VGB-Forschungsprojekt Nr. 279

Transkript

1 Dipl.-Met. Wolfram Bahmann von der IHK Aachen öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Ausbreitung von Luftbeimengungen Dipl.-Met. Nicole Schmonsees von der IHK Flensburg öffentlich bestellte und vereidigte Sachverständige für Luftreinhaltung (Ausbreitung von Luftbeimengungen) und Mikroklima VGB-Forschungsprojekt Nr. 279 Studie zur Anwendbarkeit des Ausbreitungsmodells AUSTAL2000 mit Windfeldmodell TALdia im Hinblick auf die Gebäudeeffekte bei Ableitung von Rauchgasen über Kühltürme und Schornsteine Ergänzende Untersuchungen zu den Auswirkungen der Anwendung des Ausbreitungsmodells AUSTAL2000 mit vorgeschaltetem Windfeldmodell TALdia hinsichtlich bestehender Genehmigungen Proj. W0206/09/ Juli 2006 ArguMet - Büro West Dipl.-Met. Wolfram Bahmann Feyermühler Str. 12 D Mechernich Tel Fax west@argumet.de ArguMet - Büro Nord Dipl.-Met. Nicole Schmonsees Dorfstr. 5d D Borgwedel Tel Fax nord@argumet.de

2 Seite 2 Titel: Studie zu zur Anwendbarkeit des Ausbreitungsmodells AUSTAL2000 mit Windfeldmodell TALdia im Hinblick auf die Gebäudeeffekte bei Ableitung von Rauchgasen über Kühltürme und Schornsteine Ergänzende Untersuchungen zu den Auswirkungen der Anwendung des Ausbreitungsmodells AUSTAL2000 mit vorgeschaltetem Windfeldmodell TALdia hinsichtlich bestehender Genehmigungen Auftraggeber: VGB-Forschungsstiftung Klinkestr Essen Auftragnehmer: ArguMet - Bahmann & Schmonsees GbR Büro West Feyermühler Str Mechernich VGB-Forschungsprojekt-Nr. : 279 Auftragsdatum: 2. März 2006 Abschlussdatum: 17. Juli 2006 Seitenzahl : 39 Autoren: Dipl.-Met. Wolfram Bahmann Dipl.-Met. Nicole Schmonsees Kurzfassung Im Rahmen der vorangegangenen Studie (VGB-Forschungsprojekt Nr. 262) wurde die Anwendbarkeit des Ausbreitungsmodells AUSTAL2000 mit vorgeschaltetem Windfeldmodell TALdia untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Übereinstimmung zwischen Windkanalmessungen und den Modellrechnungen in der Mehrzahl der untersuchten Fälle unabhängig vom Verhältnis Quellhöhe/Gebäudehöhe gut ist. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage zu den Auswirkungen dieser neuen Vorgehensweise hinsichtlich bestehender Genehmigungen. Anhand von realen Genehmigungsdaten werden daher für fünf Kraftwerksstandorte die Ergebnisse der beiden Berechnungsmethoden verglichen. Zusammenfassend ist festzustellen, dass bei keiner der beiden Berechnungsmethoden systematisch größere oder kleinere maximale Jahresmittelwerte auftreten. In zwei Fällen führt die Methode TALdia/ AUSTAL2000 zu höheren Werten, in drei Fällen die Methode Verstärkungsfaktoren/AUSTAL2000. Die mit den beiden Methoden berechneten Jahresmittelwerte unterscheiden sich um Faktoren zwischen 1,1 und 3. Die Struktur der Konzentrationsfelder und die Ortslage des Maximums ist in der Mehrzahl der Beispiel-Fälle sehr ähnlich. Mit der hier untersuchten Methodik steht jetzt neben Windkanalversuchen ein weiteres Verfahren zur Verfügung, Gebäudeeffekte bei der Ableitung von Rauchgasen über Kühltürme zu simulieren. Abstract The preceding study (VGB research project No. 262) investigated the applicability of the dispersion model AUSTAL2000 with pre-processing wind field model TALdia. It could be demonstrated that the accordance between wind tunnel measurements and model calculations is good in the majority of the investigated cases independently of the ratio of source height to building height. In this context the question was raised for the impacts of this new procedure in regard of existing permissions. A comparison on the basis of real permission data of five power plant sites considering both calculation methods is performed. Summarizing it can be stated that none of the both calculation methods show systematically larger maximum annual means. Larger values were calculated in two cases with the method TALdia/AUSTAL2000 and in three cases the method amplification factor/austal2000. The annual means differ by a factor of 3 at the most. The structure of the concentration fields and the position of the maximum is rather similar in the majority of the sample cases. Based on this (and the preceding) investigation another methodology beside wind tunnel experiments is now applicable to simulate the building impacts in case of flue gas discharge via cooling towers.

3 Seite 3 Inhalt Zusammenfassung und Schlussfolgerung 4 1 Problemdarstellung 5 2 Zielsetzung 6 3 Lösungsweg und Bearbeitungsschritte 7 4 Einfluss der meteorologischen Verhältnisse 8 5 Methodenvergleich TALdia - Verstärkungsfaktoren Untersuchte Kraftwerke Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL Methode TALdia / AUSTAL Vergleich der berechneten Jahresmittelwerte Kraftwerk A Kraftwerk B Kraftwerk C Kraftwerk D Kraftwerk E 33 6 Schlussfolgerung 37 7 Literaturverzeichnis 39

4 Seite 4 Zusammenfassung und Schlussfolgerung Im Rahmen der vorangegangenen Studie (VGB-Forschungsprojekt Nr. 262) wurde die Anwendbarkeit des Ausbreitungsmodells AUSTAL2000 mit vorgeschaltetem Windfeldmodell TALdia untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Übereinstimmung zwischen Windkanalmessungen und den Modellrechnungen in der Mehrzahl der untersuchten Fälle unabhängig vom Verhältnis Quellhöhe/Gebäudehöhe gut ist. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage zu den Auswirkungen dieser neuen Vorgehensweise hinsichtlich bestehender Genehmigungen. Anhand von realen Genehmigungsdaten werden daher für fünf Kraftwerksstandorte die Ergebnisse der beiden Berechnungsmethoden verglichen. Zusammenfassend ist festzustellen, dass bei keiner der beiden Berechnungsmethoden systematisch größere oder kleinere maximale Jahresmittelwerte auftreten. In zwei Fällen führt die Methode TALdia / AUSTAL2000 zu höheren Werten, in drei Fällen die Methode Verstärkungsfaktoren / TALdia. Die mit den beiden Methoden berechneten Jahresmittelwerte unterscheiden sich um Faktoren zwischen 1,1 und 3,0. In den Fällen, in denen bei der Berechnungsmethode Verstärkungsfaktoren/ AUSTAL2000 (alte Methode) keine Überschreitungen der Irrelevanzwerte auftreten, errechnen sich auch bei Anwendung der Berechnungsmethode TALdia/AUSTAL2000 (neue Methode) keine Überschreitungen. Sofern Irrelevanzwerte überschritten sind, trifft dies auf beide Berechnungsmethoden zu. Eine Ausnahme ist das Kraftwerk E, hier werden nur mit der Berechnungsmethode Verstärkungsfaktoren/AUSTAL2000 die Irrelevanzwerte für NO2 und PM10 überschritten. Die entsprechenden TALdia/AUSTAL2000 Berechnungen weisen für diese beiden Komponenten dagegen keine Überschreitung des Irrelevanzwertes aus. Die Struktur der Konzentrationsfelder und die Ortslage des Maximums ist in der Mehrzahl der untersuchten Fälle und Komponenten sehr ähnlich. Weiterhin wird der Einfluss der meteorologischen Verhältnisse auf die berechneten Jahresmittelwerte untersucht. Hierzu erfolgen für ein fiktives Modell-Kraftwerk an unterschiedlichen Standorten Vergleichsrechnungen mit TALdia/ AUSTAL2000. Die Spannbreite der Ergebnisse für den max. Jahresmittelwert, die durch die unterschiedlichen meteorologischen Verhältnisse verursacht werden, liegt in den betrachteten Beispielen bei Faktor 3 für NO2 und etwa Faktor 5 für inerte Stoffe (SO2, PM10). Mit der hier untersuchten Methodik steht jetzt neben Windkanalversuchen ein weiteres Verfahren zur Verfügung, Gebäudeeffekte bei der Ableitung von Rauchgasen über Kühltürme zu simulieren.

5 Seite 5 1 Problemdarstellung Im Rahmen der vorangegangenen Studie (VGB-Forschungsprojekt Nr. 262) wurde die Anwendbarkeit des Ausbreitungsmodells AUSTAL2000 mit vorgeschaltetem Windfeldmodell TALdia außerhalb des in Anhang 3 der TA Luft genannten Anwendungsbereiches für diagnostische Windfeldmodelle (Quellhöhe/Gebäudehöhe > 1,2 ) untersucht. Hierfür wurden umfangreiche Vergleiche zwischen den Messdaten aus Windkanal-Versuchen und Berechnungen mit dem Modellsystem TALdia / AUSTAL2000 angestellt. Insgesamt wurden 10 Kraftwerksstandorte betrachtet, für die zwischen 1984 und 1998 Windkanal-Daten erfasst wurden. Es konnte gezeigt werden, dass die Übereinstimmung zwischen den Messungen im Windkanal und den Modellrechnungen in der Mehrzahl der untersuchten Fälle unabhängig vom Verhältnis Quellhöhe/Gebäudehöhe gut ist. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage zu den Auswirkungen dieser neuen Vorgehensweise hinsichtlich bestehender Genehmigungen. Die bisher durchgeführten Berechnungen zeigen im Hinblick auf die letztlich beurteilungsrelevanten Jahresmittelwerte, dass im Vergleich zur bisher angewendeten Methodik die berechneten Jahres- Immissionskenngrößen möglicherweise größer sind und quellnäher liegen. Anhand von realen Genehmigungsdaten sollen die beiden Vorgehensweisen verglichen werden, um allgemein gültige Aussagen zu den Unterschieden der beiden Verfahren zur Berücksichtigung des Gebäudeeinflusses ableiten zu können.

6 Seite 6 2 Zielsetzung Zielsetzung der Studie ist die Überprüfung der Ergebnisse und Empfehlungen der vorangegangenen Studie (VGB-Forschungsprojekt Nr. 262) an Beispielen aus der Praxis, also konkreten Kraftwerken und genehmigten Emissionswerten. Darüber hinaus wird die Spannbreite der Ergebnisse in Sensitivitätsuntersuchungen mit verschiedenen Häufigkeitsverteilungen der meteorologischen Ausbreitungsbedingungen bestimmt.

7 Seite 7 3 Lösungsweg und Bearbeitungsschritte Für insgesamt fünf Kraftwerksstandorte werden auf Grundlage der jeweils realen Emissionsdaten die nach TA Luft relevanten Immissionskenngrößen für die Komponenten SO2, NOx und PM10 berechnet. Dabei wird unter Verwendung des Ausbreitungsmodells AUSTAL2000 zur Berücksichtigung von Gebäudeeffekten zum einen die bisher angewendete Methodik (Anwendung von Verstärkungsfaktoren auf Nullfälle ohne Gebäude) und zum anderen das diagnostische Windfeld TALdia eingesetzt. Bei diesen Berechnungen werden für die einzelnen Standorte jeweils örtlich repräsentative meteorologische Daten verwendet. Die Kraftwerksstandorte werden auf Wunsch des Auftraggebers lediglich anonymisiert dargestellt, d.h. es werden keine Gebäudestrukturen abgebildet und die Kraftwerksstandorte werden nicht genannt. Informationen über die Zuordnung der einzelnen Berechnungen zu den jeweiligen Standorten erhält ausschließlich der Auftraggeber. Weiterhin wird der Einfluss der meteorologischen Verhältnisse an einem Standort auf die berechneten Jahresmittelwerte untersucht. Hierzu erfolgen für ein fiktives Modell- Kraftwerk an unterschiedlichen Standorten Vergleichsrechnungen mit TALdia/ AUSTAL2000. Die angenommenen Standorte sind hinsichtlich der meteorologischen Verhältnisse wie folgt zu charakterisieren: Standort mit typischer Hauptwindrichtung Südwest und mittleren Windgeschwindigkeiten Standort ohne ausgeprägtes Windrichtungsmaximum Standort mit ausgeprägtem sekundären Windrichtungsmaximum küstennaher Standort mit sehr hohen Windgeschwindigkeiten windschwacher Standort

8 Seite 8 4 Einfluss der meteorologischen Verhältnisse Zur Bestimmung der Spannbreite der mit TALdia / AUSTAL2000 berechneten Jahresmittelwerte auf Grund unterschiedlicher meteorologischer Verhältnisse werden Berechnungen für ein fiktives Modellkraftwerk (Kraftwerk M) mit einem Kühlturm und einem dazugehörigen Kesselhaus (in West-Ost-Ausrichtung) für 5 verschiedene meteorologische Zeitreihen durchgeführt. Die jeweiligen Windrosen sind in Bild 1 dargestellt. Die Eingangsdaten für die Berechnungen sind: Kühlturmhöhe 140 m Kühlturmdurchmesser 80 m Austrittsgeschwindigkeit 4,2 m/s Temperatur Schwaden / Rauchgas 28 C Kesselhaushöhe 140 m Emissionsmassenströme für NOx, SO2 und PM10 jeweils 100 kg/h Tabelle 1 zeigt die maximalen Jahresmittelwerte für die fünf Varianten, die Bilder 2 bis 4 zeigen die jeweiligen Konzentrationsfelder. Tabelle 1: Maximale Jahresmittelwerte bei verschiedenen meteorologischen Verhältnissen (vgl. Bild 1) Variante Meteorologische Verhältnisse Maximale Jahresmittelwerte [µg/m³] (statistische Unsicherheit) NO2 SO2 PM10 1 Standort mit typischer Hauptwindrichtung Südwest und mittleren Windgeschwindigkeiten 0,041 (+/- 4,7%) 0,23 (+/- 7,2%) 0,22 (+/- 7,1%) 2 Standort ohne ausgeprägtes Windrichtungsmaximum 0,024 (+/- 9,0%) 0,092 (+/- 5,8%) 0,078 (+/- 5,6%) 3 Standort mit ausgeprägtem sekundären Windrichtungsmaximum 0,066 (+/- 10,9%) 0,11 (+/- 8,8%) 0,078 (+/- 8,0%) 4 küstennaher Standort mit sehr hohen Windgeschwindigkeiten 0,034 (+/- 39,5%) 0,45 (+/- 3,7%) 0,42 (+/- 3,7%) 5 windschwacher Standort 0,028 (+/- 15,6%) 0,11 (+/- 5,8%) 0,091 (+/- 5,5%) Der Faktor zwischen der Variante mit dem kleinsten maximalen Jahresmittelwert und dem größten Jahresmittelwert beträgt für die Komponente NO2 2,8, für die Komponente SO2 4,9 und für die Komponenten PM10 5,4.

9 Seite 9 Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Bild 1: Windrosen der verwendeten meteorologischen Zeitreihen Variante 5

10 Seite 10 Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Bild 2: Kraftwerk M Komponente SO2 / Jahresmittelwert Variante 5

11 Seite 11 Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Bild 3: Kraftwerk M Komponente NO2 / Jahresmittelwert Variante 5

12 Seite 12 Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Bild 4: Kraftwerk M Komponente PM10 / Jahresmittelwert Variante 5

13 Seite 13 5 Methodenvergleich TALdia - Verstärkungsfaktoren 5.1 Untersuchte Kraftwerke Die Kraftwerksstandorte werden auf Wunsch des Auftraggebers lediglich anonymisiert dargestellt, d.h. es werden keine Gebäudestrukturen abgebildet und die Kraftwerksstandorte werden nicht genannt. Die untersuchten Kraftwerke werden durch folgende Parameter charakterisiert: Kraftwerk Kühlturmhöhe [m] Anzahl Kühltürme * Anzahl Kamine hq / hg ** Summe Emission NOx [kg/h] Summe Emission SO2 [kg/h] Summe Emission PM10 [kg/h] A , B , C , D , E 104, , * nur Kühltürme mit Rauchgasen ** Quellhöhe zu max. Gebäudehöhen 5.2 Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000 Entsprechend der in der Vergangenheit in einer Vielzahl von Genehmigungsverfahren angewendeten Methodik wird für jede vorkommende meteorologische Situation (charakterisiert durch Windrichtungssektor, Windgeschwindigkeitsklasse und Ausbreitungsklasse) mit AUSTAL2000 ein Konzentrationsfeld berechnet. Bei den Berechnungen der Konzentrationsfelder erfolgt dabei keine explizite Berücksichtigung des bzw. der Kühlturmbauwerke auf das Wind- und Turbulenzfeld, sondern es wird lediglich der down-wash am Kühlturm implizit über die Berechnung der Schwadenüberhöhung nach VDI 3784, Blatt 2 [3] berücksichtigt.

14 Seite 14 Jeder Aufpunkt der einzelnen Konzentrationsfelder wird dann entsprechend der Entfernung von den Kühltürmen mit dem im Windkanal für diese meteorologischen Situation ermittelten Verstärkungsfaktor multipliziert. Anschließend werden dann die so modifizierten Konzentrationsfelder anhand einer für den Standort repräsentativen meteorologischen Statistik mit der Häufigkeit des Auftretens dieser Situation gewichtet und dann die Jahresmittelwerte an den Aufpunkten bestimmt. Der Jahresmittelwert c ( x, y) für einen Aufpunkt mit den Koordinaten ( x, y) errechnet sich also wie folgt: c ( x, y) = AK = 1 WG= 1 WR= 1 c( AK, WG, WR, x, y)* VF( WG, x, y)* P( AK, WG, WR) AK = Ausbreitungsklasse WG = Windgeschwindigkeitsklasse WR = Windrichtungssektor VF = Verstärkungsfaktor P = Häufigkeit der meteorol. Situation

15 Seite Methode TALdia / AUSTAL2000 Die Windfeld- und Ausbreitungsrechnungen mit TALdia/AUSTAL2000 erfolgen unter Berücksichtigung der in der Programmbeschreibung [3] beschriebenen Anforderungen. Ergänzend hierzu werden entsprechend der Ergebnisse aus [1] folgende Randbedingungen beachtet: Die horizontale Gitterweite muss im Einflussbereich der Bebauung so fein sein, dass die Ergebnisse unabhängig von der Orientierung des Rechengitters in Bezug auf die Gebäude sind. Es werden vertikale Netze verwendet, bei denen die Oberseiten der hohen Gebäude exakt auf Gitterflächen liegen. Die Emissionsquelle Kühlturm wird als Flächenquelle (in der Mündung liegendes Quadrat) simuliert. Die Quellhöhe wird 0,5 m höher als das Kühlturmbauwerk angesetzt. Als Durchmesser von Kühlturmbauwerken wird der mittlere Durchmesser angegeben.

16 Seite Vergleich der berechneten Jahresmittelwerte Im Folgenden werden die Ergebnisse (Jahresmittelwerte) der Ausbreitungsrechnungen dargestellt. Dabei werden die Kraftwerksstandorte lediglich anonymisiert dargestellt, d.h. es werden keine Gebäudestrukturen und Emissionsquellen abgebildet und die Kraftwerksstandorte werden nicht genannt. Informationen über die Zuordnung der einzelnen Berechnungen zu den jeweiligen Standorten erhält ausschließlich der Auftraggeber. Auf einer Seite werden jeweils die Ergebnisse für einen Kraftwerkstandort und eine Schadstoffkomponente dargestellt. Dabei zeigen jeweils die oberen Bilder die Ergebnisse der Ausbreitungsrechnung bei Anwendung der Methode TALdia / AUSTAL2000 und die unteren Bilder die Ergebnisse der Anwendung der Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000 entsprechend der früher üblichen Vorgehensweise. Für eine bessere Vergleichbarkeit der beiden Berechnungsergebnisse werden für gleiche Konzentrationsbereiche jeweils gleich Farben gewählt. Wird bei einer Berechnung der Irrelevanzwert der jeweiligen Komponente überschritten, dann wird der berechnete Maximalwert als Obergrenze der Farbskala angesetzt. In Ergänzung zu der flächenhaften Darstellung der Berechnungsergebnisse erfolgt eine tabellarische Darstellung der berechneten Maximalwerte Kraftwerk A Die Struktur der Konzentrationsfelder unterscheiden sich bei beiden Berechnungsmethoden deutlich. Während sich bei Anwendung der Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000 eine Konzentrationsfeld errechnet, das eher bei einer Rechnung ohne Gebäudeeinflüsse zu erwarten wäre, ist bei Anwendung der Methode TALdia/ AUSTAL2000 ein sehr deutlicher Gebäudeeinfluss mit einem quellnahen Maximum zu erkennen. Der Grund dafür, dass die Verstärkungsfaktoren im Jahresmittel keine oder nur eine sehr geringe Verschiebung des Immissionsmaximums zur Quelle hin bewirken, sind die minimalen Bodenkonzentrationen in Quellnähe bei den der Verstärkungsfaktoren-Methodik zu Grunde liegenden Ausbreitungsrechnungen ohne Gebäudeeinfluss (vgl. Kap. 5.2). Auch wenn diese Bodenkonzentrationen mit großen Verstärkungsfaktoren (im vorliegenden Fall bis Faktor 10) multipliziert werden, liefern sie keinen relevanten Beitrag zur Erhöhung der Jahresmittelwerte. Die Verstärkungsfaktoren wirken also erst in größerer Quellentfernung, wo auch ohne Gebäudeeinflüsse nennenswerte Bodenkonzentrationen errechnet werden. Dieser Effekt ist um so wirkungsvoller, je höher die Emissionsquellen sind, weil die ohne Gebäudeeinfluss berechneten Bodenkonzentrationen in Quellnähe umso kleiner sind je höher die Quellhöhe ist.

17 Seite 17 Bei der Anwendung der Methode TALdia / AUSTAL2000 errechnen sich daher im vorliegenden Fall (Quellhöhe 176 m ) im Nahbereich der Emissionsquellen deutlich höhere Konzentrationen. Auffällig ist, dass sich bei den inerten Stoffen SO2 und PM10 bei der Methode TALdia / AUSTAL2000 zwei Bereiche mit hohen Konzentrationen errechnen (siehe Ausschnittvergrößerung in Bild 5). Der maximale Jahresmittelwert (SO2: 8,24 µg/m³, PM10: 0,41 µg/m²) errechnet sich in unmittelbarer Nähe des östlichen Kühlturms. Etwas geringere Jahresmittelwerte errechnen sich in einer Entfernung von ca m (SO2: 7,79 µg/m³, PM10: 0,39 µg/m²). (Der relativ kleine Bereich mit hohen Konzentrationen am Fuße des östlichen Kühlturms erscheint nicht realistisch und wird daher nicht weiter berücksichtigt.) Bei beiden Methoden errechnen sich deutliche Überschreitungen des Irrelevanzwertes für SO2, während die Irrelevanzwerte für NO2 und PM10 deutlich unterschritten werden. Komponente Irrelevanzwert in µg/m³ TALdia / AUSTAL2000 Maximale Jahresmittelwerte in µg/m³ Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000 SO2 1,5 7,79 2,74 NO2 1,2 0,34 0,20 PM10 1,2 0,39 0,14

18 Seite 18 Bild 5: Kraftwerk A - Komponente SO2 / Jahresmittelwert oben: Methode TALdia / AUSTAL2000 unten: Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000

19 Seite 19 Bild 6: Kraftwerk A - Komponente NO2 / Jahresmittelwert oben: Methode TALdia / AUSTAL2000 unten: Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000

20 Seite 20 Bild 7: Kraftwerk A - Komponente PM10 / Jahresmittelwert oben: Methode TALdia / AUSTAL2000 unten: Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000

21 Seite Kraftwerk B Bei beiden Methoden errechnen sich wiederum deutliche Überschreitungen des Irrelevanzwertes für SO2, während die Irrelevanzwerte für NO2 und PM10 deutlich unterschritten werden. Komponente Irrelevanzwert in µg/m³ TALdia / AUSTAL2000 Maximale Jahresmittelwerte in µg/m³ Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000 SO2 1,5 3,98 5,81 NO2 1,2 0,51 0,48 PM10 1,2 0,47 0,69 Im Gegensatz zu Kraftwerk A errechnen sich hier aber bei der Anwendung der Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000 im Nahbereich der Emissionsquellen tendenziell höhere Konzentrationen. Insgesamt sind die Ergebnisse der beiden Methoden sehr ähnlich.

22 Seite 22 Bild 8: Kraftwerk B - Komponente SO2 / Jahresmittelwert oben: Methode TALdia / AUSTAL2000 unten: Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000

23 Seite 23 Bild 9: Kraftwerk B - Komponente NO2 / Jahresmittelwert oben: Methode TALdia / AUSTAL2000 unten: Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000

24 Seite 24 Bild 10: Kraftwerk B - Komponente PM10 / Jahresmittelwert oben: Methode TALdia / AUSTAL2000 unten: Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000

25 Seite Kraftwerk C Bei beiden Methoden errechnen sich lediglich hinsichtlich der Komponente SO2 Überschreitungen des Irrelevanzwertes. Die Irrelevanzwerte für NO2 und PM10 werden bei beiden Methoden unterschritten. Komponente Irrelevanzwert in µg/m³ TALdia / AUSTAL2000 Maximale Jahresmittelwerte in µg/m³ Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000 SO2 1,5 2,68 1,56 NO2 1,2 1,19 0,39 PM10 1,2 0,29 0,17 Die Methode TALdia / AUSTAL2000 errechnet etwas größere Stundenmittelwerte. Die Struktur der Konzentrationsfelder ist sehr ähnlich.

26 Seite 26 Bild 11: Kraftwerk C - Komponente SO2 / Jahresmittelwert oben: Methode TALdia / AUSTAL2000 unten: Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000

27 Seite 27 Bild 12: Kraftwerk C - Komponente NO2 / Jahresmittelwert oben: Methode TALdia / AUSTAL2000 unten: Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000

28 Seite 28 Bild 13: Kraftwerk C - Komponente PM10 / Jahresmittelwert oben: Methode TALdia / AUSTAL2000 unten: Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000

29 Seite Kraftwerk D Bei Anwendung der Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000 errechnet sich eine sehr geringe Überschreitung des Irrelevanzwertes für SO2. Die Struktur der Konzentrationsfelder und die berechneten Maximalwerte sind hier wiederum sehr ähnlich. Komponente Irrelevanzwert in µg/m³ TALdia / AUSTAL2000 Maximale Jahresmittelwerte in µg/m³ Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000 SO2 1,5 1,36 1,52 NO2 1,2 0,18 0,11 PM10 1,2 0,16 0,18

30 Seite 30 Bild 14: Kraftwerk D - Komponente SO2 / Jahresmittelwert oben: Methode TALdia / AUSTAL2000 unten: Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000

31 Seite 31 Bild 15: Kraftwerk D - Komponente NO2 / Jahresmittelwert oben: Methode TALdia / AUSTAL2000 unten: Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000

32 Seite 32 Bild 16: Kraftwerk D - Komponente PM10 / Jahresmittelwert oben: Methode TALdia / AUSTAL2000 unten: Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000

33 Seite Kraftwerk E Bei beiden Methoden errechnen sich wiederum deutliche Überschreitungen des Irrelevanzwertes für SO2. Die Irrelevanzwerte für NO2 und PM10 werden nur bei Anwendung der Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000 überschritten. Komponente Irrelevanzwert in µg/m³ TALdia / AUSTAL2000 Maximale Jahresmittelwerte in µg/m³ Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000 SO2 1,5 6,27 13,6 NO2 1,2 0,78 1,93 PM10 1,2 0,65 1,30

34 Seite 34 Bild 17: Kraftwerk E - Komponente SO2 / Jahresmittelwert oben: Methode TALdia / AUSTAL2000 unten: Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000

35 Seite 35 Bild 18: Kraftwerk E - Komponente NO2 / Jahresmittelwert oben: Methode TALdia / AUSTAL2000 unten: Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000

36 Seite 36 Bild 19: Kraftwerk E - Komponente PM10 / Jahresmittelwert oben: Methode TALdia / AUSTAL2000 unten: Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000

37 Seite 37 6 Schlussfolgerung In Tabelle 2 sind die Ergebnisse der Vergleichsrechnungen mit den beiden Berechnungsmethoden TALdia / AUSTAL2000 und Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000 einander gegenübergestellt. Der höhere maximale Jahresmittelwert ist dabei jeweils markiert. Tabelle 2: Zusammenstellung der Ergebnisse der Vergleichsrechnungen Maximale Jahresmittelwerte und Entfernung zur Quelle Fall TALdia / AUSTAL2000 Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000 JMW in µg/m³ Entf. in km JMW in µg/m³ Entf. in km Kraftwerk A SO2 7,79 (+/- 9%) 1,0 2,74 5,1 NO2 0,34 (+/- 12%) 12,2 0,20 10,0 PM10 0,39 (+/- 8%) 1,0 0,14 5,1 Kraftwerk B SO2 3,98 (+/- 8%) 2,9 5,81 4,3 NO2 0,51 (+/- 10%) 11,7 0,48 6,0 PM10 0,47 (+/- 7%) 2,9 0,69 4,3 Kraftwerk C SO2 2,68 (+/- 7%) 4,2 1,56 4,0 NO2 1,19 (+/- 7%) 5,5 0,39 5,8 PM10 0,29 (+/- 7%) 4,2 0,17 4,0 Kraftwerk D SO2 1,36 (+/- 11%) 3,6 1,52 2,9 NO2 0,18 (+/- 30%) 9,8 0,11 4,0 PM10 0,16 (+/- 11%) 3,6 0,18 2,9 Kraftwerk E SO2 6,27 (+/- 3%) 5,2 13,6 6,1 NO2 0,78 (+/- 4%) 12,7 1,93 14,8 PM10 0,65 (+/- 3%) 5,2 1,30 6,1

38 Seite 38 Zusammenfassend ist festzustellen, dass bei keiner der beiden Berechnungsmethoden systematisch größerer oder kleinere maximale Jahresmittelwerte auftreten. In zwei Fällen führt die Methode TALdia / AUSTAL2000 zu höheren Werten, in drei Fällen die Methode Verstärkungsfaktoren / TALdia. Die mit den beiden Methoden berechneten Jahresmittelwerte unterscheiden sich um Faktoren zwischen 1,1 und 3,0. In 2 von 5 Fällen je Komponente liegt das Immissionsmaximum bei Anwendung der Methode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000 quellnäher. Die Aussage, dass bei Anwendung der Methode TALdia / AUSTAL2000 die berechneten Jahresmittelwerte größer sind und quellnäher liegen, läßt sich somit nicht verallgemeinern. In den Fällen, in denen bei der Berechnungsmethode Verstärkungsfaktoren/ AUSTAL2000 (alte Methode) keine Überschreitungen der Irrelevanzwerte auftreten, errechnen sich auch bei Anwendung der Berechnungsmethode TALdia / AUSTAL2000 (neue Methode ) keine Überschreitungen. Sofern Irrelevanzwerte überschritten sind, trifft dies auf beide Berechnungsmethoden zu. Eine Ausnahme ist das Kraftwerk E, hier werden nur mit der Berechnungsmethode Verstärkungsfaktoren / AUSTAL2000 die Irrelevanzwerte für NO2 und PM10 überschritten. Die entsprechenden TALdia / AUSTAL2000 Berechnungen weisen für diese beiden Komponenten dagegen keine Überschreitung des Irrelevanzwertes aus. Die Struktur der Konzentrationsfelder und die Ortslage des Maximums ist in der Mehrzahl der untersuchten Fälle und Komponenten sehr ähnlich. Mit der hier untersuchten Methodik steht somit neben Windkanalversuchen ein weiteres Verfahren zur Verfügung, Gebäudeeffekte bei der Ableitung von Rauchgasen über Kühltürme zu simulieren.

39 Seite 39 7 Literaturverzeichnis [1] VGB Forschungsprojekt Nr. 262 Studie zur Anwendbarkeit des Ausbreitungsmodells AUSTAL2000 mit Windfeldmodell TALdia im Hinblick auf die Gebäudeeffekte bei Ableitung von Rauchgasen über Kühltürme und Schornsteine Argumet Bahmann & Schmonsees GbR November 2005 [2] TA Luft 2002 Erste allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft - TA Luft 30. Juli 2002 [3] Entwicklung eines modellgestützten Beurteilungssystems für den anlagenbezogenen Immissionsschutz UFOPLAN Förderkennzeichen Ingenieurbüro Janicke, Dunum Februar 2003 AUSTAL Programmbeschreibung zu Version Ingenierubüro Janicke, Dunum Stand [4] VDI 3784 Blatt 2 Umweltmeteorologie Ausbreitungsrechnung bei Ableitung von Rauchgasen über Kühltürme VDI, Düsseldorf, März 1990 [5] Weiterentwicklung eines diagnostischen Windfeldmodells für den anlagenbezogenen Immissionsschutz (TA Luft) UFOPLAN Förderkennzeichen Ingenierubüro Janicke, Dunum Oktober 2004