Keskisyviä energiakaivoja tutkimus- ja koulutuskäyttöön

Geoterminen energia lämmönlähteenä kiinnostaa korkean energiapotentiaalin vuoksi. Suomessa kolmen maakunnan alueelle rakennetaan geoenergian tutkimusympäristöt. Poraustekniikka kehittynee eri maaperällä työskenneltäessä.

Kolmen maakunnan ympäristöt

Kymenlaakson sekä Keski- ja Pohjois-Pohjanmaan alueilla rakennettavat geoenergian tutkimusympäristöt sijoittuvat eri maaperäalueille. Kymenlaakson rapakivigraniitti on odotetusti haastavin poraustekniikan kannalta, mutta tuottoisin alue energian tuotannolle johtuen korkeammasta seismisyydestä (Uski ym. 2019). Keski-Pohjanmaan alueella maaperänä on kiillegneissi ja pohjois-Pohjanmaalla rapakivigraniitti.

Tutkimusympäristöjen energiantuottopotentiaalia tutkitaan eri maaperäalueilla. Lisäksi tarkastellaan kaivoon ladattavan lämmön vaikutusta maaperään. Tulosten pohjalta Geologian tutkimuskeskus (GTK) kokoaa Suomen kallioperän lämmönjohtavuuskartan.

Keskisyvät energiakaivot osana energiamurrosta

Kiinnostus yhä syvempiin energiakaivoihin on lisääntynyt viime vuosina. Ensimmäinen yli kilometrin syvä energiakaivo porattiin Espoon Koskelossa vuonna 2019, jonka jälkeen joitakin samankaltaisia projekteja on aloitettu eri puolella maata (YLE 2020).

Keskisyville energiakaivoille ei ole vakiintunutta määritelmää, mutta yleisesti ottaen puhutaan 600–3 000 metrin syvyisistä kaivoista. Tällaisissa syvyyksissä kallioperän lämpötila on kohonnut maanytimestä nousevan lämmön vaikutuksesta. Geoterminen gradientti kuvastaa kallion lämpötilan nousua aina syvemmälle maaperään mentäessä. Suomen maaperän geoterminen gradientti vaihtelee noin 8–25 °C/km (Huusko 2016). Tämä tarkoittaa, että esimerkiksi kolmen kilometrin syvyydessä kallioperän lämpötila on voinut nousta 24–75 celsiusasteen verran. Eri alueilla on suurta vaihtelua kallioperän lämpötiloissa. On tutkittu, että Kymenlaakson alueen geoenergiapotentiaali on erinomaisella tasolla.

Keskisyvistä energiakaivoista saatava keruunesteen lämpötila ei riitä suoraan lämmitykseen, vaan vaadittu lämpötilataso nostetaan lämpöpumpulla. Kiertonesteen korkeampi lämpötila edesauttaa paljon suurempien energiamäärien saamista. Esimerkiksi yksi 600 metriä syvä kaivo tuottaa enemmän energiaa kuin kolme 200 metristä kaivoa.

Monessa kaupungissa kerrostalojen lämmitysjärjestelmä on haluttu vaihtaa maalämpöön sen edullisten käyttökustannusten ja ympäristöystävällisyyden vuoksi. Ongelmaksi kuitenkin muodostuu maapinta-alan puute kaupungeissa. Energiakaivoille on määritetty tietyt rajaetäisyydet, mikä rajoittaa kaivojen sijoittumista. Jotta maaperän lämpöä voitaisiin hyödyntää kaupungeissa, on ratkaisu porata aiempaa syvemmällä.

Matalissa energiakaivoissa (100–300 m) käytetään u-putkea sen yksinkertaisuuden vuoksi. Keskisyvissä energiakaivoissa käytetään erilaista keräintekniikka. Jos halutaan optimoida keskisyvien energiakaivojen energiapotentiaalin, on tärkeää valita oikeanlainen keräin. Keräintekniikalla on suuri vaikutus kaivosta saatavaan energiamäärään. (Tilli 2022.)

Koaksiaalikeräinjärjestelmässä porattuun reikään asetetaan kaksi putkea. Putkien ulkopuolelta syötetään kiertoneste, joka virtaa avoimessa tai suljetussa järjestelmässä. Virtausnopeuden merkitys kasvaa etenkin avoimessa järjestelmässä, jolloin liian suurella virtauksella kiertoneste voi karata kallion halkeamiin lisäten seismisyyden riskiä. Kiertoneste palaa lämmenneenä putkia pitkin ylös. (Tilli 2022.)

Geoenergialoikka-hankkeessa edistetään geoenergian – maasta peräisin olevan lämmön – hyödyntämistä maakunnissa. Päärahoittajana on keski-Pohjanmaan liitto Euroopan aluekehitysrahastosta. Lisätietoja hankkeen verkkosivuilta.

Lähteet

Huusko. A. Geologian tutkimuskeskus kartoittaa Suomen geoenergiapotentiaalia. 2016. Geologian tutkimuskeskus.

Tilli. K. Keskisyvien geolämpökaivojen soveltuvuus lämmön tuotantoon ja varastointiin Suomessa. 2022. PDF-dokumentti. Saatavissa: Tilli_Kasper.pdf;jsessionid=072D5ADDEE13C3D04DE1C6EC46B43FC4 (theseus.fi) [viitattu7.5.2024].

Uski, M. Piipponen, K. Selvitys geotermisen energian syväreikäporaamisesta, siihen liittyvistä ympäristönäkökohdista sekä riskienhallinnasta. 2019. Institute of Seismology University of Helsinki. PDF-dokumentti. Saatavissa:  content (helsinki.fi) [viitattu 6.5.2024].

YLE. Suomen ensimmäinen geolämpölaitos käynnistyi – se saattaa korvata kivihiilen ja mullistaa lämmöntuotannon: “Olen suorastaan voitonriemuinen”. 2020. www-dokumentti. Saatavissa: Suomen ensimmäinen geolämpölaitos käynnistyi – se saattaa korvata kivihiilen ja mullistaa lämmöntuotannon: “Olen suorastaan voitonriemuinen” | Yle [viitattu 7.5.2024].