3. Måling/Beregning og rapportering av NOx-utslipp og prognoser

NOx-rapport-endelig

Innhold på siden:


 

 Direkte måling (Continuous Emission Measurement System (CEMS)) er en krevende og kostbar metode, og dagens CEMS er lite egnet til bruk offshore. Alternative løsninger er derfor blitt utviklet.

I 1990 ble det etablert en gjennomsnittsfaktor (av OLF) for beregning av CO2-utslipp fra brenngass i gassturbiner basert på målinger på feltene som da var i drift. Tilsvarende ble det i 1992 etablert gjennomsnittsfaktorer for beregning av NOx-utslipp fra ulike typer gassturbiner (1) , basert på utslippsmålinger på et utvalg turbiner på sokkelen. Utover 1990-tallet hadde maskinparken og driftsbetingelsene på sokkelen endret seg så vidt mye at det ble stilt spørsmål ved gyldigheten av de etter hvert så etablerte ”OLF-faktorene”.

Feltspesifikke omregningsfaktorer for beregning av utslipp ble gradvis tatt i bruk av operatørene utover 1990-tallet. For å kvantifisere utslippene fra sokkelen mest mulig nøyaktig gikk OD fra 1999/2000 over til å etterspørre feltspesifikke omregningsfaktorer ved utarbeidelse av prognoser og historiske data for utslipp til luft.

I regi av OLF ble det i 2000 utført en studie for å kvantifisere feltspesifikke omregningsfaktorer for beregning av CO2- og NOx-utslipp(2).

I OLF-studien ble det etablert feltspesifikke NOx-faktorer basert på et datagrunnlag som gir sammenhengen mellom lastgrad og utslippsfaktor for den enkelte turbin. I Figur 2 er denne sammenhengen vist for to ulike versjoner av gassturbintypen GE LM2500, den mest brukte gassturbinen på norsk sokkel.

(1) Flyderiverte turbiner (f.eks. LM2500) = 8,95 g NOx / Sm3 brenngass, industrideriverte turbiner (f.eks. GE Frame) = 5,16 g NOx / Sm3 brenngass. 16 g NOx / t diesel fra turbiner. 70 g NOx / t diesel fra dieselmotorer. Senere etablert faktor for lav-NOx turbiner = 1,9 g NOx / Sm3 brenngass.

(2) Arbeidet er summert opp i rapporten Revidering av utslippsfaktorer for CO2 og NOx (Novatech, 2000).

(3) 8,95 g NOx / Sm3 brenngass tilsvarer ca. 120 ppm NOx.

 

Figur 2 - Last ned pdf

Figur 2 Konverteringsfigur(3) for NOx-innhold i eksosgass
(Kilde: Statoil)

 

Figur 2 illustrerer at NOx-utslippsfaktoren vil variere betydelig ut fra hvor høy last maskinen går på. Lastgraden for gassturbinene på sokkelen varierer mellom 40 – 100 prosent. Figuren viser at de noe eldre LM 2500 PE-maskinene, som f. eks. fins på Statfjord og Gullfaks, har lavere NOx-dannelse enn de nyere, mer energieffektive LM 2500 PK-maskinene (eks. Snorre B). Figuren viser også en leverandørgarantert utslippsverdi for lav-NOx turbiner på 25 ppm NOx.

 

3.1 PEMS (predicted emmission monitoring system)

Krav om NOx-monitorering er hjemlet i EUs rådsdirektiv 96/61 (IPPC-direktivet). Norge er tilsluttet dette direktivet gjennom EØS-avtalen. I tiden etter innføringen av feltspesifikke faktorer i 2000 er det arbeidet med forbedring av grunnlaget for utslippsrapporteringen av NOx fra forbrenning, spesielt i SAC-turbiner (se kapittel 6.1), som utgjør den største utslippskilden på sokkelen.

I en rapport fra 2004 utarbeidet av Novatech for OLF (Novatech, 2004), gikk det fram at Predictive Emission Monitoring System (PEMS) er en nøyaktig og samtidig kostnadseffektiv løsning i forhold til andre teknikker for måling av NOx fra gassturbiner. På bakgrunn av krav fra norske myndigheter i feltenes utslippstillatelser, er slike systemer etter hvert implementert på hele sokkelen. Slike systemer er i dag kommersielle, mens enkelte operatørselskaper som Statoil, har utviklet sine egne systemer (NOxTool). Fra enkelte turbinleverandører er PEMS en del av en større pakke for turbinovervåkning.

PEMS er en samlebetegnelse for indirekte metoder for beregning av NOx-utslippene. Det tas utgangspunkt i kontinuerlig måling av en del parameter som er dominerende for dannelsen av NOx i forbrenningsprosesser. Dette er typisk parametre som temperatur, brenselsammensetning, trykkforhold, etc. De fleste parametre måles allerede som en del av gassturbinens kontrollsystem. De målte data eksporteres til en datamodell (algoritme) som beregner dannelsen og utslippene av NOx til ethvert tidspunkt. Turbinens kontrollsystem leveres ferdig installert av turbinleverandør. Kontrollsystemet sender blant annet signaler fra sensorene til hovedkontrollsystemet og mottar styringssignaler tilbake.

PEMS er selve programvaren som kan installeres på egen datamaskin og motta signaler på sensorverdiene fra hovedkontrollsystemet. Det er i PEMS at sensorvalidering foregår og alle beregninger av utslipp gjøres. Fra noen leverandører har PEMS toveis kommunikasjon med hovedkontrollsystemet, slik at de beregnede verdiene og eventuelle avviksalarmer sendes tilbake til kontrollrommet.

Alle de beregnede utslippsdata samles i en database. Noen PEMS- systemer eksporterer dataene til en ekstern database bestemt av operatøren, mens andre har egen database inkludert. I det siste tilfellet leveres ofte PEMS med rutiner for automatisk rapportering, trendutvikling osv., men dette krever normalt mer integrasjon med hovedkontrollsystemet.

Ethvert PEMS-system må kalibreres. I en målekampanje i forbindelse med installasjon eller verifisering av PEMS-system, måles de ønskede avgasskomponentene fra gassturbinen ved hjelp av en anerkjent metode for måling av NOx, kjemisk luminescense, samtidig som signalene fra sensorene logges. Dersom kalibreringen viser at PEMS-beregningene av NOxutslippene avviker (utover en satt grense) fra de målte utslippene, må algoritmene i PEMSsystemet justeres. Under målingen/loggingen kjøres gassturbinen i et forhåndsbestemt lastmønster, slik at alle aktuelle lastområder dekkes.

 

3.2 Måling/beregning av NOx fra fakling

Det er vanskelig å måle NOx-innholdet i avgassen fra fakkelsystemene til havs. Disse utslippene blir derfor beregnet ved å multiplisere målte brenngassmengder som går til fakkelen med en utslippsfaktor. Det er normalt benyttet en fast faktor for hele sokkelen. Denne faktoren ble sist fastsatt i 2007, da den ble redusert fra 12 g/Sm3 gass til 1,4 g/Sm3. Denne reduksjonen kom blant annet som følge av studier utført av Sintef og Novatech (Bakken, Husdal, Skoglund Henriksen, & Langøren, 2008). Den faktoren som ble brukt tidligere, ble regnet som konservativ. Med endringen ble den norske utslippsfaktoren også mer tilpasset NOx-faktor som brukes for fakkel i sammenlignbare land.

 

3.3 Måling eller beregning av NOx-utslipp fra motorer

For rapportering av NOx-utslipp fra motorer, brukes enten en sjablongfaktor eller en utstyrsspesifikk faktor multiplisert med drivstofforbruket.

Fordelen med kontinuerlig måling eller PEMS, er at det faktiske utslippet blir målt eller beregnet til rapportering. Ved bruk av kildespesifikke faktorer, anvendes en veid verdi som kan bli misvisende ved for eksempel mye drift på lav belastning.

Kontinuerlig måling er ikke tatt i bruk på skip/flyttbare rigger i Norge ennå. De fleste dieselmotorer på de faste innretningene er for små til at dette er hensiktsmessig.

Motordrift på flyttbare innretninger utgjør en betydelig del av de totale NOx-utslippene på sokkelen.


Tema: Miljø

10.07.2013