30 0,25-0,5 Vaihto POK + low-no x -polttimet SO 2 / NO x / POR-kattilat hiukkaset 200 / 200 / 20 8-11 22 Märkä sähkösuodatin hiukkaset POR-kattilat 20 45-75 0,13-0,2 Sähkösuodatin hiukkaset Kiinteä polttoaine 30 30-50 0,1-0,15 Lisäkenttä sähkösuodattimeen hiukkaset Kiinteä polttoaine 30 15-25 0,03-0,06 Päästöjen vähennysteknologioiden kustannustaso ja saavutettava päästötaso ovat suuresti riippuvaisia sovellettavasta kohteesta: vaikuttavia tekijöitä ovat mm. päästöjen lähtötaso, jo sovelletut teknologiat, laitospaikan asettamat tilarajoitukset, kattilatyypin asettamat rajoitukset, laitoksen koko jne. Yleisesti voidaan todeta, että yllä olevan taulukon ominaispäästöjen haarukan alarajat soveltuvat suurille ja ylärajat pienille

Sivu 15 (61) laitoksille. Tarkempi päästöjen vähentämisen kustannusten selvittäminen vaatisi syventymistä kunkin yksikön paikallisiin ominaispiirteisiin, joihin tämän työn puitteissa ei ollut mahdollisuuksia. Päästöjen vähentämisen teknologioita on käsitelty tarkemmin myöhemmin tässä raportissa case-tarkasteluiden yhteydessä. 5.2 Teknologioiden soveltaminen laitoskantaan tarkasteluvuonna 2016 Edellä esitettyjä päästöjen vähentämisteknologioita sovellettiin tarkasteltaviin laitoksiin mallinnusvuonna 2016. Tarkastelu tehtiin laitoskohtaisesti huomioiden jo sovelletut teknologiat, päästöjen lähtötaso, laitostyyppi, koko jne., vaikkakaan laitospaikkakohtaisia erityispiirteitä ei tarkastelussa huomioitu. Seuraavissa taulukoissa on esitetty päästökomponenteittain saavutetut päästövähenemät, syntyneet kustannukset ja kustannustehokkuudet. Investointikustannukset on jaettu yksittäisille vuosille annuiteettikertoimella: pitoaika 10 vuotta ja korko 5 %. Oikeanpuoleisimmassa kustannustehokkuussarakkeessa (kustannus per vähennetty päästötonni) on punaisella pohjalla merkitty laitoskokoluokat, joissa kustannustehokkuus on keskimääräistä huonompi. Huomioitavaa on, että taulukoissa kunkin polttoaineen/kokoluokan sisällä on usein sovellettu useampia teknologioita, yksiköiden huipunkäyttöajat ja päästöjen lähtötasot vaihtelevat ja siksi taulukossa esitetty kustannustehokkuus kuvaa vain keskiarvoa. Toisaalta joissain kategorioissa laitoksia voi olla vain yksi, jolloin mm. sen huipunkäyttöaika on ratkaiseva kustannustehokkuuden kannalta. Kustannustehokkuuksien herkkyyttä päästöjen lähtötason tai erotusasteen, investoinnin pitoajan ja laitoksen vuotuisen käyttöajan suhteen on tarkasteltu case-tapausten yhteydessä.

Sivu 16 (61) Taulukko 5-2 Typenoksidipäästöjen päästövähenemä, kustannukset ja kustannustehokkuus mallinnusvuonna 2016 Polttoaine- Polttoaine- NOx NOx teho kulutus Päästöt Päästö Toimia Päästöok Kustannukset tarvitaan vähenemä Invest. Käyttökust. Yhteensä MW GWh tonnia kpl kpl t/a M /a M /a /tnox Hiili 9200 35730 17878 6 15 10475 34 13 4500 50-100 170 181 97 1 1 18 0,15 0,03 9700 100-300 810 2163 1233 1 3 857 5,3 1,6 8100 300-8220 33386 16549 4 11 9599 28 12 4200 Kaasuturbiinit 4690 25644 4881 12 6 797 2,4 0 3100 50-100 80 350 70 1 0 0 0 0 0 100-300 2160 9234 1497 7 5 448 1,7 0 3900 300-2450 16060 3314 4 1 348 0,7 0 2000 Kaasukattilat 1570 1846 603 2 13 404 1,3 0 3200 50-100 580 1125 459 0 9 338 0,6 0 1700 100-300 590 321 72 2 3 37 0,3 0 8700 300-400 400 72 0 1 29 0,4 0 13500 Turve 5090 26006 11376 7 18 3952 5,6 3,3 2300 50-100 270 1547 777 0 4 311 0,5 0,5 3000 100-300 3190 15057 6334 5 12 1525 1,5 1,7 2100 300-1630 9402 4265 2 2 2116 3,7 1,1 2300 Puu 4190 18955 7486 8 19 1596 2,0 2,0 2500 50-100 900 4515 2055 4 7 463 0,7 0,5 2500 100-300 2390 9908 4163 3 11 1079 1,3 1,5 2600 300-900 4532 1267 1 1 54 0 0 700 POR 2190 305 154 0 26 57 0,2 0,7 16400 50-100 1330 214 112 0 20 35 0,13 0,5 17800 100-300 860 90 41 0 6 22 0,08 0,2 14100 300-0 0 0 0 0 0 0 POK 250 21 7 5 0 0 0 0 0 50-100 250 21 7 5 0 0 0 0 0 100-300 0 0 0 0 0 0 0 0 0 300-0 0 0 0 0 0 0 0 0 Yhteensä 27180 108506 42385 40 97 17281 46 19 3800 Vihreällä fontilla laitokset, joissa nykyinen päästötaso ok, punaisella merkityt joutuvat vähentämään päästöjä. Punaisella pohjalla merkityt päästöjen vähentämisen ominaiskustannukset keskiarvoa korkeampia. Eniten kustannuksia syntyy suurissa hiililaitoksissa, joissa joudutaan investoimaan SCR-menetelmään. Myös turvetta ja puuta käyttävien laitosten investoinnit SNCRmenetelmään ovat merkittävät. Samoin kaasuturbiinien investointi DLN-polttimiin on sekä kokonaisuutena että laitosta kohden suuri. Öljykattiloiden huono kustannustehokkuus johtuu kevyen polttoöljyn kalleudesta ja laitosten alhaisesta käyttöajasta.

Sivu 17 (61) Taulukko 5-3 Rikkidioksidipäästöjen päästövähenemä, kustannukset ja kustannustehokkuus mallinnusvuonna 2016 Polttoaine- Polttoaine- SO2 SO2 teho kulutus Päästöt Päästö Toimia Päästöok Kustannukset tarvitaan vähenemä Investointi Käyttökust. Yhteensä MW GWh tonnia kpl kpl t/a M /a M /a /tso2 Hiili 9200 35730 13661 9 12 4636 16,3 6,0 4800 50-100 170 181 149 2 0 0 0 0 0 100-300 810 2163 1388 0 4 696 5,1 1,3 9100 300-8220 33386 12124 7 8 3940 11,2 4,8 4100 Kaasuturbiinit 4690 25644 0 18 0 0 0 0 0 50-100 80 350 0 1 0 0 0 0 0 100-300 2160 9234 0 12 0 0 0 0 0 300-2450 16060 0 5 0 0 0 0 0 Kaasukattilat 1570 1846 0 15 0 0 0 0 0 50-100 580 1125 0 9 0 0 0 0 0 100-300 590 321 0 5 0 0 0 0 0 300-400 400 0 1 0 0 0 0 0 Turve 5090 26006 11441 7 18 3953 8 10 4500 50-100 270 1547 603 1 3 185 0,5 0,6 5800 100-300 3190 15057 6687 6 11 1806 3 4 3700 300-1630 9402 4152 0 4 1962 4 5 5000 Puu 4190 18955 3303 22 5 239 0,4 1,2 6500 50-100 900 4515 659 9 2 24 0,13 0,18 12700 100-300 2390 9908 1283 12 2 60 0,24 0,5 11600 300-900 4532 1361 1 1 156 0 0,6 3600 POR 2190 305 507 0 26 441 1,3 4,3 12600 50-100 1330 214 354 0 20 308 0,8 3,0 12100 100-300 860 90 153 0 6 133 0,5 1,3 13700 300-0 0 0 0 0 0 0 POK 250 21 4 5 0 0 0 0 0 50-100 250 21 4 5 0 0 0 0 0 100-300 0 0 300-0 0 Yhteensä 27180 108506 28916 76 61 9269 26 21 5100 Vihreällä fontilla laitokset, joissa nykyinen päästötaso ok, punaisella merkityt joutuvat vähentämään päästöjä. Punaisella pohjalla merkityt päästöjen vähentämisen ominaiskustannukset keskiarvoa korkeampia. Eniten kustannuksia syntyy suurissa hiililaitoksissa, joissa on nyt puolikuiva rikinpoisto ja laitokset joutuvat investoimaan tehokkaampaan rikinpoistoteknologiaan. Suuret kokonaiskustannukset kohdistuvat myös turvetta käyttäviin laitoksiin, joissa joudutaan investoimaan pesureihin tai kalkki-injektiolaitteisiin. Öljykattiloiden huono kustannustehokkuus johtuu kevyen polttoöljyn kalleudesta ja laitosten alhaisesta käyttöajasta.

Sivu 18 (61) Taulukko 5-4 Hiukkaspäästöjen päästövähenemä, kustannukset ja kustannustehokkuus mallinnusvuonna 2016 Polttoaine- Polttoaine- Hiukkaset Hiukkaset teho kulutus Päästöt Päästö Toimia Päästöok Kustannukset tarvitaan vähenemä Investointi Käyttökust. Yhteensä MW GWh tonnia kpl kpl t/a M /a M /a /t PM Hiili 9200 35730 1056 11 10 305 5,4 1,0 20900 50-100 170 181 9 1 1 2 0,04 0,000 19700 100-300 810 2163 53 2 2 12 0,9 0,05 75100 300-8220 33386 994 8 7 290 4,5 0,9 18600 Kaasuturbiinit 4690 25644 0 18 0 0 0 0 0 50-100 80 350 0 1 0 0 0 0 0 100-300 2160 9234 0 12 0 0 0 0 0 300-2450 16060 0 5 0 0 0 0 0 Kaasukattilat 1570 1846 0 15 0 0 0 0 0 50-100 580 1125 0 9 0 0 0 0 0 100-300 590 321 0 5 0 0 0 0 0 300-400 400 0 1 0 0 0 0 0 Turve 5090 26006 1020 10 15 586 3,6 1,1 8000 50-100 270 1547 77 2 2 30 0,2 0,02 7100 100-300 3190 15057 737 5 12 467 2,7 0,7 7300 300-1630 9402 205 3 1 89 0,7 0,4 11900 Puu 4190 18955 791 15 12 394 1,7 0,2 4900 50-100 900 4515 229 7 4 104 0,5 0,10 5600 100-300 2390 9908 448 6 8 291 1,2 0,1 4700 300-900 4532 114 2 0 0 0 0 0 POR 2190 305 28 3 23 23 0,5 1,7 98400 50-100 1330 214 23 2 18 19 0,3 1,3 83700 100-300 860 90 5 1 5 4 0,2 0,4 176000 300-0 0 0 0 0 0 0 POK 250 21 0 5 0 0 0 0 0 50-100 250 21 0,4 5 0 0 0 0 0 100-300 0 0 0 0 0 0 0 0 0 300-0 0 0 0 0 0 0 0 0 Yhteensä 27180 108506 2896 77 60 1308 11 4 11600 Vihreällä fontilla laitokset, joissa nykyinen päästötaso ok, punaisella merkityt joutuvat vähentämään päästöjä. Punaisella pohjalla merkityt päästöjen vähentämisen ominaiskustannukset keskiarvoa korkeampia. Eniten kustannuksia syntyy turvetta ja puuta käyttävissä laitoksissa sekä hiililaitoksissa, joissa joudutaan investoimaan uusiin hiukkaserottimiin tai vanhojen kunnostukseen. Merkittävä osa kustannuksista on myös kohdentunut hiukkaspäästöille kohteissa, joissa on investoitu pesuriin ensisijaisesti rikkipäästöjen pienentämisen takia. Öljykattiloiden alhainen kustannustehokkuus johtuu kevyen polttoöljyn kalleudesta ja laitosten alhaisesta käyttöajasta. 5.3 Päästöjen vähentämisen kokonaiskustannukset Seuraavaan taulukkoon on koottu polttoaineittain päästöjen vähentämisen kokonaisinvestointikustannus (M ) sekä vuotuiset kokonaiskustannukset (investointi ja käyttökustannukset, M /a). Taulukossa kokonaiskustannukset on jaettu energiateollisuuden ja metsäteollisuuden laitoksiin sekä ns. vierilaitoksiin, jotka tarkoittavat energiayritysten omistamia, metsäteollisuuden tuotantolaitosten yhteydessä, olevia voimalaitoksia.

Sivu 19 (61) Lisäksi taulukossa on esitetty karkea arvio direktiiviehdotuksen päästörajojen kustannusvaikutuksesta 20-50 MW:n laitoksiin. Raskasta öljyä (noin 250 kattilaa) ja kaasua (noin 130 kattilaa) käyttäviin kattiloihin investoitaisiin low-no x -polttimiin, investointi POR noin 50 M ja kaasu noin 25 M. Turvetta ja puuta käyttäviin laitoksiin (noin 100 kattilaa) investoitaisiin SNCR noin puoleen, kalkki-injektio neljäsosaan, uusi hiukkassuodatin noin puoleen ja lisäkenttä kolmasosaan kattiloista, kokonaisinvestointi yhteensä noin 50 M. Raportin liitteessä 2 on esitetty päästökomponenteittain vastaavalla jaottelulla päästöjen vähenemät, kustannukset ja kustannustehokkuudet sekä yli 50 MW:n että 20-50 MW:n laitosten osalta. Taulukko 5-5 Päästöjen vähentämisen kokonaiskustannukset Kustannukset yhteensä Invest. Invest. Käyttökust. Yli 50 MW M M /a M /a Hiili 429 56 20 Kaasuturbiinit 19 2 0 Kaasukattilat 10 1 0 Turve 132 17 14 Puu 32 4 3 POR 15 2 7 POK 0 0 0 Yhteensä 637 83 45 Energiateollisuus 582 75 38 "Vierilaitokset" 16 2 2 Metsäteollisuus 39 5 5 20-50 MW M M /a M /a Hiili 3,5 0,5 0,2 Kaasukattilat 23 2,9 0 Turve/puu 47 6 3 POR 53 7 32 Yhteensä 127 16 35 Yhteenlaskettu kokonaisinvestointikustannus on noin 765 M ja vuotuiset kokonaiskustannukset noin 180 M /a (sisältäen investointikustannuksen).

Sivu 20 (61) 6 CASE-TARKASTELUT Seuraavassa on kuvattu tarkemmin päästöjen vähentämisteknologioita ja vähentämisen kustannustehokkuuden herkkyyttä yleisimmissä suomalaisissa laitostyypeissä, joita direktiiviehdotuksen tiukemmat päästöohjearvot koskettavat. Herkkyystarkasteluissa muuttujana on päästöjen vähentämisen teknologiasta riippuen joko päästöjen lähtötaso (nykyinen taso) tai saavutettava päästövähenemä. On tärkeää huomata, että kyseisen teknologian päästövähenemäprosentti tai päästöjen lähtötaso ei ole laitosten valittavissa vaan on sidoksissa nykyiseen laitteistoon eli laitokset eivät itse voi siltä osin vaikuttaa vähentämisen kustannustehokkuuteen. 6.1 SCR hiilen pölypolttolaitokseen SCR-menetelmässä (Selective Catalytic Reduction) NO x -päästöjä vähennetään pelkistämällä ne ammoniakin ja katalyytin avulla typeksi (N 2 ). Prosessissa ammoniakkia syötetään savukaasukanavaan ennen katalyyttiä, jonka pinnalla itse pelkistysreaktio tapahtuu. Ammoniakin sijaan voidaan laitoksella käyttää myös ureaa, mutta tällöinkin itse reaktio tapahtuu ammoniakin ja typpioksidin välillä. Katalyytin tarkoituksena on nopeuttaa reaktioita, joka muuten olisi liian hidas käytetyllä lämpötila-alueella (170-510 C). Katalyyttimateriaalin valinta on riippuvainen käyttöolosuhteista, kuten katalyytin sijoittumisesta savukaasukanavistossa ja savukaasun ominaisuuksista. Katalyytti ei kulu itse reaktiossa, mutta käyttöolosuhteet voivat saada aikaan korroosiota ja likaantumista. Tämän takia voi olla tarvetta puhdistaa katalyytti ajoittain tai jopa korvata katalyytti kokonaan uudella. Katalyytin sijoittamiselle savukaasujärjestelmään on kolme perusvaihtoehtoa: high dust, low dust ja tail-end. High dust-katalyytti sijoittuu ennen palamisilman esilämmitintä ja on alttiina kaikille savukaasun epäpuhtauksille. Tässä järjestelyssä ei tarvita savukaasun lämmittämistä reaktiolle sopivaan lämpötilaan, mutta katalyytin kestävyys ei ole yhtä hyvä kuin kahdessa muussa tapauksessa. Koska katalyytti vaatii huomattavan tilan savukaasukanavistossa, voi high dust-katalyytin jälkiasentaminen olemassa olevaan laitokseen olla hankalaa, mikäli kyseistä mahdollisuutta ei ole huomioitu suunnitteluvaiheessa. Myös low dust menetelmässä katalyytti sijaitsee ennen ilman esilämmitintä, mutta tässä tapauksessa savukaasu puhdistetaan hiukkasista ennen ammoniakin syöttöä ja katalyyttiä, jolloin katalyytin kestävyys paranee. Menetelmän heikkous on tarve sijoittaa hiukkaspuhdistuslaitteisto ennen ilman esilämmitintä, joka voi olla haastavaa olemassa olevissa laitoksissa. Hiukkaspuhdistimen täytyy myös kestää korkeampia savukaasun lämpötiloja kuin normaalisti, mikä puolestaan nostaa investointikustannuksia. Tail-end sijoittuu nimensä mukaisesti nykyisen savukaasujärjestelmän jatkoksi, rikin poiston jälkeen, ennen piippua. Tämän menetelmän heikkous on savukaasun lämmittämistarve ennen katalyyttiä. Tämä taas nostaa käyttökuluja, etenkin jos joudutaan turvautumaan esim. maakaasukäyttöisiin lisäpolttimiin. Etuina ovat katalyytin pidempi kestävyys puhtaamman savukaasun takia. Myös laitteiston jälkiasennus

Sivu 21 (61) olemassa olevaan laitokseen on usein huomattavasti helpommin toteutettavissa kuin kahdessa aiemmassa menetelmässä. Teoreettisesti NO x -päästöissä voidaan päästä hyvin alhaisiin pitoisuuksiin sovellettaessa SCR-menetelmää nykyisiin hiiltä polttaviin laitoksiin. Käytännön ongelmia syntyy katalyytin sijoittamisesta nykyiseen savukaasujärjestelmään ja tästä syystä realistisin vaihtoehto jälkiasennukseen on tail-end ratkaisu. Seuraavassa taulukossa esitettyyn SCR-järjestelmän investointikustannukseen sisältyy itse laitteiston (katalyytti, syöttölaitteisto, ammoniakkivarasto) lisäksi myös mm. maanrakennus- ja perustustyöt. Investointikustannuksissa on lisäksi huomioitu jälkiasennuksesta johtuvat lisäkustannukset verrattuna täysin uuteen laitokseen. Näitä lisäkustannuksia voi tulla esimerkiksi olemassa olevan laitteiston purkamisesta. Taulukko 6-1 SCR, hiilen pölypoltto - saavutettava päästötaso ja ominaiskustannukset Teknologia Päästökomponentti Tyypilliset kohteet SCR NOx Pölypolttolaitokset Saavutettava päästötaso tai alenema Kustannukset Invest. Käyttökust. mg/nm3 /kwpa /MWhpa - 70% 50-60 0,45-1,3 Seuraavissa kuvissa on esitetty päästöjen vähentämisen kustannustehokkuuden (euroa per vähennetty päästötonni) herkkyystarkastelut laitoksen vuotuisen huipunkäyttöajan, päästöjen lähtötason sekä investoinnin pitoajan suhteen. Keskimmäiset (oranssit) kuvaajat ovat molemmissa kuvissa samat eli niissä olevien muuttujien arvoja on käytetty toisessa kuvaajassa kaikissa vaihtoehdoissa: kaikilla päästön lähtötasoilla (vasen kuva) investoinnin pitoaika on 10 vuotta ja kaikilla investoinnin pitoajoilla (oikea kuva) päästön lähtötaso on 500 mg/nm 3. /t 24000 22000 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 350 mg/nm3 500 mg/nm3 600 mg/nm3 500 3000 5500 8000 h/a /t 24000 22000 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 5 a 10 a 20 a 500 3000 5500 8000 h/a Kuva 6-1 SCR, hiilen pölypoltto - kustannustehokkuuden herkkyystarkastelut (NO x ) SCR-menetelmää on sovellettu tarkasteluissa 12 hiilen pölypolttolaitokseen, kokonaisinvestointi on yhteensä noin 260 M. Näissä huipunkäyttöaika vaihtelee vuoden 2016 mallinnuksessa välillä 2000-7500 h/a. Päästöjen vähentämisen kustannustehokkuus vaihtelee välillä 3500-15000 /t ollen keskiarvona 4500 /t.

6.2 SNCR turpeen ja puun petikattiloihin PÖYRY ENERGY OY Sivu 22 (61) SNCR-menetelmässä (Selective Non-Catalytic Reduction) typenoksidien vähentäminen perustuu SCR-menetelmän tavoin typenoksideja pelkistävään reaktioon ammoniakin tai urean avulla. Menetelmällä saavutettava vähennys ei nouse yhtä korkeaksi kuin SCRmenetelmässä, mutta myös kustannukset ovat huomattavasti alhaisemmat. Tämän vuoksi menetelmä on soveltuva kohteisiin, joissa primäärisin keinoin saavutettu vähennys ei aivan riitä päästörajoihin pääsemiseksi. Tärkeimmät toimintaparametrit, joihin on kiinnitettävä erityistä huomiota SNCRjärjestelmää suunniteltaessa, ovat: o Lämpötila o Reaktioaika (pysyvyys lämpötilaikkunassa) o Ammoniakin ja savukaasun sekoittuminen SNCR ei sisällä katalyyttiä, minkä vuoksi lämpötilan on oltava riittävän korkea pelkistysreaktion aikaansaamiseksi. Toisaalta lämpötila ei saa nousta liian korkeaksi, koska tällöin ammoniakki alkaa hapettua typenoksideiksi eikä haluttua vähentymää saavuteta. Tätä sopivaa lämpötila-aluetta kutsutaan lämpötilaikkunaksi, joka ammoniakkia käytettäessä on 800-1000 C ja ureaa käytettäessä hieman laajempi, 850-1100 C. Ammoniakki/urea pyritään syöttämään siihen kohtaan tulipesää, missä sopiva lämpötilaikkuna sijaitsee. Tämä on haastava tehtävä erityisesti kuplapetikattiloissa, joissa lämpötilaikkunalla on taipumus liikkua huomattavasti enemmän kuin kiertopetikattiloissa. Kuplapetikattiloissa myös reaktioaika voi jäädä liian lyhyeksi toisin kuin kiertopetikattilassa. Lämpötilaikkunan liikkuvuuden takia on perusteltua asentaa reagenssin syöttökohtia useammalle kuin yhdelle tasolle kattilassa. Yhdistettynä reaaliaikaiseen palotilan lämpötilanmittaukseen, voidaan reagenssin syöttö kohdistaa paremmin optimaaliselle alueelle. Tällä tavoin vähennetään paitsi NO x -päästöjä, estetään myös ns. ammoniakkislip savukaasun mukana ulkoilmaan. Itse laitteisto on melko yksinkertaista tekniikkaa, eikä huomattavia toimivuusongelmia oleteta esiintyvän, jos mm. materiaalivalinnat on tehty huolella. Menetelmän toimivuuden kannalta on olennaista optimoida sen käyttö sopivaa säätöjärjestelmää ja instrumentointia käyttäen. Vaikka etenkin kuplapetikattiloissa on esiintynyt ongelmia SNCR:n käytössä, on oletettavaa, että paremmalla suunnittelulla ja säätöjärjestelmän käytöllä menetelmä saadaan toimimaan optimaalisesti myös kuplapetikattiloissa. Riskitekijänä on kuitenkin huomioitava, että sovellettaessa SNCR-menetelmää vanhoihin kattiloihin, voi vaaditun päästötason saavuttaminen muodostua ongelmalliseksi osassa kattiloita. Seuraavassa taulukossa on esitetty järjestelmään liittyvät kustannukset jälkiasennettuna olemassa olevaan kattilaan. Käyttökustannukset ovat SCR-menetelmää alhaisemmat, johtuen etenkin huomattavasti pienemmästä painehäviöstä ja sitä myötä alhaisemmasta sähkön kulutuksesta savukaasupuhaltimessa.

Sivu 23 (61) Taulukko 6-2 SNCR, turpeen ja puu petipoltto - saavutettava päästötaso ja ominaiskustannukset Teknologia Päästökomponentti Tyypilliset kohteet Saavutettava päästötaso tai alenema Kustannukset Invest. Käyttökust. mg/nm3 /kwpa /MWhpa SNCR NOx Petikattilat - 20-50 % 7-13 0,25-0,5 Seuraavissa kuvissa on esitetty päästöjen vähentämisen kustannustehokkuuden (euroa per vähennetty päästötonni) herkkyystarkastelut laitoksen vuotuisen huipunkäyttöajan, päästöjen prosentuaalisen vähenemän sekä investoinnin pitoajan suhteen. 16000 14000 12000 20 % 35 % 50 % 16000 14000 12000 5 a 10 a 20 a 10000 10000 /t 8000 /t 8000 6000 6000 4000 4000 2000 2000 0 500 3000 5500 8000 h/a 0 500 3000 5500 8000 h/a Kuva 6-2 SNCR, turpeen ja puun petipoltto - kustannustehokkuuden herkkyystarkastelut (NO x ) SNCR-menetelmää on sovellettu tarkasteluissa 24 turpeen ja puun petikattilaan, kokonaisinvestointi on yhteensä noin 28 M. Näissä huipunkäyttöaika vaihtelee vuoden 2016 mallinnuksessa välillä 2000-6700 h/a. Päästöjen vähentämisen kustannustehokkuus vaihtelee välillä 2000-4200 /t, keskiarvon ollessa 2500 /t. 6.3 DLN-polttimet kaasuturbiineihin Kaasuturbiinien NO x -päästöjä on mahdollista pudottaa merkittävästi asentamalla turbiineihin modernit dry-low-no x -polttimet. DLN-polttimien NO x -päästöjen vähentäminen perustuu alhaisempaan palamislämpötilaan ja siten alhaisempaan termisen typenoksidien muodostumiseen. DLN-polttimessa palamisilma ja polttoaine sekoitetaan keskenään ennen polttamista, jolloin saadaan aikaan tasaisempi lämpötilajakauma ja alhaisempi liekin lämpötila. Perinteisessä polttimessa polttoaine ja palamisilma sekoittuvat samanaikaisesti palamisen aikaan, jolloin typenoksidien muodostumiselle otollisia lämpötilapiikkejä esiintyy enemmän. DLN-tekniikka on hyvin vakiintunutta ja saatavissa myös useimpiin vanhempiin kaasuturbiinimalleihin. Seuraavassa taulukossa esitetty investointi sisältää polttokammioiden uusimisen lisäksi myös polttoainejärjestelmän ja automaation uusimisen. Riippuen turbiinin iästä voidaan automaatiota joutua uudistamaan paljonkin, mikä taas osaltaan lisää kustannuksia.

Sivu 24 (61) Taulukko 6-3 DLN-polttimet, kaasuturbiinit - saavutettava päästötaso ja ominaiskustannukset Teknologia Päästökomponentti Tyypilliset kohteet Saavutettava päästötaso tai alenema Kustannukset Invest. Käyttökust. mg/nm3 /kwpa /MWhpa Dry-low-NOx-polttimet (DLN) NOx Kaasuturbiinit 20 15-20 - Seuraavissa kuvissa on esitetty päästöjen vähentämisen kustannustehokkuuden (euroa per vähennetty päästötonni) herkkyystarkastelut laitoksen vuotuisen huipunkäyttöajan, päästöjen lähtötason sekä investoinnin pitoajan suhteen. 16000 14000 12000 100 mg/nm3 120 mg/nm3 140 mg/nm3 16000 14000 12000 5 a 10 a 20 a 10000 10000 /t 8000 /t 8000 6000 6000 4000 4000 2000 2000 0 500 3000 5500 8000 h/a 0 500 3000 5500 8000 h/a Kuva 6-3 DLN-polttimet, kaasuturbiinit - kustannustehokkuuden herkkyystarkastelut (NO x ) DLN-polttimien vaihtoa on sovellettu tarkasteluissa 6 kaasuturbiinivoimalaitokseen, kokonaisinvestointi on yhteensä noin 19 M. Näissä huipunkäyttöaika vaihtelee vuoden 2016 mallinnuksessa välillä 300-6000 h/a. Päästöjen vähentämisen kustannus tehokkuus vaihtelee välillä 1800-25 000 /t, keskiarvon ollessa 3100 /t. 6.4 Hiilen pölypoltto puolikuivan rikinpoistomenetelmän parannus Puolikuiva rikinpoisto perustuu kalkki-vesiseoksen ruiskutukseen savukaasun sekaan erillisessä absorptiotornissa. Savukaasun sisältämä rikkidioksidi sitoutuu kalsiumhydroksidiin samalla kun vesi höyrystyy savukaasun lämmön vaikutuksesta. Jäljelle jäävä lopputuote saadaan siten ulos kuivana, eikä erillistä jäteveden käsittelyä tarvita. Tiukkenevat päästörajat tulevat olemaan erittäin haastavat olemassa oleville, puolikuivaa menetelmää käyttäville laitoksille. Vaikka puolikuivalla menetelmällä on hetkellisesti mahdollisuus alittaa tiukkenevat päästörajat, aiheuttaa laitteiston alhainen käytettävyys tällä tasolla sen, että tulevaisuuden tarpeita ei voida tyydyttää nykyisellä laitteistolla, vaan tarvitaan lisäinvestointeja tehokkaampaan rikinpoistoon. Tässä tapauksessa rikinpoistoa parannetaan siirtymällä märkään menetelmään. Märässä menetelmässä puhdistettava savukaasu johdetaan pesutorniin, jossa savukaasu pestään kalkkimaidolla. Rikkidioksidin sitoutuminen perustuu samaan reaktioon kuin puolikuivassa menetelmässä, mutta märässä rikinpoistossa lopputuote ei ole kiinteässä muodossa vaan poistetaan liejumaisena. Tästä syystä menetelmä vaatii lopputuotteen käsittelylaitteiston ja mahdollisesti myös lisäinvestointeja jäteveden käsittelyyn.