YHDYSKUNTA
Taustalla poraustekniikan kehitys
Geotermisen energian hyödyntämi nen kehittymässä
Poraustekniikan kehitys helpottaa geotermisen energian hyödyntämistä. ST1 ja Fortum rakentavat Espooseen laitoksen, jossa kuuden kilometrin syvyydestä haettavaa lämpöä hyödynnetään kaukolämpöpiirissä. Jos järjestelmä saadaan toimimaan Espoossa, konseptia voidaan hyödyntää muuallakin Suomessa.
Teksti Heikki Jaakkola
Kuvat St1
Espooseen rakennetaan geotermistä lämpöä hyödyntävä voimalaitos St1:n ja Fortumin yhteistyöhankkeena. Laitoksen toimintaperiaate on yksinkertainen: maahan porataan kaksi noin kuuden kilometrin syvyistä kaivoa, joista toisesta vesi pumpataan alas, toisesta ylös. Maan sisällä vesi kulkee kalliossa olevia halkeamia pitkin kaivosta toiseen ja lämpiää samalla 80 – 100 asteeseen. Kiertovesi saadaan niin kuumaksi, ettei lämpöä tarvitse pumpata kaukolämpölaitoksessa. Veteen latautunut lämpö siirretään lämmönvaihtimilla suoraan kaukolämpöjärjestelmän kiertoveteen.
Laitos valmistuu arvioiden mukaan vuonna 2016 ja se olisi Suomessa ensimmäinen laatuaan. Tähän asti geotermisen lämmön hyödyntäminen on rajoittunut matalalämpöjärjestelmiin, joiden toiminta edellyttää yleensä lämmön pumppaamista.
Geotermisen lämmön hyödyntäminen ei ole uusi ajatus. ”Kuumien” järjestelmien toteuttamista Suomessa on kuitenkin pidetty kannattamattomana koska nämä edellyttävät meillä syvien kaivojen poraamista kovaan kallioon. St1:n hallituksen puheenjohtaja Mika Anttosen mukaan poraustekniikan kehitys on muuttanut tilannetta.
– Porauksessa voidaan hyödyntää Etelä-Koreassa viime vuosina kehiteltyä vesivasaraporausta, joka tarjoaa kaivojen tekemiseen aiempaa nopeamman ja kustannustehokkaamman ratkaisun.
Toinen merkittävä innovaatio on Anttosen mukaan lämmitettävän veden kulkeutuminen kalliossa olevia halkeamia pitkin. Idean toteutukseen liittyy tosin paljon epävarmuuksia.
Etukäteen on mahdotonta tietää, millaisia ruhjevyöhykkeitä syvältä maan pinnan alta löytyy. Jos virtauskanavat jäävät liian ahtaiksi näitä voidaan yrittää lisätä täryttämällä kalliota paineella. Tällöinkin vasta kokemus näyttää, millainen virtaamareitti kaivojen välille syntyy.
– Hankkeeseen liittyy myös paljon laskentaa ja mallinnusta, jonka avulla virtaamaa yritetään arvioida.
Anttonen toteaakin hankkeen olevan suurelta osin pilotti- ja tutkimusprojekti, jossa kehitellään uutta, mahdollisesti myös muualla hyödynnettävää osaamista.
Järjestelmän teoreettinen maksimiteho on 40 MW. Toteutuva teho nähdään kuitenkin vasta järjestelmän ollessa toiminnassa.
– Teho riippuu siitä, millainen virtaama kaivojen välille saadaan käytännössä toteutettua.
Taloudellisesti selvästi isoin kustannus on reikien poraaminen.
– Poraus määrittää suurelta osin laitoksen hinnan, tämän jälkeen päästään hyvin keveillä kustannuksilla.
Toimii myös
muualla Suomessa
Espoon kallioperässä ei ole mitään erityistä etua geotermisen lämmön hyödyntämistä ajatellen. Jos järjestelmä saadaan toimimaan siellä, menetelmää voidaan ilmeisesti käyttää muuallakin Suomessa.
Toimialapäällikkö Jarmo Kallio Geologian tutkimuskeskuksesta kertoo, että korkeampien lämpötilojen tavoittaminen on Suomessa erityisen työlästä viileän kallioperän takia.
Lämpötila nousee meillä alaspäin mentäessä 1 – 1,5 astetta sataa metriä kohti, keskisessä Euroopassa nousu on 3 – 4 astetta vastaavalla matkalla. Etelämpänä päästään sadan asteen lämpötilaan 3 – 4 kilometrin syvyydessä, kun Suomessa tähän vaaditaan miltei kolminkertainen syvyys.
Vesi pysyy syvällä kallioperässä paineen takia nesteenä. Paineen hellittäessä kuuma vesi höyrystyy. Tällöin geotermistä energiaa voidaan hyödyntää myös sähkön tuotannossa.
Luvitus
tapauskohtaista
Yliarkkitehti Pekka Lukkarinen ympäristöministeriöstä kertoo, että kaivojen porauksiin voidaan tarvita joko toimenpide- tai rakennuslupa. Ratkaisun tekee kunnallinen rakennusvalvonta.
Rajanveto riippuu hankkeen ympäristöllisten vaikutusten laajuudesta. Jos vaikutukset ovat vain paikallisia, toimenpidelupa voi riittää.
Luvitukseen vaikuttaa olennaisesti se, onko hankkeella vaikutuksia pohjaveteen. Jos näin on, vesilain mukaan projektiin tarvitaan lupa myös aluehallintoviranomaiselta. Menettelyllä varmistetaan esimerkiksi se, ettei useampia pohjavesikerrostumia lävistävä poraus johda suolaisen ja makean veden sekoittumiseen keskenään.
Erittäin isoissa hankkeissa voidaan mahdollisesti edellyttää myös toiminnan ympäristövaikutusten arviointia. Jos hanke on säädösten mukainen, tarvittavat luvat myönnetään. ▼
Klikkaa kuvaa niin näet tarkemmat tiedot ja suuremmat kuvat
Uutta osaamista kallion kartoittamiseen
■ Lämmön talteenottojärjestelmien suunnittelussa on otettava huomioon myös lämmön kulkeutuminen alueelle. Megawattitason lämmöntuotanto kaukolämpölaitoksessa jäähdyttää samalla teholla lämmön talteenottoaluetta alhaalla. Jos kallio ei lataa itseensä lämpöä samassa suhteessa kuin sitä siitä otetaan, alueen viileneminen rajoittaa voimalan käyttöikää.
Geofysiikan professori Ilmo Kukkonen Helsingin yliopistosta kertoo, että maapallon vaipan lämpötila on keskimäärin 3 000 astetta. Lämpöä siirtyy paikasta toiseen vaipan vellovan massan mukana samalla tapaa kuin puurokattilassa. Kengänpohjien ja sulan vaipan välissä on kuitenkin noin 250 km kovaa kiveä, missä lämpö kulkee ylöspäin hitaasti johtumalla. Kivikuoren puhkaiseminen poraamalla ei onnistu nykytekniikalla.
– Syvimmät kairaukset ulottuvat vähän yli 12 kilometrin syvyyteen, missä lämpötila on noin 220 astetta.
Kukkonen toivoo Espoon projektissa saatavan tietoa ja kokemusta, mitä voidaan hyödyntää muissakin yhteyksissä. Uutta osaamista voi syntyä esimerkiksi kallion rakovyöhykkeiden kartoittamisesta.
– Kartoituksessa voidaan hyödyntää ainakin optisia, akustisia ja sähköisiä menetelmiä. Näiden avulla voidaan luoda 3D-tulkinta siitä, miten paljon rakoja kalliossa on ja kuinka nämä ovat sijoittuneet.
Haasteita voivat tuottaa rakojen ja ehkä myös itse kaivojen tukkeutuminen kalliossa olevan paineen takia. Kierrätettävä vesi voi myös virrata väärään paikkaan tai tähän voi sekoittua pohjavettä. Sekoittuminen voi muuttaa veden kemiallisia ominaisuuksia tavalla, joka tehostaa veden kanssa kosketuksissa olevien metallipintojen syöpymistä tai ruostumista.
– Merkkiaineiden avulla voidaan kuitenkin pysyä selvillä siitä, mitä vettä järjestelmässä virtaa, professori Kukkonen sanoo.
Uutta osaamista kallion kartoittamiseen
■ Lämmön talteenottojärjestelmien suunnittelussa on otettava huomioon myös lämmön kulkeutuminen alueelle. Megawattitason lämmöntuotanto kaukolämpölaitoksessa jäähdyttää samalla teholla lämmön talteenottoaluetta alhaalla. Jos kallio ei lataa itseensä lämpöä samassa suhteessa kuin sitä siitä otetaan, alueen viileneminen rajoittaa voimalan käyttöikää.
Geofysiikan professori Ilmo Kukkonen Helsingin yliopistosta kertoo, että maapallon vaipan lämpötila on keskimäärin 3 000 astetta. Lämpöä siirtyy paikasta toiseen vaipan vellovan massan mukana samalla tapaa kuin puurokattilassa. Kengänpohjien ja sulan vaipan välissä on kuitenkin noin 250 km kovaa kiveä, missä lämpö kulkee ylöspäin hitaasti johtumalla. Kivikuoren puhkaiseminen poraamalla ei onnistu nykytekniikalla.
– Syvimmät kairaukset ulottuvat vähän yli 12 kilometrin syvyyteen, missä lämpötila on noin 220 astetta.
Kukkonen toivoo Espoon projektissa saatavan tietoa ja kokemusta, mitä voidaan hyödyntää muissakin yhteyksissä. Uutta osaamista voi syntyä esimerkiksi kallion rakovyöhykkeiden kartoittamisesta.
– Kartoituksessa voidaan hyödyntää ainakin optisia, akustisia ja sähköisiä menetelmiä. Näiden avulla voidaan luoda 3D-tulkinta siitä, miten paljon rakoja kalliossa on ja kuinka nämä ovat sijoittuneet.
Haasteita voivat tuottaa rakojen ja ehkä myös itse kaivojen tukkeutuminen kalliossa olevan paineen takia. Kierrätettävä vesi voi myös virrata väärään paikkaan tai tähän voi sekoittua pohjavettä. Sekoittuminen voi muuttaa veden kemiallisia ominaisuuksia tavalla, joka tehostaa veden kanssa kosketuksissa olevien metallipintojen syöpymistä tai ruostumista.
– Merkkiaineiden avulla voidaan kuitenkin pysyä selvillä siitä, mitä vettä järjestelmässä virtaa, professori Kukkonen sanoo.