Pohjavesienergia. Kokkola Material Week, Teppo Arola

Transkriptio

1 Pohjavesienergia Kokkola Material Week, Teppo Arola

2 Pumpatusta pohjavedestä otetaan talteen lämmönsiirtimellä joko lämpöenergia / kylmäenergia ja vesi injektoidaan takaisin. ATES (aquifer thermal energy storage) pohjaveteen varastoidaan energiaa.

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

4 Pohjavesienergiakaivoja Kuva: Arlanda Energi Ab:n ystävällisellä luvalla

5 Pohjaveden energiapotenaali Suomessa Arola, Groundwater as an Energy Resource in Finland

6 Tietokanta pohjavesienergiakohteista Groundwater area code Groundwater area name Municipality Land use of the groundwater area Total heat load (H) (kw) Climatic zone Detached house, class A Detached house, class B Heating surface area (m2) Detached house, class C Apartment building, class A Apartment building, class B Apartment building, class C Lahti Lahti Urban II Koskenkorva Ilmajoki Urban II A Porvoo Porvoo Urban I Rusutjärvi Tuusula Urban I Lahti Lahti Industrial II Kempeleenharju Kempele Urban III Hyvinkää Hyvinkää Urban II A Joutsenonkangas Lappeenranta Urban II Karjaranta* Pori Urban I Vieremä Forssa Urban II Hitura* Nivala Industrial III Ylöjärvenharju Ylöjärvi Urban II Tytyri* Lohja Industrial I B Lohjanharju Lohja Urban I Valkealähde Vantaa Industrial I A Huhtiniemi Lappeenranta Urban II Kolpene Rovaniemi Urban IV A Nastonharju- Uusikylä Nastola Urban II Salpakangas Hollola Urban II Mutapohja Äänekoski Urban III Kukonkoivu-Hatsina Hollola Urban II Vilpeenharju Ylöjärvi Urban II Ulasoori-Vähärauma Pori Industrial I Pappila Kouvola Urban II Vihtavuori Laukaa Industrial III Rank number Arola, Groundwater as an Energy Resource in Finland

7 Pohjaveden energiakäytön tehostaminen Aurinkoenergian käyttö pohjaveden lämpötilan nostamiseen. Energian varastoinnin kehittäminen Urbanisoituminen (urban heat island effect) nostaa pohjaveden lämpötilaa Arola, Groundwater as an Energy Resource in Finland

8 Järjestelmän suunnittelu - perusteet

9 Järjestelmän geosuunnittelu Hydrogeologiset tutkimukset joilla selvitetään esim. pohjavesimuodostuman dimensiot ja muodostumatyyppi. Pohjavesimallinnus mahdollista pumppaus- ja injektointitilannetta varten sekä ulkopuolisten vaikutusten arviointi pohjaveteen muuttuneessa tilanteessa. Lämmön leviämisen mallintaminen Thermal breakthrough tarkistus, jossa injektoitu lämpöenergia ei saa levitä pumppauskaivon alueelle. Ympäristöselvitykset

10 Suunnittelu pohjaveden mallinnus

11 Suunnittelu - ympäristöasiat Suunnittelua ohjaa välillisesti Ympäristönsuojelulaki ja Vesilaki. Saksassa lailla rajoitettu akfiverin lämpötilan muutos 6 ºC, Sveitsissä 3 ºC. Suomessa ei lämpötilarajoituksia. Energiajärjestelmän suurin vaikutus on lämpötilan muutos: 1) Mahdolliset kasvillisuusmuutokset esim. lähdealueilla. 2) Mahdolliset mikrobiologiset muutokset. 3) Happipitoisuuksien muutokset (Fe ja Mn saostuminen) erityisesti savikkoalueilla. 4) Korkeissa lämpötiloissa (esim. yli 50 ºC silikaattimineraalien (ja kalkkikiven) liukoisuus.

12 Esimerkkilaskelma pohjavesienergiapotentiaalista, Kaarninko Turku

13 Esimerkkilaskelma Pohjavettä pumpataan luvan mukaiset 2500 m 3 / d. Pohjavedestä hyödynnetään lämpöä 3 ºC. Lämpöpumpun COP H on 4. Hyödynnettävissä oleva teho: 486 kw Rakentamismääräyskokoelman C3 (2010) mukainen omakotitalo säävyöhykkeellä I, mitoitusteho x on 43 W/m 2 - lämmityspotentiaali: n m 2 Ns. passiivitalo vastaavasti, mitoitusteho x on 32 W/m - lämmityspotentiaali: n m 2 Huom. Laskennassa oletettu, että 100% lämmitetään geoenergialla ei kokonaistaloudellisin lähtökohta. x mitoitusteholaskennat: Aalto yliopisto energiatekniikan laitos, 2012.

14 Pohjavesienergia, plussat ja miinukset + Suomen oloihin tasainen, hyvän hyötysuhteen lämpötila-alue hyöty kokonaissysteemitehokkuudessa. + Ympäristöystävällinen uusiutuvan energian vaihtoehto. + Suuren kohteen investointikustannukset pienemmät kuin muissa geoenergiavaihtoehdoissa. - Käyttökohteet rajallisia merkittävä vedentarve. - Suunnitteluvaiheen kustannukset ovat korkeammat kuin muissa geoenergiakohteissa.

15 Kiitos!