Jarmo Kallio, toimialapäällikkö, GTK - HUS

GEOENERGIAN HYÖDYNTÄMINEN LÄMMITYKSESSÄ
JA VIILENNYKSESSÄ
Jarmo Kallio
9/18/2012
1
Kansalliset tavoitteet korkealla
2020:
•
•
•
•
•
•
Uusiutuvan energian osuus nostettava 28 %  38% (=128 TWh)
2020 mennessä
 lämpöpumpuilla 8 TWh = 4-5 x nykytuotanto (vertailu:
tuuli+aurinko 6 TWh, hake 21 TWh …)
Ei uusia hiilivoimaloita
CO2 – päästöjä vähennettävä 16 % päästökaupan ulkopuolisilla
aloilla kuten liikenne, rakennusten lämmitys, maatalous
Energiatuotannon omavaraisuutta kasvatettava intensiivisillä tukija ohjausjärjestelmillä
Uusien rakennusten energiatehokkuutta parannettava jopa 40 %,
vuonna 2010 ? + 20 % vuonna 2012 (valmisteilla)??
Ilmastotalkoisiin 550 M€ vuonna 2009
Jarmo Kallio
9/18/2012
2
Ja vielä EU:n energiankulutus
•
Liikenne
26 %
•
Teollisuus
33 %
•
Rakennukset
41 % (Suomessa 40 %)
Jarmo Kallio
9/18/2012
3
Yhteiskunnan odotukset kasvavat, omat valinnat
korostuvat
– maa- ja kalliolämpöratkaisut yhdyskuntasuunnittelussa,
hajautetut järjestelmät, riippumattomuus yhdestä toimittajasta
 laajempi omavaraisuus
– energiahuollon turvaaminen, huoltovarmuus (“energian
paikallisuus= lähienergia”
+ hintavakaus
Jarmo Kallio
9/18/2012
4
Hyvää tietää taustaksi
•
Uusiutuvan energian osuus nostettava Suomessa 38 % vuoteen
2020 mennessä (nyt 28%)
•
CO2 – päästöjä vähennettävä 16 % päästökaupan ulkopuolisilla
aloilla kuten liikenne, rakennusten lämmitys, maatalous
•
Uusien rakennusten energiatehokkuutta parannettava jopa 40 %,
vuonna 2010 ? + 20 % vuonna 2012 (valmisteilla)
Jarmo Kallio
9/18/2012
5
Ja vielä EU:n energiankulutus
•
Liikenne
26 %
•
Teollisuus
33 %
•
Rakennukset
41 % (Suomessa 40 %)
Jarmo Kallio
9/18/2012
6
Maalämpöpumppujen vuosittaiset asennusmäärät Suomessa ja Ruotsissa
Sulpu / Svep
45 000
40 000
35 000
30 000
25 000
20 000
15 000
10 000
5 000
kpl
0
2000
2001
2002
2003
Suomi
Jarmo Kallio
2004
2005
2006
2007
2008
2009
Ruotsi
9/18/2012
7
Kalliolämpöratkaisujen näköalat
Suomessa
•
Suomen ja Ruotsin kallioperä on samankaltaista, joten geologiset lähtökohdat
kalliolämmön hyödyntämiseen ovat samat.
•
Ruotsissa toteutettu yli tuhat suurkohdetta (kymmeniä jopa satoja energiakaivoja
per tuotantokenttä) ja Norjassakin 300
•
Euroopan suurin (maailman ?) kohde Oslossa (Åhus hospital), jossa
kokonaisenergiankulutus (lämmitys + viilennys) on 34 GWh, kentän teho 15 – 17
MW. SOK Sipoon logistiikkakeskus samaa luokkaa (hybridi)!
•
Myös saneerauskohteissa kalliolämpö soveltuu korvaavaksi
lämmitysvaihtoehdoksi erityisesti kohteissa, joissa jo on vesikiertoinen
lämmitysjärjestelmä. Suomessa noin 30 % pientaloista on tällaisia
(energianlähteenä yleensä öljy tai sähkö). Vuosittain uusitaan 70 000 – 80 000
öljylämmitysjärjestelmää (kaikkiaan vielä 250 000 öljylämmitteistä + 600 000
sähkölämmitteistä pientaloa). Myös vanhat kerrostalot lähteneet mukaan!
•
Paras tulos kuitenkin saavutetaan uudiskohteissa, joissa lämmitys voidaan
toteuttaa lattia-/seinä-/kattolämmityksenä alhaisella 25 – 35 asteisella
kiertovedellä. Ja vielä yhdistämällä viilennys hyötysuhde paranee merkittävästi.
Jarmo Kallio
9/18/2012
8
Geoenergian lähteet (ja varastot) rakennusten
lämmityksessä ja viilennyksessä, erityisesti
suurkohteissa
•
Kallioperä (kiteinen maankuori), matalista porakaivoista 150 –
200 m (300 m), energia pääosin auringosta + lisää myös maan
sisältä tulevasta geotermisestä lämmöstä, syvissä e-kaivoissa
•
Syvistä (tyypillisesti 3- 4 km/100 – 200 C) kalliorei’istä,
geotermisistä porakaivoista korkeamman lämpötilagradientin
kallioperäalueilla, ei taloudellisesti mahdollista Suomessa, sillä
pitää mennä huomattavasti syvemmälle? CHP
•
Olemassa olevista tunneleista tai suljetuista veden täyttämistä
kaivoksista lämpöpumpuilla (kokeilemisen arvoinen)
•
Vesimassoista ja järvi- sekä merisedimenteistä (jo toteutettu)
Jarmo Kallio
9/18/2012
9
Jarmo Kallio
9/18/2012
10
(Sulpu Ry.)
Maaperään asennettava lämmönkeruuputkisto.
Jarmo Kallio
9/18/2012
11
(Sulpu Ry.)
Kallioperään asennettava lämmönkeruuputkisto.
Jarmo Kallio
9/18/2012
12
(Sulpu Ry.)
Vesistön pohjalle asennettava lämmönkeruuputkisto.
Jarmo Kallio
9/18/2012
13
Suomessa yleinen, graniittinen maankuoren (kallioperän) koostumus, indikoi
hyvää lämmönjohtavuutta ja geoenergian tuottoa
•
Energiakaivot täyttyvät poikkeuksetta myös pohjavedellä  ei tarvita täytteitä
kuten bentoniitti tai betoni. Pohjaveden liike edistää kaivon toimivuutta sekä
lämmön otossa että viilennyksessä
•
Ruotsissa vastaavantyyppisissä geologisissa olosuhteissa on toteutettu yli tuhat
suurkohdetta ja Norjassakin 300
•
Myös saneerauskohteissa geoenergia soveltuu lämmitysvaihtoehdoksi kohteissa,
joissa on vesikiertoinen lämmitysjärjestelmä. Suomessa noin 30 % pientaloista on
tällaisia (energianlähteenä yleensä öljy tai sähkö). Vuosittain uusitaan 70 000 – 80
000 öljylämmitysjärjestelmää (kaikkiaan vielä >250 000 öljylämmitteistä ja 600
000 sähkölämmitteistä pientaloa). Myös vanhat kerrostalot lähteneet mukaan!
•
Paras tulos saavutetaan uudiskohteissa, joissa lämmitys voidaan toteuttaa lattia/seinä-/kattolämmityksenä alhaisella 25 – 35 asteisella kiertovedellä. Ja vielä
yhdistämällä viilennys hyötysuhde paranee merkittävästi.
Jarmo Kallio
9/18/2012
14
Maankamaran lämpötila Suomessa
•
•
•
Maan pinnan lämpötila
vaihtelee ilman lämpötilan
mukaisesti (vuodenaikojen
mukaan)
Noin 15 metrin syvyydeltä
lähtien lämpötila on
vuodenajasta riippumaton
Paikkakunnan vuosittainen
ilman keskilämpötila määrää
maankamaran lämpötilan:
Lämpötila (oC)
-1
4
5
7
9
11
Touko
Tammi
Heinä
Maalis
Syys
6
8
10
Kallioperän lämpötila EteläSuomessa 100 m:n syvyydessä
on noin 7 – 8 C.
12
Jarmo Kallio
3
Marras
2
T(maa) ≈ 0,71 * T(ilma(a)) + 2,93
– Pyhäsalmen kaivoksessa
lämpötila on 1450 m:n
syvyydessä noin 22 C
– Outokummussa 2500 m:n
syvyydessä 40 C
1
0
Syvyys (m)
•
14
-6
2 -1
s = 1*10 m s
16
Lähde: Kalliolämmön hyödyntämiseen vaikuttavat geofysikaaliset ja
geologiset tekijät, 2008. Nina Leppäharju
9/18/2012
15
Maanpinnan vuotuinen
keskilämpötila plussalla koko
maassa
(Leppäharju, Nina, GTK)
Jarmo Kallio
9/18/2012
16
GTK:n suorittamat
kohdekohtaiset TRT- ja
sedimenttilämpömittaukset
10/2010
¤ Luovat tarkentuvaa tietoa
Suomen kallio- ja maaperän
lämmönvarastointi- ja
luovutusominaisuuksista
¤ Tukevat aluesuunnittelua 
”energiakaavat”
¤ Geoenergia – atlas rakentuu
Jarmo Kallio
9/18/2012
17
Tutkimus- ja kehityshaasteet
•
•
•
•
•
•
•
Tutkimuksen ja soveltamisen haasteet Suomessa liittyvät suurten energiajärjestelmien
suunnitteluun ja mitoitukseen; tarvitaan tietoa mm. kallio- ja maaperän koostumuksesta,
rakenteesta ja pohjavesiolosuhteista, jotta esim. energiakaivojen syvyydet ja keskinäiset etäisyydet,
sijoittelu, kentän tuotto jne. voidaan optimoida. Voidaan hyödyntää jo olemassa olevaa laajaa
geodataa mutta myös monipuolisia in-situ tutkimuksia pitää tehdä ja näistä lähtökohdista spesifistä,
soveltavaa osaamista pitää rakentaa
Kalliolämmön hyödyntämisen yhdistäminen esim. maa- tai sedimenttilämpöön tai jätelämmön ja
muun hukkalämmön hyödyntämiseen esim. viemärivedestä, kaukolämmön paluuvedestä liitettynä
varastointiin voi tarjota mielenkiintoisia optimaalisia hybridiratkaisuja taajama-alueilla
Kannattaa selvittää hybridejä geo-/solar-/bio/wind – erityisesti geo/bio ja geo/solar
Energiapaalut?
Kustannustehokkuuden kannalta keskeistä on maa- ja kallioenergian hyödyntäminen myös tilojen
viilentämiseen (lämmön palauttaminen lähteeseen yhdistettynä varastointiratkaisuihin)
Isojen kohteiden energiajärjestelmien konseptikehitys- ja vertailu, herkkyystarkastelu
Geoenergiapotentiaalisten alueiden / - muodostumien osoittaminen kartalla (eri parametrejä)
huomioitavaksi yhdyskuntasuunnittelussa ja kaavoituksessa  geoenergia-atlas
Jarmo Kallio
9/18/2012
18
Maa- ja kallioenergia yhdyskunnan
energiahuollossa GEOENER 2008 - 2010
•
•
•
•
•
Uusia konsepteja energian tuottoon, uusiutuvan energian hybridiratkaisuja ja uusia
liiketoimintatapoja
Suurkohteille suunnattu (alueelliset/paikalliset)
Markkinalähtöinen lähestymistapa ja konsortio: GTK, VTT, TuKKK + suomalaiset
yritykset Are Oy, Bergans Kiinteistöt Oy, ERAT Arkkitehdit Oy, Fortum Power and
Heat Oy, Rakennusosakeyhtiö Hartela, Kalliokaivo Oy/Poratek, Projectus Team Oy,
Senaatti kiinteistöt, Suomen Lämpöpumpputekniikka Oy/Lämpöässät, Uponor Oyj,
St 1 Oy, Rautaruukki Oyj
Toteutus todellisten pilottien muodossa
Tavoitteita :
– Geoenergian tuotanto-, tutkimus, mitoitus- ja mallinnusperiaatteiden
kehittäminen ja soveltaminen suunnittelijoille, rakentajille ja rahoittajille
– Hybridiratkaisujen vertailu ja toteutettavuus
– Monitorointi – ja mallinnusjärjestelmien vertailua tuotantokentille
– Energiakaivojen erilaisten teknisten ratkaisujen vertailua
– Geoenergian uudentyyppiset liiketoimintamahdollisuudet ja -mallit
– Paikkakohtaisten geoenergiapotentiaalien arviointia
Projektin budjetti 720 000 euroa
Jarmo Kallio
(Tekes /Kestävä yhdyskunta)
9/18/2012
19
•
•
•
•
•
Geoenergiajärjestelmän mallinnus ja mitoitus
GTK on ainoa taho Suomessa, joka suunnittelee geoenergiajärjestelmiä yksityiskohtaisten
geologisten ja geofysikaalisten tutkimusten perusteella.
Erityisesti suuret kohteet, mm. asuinalueet ja teollisuusrakennukset (tällä hetkellä useita
projekteja/feasibility studyja valmistelussa/arvioitavana)
Mallinnuksessa käytetään TRT-mittauksesta ratkaistuja energiakaivon ominaisuuksia.
Mitoitus → Järjestelmän luotettavuus, tehokkuus ja pitkäikäisyys.
DTS-laitteen mahdollisia uusia käyttökohteita lisäksi esim. routa- ja virtaamatutkimukset
sekä käytetyn ydinpolttoaineen sijoitukseen liittyvät kallioperätutkimukset.
Sipoo, syystalvi 2008. Valokuvat: Ilkka Martinkauppi, GTK
Jarmo Kallio
9/18/2012
20
TRT-laite (Thermal Response Test)
•
•
Syötetään vakioteholla lämpöenergiaa
koereikään ja mitataan menevän ja
tulevan liuoksen lämpötila.
Mittausta voidaan tarkkailla ja ohjata
etänä modeemin kautta.
Käyttö geoenergiatutkimuksissa
•
•
Mittaustuloksista tulkitaan energiakaivon
termiset ominaisuudet
Tulosten tulkinta ja kentän mallinnus
edellyttää laajaa ja monipuolista
geologis- geofysikaalisen tiedon
hallintaa, yhdistämistä ja kokeellista
taustaamyös eurot mukana!
Jarmo Kallio
Nupurinkartano, Espoo, kesä 2008.
Valokuva: Ilkka Martinkauppi, GTK
9/18/2012
21
DTS-laite (Distributed Temperature System)
•
•
•
•
Lämpötilan mittaus optisella kuidulla.
Perustuu lasersäteen takaisinsironnan
lämpötilariippuvuuteen.
GTK:ssa kaksi DTS-laitetta, hankittu
2008.
Geoenergiatutkimukset ainutlaatuinen
DTS:n sovelluskohde Suomessa.
Käyttö geoenergiatutkimuksissa
•
•
Suvilahti, Vaasa, syksy 2008.
Valokuva: Nina Leppäharju, GTK
Jarmo Kallio
Energiakaivokentän toiminnan
pitkäaikaisseuranta.
Voidaan käyttää yhtä aikaa TRTmittauksen kanssa pohjaveden
virtauksen paikantamiseen
energiakaivossa.
9/18/2012
22
TRT- ja DTS-mittaukset käynnissä
Jarmo Kallio
9/18/2012
23
Lämpötila- ja geofysikaalisia sondeerauksia
Jarmo Kallio
9/18/2012
24
GTK useissa hankkeissa mukana
• Vaasan asuntomessualueen sedimenttilämpötutkimus ja - hyödyntäminen
(GTK ei ole tehnyt mitoitusta ja mallinnusta vaan on suorittanut kentän
lämpötilojen seurantaa toimeksiantona käytön aikana)
• Tehty Nupurinkartanon pientaloalueen (YIT, Uponor Oyj ja Fortum Oyj)
geoenergiaselvitys. Energiakentän laskenta/mallinnus/suunnittelu.
• Valmistelussa useita alueellisia hankkeita (etätaajamat, kaavoitus…)
• Tutkittu, laskettu ja mallinnettu > 30 megaluokan geoenergian tuotantokenttää
suurkohteille Suomessa, lisäksi useita valmistelussa/neuvottelujen kohteena
• GEOENER – Maa- ja kallioenergia yhdyskunnan energiahuollossa (Tekes),
geoenergiaosio+projektinjohto/koordinointi
Jarmo Kallio
9/18/2012
25
Nupurinkartano: Designed energy system
•
Goal of modelling: study how different parametres affect the energy field
modelling
– Parametres: Energy need, with/without district heat water,
with/without spacers in the boreholes, area reserved for boreholes etc.
•
Borehole configuration: As curvy lines next to the streets
•
Example for one block:
– 20-24 boreholes with spacers, depth about 180-200 m
– Heating: 300-400 MWh/year, cooling 50-60 MWh/year
– There are 18 blocks in total
– A small increment from solar panels for domestic hot water
Jarmo Kallio
9/18/2012
26
Esimerkki paikkatutkimuksista:
Pelastusopisto/Palotalo
Kallioperä geologisen
kivilajikartoituksen perusteella
(Pohjoinen oikealle)
•Kaivo 1
Graniittijuoninen kiillegneissi
•Kaivo 2
Ehjä keskirakeinen graniitti
•Kaivo 3
Kiilleliuskeen ja graniitin kontakti
Poraukset 2. – 4.3 .-09
•Saadaan tarkempi kivilajiselvitys
•Soijanäytteet n. 40 m:n välein
Jarmo Kallio
9/18/2012
27
DTS-mittaus käynnissä kaivolla 2 (kuvassa kalibrointilaatikko).
Jarmo Kallio
9/18/2012
28
Optinen kuitu, pituus 220 m.
Jarmo Kallio
Pisteanturi 100 m syvyydelle.
9/18/2012
29
0
Kuopio: Measurements
•
•
40
Thermal response test (TRT) in 3
boreholes
→ DTS temperature measurement
→ regular temperature monitoring
of the energy field
•
20
Geological bedrock mapping and
bore powder analysis
Optical cables were installed to all
3 boreholes
Measurements in the spring of
2009
5
0
60
80
Depth [m]
•
Ground temperature [C]
1
2
3
4
100
120
140
160
180
Borehole 1
Borehole 2
Borehole 3
200
Smoothed DTS data before TRT tests i.e. before
heat injection. Figure by Maarit Nousiainen, GTK.
Jarmo Kallio
9/18/2012
30
Kuopio: Hear carrier fluid temperature
development in 25 years
• Fluid
4
b
c
d
e
f
g
3.5
b
c
d
e
f
g
3
2.5
2
Base min
Base max
temperature (T)
here is the average of
inlet and outlet fluid
temperatures
• Annual maximum in
summer, annual
minimum in winter
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
2
4
6
8
10
12
14
Year
Figure by Maarit Nousiainen, GTK
Jarmo Kallio
16
18
20
22
24
•Steady temperature
decrease indicates good
thermal balance
9/18/2012
31
Kuopio: Heat carrier fluid temperature in the
year 25
b
c
d
e
f
g
2.5
2
Fluid temperature
• Temperatures
between -1,17–2,9°C
•The shape of the
temperature curve is
approximately the
same every year
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
JAN
FEB MAR APR MAY JUN JUL
Year 25
AUG
SEP
OCT NOV DEC
Figure by Maarit Nousiainen, GTK
Jarmo Kallio
9/18/2012
32
Case 4: Nokia
•
Department store
•
Other similar project in
Nokia: A large service
station next to this site
Photo by Ilkka Martinkauppi, GTK
Jarmo Kallio
9/18/2012
33
SOK:n Kodin Terran työmaa Nokialla 13.1.2010
Jarmo Kallio
9/18/2012
34
Nokia: Designed energy system 1/2
•
•
•
•
•
30-40 boreholes
Depth 195 m
Boreholes around the
building
Geoenergy:
– Heating 700-900
MWh/year
– Cooling 150 - 200
MWh/year
Provides 40 - 50 % of
the total heating energy
needed
Figure by Maarit Nousiainen, GTK
Jarmo Kallio
9/18/2012
35
Esimerkki yhdestä mitoituksessa huomioitavasta
näkökohdasta:Lämpötilan lasku energiakaivon
ympäristössä, tehon vaikutus
T [°C]
T [°C]
Lämpötila 150 metriä syvän lämpökaivon ympärillä
stationääritilanteessa, kun lämmönoton keskiteho on
10 W/m, lämmönjohtavuus 3,24 W/(mK) ja
ympäristön lämpötila 5°C.
Lämpötila 150 metriä syvän lämpökaivon ympärillä
stationääritilanteessa, kun lämmönoton keskiteho on
15 W/m, lämmönjohtavuus 3,24 W/(mK) ja
ympäristön lämpötila 5°C.
Lähde: Leppäharju, N., 2008. Kalliolämmön hyödyntämiseen vaikuttavat geofysikaaliset ja
geologiset tekijät. Pro gradu työ. Oulun yliopisto.
Jarmo Kallio
9/18/2012
36
SOK:n Sipoon logistiikkakeskus, valmistuu 2012
GTK:n suunnittelema energiakaivokenttä: 150 energiakaivoa,
à 300 m
Kuva: Ilkka Martinkauppi, GTK
Jarmo Kallio
18.9.2012
37
Jarmo Kallio
9/18/2012
38
Jarmo Kallio
9/18/2012
39
Jarmo Kallio
9/18/2012
40
Sipoo: Designed energy system (hybrid geo-bio)
•
GTK modelled different energy systems as the parameters (needed amount of
energy, area reserved for boreholes, etc) changed
•
Final model: 150 boreholes, depth 300 m, configuration: 15 x 10 borehole
blocks, land area for geoenergy field about 10 hectares
•
Several options for geoenergy share (from 30 – 80-90%)+ combined bioenergy
, totally > 90 % from renewables, from HPs > 8 GWh annually
•
CO2 about 1/15 compared to district heating
1: U-pipes
– Heating > 8 GWh/year (> 30 % of the total heating energy)
– Cooling 3,24 GWh/year
•
with double-U-pipes
– Some improvement in performance
Jarmo Kallio
9/18/2012
41
Sipoo: Measurements
•
Geological bedrock mapping revealed a contact of diorite and granite
gneiss
→ different thermal properties and fracturing!
• Mineralogical bore powder analysis
• GTK conducted a thermal response test (TRT) in 3 boreholes: in diorite
area, in granite gneiss area and near the contact
• Spacers were tested in 2 boreholes
→ spacers keep the inlet and outlet pipes
separate from each other in the borehole
→ decreases the thermal resistance
Photo by Ilkka Martinkauppi, GTK
• Optical cables for temperature monitoring
(DTS measurement, Distributes Tempererature System)
Jarmo Kallio
9/18/2012
42
SOK:n logistiikkakeskuksen energiakaivokentän porauksia Sipoossa 2.2.2010.
Jarmo Kallio
9/18/2012
43
Energiakaivokentän putkituksia, SOK:n logistiikkakeskus Sipoo 3.2.2010.
Jarmo Kallio
9/18/2012
44
Tutkimuskaivon kaapelointia, SOK:n logistiikkakeskus Sipoo 4.2.2010.
Jarmo Kallio
9/18/2012
45
DTS-kaapeli (vas.) ja valmis asennus (oik.), SOK:n logistiikkakeskus Sipoo 4.2.2010.
Jarmo Kallio
9/18/2012
46
Jarmo Kallio
9/18/2012
47
Jarmo Kallio
9/18/2012
48
Jarmo Kallio
9/18/2012
49
Jarmo Kallio
9/18/2012
50
Jarmo Kallio
9/18/2012
51
Mielenkiintoisia lukuja Euroopasta !
•
•
•
•
2005 – 2009 asennetut ja käytössä olevat lämpöpumput tuottavat
yhteensä 27,2 TWh energiaa (ehpa 2010)
Vuonna 2009 Ranskassa myytiin 126 292 lämpöpumppua,
Ruotsissa 116 800 kpl ja Suomessa 48 312 kpl (ehpa 2010)
> 80 % ruotsalaisista uusista omakotitaloista ottaa lämpöpumpun
energianlähteeksi (ehpa 2010)
Geolämpöpumput tuottavat Ruotsissa vuositasolla arviolta 15 – 17
TWh, Norjassa > 2 TWh ja Suomessa < 2 TWh lämmitysenergiaa
Jarmo Kallio
9/18/2012
52
Onko uhkia suotuisalle kehitykselle?
•
Energiaporakaivojen teon kohtuuton ja keinotekoinen
rajoittaminen tai peräti kieltäminen ?
•
Huonotasoinen ja ammattitaidoton geoenergiakenttien
rakentaminen  vahingot ympäristölle
•
Odotusten vastaisesti toimivat kentät  energiantuotto ei vastaa
suunniteltua tarvetta
Huonotasoinen suunnittelu ja eri komponenttien integrointi
Jarmo Kallio
9/18/2012
53
Mihin suuntaan mennään, trendit ?
•
Hybridiratkaisut vallitseviksi suurkohteissa
• Hajautettuja geoenergiajärjestelmiä  alueellisia ”kylätason”
ratkaisuja
• Yhä suuremmat toimijat kiinnostuvat
• Loppukäyttäjän/asukkaan sana/tahto ratkaisevaksi geoenergian
valinnassa
• Halu hallita omaa ”hanaa”
• Geokylmän hyödyntäminen
• Kaikki ”lähi”- muotia, lähienergia…
Jarmo Kallio
9/18/2012
54
Geologian tutkimuskeskuksen tarjoamat
asiantuntijapalvelut geoenergiahankkeissa
•
•
Potentiaalisten alueiden tunnistaminen/valinta kohdetutkimuksiin (aluesuunnittelu)
Kohteellinen geologinen ja geofysikaalinen kenttätutkimus: kivi- ja maalajit, koostumus,
rajapinnat, rakoilut, ruhjeet …Pohjavesitutkimukset tarvittavassa laajuudessa
Analysointi ja jatkon arviointi
Jos jatketaan:
•
•
•
•
•
Porataan 2 – 5 testi e-kaivoa, TRT (Thermal Response Test) –, DTS-, Antares- jne. mittaukset,
geofysikaaliset muut reikämittaukset ja luotaukset, reikien videokuvaus ja tulkinta
Energialähteen ja – kentän mitoistus ja mallinnus: tuoton optimointi, -pysyvyys, energiakaivojen
sijainti, etäisyydet, syvyydet, suunnat (geometria)
Energiakentän tai yksittäisen kaivon pitkäaikaisseuranta
Asiantuntijakonsultointi erityiskysymyksissä
Projektinjohto-palvelut
Toimeksianto suunnitellaan aina tapauskohtaisesti yhdessä asiakkaan kanssa ja se koostuu kaikista
em. osioista tai vain joistakin, tarpeen mukaan. Lasketaan budjetti ja tarjotaan asiakkaalle.
Jarmo Kallio
9/18/2012
55
Mynämäen tutkimuskohde
• yksi Geoener -hankkeen
pilottikohteista
• kivilaji kiillegneissiä, jonka
lämmönjohtavuus on
keskimäärin 3,01 W/(m∙K)
• GTK:n Mynämäellä tehdyt
tutkimukset vahvistavat
kivilajin olevan kiillegneissiä,
jonka lämmönjohtavuus on
keskimääräistä arvoa hieman
parempi (tästä jäljempänä)
Mynämäen tutkimusalueen kallioperä. Tutkimuskaivo on merkitty kuvaan mustalla pisteellä.
Pohjakartta: © Maanmittauslaitos, lupanro MML/VIR/TIPA/217/10.
Jarmo Kallio
9/18/2012
56
Mynämäen TRT -mittaukset
•
•
•
•
•
3 TRT -mittausta samasta tutkimuskaivosta
(syvyys 212,5 m)
2 eri halkaisijan koolla 115 mm ja 139,7 mm
Tarkoituksena oli tutkia halkaisijan vaikutusta
kaivon lämpövastukseen
Mittaukset tehtiin ensin ilman erottimia
3. mittaus tehtiin 139,7 mm halkaisijalla
käyttäen erottimia
Tulokset: erottimien käyttö pienentää kaivon
lämpövastusta 1. mittaus 2. mittaus 3. mittaus
Mittausajankohta
07/2010
10/2010
03/2011
Kaivon halkaisija
[mm]
115
139,7
139,7
ei
ei
kyllä
3,5
3,5
3,3*
0,10
0,10
0,09
Käytettiinkö
erottimia
Tehollinen
lämmönjohtavuus
[W/(m∙K)]
Lämpövastus
[K/(W/m)]
* Keskimäärin 3,3 W/(m∙K), vaihteluväli ~3,2 - 3,5 W/(m∙K)
Jarmo Kallio
TRT -mittausvaunu Mynämäellä heinäkuussa 2010
(Kuva: Maarit Nousiainen, GTK).
Kuvassa erotin, joka pitää U-putken haarat erillään
toisistaan (Kuva: Ilkka Martinkauppi, GTK).
9/18/2012
57
Lämpötilan mittaukset Mynämäellä
Lämpötila [oC]
•
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
25
50
Syvyys [m]
TRT -mittausten yhteydessä mitattiin myös
kaivon lämpötilaprofiilit
•
Eri vuodenaikoina tehtyjen mittausten
perusteella saatiin selvitettyä, että
1) maanpinnan lämpötilan vuodenaikaisvaihtelu
ulottuu Mynämäellä n. 16 metrin syvyydelle
2) tuolla syvyydellä maanpinnan keskilämpötila
on 6,1 ºC
3)16 m syvyydestä alaspäin lämpötilaa säätelee
geoterminen gradientti, joka on n. 1ºC/100m
4) Kallion keskimääräinen (häiriintymätön)
lämpötila Mynämäellä on 6,9 ºC
75
100
125
150
175
200
1.7.2010
26.10.2010
24.3.2011
225
Jarmo Kallio
9/18/2012
58
Miksi siis suomalaista geoenergiaa ?
•
Se on kestävän kehityksen mukaista, uusiutuvaa, käytännössä
loputon energian lähde
•
Se tuottaa energiaa 24 tuntia /vrk, kautta vuoden, käytännössä
kaikkialla asutuilla alueilla
•
Se on ympäristöystävällistä ja auttaa vähentämään CO2 – päästöjä
•
Keskimäärin 2/3 käytetystä energiasta on ilmaista
•
Toimii ilman syöttötariffia
Jarmo Kallio
18.9.2012
59
Valtion kannustimet suurkohteille
•
TEM voi myöntää hankekohtaisen harkinnan perusteella yrityksille, kunnille ja
muille yhteisöille energiatukea sellaisiin ilmasto- ja ympäristömyönteisiin
investointi- ja selvityshankkeisiin, jotka edistävät:
– uusiutuvan energian käyttöä
– energiasäästöä
– energiatuotannon tai käytön tehostamista
– vähentävät energian tuotannon tai käytön ympäristöhaittoja
Voidaan myöntää myös sellaisiin investointi- ja selvityshankkeisiin, jotka
edistävät energiahuollon varmuutta ja monipuolisuutta
Esimerkki Ranskasta, jossa v. 2008 lämpöpumppujen myynti kasvoi 127%
hallituksen onnistuneiden toimien johdosta! (ehpa 2009)
Jarmo Kallio
9/18/2012
60
Keitä GTK palvelee geoenergia-asioissa?
•
•
•
Julkisia tahoja kuten ministeriöt, lainsäätäjät, energiapolitiikan linjaajat,
aluekehittäjät, kaavoittajat, kunnat
Kaupallisia toimijoita energia- ja rakennusalalla kuten uudisrakentajia,
rakennuttajia, kiinteistösijoittajia, korjausrakentajia, lämmitys- ja
viilennysjärjestelmien toimittajia, energianmyyjiä/-tuottajia ja
suunnittelutoimistoja
T&K-projekteja valmistelevia yrityksiä projektien valmistelussa,
suunnittelussa ja toteutusvaiheessa alihankkijan/konsultin/tutkijan roolissa
GTK toimii maksullisen konsultin periaatteilla ( joissakin
tutkimuspainotteisissa yhteisprojekteissa se voi ottaa osan kustannuksista
kantaakseen)
Yhteydenotot: Jarmo Kallio FL, toimialapäällikkö
Geologian tutkimuskeskus GTK/Energia [email protected],
p.050-349 3242
Jarmo Kallio
9/18/2012
61