Geoenergiatutkimus PORATEK GEOENERGIASEMINAARI ENERGIA Geoenergiaseminaari

Transkriptio

1 Geoenergiatutkimus PORATEK GEOENERGIASEMINAARI ENERGIA

2 GTK:n perustehtävä Kartoittaa ja tutkii maankamaraa, sen luonnonvaroja ja niiden kestävää käyttöä. Tuottaa geologista perustietoa päätöksentekijöille ja lisäarvoa elinkeinoelämälle. Vahvistaa alueiden kehittämistä. Vastaa alansa kansallisesta tietopalvelusta. Tuottaa asiakkaiden tarvitsemia palveluja. Toimii aktiivisesti kansainvälisissä verkostoissa ja projekteissa.

3 GTK:n toimipaikat ja tulosyksiköt alkaen Yhdyskunnat ja geoenergia Kalliorakentaminen ja sijoituspaikat Ympäristögeologia Merigeologia Mineraalitalous ja malmigeologia Malmit ja teollisuusmineraalit Mineraalitekniikka ja materiaalit Turvevarannot Pohjavesi Geofysiikan sovellukset Tuotantoympäristöt ja kierrätys Alueellinen geotieto Geotietovarannon hallinta Digitaaliset tuotteet ja palvelut 3

4 Geoenergia osana GTK:n toimintaa 2018: Geoenergian henkilöstö (11 hlöä) sijoittuu Kokkolan ja Espoon aluetoimistoihin. Toiminta-alueena on koko Suomi Tietoa alan toimijoille, viranomaisille ja poliittiseen päätöksentekoon Skandinaavinen ja kansainvälinen yhteistyö ja projektitoiminta Kohdennetut geoenergiatutkimuspalvelut: Karttatietopalvelut Termiset vastetestit ja lämpötilamittaukset koekaivoissa Energiakaivokenttien mitoitus ja mallinnus kiinteistö-/aluekohtaisesti Energiakaivokenttien lämpötilamonitorointi ja käytön ohjaus Pohjavesienergiakohteiden suunnittelu ja mallinnukset Alueelliset geoenergiapotentiaaliselvitykset kaavoituksen tueksi 4

5 Missä mennään vuonna 2018 Porataan yhä syvemmälle metriä on normaali syvyys metriset kaivot ovat jo mahdollisia metriä tavoitteena seuraavaksi Pohjavesivarantojen hyödyntäminen kiinnostaa Energian geologiseen varastointiin orastavaa kiinnostusta Geoterminen energia pilotoidaan St1:n Deep Heat projektissa.

6 6 Geoenergiakohteiden tutkimuksia

7 Sipoon energiakaivokentän suunnittelu ja seuranta 10 vuotta! 2008 Geologinen tutkimus tontilla Tontille porataan 3 koekaivoa TRT-mittaukset eli termiset vastetestit koekaivoissa Energiakaivokentän tietokonemallinnus ja mitoitus 2009 Lopullinen energiakaivokentän mitoitus ja simulointi Energiakaivojen poraukset Lämpötilan monitorointijärjestelmän suunnittelu Lämpötilan monitorointijärjestelmän eli valokuitujen asennukset 2012 Logistiikkakeskuksen käyttöönotto vuotta energiakaivokentän monitorointia takana GTK julkaisee tuloksia IGSHPA:n konferenssissa Tukholmassa 7

8 3D- malli: S-ryhmä Sipoon logistiikkakeskuksen kaivokenttä 150 kpl 300 metriä syviä kaivoja 8

9 Lämpötilojen monitorointi Lämpötilojen monitorointi 19 monitoroitavaa kaivoa, joista 15 kpl tyhjiä tutkimuskaivoja 4 kpl putkitettuja aktiivikaivoja Lämpötila mitataan kaivojen vesitilasta metrin syvyysvälein 0,1 asteen tarkkuudella 9

10 Energiakaivokentän vaikutusalue maankamarassa Tutkimustuloksista tarkemmin: Korhonen, Leppäharju, Hakala, Arola: Simulated temperature evolution of large BTES case study from Finland 10

11 Kokemukset Sipoon kentästä Ennen suunnittelua paikalliset tutkimukset tontilla paljastivat pinnan alta kaivokentän mitoitukseen vaikuttavia tekijöitä Mm. kivilajit ja lämpötila Käyttöönottovaiheessa monitoroinnin avulla havaittiin virheitä ja järjestelmää säädettiin Kaivokenttää ei ole käytetty suunnitelman mukaisesti Hybridi järjestelmä olisi suunniteltava ketteräksi kokonaisuudeksi, jossa eri energiamuodot tukevat toisiaan Lämpötilamonitorointi turvaa energian riittävyyden ja mahdollistaa kentän käytön optimoinnin, vaikka suunnitelmasta poikettaisiin Lisää geoenergiajärjestelmän joustavuutta ja luotettavuutta 11

12 12 Geoenergiapotentiaalin arviointi

13 Suomen kallioperän geoenergiapotentiaali Vuonna 2016 julkaistiin versio 1.0 Mittakaava 1: Laadullinen, yhteismitallinen arvio potentiaalista Ei tarkoitettu kohteelliseen tarkasteluun Huomioitu kivilajit, maapeitteen paksuus ja maankamaran lämpötila Potentiaaliltaan heikommilla alueilla on porattava syvemmälle Potentiaalikartasta julkaistaan versio 2.0 tänä vuonna Määrällinen arvio maankamaraan varastoituneesta energiasta/ uusiutuvasta tehosta 13

14 Geoenergiapotentiaali mukaan kaavoitukseen Tarkennettu geonergiapotentiaalikartta voidaan toteuttaa haluttuun mittakaavaan (maakunta-, yleis-, asemakaavataso) 14

15 CASE: Turun geoenergiapotentiaali 15

16 CASE: Otaniemen geoenergiapotentiaali Ensimmäinen korttelitason 1: selvitys GTK tekemänä Työn tilaaja:aalto-yliopistokiinteistöt Osa Energiaomavarainen Otaniemi 2030 hanketta Tavoite: kartoitus palvelisi aluesuunnittelua, hankesuunnittelua ja alustavia kustannuslaskelmia Tehtiin geofysikaaliset paikkatutkimukset (lämpötilaprofiilin mittaus + TRT-testi) kahdesta tutkimuskaivosta Alueen pääkivilajit ovat graniittia (2 eri tyyppiä), vähäisemmässä määrin myös kiillegneissiä ja amfiboliittia Maapeitteen paksuus Otaniemessä pääosin 10 m Alueen potentiaali on pääosin erinomainen tai hyvä 16

17 Syvyys [m] CASE: Otaniemen geoenergiapotentiaali 0 Lämpötila [ C] Kaivo Kaivo 2 Kivilaji k arvio [W/(mK)] Luokittelu 150 Graniitti; suuntautunut, paikoin voimakkaasti deformoitunut 3,6 Erinomainen Graniitti; homogeeninen 3,3 Kiitettävä Kiillegneissi 3,0 Hyvä Amfiboliitti 2,8 Keskinkertainen

18 Geoenergiapotentiaali Erinomainen Kiitettävä Hyvä Keskinkertainen Tyydyttävä Kivilaji ja maapeitepaksuus Suuntautunut graniitti ja maapeite 10 m Suuntautunut graniitti ja maapeite > 10 m Homogeeninen graniitti ja maapeite 10 m Homogeeninen graniitti ja maapeite > 10 m Kiillegneissi ja maapeite 10 m Kiillegneissi ja maapeite > 10 m Amfiboliitti ja maapeite 10 m Amfiboliitti ja maapeite > 10 m 18 18

19 Aalto yliopiston uudisrakennus Väre 19

20 20 Termisen energian geologinen varastointi

21 Termisen energian geologinen varastointi Lyhytaikaista varastointia hyödynnetään jo suurissa geoenergiajärjestelmissä. Myös pidempiaikainen auringon energian ja teollisten ylijäämälämpöjen varastointi on mahdollista Varastona voi olla porareikäkenttä, pohjavesimuodostuma, vesitäytteinen maanalainen tila (tunneli/louhos) 21

22 EVAKOT Energian varastoinnin ja käytön optimoinnin työkalut Hankkeessa tutkitaan termisen energian geologista pitkäaikaisvarastointia. Energia on peräisin auringosta tai teollisuuden hukkalämmöistä. GTK vastaa varastojen mitoituksesta, simuloinnista ja käytön optimoinnista hankkeen pilottikohteissa. Pilotit valmiit ja käytössä

23 Pilottikohde: Finn Spring Oy:n pullottamo, Toholampi 23

24 Porareikävaraston mallinnus (Comsol Multiphysics) Varastossa yhteensä 61 kpl porareikiä, á 45 m. Kuumankestävä kollektoriputki. Lämmönsiirtonesteenä vesi 24

25 25

26 26 Pohjavesienergia

27 Pohjavesi energianlähteenä Pohjavesi on Suomessa käytännössä hyödyntämätön uusiutuva energialähde (vrt. Ruotsi yli 160 laitosta, Alankomaat yli 3000) Soveltuvia kaavoitettuja mutta paikallisia pohjavesialueita on ympäri Suomen Muodostumat on koottu pohjaveden energiapotentiaalikartalle (versio 2.0) Pohjavedestä hyödynnettävissä oleva jatkuva teho on yhteensä noin 110 MW Pohjaveden teoreettinen tuottopotentiaali 960 TWh vuodessa 27

28 28 Pumpatusta pohjavedestä otetaan talteen lämmönsiirtimellä joko lämpöenergia / kylmäenergia ja vesi injektoidaan takaisin..

29 ATES esimerkki Arlandan lentokenttä Kuva: Arlanda Energi Ab:n ystävällisellä luvalla 29

30 Pohjavesienergiaprojekti, Lahti Askon alue 30

31 31 Geoterminen energia

32 Graniitti, Etelä-Suomi; lämpötila syvyyden funktiona Syvyys (m) T ( C) St1 Deep Heat projekti Otaniemi Tavoitesyvyys n metriä saavutettu ensimmäisessä reiässä, toinen reikä ulottuu n metriin. Kesällä 2018 syvempään reikään pumpattiin vettä (stimulointi) ja mitattiin veden liikettä kallioperässä. Toisen reiän porausta jatketaan. Poraus suunnataan mittaustulosten perusteella

33 Geoterminen energia nykytilanne Suomessa Suomi on yksi Euroopan kehittyneimmistä maista maalämmön ja kylmän eli geoenergian tuotannossa. 100 % maankamarasta hyödynnetystä lämpö- ja viilennysenergiasta tuotetaan Suomessa toistaiseksi ns. matalana geotermisenä energiana, joka tarkoittaa yleisimmin noin m syvyydessä olevan geoenergian hyödyntämistä. Maankamarasta on mahdollista hyödyntää lämmitysenergiaa myös syvyysväliltä noin m. Tätä syvyystasoa kutsutaan nimellä keskisyvä geoterminen energia. 33

34 Keskisyvä geoterminen energia mitä tiedetään ja on mahdollista tehdä? Tiedetään keskisyvän geotermisen energian lämmityspotentiaali. GTK tuottaa Suomeen keskisyvän geotermisen energian potentiaalikartan vuoden 2019 aikana. Poraustekniikka mahdollistaa kustannustehokkaan reiän porauksen keskisyvän geotermisen energian hyödyntämistasolle. Kallioperän lämpötilataso pystytään laskemaan luotettavasti ja kivilajikohtaisesti monilta alueilta olemassa olevien lähtötietojen pohjalta. Etelä-Suomen maankamaran teoreettiset lämpötilatasot : 34

35 depth [m] Kallioperän mitattuja lämpötiloja Pohjois-Pohjanmaa temp [ C]

36 Kohti hiilineutraalia Suomea mutta miten? Mikään yksittäinen energianlähde ei ole sellaisenaan ympäristöystävällisin ja kokonaistaloudellisin ratkaisu tulevaisuuden tarpeisiin Keskitettyä ja hajautettua tuotantoa ei tulisi eritellä tarkoitushakuisesti Aurinko, biomassa, tuuli, ydinvoima, geoenergia ja geoterminen energia valitaan kulloiseenkin tarpeeseen sopivin kombinaatio Sähkön varastoinnin/kysyntäjouston ohella myös termistä energiaa varastoidaan ja luodaan joustoa tuotantoon Pohjavesienergiaa hyödynnetään Digitaalisuus mahdollistajana: termogeologiset aineistot mukana 3Dkaupunkimalleissa suunnittelun lähtötietoina 36