Helsinki energy decision options 2015

BAU

In Business as usual option coal remains the main fuel in Hanasaari B and Salmisaari B power plants, but the use of biofuels is increased to 5−10 % and the changes to power plants required in the new Industrial Emission Directive (IED) are made. These changes have already been approved and some are already done, so they will happen no matter what is decided about the rest of the options.

The IED sets new emission limit values (ELVs) to power plants within the European Union, which will be in effect as of 1.1.2016. In order to stay within the new ELVs, both Hanasaari and Salmisaari power plants must be renovated.

The changes to be made in Hanasaari are:

• Enhancing sulphur removal
• katalyyttinen typpipäästön vähentäminen (SCR) tai ei-katalyyttinen typpipäästön vähentäminen (SNCR), tai polttotekniset ratkaisut
• Enhancing the electric filters’ operation or renewing them

The changes to be made in Salmisaari are:

• Enhancing sulphur removal
• katalyyttinen typpipäästön vähentäminen tai polttotekniset ratkaisut / catalytic nitrogen emission reduction or combustion technical solutions (???)
• Enhancing the electric filters’ operation or renewing them

Emissions

Esimerkki leviämismallinnuksen tuloksista kartalla. Pienhiukkasten (PM10) korkein WHO:N vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus vaihtoehdossa BAU.

Hanasaari receives a maximum of 11 pellet deliveries per day and Salmisaari max 14/d.

The amount of by-products of Hanasaari and Salmisaari power plants in BAU.

Option	Fly ash (t/a)	Bottom ash (t/a)	Sulphur-removal end product (t/a)	Total (t/a)
Hanasaari power plant: biofuels 10 %	59 000	12 000	8 000	79 000
Salmisaari power plant: biofiels 10 %	45 000	11 000	9 000	65 000
Total	104 000	23 000	17 000	144 000

Emissions in BAU. Hanasaari and Salmisaari both 95 % coal, 5 % bio

Emission source	CO2 kt/a	CO2-eqv kt/a (incl. fossil fuel ghg-emissions)	CO2-eqv kt/a (incl. fossil and biofuel emissions)
Power plant emissions	2 524	2 533	2 687
Emissions from fuel transport	8
Total		2 540	2 700

Emissions from Salmisaari burning ~7% biofuels.

Power plant	NO2 (t/a)	SO2 (t/a)	Particles (t/a)
Salmisaari A and B	946	996	92

Computational amounts of combustion by-products of Salmisaari powerplants.

	Fly ash (t)	Bottom ash (t)	Sulphur removal end product (t)	Total (t)
Salmisaari power plants: 10 % bio, 90 % coal	45 000	11 000	9 000	65 000

Emission coefficients

Cost

No building cost, because nothing is renovated nor built.

Usage cost

Production

How much energy?

	Electricity MW	Heat MW	Fuel
Hanasaari	220	420	coal, pellets
Salmisaari	160	300	coal, pellets
Total	380	720

Same table as in VE2, because same power plants will be in use.

Vuosaari

A new power plant is built in Vuosaari. The new plant (Vuosaari C) can burn any ratio of biofuel to coal. An energy tunnel is built from Vuosaari to Hanasaari to transport the energy to Helsinki city center.

Effects:

• Emissions
• Cost
• Traffic
• Noise (Natura 2000 -area nearby)
• Air quality
• Forests close by and further away in Finland
• Drawing closer to the coal-neutrality goal
• Running level
• Jobs in construction
• Decision-maker: Helsinki city, Helen

Kuvaus

Vuosaareen rakennetaam uusi C-voimalaitos sekä kaukolämmön ja sähkön siirtoon tarkoitettu energiatunneli Vuosaaresta Hanasaareen.

Vuosaaren C-voimalaitoksen suunnitelmien perustana on oletus, että laitoksessa käytetään pääosin biopolttoaineita (enintään 80%) sekä kivihiiltä (20%). Käytettäviksi biopolttoaineiksi on suunniteltu metsähaketta ja pellettejä sekä pieniä määriä peltobiomassoja. Myös biohiilen käyttö on mahdollista. Laitos on suunniteltu varustettavaksi biopolttoaineiden polttoon kehitetyllä kiertoleijupetikattilalla. Kaukolämmön tuotantovarmuuden takaamiseksi laitos suunnitellaan niin, että polttoaineena voidaan käyttää myös pelkkää kivihiiltä, mutta tarvittaessa voimalaitos voidaan suunnitella myös 100 % biopolttoaineiden käyttöön. Jo tehdyssä YVA:ssa käytettiin vertailuvaihtoehtoina 100 % biopolttoaineita sekä ääritilanteena 100 % kivihiiltä.

Three options are considered for the Vuosaari powerplant (in this option, Salmisaari always burns 95% coal and 5% biofuels):

• V1: 80% biofuels, 20% coal
• V2: 100% biomass
• V3: 100% coal

Samalla Vuosaaren ja Hanasaaren välille suunnitellaan 12 kilometriä pitkää kallioon louhittavaa energiatunnelia kaukolämmön ja mahdollisesti sähkön siirtämiseksi koko kaupungin tarpeisiin. Voimalaitoksen viereen rakennetaan polttoaineiden varastot, juna- ja rekkapurkupaikka, kuljetin ja mahdollinen tieyhteys radan yli.

Possible map for the new Vuosaari power plant area. The coal storage area (brown) might also be located in the other side of the train tracks.

The planned energy tunnel from Vuosaari to Hanasaari.

Emissions

Esimerkki leviämismallinnuksen tuloksista kartalla. Pienhiukkasten (PM10) korkein WHO:n vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus Vuosaaren vaihtoehdossa.

Annual nitrate fallout of the Vuosaari A, B and the new C power plant combined.

Annual sulphur fallout of the Vuosaari A, B and the new C power plant combined.

Uuden voimalaitoksen päästöt tulisivat pääasiassa kahdesta lähteestä: biopolttoaineiden ja kivihiilen poltosta sekä polttoaineiden kuljetuksesta Vuosaareen.

Polttoaine tuodaan voimalaitokselle laivalla, proomulla, junalla ja kuorma-autoilla. Laivakuljetuksia tullaan käyttämään biopolttoaineille, hiilelle ja öljylle. Jatkossa laiva- ja proomukuljetuksiin on viitataan laivakuljetuksina.

Juna- ja kuorma-autokuljetuksia käytetään pääasiassa biopolttoaineiden, junaa myös kivihiilen kuljetuksiin. Koska Vuosaaren C-voimalaitoksessa tarvittavat polttoainemäärät ovat suuria, on voimalaitoksen polttoainehuolto suunniteltu toteutettavaksi pääosin merikuljetuksin. Juna ja kuorma-autot ovat täydentäviä kuljetustapoja. Kuljetuksia voidaan suorittaa seitsemänä päivänä viikossa 24 tuntia päivässä.

Savukaasut johdetaan savukaasun puhdistukseen, jossa mukana seuranneet hiukkaset poistetaan, minkä jälkeen savukaasut johdetaan savukaasupuhaltimien kautta savupiippuun. Polttoaineen tuhka poistetaan pohjatuhkana tulipesästä ja lentotuhkana savukaasun puhdistuksesta.

Voimalaitoksen savukaasut puhdistetaan tehokkaasti, joten haitat lähiympäristön kasvillisuudelle pysyvät vähäisinä. Piipun korkea päästökorkeus edesauttaa päästöjen tehokasta laimenemista ulkoilmaan, joten vaikutukset yksittäisen alueen pitoisuuksiin minimoituvat. Leviämismallilaskelmien tulosten perusteella voidaan arvioida, että Vuosaareen rakennettavaksi suunniteltu uusi C-voimalaitosyksikkö tulee aiheuttamaan vain pienen lisän koko pääkaupunkiseudun ilman epäpuhtauspitoisuustasoihin. Laskeumalla ei arvioida olevan haitallisia vaikutuksia Natura-alueiden kasvillisuuteen Östersundomin lintuvesien ja Mustavuoren lehdon Natura-alueella tai etäämpänä koillisen suunnassa sijaitsevalla Sipoonkorven Natura-alueella.

Leviämismallilaskelmien tulosten perusteella voidaan arvioida, että Helsingin Energian voimalaitosten normaalitoiminnan typenoksidi-, rikkidioksidi- tai pienhiukkaspäästöt eivät aiheuta terveydellistä riskiä lähialueen asukkaille, sillä terveyden suojelemiseksi annetut ilmanlaadun ohje- ja raja-arvot alittuvat kaikissa tarkasteluvaihtoehdoissa. Leviämislaskelmien tuloksia arvioitaessa on otettava huomioon, että tässä työssä ei ole tarkastelu laitosten mahdollisia päästöjä häiriötilanteessa eikä voimalaitosten ja alueen muiden päästölähteiden yhteisvaikutusta alueen ilmanlaatuun.

Emissions from Vuosaari power plants.

Power plant	NO2 (t/a)	SO2 (t/a)	Particles (t/a)
Vuosaari C	853	853	57
Vuosaari A and B	550	-	-
Total	2 349	1 849	149

Computational amounts of combustion by-products of different fuel ratios in Vuosaari sub-option.

Sub-option	Fly ash (t)	Bottom ash (t)	Sulphur removal end product (t)	Total (t)
V1 80 % bio, 20 % coal	59 000	10 000	-	69 000
V2 100 % bio (10 % pellet, 90 % chips)	52 000	9 800	-	62 000
V3 100 % coal	82 000	52 000	-	134 000

Emissions for Vuosaari, for different sub-options.

	CO2, kt/a	CO2-ekv, kt/a (incl. fossilfuel ghg emissions)	CO2-ekv, kt/a (incl. fossilfuel and biofuel emissions)
V1 powerplant emissions	1 468	1 402	3 061
V2 powerplant emissions	1 073	1 114	3 090
V3 powerplant emissions	2 722	2 882	2 947
V1 fuel transport emissions	15
V2 fuel transport emissions	23
V3 fuel transport emissions	6
V1 total emissions		1 480	3 080
V2 total emissions		1 140	3 110
V3 total emissions		2 890	2 950

Cost

Building cost

Nyt valmistunut YVA-selvitys sivuaa energiainvestointivaihtoehtojen vaikutuksia talouteen. Vuoden lopulla valmistuva hankesuunnitelma ottaa talousvaikutuksiin tarkemmin kantaa. Uusi voimala olisi luultavasti tuplasti kalliimpi investointi kuin vanhojen voimaloiden muutostyöt. Taloudellisten vaikutusten arviointi ei kuitenkaan ole yksinkertaista. Vuosaaren voimalan käyttö tulisi vuosittain kymmeniä miljoonia euroja kakkosvaihtoehtoa halvemmaksi. Helsingin kaupunki häviää rahaa myös, jos Hanasaareen ei pystytäkään rakentamaan asuinaluetta suunnitellusti.

Itse voimala maksaa arviolta noin 650 miljoonaa euroa, energiatunneli 180 miljoonaa. Arvio kokonaiskustannuksista 1,2 miljardia euroa (vuodelta 2011).

Usage cost

Mikäli Vuosaaren C-voimalaitos käyttäisi 100 %:sesti biopolttoaineita (suhde 90 % metsähaketta, 10 % pellettiä), niin se tarkoittaa polttoainemääränä vuodessa 1,8 miljoonaa tonnia haketta ja 103 000 tonnia pellettiä.

Mikäli biopolttoaineen osuus olisi 80 % (suhde 90 % metsähaketta, 10 % pellettiä), tarkoittaisi se polttoainemääränä vuodessa 1,46 miljoonaa tonnia haketta, 82 000 tonnia pellettejä ja 140 000 tonnia kivihiiltä.

Mikäli Vuosaaren C-voimalaitos käyttäisi pelkästään kivihiiltä, sitä tarvittaisiin vuodessa 660 000 tonnia.

Puupelettien vientihinta on 133 €/t [1]

Hakkeen hinta 20€/MWh? [2][3]

According to this page, the thermal coal CAPP price is about 50 €/metric tonne.

Fuel consumption in Vuosaari C

		Kivihiili	Metsähake	Puupelletti
Polttoaineen kulutus	t/h	0–108	0–334	0–178
Polttoaineen kulutus	m3/h	0–135	0–1 113	0–255

Conclusion:

If 100% coal is used in Vuosaari power plant

660 000 t/a * 50 €/t = 33 000 000 €/a

If only 20% coal was used:

coal: 140 000 t/a * 50€/t = 7 000 000 €/a

pellets: 82 000 t/a * 133 €/t = 10 906 000 €/t

hake: 1 460 000 t/a * €/t =

If only biofuels were used:

hake: 1 800 000 t/a * €/t =

pellets: 103 000 t/a * 133 €/t = 13 699 000 €/a

Production

Vuotuinen polttoaineen kulutus tulee olemaan noin 4 TWh riippuen vuodesta sekä laitoksen ajotavasta. Uuden voimalaitoksen kaukolämpöteho olisi noin 350 MW ja sähköteho noin 200 MW.

Noin 40–50 % lämmöstä siirtyy tulipesässä tulipesän seiniin ja mahdolliseen tulipesätulistimeen. Loppu lämpö siirretään konvektio-osassa.

Effects to Natura 2000 area

Vallitseva tuulensuunta on lounaasta. Sataman melumuuri ja ennen kaikkea Niinisaaren metsäinen vyöhyke rajoittavat päästöjen leviämistä koilliseen ja mm. Natura-alueelle. Kasvillisuus sitoo pölyä erityisesti kesäaikaan.

Hanasaari shutdown

Hanasaari power plant is shut down and demolished. Apartment buildings are constructed in its place.

Effects:

• Emissions
• Cost
• Land use near city center
• Market rates for apartments in Helsinki
• Quality of inner city environment
• Running level
• Jobs in construction
• Decision-maker: Helsinki city, Helen

Hanasaari 40 biofuel

Hanasaari power plant is renovated to burn 40% biofuels among coal.

Effects:

• Emissions
• Cost
• Forests around Finland
• Running level
• Economy of cities selling biofuels
• Jobs in construction
• Decision-maker: Helsinki city, Helen

What Hanasaari would look like in option Hanasaari 40 biofuel.

Emissions

Hanasaaren voimalaitokselle pelletti tuodaan pääasiassa laivoilla. On arvioitu, että Hanasaareen tulisi noin 18 autokuljetusta pellettiä vuorokaudessa. Hanasaareen on vuodessa arvioitu tulevan yhteensä noin 100 alusta, joka sisältää sekä pelletti- että kivihiilikuljetukset.

The flue gas emissions in Hanasaari when is burns 40% biofuels.

	NO2 (t/a)	SO2 (t/a)	Particles (t/a)
Hanasaari B	1 224	1 224	122

Hanasaaren voimalaitoksiella vuodessa syntyvät sivutuotemäärät kun se polttaa 40% biofuels.

	Lentotuhka (t/a)	Pohjatuhka (t/a)	Rikinpoiston lopputuote (t/a)	Yhteensä (t/a)
Hanasaari power plant: 40 % biofuels, 60 % coal	40 000	9 000	6 000	54 000

Emissions for Hanasaari 40% biofuels + Salmisaari 40% biofuels.

	CO2, kt/a	CO2-eqv, kt/a (incl. fossilfuel ghg-emissions)	CO2-ekv, kt/a (incl. fossilfuel and biofuel emissions)
Power plant emissions	1 594	1 606	2 837
Fuel transport emissions	11
Total		1 620	2 850

Emission coefficients

Cost

Building cost

Pelkkä voimalaitos noin 100 miljoonaa, kokonaisvaikutus Helsingin Energian investointikustannuksiin 500 miljoonaa (arvio vuodelta 2011).

Usage cost

Vaihtoehdossa Hanasaari 40 % biopolttoaineita käytetään noin 390 000 tonnia kivihiiltä vuodessa ja pellettiä noin 380 000 tonnia. Tuki- ja varapolttoaineena öljyä arviolta 11 500 tonnia vuodessa.

Production

Energy production in Hanasaari.

	Electricity MW	Heat MW	Fuel
Hanasaari	220	420	coal, pellets

Salmisaari 40 biofuel

Salmisaari power plant is renovated to burn 40% biofuels among coal.

Effects:

• Emissions
• Cost
• Forests around Finland
• Running level
• Economy of cities selling biofuels
• Jobs in construction
• Decision-maker: Helsinki city, Helen

What Salmisaari would look like in option Salmisaari 40 biofuel.

Kuvaus

Salmisaaren voimalaitokselle pelletit tulevat autokuljetuksilla. On arvioitu, että Salmisaareen tulisi noin 53 autokuljetusta pellettiä vuorokaudessa. Helsingin Energia selvittää myös kuljetusvaihtoehtoa, jossa Salmisaaressa käytettäviä pellettejä tuotaisiin myös Hanasaaren sataman kautta. Jos kaikki Salmisaaressa käytettävät pelletit kuljetettaisiin Hanasaaren kautta, sen satamaan kulkisi vuosittain noin 90 pelletti- ja kivihiilialusta enemmän, kuin muutoin.

Päästöt

Flue gas emissions for Salmisaari 40% biofuels.

Power plant unit	NO2 (t/a)	SO2 (t/a)	Particles (t/a)
Salmisaari A and B	946	996	92

Salmisaaren voimalaitoksilla vuodessa syntyvät sivutuotemäärät 40% biopolttoaineosuudella

	Lentotuhka (t/a)	Pohjatuhka (t/a)	Rikinpoiston lopputuote (t/a)	Yhteensä (t/a)
Salmisaari power plant: 40 % biofuels, 60 % coal	30 000	8 000	6 000	44 000

Päästöt vaihtoehdossa Hanasaari 40 + Salmisaari 40.

	CO2, kt/a	CO2-eqv, kt/a (incl. fossilfuel ghg-emissions)	CO2-ekv, kt/a (incl. fossilfuel and biofuel emissions)
Power plant emissions	1 594	1 606	2 837
Fuel transport emissions	11
Total		1 620	2 850

Salmisaaressa käytetään kivihiiltä noin 290 000 tonnia vuodessa ja pellettiä noin 280 000 tonnia. tuki- ja varapolttoaineena öljyä arviolta 11 500 tonnia vuodessa.

	Electricity MW	Heat MW	Fuel
Salmisaari	160	300	coal, pellets

Loviisa nuclear CHP

A new nuclear power plant is built in Loviisa and used for district heating in Helsinki.

Effects:

• Emissions
• Cost
• Nuclear waste
• Perceived safety
• Running level
• Jobs in construction
• Decision-maker: Helsinki city, Fortum, Loviisa city?

Neste excess heat

Excess heat from Neste's oil refinery in Porvoo is used for district heating in Helsinki.

Effects:

• Cost
• Running level
• Jobs in construction
• Decision-maker: Helsinki city, Neste

Decentralised energy production

Small-scale energy production units are built around Helsinki, such as heat pumps, geothermal and sun panels, for producing energy for a single building.

Effects:

• Emissions
• Cost
• Running level
• Tourism & Finland's imago
• Jobs in construction
• Jobs in research?
• Decision-maker: Helsinki city, Citizens

Large heat pumps

Heat pumps are installed to draw large amounts of heat from the Gulf of Finland (similar system as in Stockholm) or from deep drilled hole from the ground (similar system as piloted in Espoo).

Effects:

• Emissions
• Cost
• Baltic sea
• Running level
• Environmental and political concerns
• Tourism & Finland's imago
• Jobs in construction
• Decision-maker: Helsinki city

Energy saving

Buildings in Helsinki are renovated, big campaigns to affect attitudes are organised and zero-energy houses are built to reduce the consumption of power significantly.

Effects:

• Emissions
• Cost
• Tourism & Finland's imago
• Running level
• Jobs in construction
• Decicion-maker: Helsinki city, Citizens