Biovoimaloita käytetään ensisijaisesti yhdistetyssä sähkön- ja lämmöntuotannossa, jossa Suomi on maailman kärkimaita. Suomessa on toiminnassa tällä hetkellä yhteensä 59 bio-massaa tai turvetta polttavaa voimalaitosta, joiden polttoaineteho on yli 50 MW. Näistä lai-toksista vain kuusi eli noin 10 % käyttää polttoaineenaan pelkkää biomassaa. Suurin osa käyttää puuta ja turvetta sekaisin vaihtelevilla prosenteilla. (Pöyry, 2016.)
Vuonna 2015 NOx-päästöt koko Suomessa olivat yhteensä noin 140 kt. Tästä energiantuo-tannossa syntyi 52 kt eli noin 37 %. Energiantuotannon suurimmat päästöjen lähteet vuonna 2015 olivat julkinen sähkön- ja lämmöntuotanto (16,6 % kokonaispäästöistä) ja sellu- ja pa-periteollisuuden energiantuotanto (9,2 % kokonaispäästöistä). Suomessa NOx-päästöjen määrässä on havaittavissa selkeä trendi. Typen oksidien päästöt ovat vähentyneet tasaisesti 1990-luvulta lähtien. Vuodesta 1990 vuoteen 2015 vuosittain vapautuvat typen oksidien päästöt ovat vähentyneet 49 %. Merkittävimmät syyt päästöjen alentumiselle on teknologian kehitys sekä uusiutuvan energian kasvattaminen energiantuotannossa. (Suomen ympäristö-keskus, 2015.) NOx-päästöjen kehitys Suomessa on esitetty kuvassa 12.
Kuva 12 Suomen NOx-päästöt NO2:ksi laskettuna. Päästöjen laskentamenetelmät eivät ole täysin yhteneviä 1990-luvulla ja 2000-luvulla. 2000-luvun alussa laskentaan on otettu mukaan työkoneiden päästöt, minkä ta-kia pientä nousua on havaittavissa 2000-luvun alussa. (Suomen ympäristökeskus, 2015.)
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
NOx-päästöt (NO2:na), kt
Suomessa biovoimalaitokset ovat enimmäkseen leijupolttotekniikkaan perustuvia laitoksia.
Hieman yleisempiä ovat kuplapetikattilat, mutta kiertopetikattiloitakin käytetään usein. Lei-jutekniikka on itsessään jo typen oksideja vähentävä menetelmä muun muassa sen alhaisen lämpötilan takia. Biopolttoaineiden käyttö yhdistettynä leijutekniikkaan on osalle Suomen voimalaitoksista jo riittävä keino pysyä nykyisten päästöraja-arvojen alapuolella. Tämän ta-kia noin kolmasosassa Suomen biovoimalaitoksista ei ole käytössä erillisiä NOx-päästöjen vähennysmenetelmiä. Eniten käytössä olevat typen oksidien vähennysmenetelmät ovat SNCR-menetelmä sekä ilman vaiheistus. Tässä työssä tarkastelluista biovoimalaitoksista yli puolella on käytössä jokin typen oksidien tekninen vähennysmenetelmä.
Suurimmassa osassa Suomen biovoimalaitoksista poltetaan puuperäisten polttoaineiden li-säksi turvetta. Turpeen osuus vaihtelee enimmäkseen välillä 40-60 %. Taulukossa 4 on eri-teltynä yli 50 MW:n polttoaineteholtaan olevat Suomen biovoimalaitokset, niiden tiedot ja käytetyt NOx-päästöjen vähennysmenetelmät. Taulukossa on vain ne voimalaitokset, joiden turpeen osuus käytetystä polttoaineesta on 0-50 %. Voimalaitosten yksityiskohtaisemmat tiedot on taulukoitu liitteisiin. Vaihtelevan polttoainejakauman takia tässä työssä on otettu liitteenä oleviin taulukoihin mukaan myös polttolaitoksia, joissa puun osuus polttoaineesta on välillä noussut yli puoleen tai sitä suunnitellaan nostettavan tulevaisuudessa, vaikkakin se usein on pienempi kuin turpeen.
Tämän työn tarkastelusta on jätetty pois tiedonpuutteen vuoksi muutama biovoimalaitos, jotka tuottavat energiaa ainoastaan alueella toimivalle tehtaalle. Tällaisia voimalaitoksia ovat esimerkiksi Ristiinassa sijaitseva UPM:n Pelloksen vaneritehtaan yhteydessä toimiva voimalaitos tai Joensuussa sijaitsevan Stora Enson sellutehtaan yhteydessä toimiva voima-laitos.
Taulukko 4 Suomen LCP-biovoimalaitosten tiedot ja käytössä olevat typen oksidien vähennysmenetelmät.
(Taulukkoa kerätessä tiedot on saatu voimalaitosten nettisivuilta, ympäristölupapäätöksistä ja voimalaitosten käyttöpäälliköiden sekä muun henkilökunnan kanssa käydyistä sähköpostikeskusteluista.)
Voimalaitosten tiedot NOx-päästöjen
vähen-nysmenetelmät Voimalaitos Omistaja
Polttoai-neteho,
5.1 Alholmens Kraftin voimalaitos
Alholmens Kraft (kuva 13) on koko maailman suurin biopolttoaineita polttava voimalaitos.
Se aloitti kaupallisen toimintansa vuonna 2002 Pietarsaaressa. Laitos tuottaa sähköä teholla 265 MW ja kaukolämpöä teholla 60 MW. Lisäksi voimalaitos tuottaa prosessihöyryä teholla 100 MW. Polttoaineinaan voimalaitos käyttää enimmäkseen UPM:n Pietarsaaren tehtaiden toimittamia biopolttoaineita, kuten puuntähteitä ja sahatukkien kuorta sekä puunkorjuun hakkuutähteitä. Laitos käyttää polttoaineenaan myös turvetta, puun ollessa kuitenkin pää-polttoaine jakaumalla 40-60 %. Vuonna 2016 pää-polttoainejakauma oli 58 % puuperäisiä polt-toaineita ja 18 % turvetta. Lisäksi voimalassa käytetään yhdyskuntajätettä sekä kivihiiltä.
(Alholmens Kraft.)
Alholmens Kraftissa on käytössä kiertopetikattila, jonka tuorehöyryparametrit ovat 165 bar ja 545 ºC. Laitoksessa käytetään SNCR-menetelmää ammoniakilla NOx-päästöjen redusoi-miseksi. Menetelmä ei ole kuitenkaan jatkuvassa käytössä, vaan sitä hyödynnetään vain tar-vittaessa. Vuonna 2016 NOx-päästöt voimalaitoksesta olivat yhteensä 1,53 kt. Päästöt olivat huomattavasti suuremmat vuonna 2016 kuin vuonna 2015 johtuen osittain käyttötuntien kas-vusta. (Alholmens Kraft.)
Kuva 13 Alholmens Kraftin voimalaitos taustalla. Edessä biopolttoaineita. (Alholmens Kraft.)
5.2 Haapaniemen voimalaitos
Haapaniemen voimalaitos on Kuopion Energian omistama ja se koostuu kahdesta voimalai-tosyksiköstä. Haapaniemi 2 on vuonna 2013 modernisoitu kuplapetikattila sähköteholla 70 MW ja lämpöteholla 200 MW. Ennen modernisointia voimalaitos toimi turpeen pölypoltto-laitoksena. Haapaniemi 3 on puolestaan vuonna 2011 käyttöön otettu kiertopetikattila säh-köteholla 50 MW ja lämpöteholla 100 MW. Haapaniemi 3 korvasi vuonna 1972 rakennetun voimalaitosyksikön, Haapaniemi 1, missä poltettiin turvetta pölypolttokattilassa. Polttoai-neenaan molemmat yksiköt käyttävät puuperäisiä polttoaineita sekä turvetta. Polttoaineja-kauma vaihtelee biopolttoaineiden osalta 50-55 %, ja turpeen osalta 45-50 %. (Kuopion energia.)
Haapaniemen voimalaitosyksiköissä käytetään NOx-päästöjen vähentämiseksi SNCR-mene-telmää. Haapaniemi 2:ssa ruiskutetaan ureaa tulipesään kahdessa tasossa ja Haapaniemi 3:ssa puolestaan ruiskutetaan ammoniakkia tulipesän ja syklonin väliin. Eri aineiden käyttö johtuu eri polttotekniikoista ja lämpötiloista. Ureaa voi ruiskuttaa korkeampiin lämpötiloi-hin, minkä takia sitä käytetään Haapaniemi 2:ssa. (Räisänen, 2017.)
Urean ruiskutus aloitettiin vuoden 2016 tammikuussa Haapaniemi 2:ssa, minkä takia pääs-törajojen ylityksiä syntyi alkuvuodesta. Vuoden 2016 kuukausien keskiarvo NOx -pitoisuu-delle oli 241,4 mg/m3. Haapaniemi 2:ssa päästörajojen ylityksiä tapahtui yhteensä 18, joista 11 tapahtui tammikuussa. Päästörajojen ylitykseksi lasketaan, kun vähintään yksi vuorokau-siarvo on 110 % raja-arvosta. Haapaniemi 3:ssa päästörajojen ylityksiä tapahtui koko vuoden aikana vain yksi ja kuukausittainen keskiarvo oli 67,4 mg/m3. Haapaniemen voimalaitok-sissa on käytössä NOx-päästöille kuukausittainen raja-arvo 250 mg/m3 ja vuorokausiraja-arvo 275 mg/m3. (Räisänen, 2017.)
5.3 Kaanaan voimalaitos
Porissa sijaitseva Kaanaan voimalaitos on tässä työssä käsitellyistä voimalaitoksista ainoa, joka käyttää myös savukaasukierrätystä typen oksidien vähennystekniikkana. Voimalaitos on Pohjolan Voiman tytäryhtiön, Porin Prosessivoiman omistuksessa. Voimalaitos valmistui vuoden 2008 lopussa ja on polttoaineteholtaan 206 MW. Sähköä voimalaitos tuottaa 78 MW,
lämpöä 78 MW ja prosessihöyryä 150 MW. Polttoaineenaan Kaanaan voimalaitos käyttää puuperäisiä polttoaineita sekä turvetta. Vuonna 2016 polttoainesuhde oli 58 % puuta ja 28
% turvetta. Lisäksi voimalaitoksessa poltetaan kierrätyspolttoaineita noin 10 %. Puuperäi-sinä polttoaineina toimii metsähake sekä metsäteollisuuden sivupuut. (Valkama, 2017.) Voimalaitoksessa on käytössä SNCR-menetelmä ammoniakilla, palamisilman vaiheistus sekä savukaasujen kierrätys. Kattilana toimii kiertopetikattila. NOx-päästöt liikkuvat välillä 100-150 mg/m3. (Valkama, 2017.) Porin Prosessivoima oli energiantuottajista ensimmäinen, joka liittyi syksyllä 2016 allekirjoitettuun energiatehokkuussopimukseen kaudelle 2017-2025. Yhtiö etsii aktiivisesti uusia keinoja parantaa laitoksen energiatehokkuutta. Syksyllä 2016 voimalaitos alkoi käyttää nesteytettyä maakaasua varapolttoaineena raskaan polttoöl-jyn sijaan. Tällöin voimalaitoksen päästöt alenivat entisestään ja hyötysuhde parani. (Pohjo-lan Voima.)
5.4 Kaukaan Voiman voimalaitos
Lappeenrannassa sijaitseva Kaukaan Voiman biovoimalaitos on Lappeenrannan Energian, Pohjolan Voiman ja UPM:n yhteishanke. Laitos valmistui vuonna 2009 ja sen polttoaineteho on 420 MW. Voimalaitos on yksi Suomen suurimmista biovoimaloista ja se toimittaa Lap-peenrannan kaupungin energiantarpeesta noin 85 %. Sen sähköntuotanto on 125 MW ja läm-möntuotanto 262 MW. Noin puolet voimalaitoksen käyttämästä polttoaineesta tulee samalta tehdasalueelta, missä voimalaitos sijaitsee. Alueella on muun muassa sellutehdas, paperiteh-das ja saha. Lisäksi voimalaitoksessa poltetaan hakkuutähdettä sekä Kaakkois-Suomesta tu-levia metsäteollisuuden sivutuotteita. (Pohjolan Voima.)
Kaukaan Voiman voimalaitoksessa on käytössä SNCR-menetelmä sekä syöttöilman vaiheis-tus. Vuoden 2016 kuukausittainen keskiarvo NOx-pitoisuudelle ilman epävarmuusvähen-nystä oli 124 mg/m3. Yhteensä koko vuoden aikana NOx-päästöjä syntyi 346 tonnia. Pääs-törajojen ylityksiä normaaliajossa ei ollut ollenkaan. Voimalaitokselle on annettu korotettu päästöraja-avo pienelle kuormalle, sillä ilman vaiheistus ei ole samoin mahdollista kuin isolla kuormalla. Vaikka käytössä on SNCR-menetelmä, niin pienellä kuormalla ei ylletä aivan ison kuorman päästöraja-arvoihin. Kaukaan Voiman voimalaitoksen kattilana toimii
kiertopetikattila ja polttoainejakauma vaihtelee kuukauden mukaan. Voimalaitoksessa pol-tetaan noin 54-73 % teollisuuden puutähteitä, 18-27 % turvetta ja 6-24 % erilaisia metsä-polttoaineita. (Orava, 2017.) Kaukaan Voiman voimalaitos on esitetty kuvassa 14.
5.5 Tulevaisuuden näkymät
Suuria polttolaitoksia koskeva BAT-vertailuasiakirja (LCP BREF) on julkaistu syksyllä 2017. Virallista dokumenttia ei ole vielä hyväksytty erimielisyyksien johdosta, mutta siinä esitetyt BAT-päätelmät on hyväksytty ja esitetty. Asiakirjassa julkaistut uudet päästörajat tiukentavat edellisiä raja-arvoja huomattavasti. Uudet päästörajat tulevat aiheuttamaan mit-tavat investointikustannukset erityisesti biovoimalaitoksille. Pöyryn kustannusarviossa Suo-men metsäteollisuudelle ja energiateollisuudelle koituu tästä 430 miljoonan euron investoin-tikustannukset bio- ja turvevoimalaitosten osalta. Uusien päästörajojen on suunniteltu astu-van voimaan vuonna 2020. (Pöyry, 2016.)
Päästörajat asetetaan BAT-päätelmissä esitettyjen tasojen mukaan. Ympäristöviranomainen voi kuitenkin poikkeustapauksessa asettaa lievemmän päästöraja-arvon, mikäli kustannukset nousevat kohtuuttomiksi verrattuna saatuun päästöjen alennukseen. (Rinne, 2017.) BAT-päätelmät esittävät taulukossa 5 kuvatut muutokset NOx-päästöraja-arvoille.
Kuva 14 Kaukaan Voiman voimalaitos talvella (Pohjolan Voima).
Taulukko 5 SUPO-asetuksessa esitetyt raja-arvot biomassaa ja/tai turvetta polttaville voimalaitoksille verrat-tuna LCP BREF:n raja-arvoihin. Raja-arvot ovat vuosikeskiarvoja. (Pöyry, 2016 ja *Rinne, 2017.)
Raja-arvo NOx mg / (n)m3
Polttoaineteho MW SUPO-asetus *BAT-päätelmät (LCP BREF) Uusi laitos Vanha laitos
50 ≤ P < 100 300 70 - 150 70 - 225
100 ≤ P < 300 250 50 - 140 50 - 180
300 ≤ P 200 40 - 140 40 - 150
Tiukentuvien päästörajojen myötä primääriset ja sekundääriset päästöjen vähennysmenetel-mät tulevat kasvattamaan suosiotaan. Nykyisillä menetelmillä noin kolmasosa biovoimalai-toksista ei normaaliajossa ylitä päästöraja-arvoja, minkä vuoksi niissä ei ole otettu käyttöön erillisiä vähennysmenetelmiä. Tiukentuvien päästörajojen alapuolella pysytään joissain ta-pauksissa jo ajotapa- tai säätömuunnoksilla, jolloin suurempia teknisiä muutoksia ei ole tar-peellista toteuttaa. Kuitenkin suurimmassa osassa biovoimalaitoksista on suunnitteilla vä-hennysmenetelmien lisäys, kun uudet raja-arvot astuvat voimaan.
Pöyryn tekemän arvion mukaan noin 80 %:lla Suomen bio- ja turvelaitoksista on tarve tehdä investointeja päästöjen vähentämiseksi. Arviossa SNCR-menetelmä on katsottu riittäväksi päästöjen vähentämistekniikaksi kiertopetikattiloissa sekä vain puuperäisiä polttoaineita polttavissa laitoksissa. Kuplapetikattiloissa pelkkä SNCR-menetelmän lisääminen ei välttä-mättä riitä, vaan tarvitaan lisäksi esimerkiksi erillinen katalyyttijärjestelmä. (Pöyry, 2016.) Muun muassa Hovisaareen, Pursialaan sekä Rauhalahteen on suunnitteilla SNCR-menetel-män käyttöönotto. Haapaniemen voimalaitokseen puolestaan suunnitellaan ilman vaiheis-tuksen lisäämistä jo olemassa olevan SNCR-menetelmän rinnalle.
Suomessa kasvatetaan biovoimakapasiteettia jatkuvasti. Muun muassa Lahteen ja Porvoo-seen on rakentumassa lähivuosina uusi biovoimalaitos. Lisäksi biomassaa on alettu lisää-mään useaan voimalaitokseen sivupolttoaineena ja näin alennettu fossiilista polttoainetta polttavien voimalaitoksien päästöjä. Biomassalla on suuri kasvupotentiaali Suomessa ja sen käytön kasvua energiantuotannossa sekä liikennepolttoaineena vaaditaan useassa ilmasto- ja energiapolitiikkaan liittyvässä strategiassa.