Pohjois-Savon kohdennettu geoenergiaselvitys

Transkriptio

1 Pohjois-Savon kohdennettu geoenergiaselvitys Geoenergiaseminaari Page 1

2 SISÄLLYSLUETTELO Johdanto Geoenergiaselvityksen tulokset Analyysin tulokset valituilla kohdealueilla Geoenergiaa täydentävät järjestelmät ja lämmön varastointimahdollisuudet Suositukset ja lisäselvitystarpeet Page 2

3 Johdanto Page 3

4 Johdanto Geoenergian suosio lämmitysjärjestelmänä on kasvanut voimakkaasti viimeisen kymmenen vuoden aikana Suomessa. Uusiutuvien energiamuotojen lisäksi myös kasvava energiaomavaraisuuden vaatimus lisää geoenergian kiinnostavuutta. Tässä työssä tutkitaan geoenergian tuotantopotentiaalia Pohjois-Savon maakunnan alueella mukaan lukien Joroinen, joka liittyy Pohjois-Savoon vuonna Lisäksi yksityiskohtaisemmin tutkitaan yhteensä kahdeksaa aluetta Iisalmen, Kuopion ja Siilinjärven alueilla. Pohjois-Savon kohdennetun geoenergiapotentiaaliselvityksen on ohjannut Pohjois-Savon liiton ja muiden osallistujatahojen asettama projektityöryhmä, johon ovat kuuluneet Paula Qvick, Suvi Jousmäki, Seppo Laitila ja Mikko Rummukainen Pohjois-Savon liitolta, Jukka Virtanen Iisalmen kaupungilta, Juha Romppanen Kuopion kaupungilta, Timo Nenonen Siilinjärven kunnasta, Peter Seppälä Kuopion Energia Oy:ltä, Kari Anttonen Savon Voima Oyj:ltä sekä muut ohjaustahojen työntekijät. FCG Suunnittelu ja tekniikka Oy:ssä kartoitusta ovat laatineet Jan Tvrdý (projektipäällikkö), Pasi Ronkainen (suunnittelija), Hannu Vinnamo (energia-asiantuntija), Jani Uitti (energiaasiantuntija) ja Maija Aittola (geologi). JTv Page 4

5 Geoenergiaselvityksen tulokset selvitysalueella Page 5

6 Geoenergia-selvityksen tulokset Maapeitteen keskiarvo selvitysalueella on reilut 7,5 metriä vaihteluvälin ollessa metriä. Harjualueilla maakerrokset ovat tyypillisesti paksuja, vähintään metrin paksuisia. Yli 50 metrin paksuisia maakerroksia esiintyy Suonenjoen Lintharjulla, Joroisten Tervaruukinsalolla, Siilinjärven Harjamäki-Käärmelahti alueella sekä val-tatie 9:n varrella Kuopion ja Tuusniemen alueilla sijaitsevalla harjujaksolla Ryönänkankaalta Telkkämäelle. Kalliopaljastumia on koko Pohjois-Savon alueella, mutta niiden esiintyminen on tiheämpää maakunnan itäosissa. Suurin yhtenäinen kalliopaljastumien alue on kuitenkin Rautalammin eteläosassa, maakunnan lounaisosissa. Kalliopaljastumien lähialueilla maakerrospaksuudet ovat matalia (alle 10 metriä) ja pelto- ja suoalueilla esiintyy noin metrin paksuisia maakerroksia. Kallioperää lämmönlähteenä hyödynnettäessä maanpeitteen paksuudella on vaikutusta investointikustannuksiin. Lisäkustannukset muodostuvat porausreikään asennettavasta suojaputkesta sekä mahdollisesti tarvittavasta syvemmästä porauksesta Page 6

7 Geoenergia-selvityksen tulokset Kivilajien lämmönjohtavuuksien perusteella Pohjois-Savon alue on Suomen keskiarvoa (3,24 W/mK) hieman heikompi, alueen lämmönjohtavuuden keskiarvon ollessa 3,12 W/mK. Lämmönjohtavuudeltaan parhaiden kivilajien suuret esiintymät Pohjois- Savossa sijoittuvat maakunnan koillisosaan, Nilsiän Tahkon ympäristön mäkien alueelle sekä Rautavaaran Keyrityn länsipuolelle. Myös Kaavin itäosassa maakunnan rajalla, Suovaaran alueella on suurehko hyvän lämmönjohtavuuden omaava alue. Kivilajien lämmönjohtavuus on merkittävin kivilajien ominaisuuksista, joka vaikuttaa geoenergian hyödynnettävyyteen. Energiakaivon ja ympäröivän kallion välille muodostuu lämpötilaero, kun energiakaivosta otetaan lämpöenergiaa. Kivilajin lämmönjohtavuudesta ja myös kallioperän pohjaveden liikkeistä riippuu, miten hyvin energiakaivosta otetun lämpöenergian tilalle tulee korvaavaa lämpöä ympäröivästä kalliosta Page 7

8 Geoenergia-selvityksen tulokset Geoenergiapotentiaaliltaan paras laaja kokonaisuus löytyy alueelta, joka ulottuu Siilinjärven itäosasta Nilsiän, Rautavaaran länsiosan ja Lapinlahden itäosan kautta Sonkajärvelle maakunnan rajalle saakka. Tällä koko alueella geoenergiapotentiaali on pääosin hyvä tai erittäin hyvä. Heikoimmin geoenergian hyödyntämiseen soveltuvia alueita ovat harjualueet esimerkiksi Suonenjoen Lintharjulla, Joroisten Tervaruukinsalolla ja Kotkatharjulla ja Siilinjärven Harjamäki-Käärmelahti alueella. Yleisesti maakunnan pohjoispuolisko on paremmin geoenergian hyödyntämiseen soveltuvaa kuin eteläosa. Laajoja keskimääräistä heikommin soveltuvia alueita on kuitenkin myös esimerkiksi Kiuruveden pohjoisosassa. Geoenergiapotentiaalikartan rasteriaineisto (geotiff) on toteutettu 20 x 20 metrin resoluutiolla, ETRS-TM35FIN koordinaatistossa (EPSG:3067). Korkeusjärjestelmänä käytetään N2000 -korkeusjärjestelmää. Aineisto kattaa Pohjois-Savon maakunnan sekä Joroisten kunnan alueet Page 8

9 Analyysin tulokset valituilla kohdealueilla Page 9

10 Analyysin tulokset valituilla kohdealueilla Iisalmi: Soinlahden teollisuusalue ja Marjahaan uusi työpaikka-alue Siilinjärvi: Joensuuntien varsi, Haapamäki ja Räimä Kuopio: Neulaniemi, Kelloniemi, Hiltulanlahti-Vanuvuoren itäpuoli Page 10

11 Joensuuntien varsi (Siilinjärvi) Etelä-Siilinjärven yleiskaavassa alueelle on osoitettu uusia pientalovaltaisia alueita, kerrostalovaltaisia alueita sekä uusia laajoja työpaikka-alueita, palveluiden ja kaupan alueita sekä teollisuusalueita. Alueita on myös osin jo asemakaavoitettu. Oleva asuinrakentaminen on pääosin väljää omakotitalorakentamista. Lisäksi alueella on kaksi koulua, Suininlahden koulu ja Toivalan koulu, huoltoasema, teollisuutta ja toteutunutta työpaikka-aluetta. Geoenergiapotentiaaliluokkia alueella on neljä. Geoenergiapotentiaaliluokitukseltaan alue on suurimmalta osaltaan hyvin tai erittäin hyvin soveltuvaa Page 11

12 Joensuuntien varsi (Siilinjärvi) Joensuuntien varren kohdealueen tyyppikiinteistöinä käytettiin pientaloa, rivitaloa, kerrostaloa sekä toimistorakennusta. Joensuuntien varren kohdealueelle on arvioitu rakennettavan oletusaluetehokkuuksien perusteella yhteensä k-m 2, josta 75 % toimisto- ja liiketilaa ja loput asuinkäyttöön. Kokonaislämmitysenergian tarve vastaa noin 41 GWh vuodessa. Mikäli kaikkien kiinteistöjen lämmitys toteutettaisiin geoenergialla, energiakaivojen vaatima kokonaismaapinta-ala olisi m 2, kun energiakaivojen vähimmäisetäisyys toisistaan on 15 metriä ja kaivojen keskisyvyys 250 metriä. Erittäin hyvin soveltuva Ei Suositeltava Luokka 1 Luokka 4 Maapeitteen paksuus m 5 10 Kallioperän lämmöjohtavuus W/mK 3,55 2,44 Lämmitettävä kerrosala m Asukkaita lkm Kokonaislämmitysenergia MWh/a Geoenergiapotentiaali Luokka 1 Luokka 4 Luokka 1 Luokka 4 Luokka 1 Luokka 4 Luokka 1 Luokka 4 energiapeitto % tehopeitto % Lämpöpumppu NIBE F NIBE F NIBE F NIBE F xNIBE F xNIBE F xNIBE FI xNIBE FI Energian otto kwh/m Tehon otto W/m Tarvittava lisäenergia MWh/a ,5 7,8 4,8 30,3 30,3 Aktiivinen kaivosyvyys *) m Kaivojen lkm (á m) kpl Kaivon kokonaissyvyys m Porauskustannukset Porauskustannukset / asukas Luokkien 1 ja 4 kustannusero *) NIBE DIM -mitoitusohjelman laskema aktiivisyvyys Pientalo JTv Rivitalo Asuinkerrostalo Toimistorakennus Page 12

13 Neulaniemi (Kuopio) Alueen yleiskaavoitus on käynnissä, kaavaluonnos on ollut nähtävillä. Kaavan ta-voitteena on n asukkaan ja n k-m²:n uusi asuinalue. Kerrostalo-valtaista asuntoaluetta on kaavaluonnoksen mitoituksen mukaan k-m² ja pientalovaltaista asuntoaluetta k-m². Kuopion Energian kaukolämpöverkko alueelle saakka Page 13

14 Neulaniemen kohdealue on kerrostalo- ja pientalovaltaista asuntoaluetta kokonaisrakennusmäärältään k-m 2. Tällaisen kiinteistömäärän kokonaislämmitysenergian tarve vastaa noin 20 GWh vuodessa. Mikäli kohdealueen kaikkien kiinteistöjen lämmitys toteutettaisiin geoenergialla, energiakaivojen vaatima kokonaismaapintaala olisi m 2, kun energiakaivojen vähimmäisetäisyys toisistaan on 15 metriä ja kaivojen keskisyvyys 250 metriä. Kuopion Energian kaukolämpöverkko ulottuu aivan Neulamäen ja Neulaniemen rajalle. Mahdollisia kytkentäpisteitä on useita. Neulaniemi (Kuopio) Erittäin hyvin soveltuva Kohtalaisesti soveltuva Luokka 1 3 Maapeitteen paksuus m 5 10 Kallioperän lämmöjohtavuus W/mK 5,02 2,85 Lämmitettävä kerrosala m2 Rivitalo 900 Kerrostalo 5100 Asukkaita lkm Kokonaislämmitysenergia MWh/a Geoenergiapotentiaaliluokka energiapeitto % tehopeitto % Lämpöpumppu NIBE F NIBE F xNIBE F xNIBE F Energian otto kwh/m Tehon otto W/m Tarvittava lisäenergia MWh/a 3 3 7,6 7,6 Aktiivinen kaivosyvyys *) m Kaivojen lkm (á m) kpl Kaivon kokonaissyvyys m Porauskustannukset Porauskustannukset / asukas Luokkien 1 ja 4 kustannusero *) NIBE DIM -mitoitusohjelman laskema aktiivisyvyys JTv Page 14

15 Geoenergiaa täydentävät järjestelmät ja lämmön varastointimahdollisuudet Page 15

16 Geoenergiaa täydentävät järjestelmät Geoenergia ja aurinkolämpö Aurinkolämmön tuotanto vaihtelee sääolosuhteiden, vuorokauden ja vuodenajan mukaan. Eniten aurinkolämpöä on käytettävissä kesällä keskipäivän aikaan. Tällöin lämmön kulutus on kuitenkin yleensä vähäistä ja ilmaisenergia menetetään ilman lämmönvarastointia. Geoenergiaa on käytettävissä samalla teholla läpi vuoden erityisesti, kun lämmönlähteenä käytetään kallioperää. Aurinkolämpö ja geoenergia eivät yleensä ole kustannustehokas yhdistelmä. Geoenergia ja aurinkosähkö Aurinkosähköjärjestelmät ovat kannattavia investointeja, kun järjestelmän mitoitus on tehty vastaamaan omaa kulutusta. Kannattavuus riippuu ostosähkön hinnasta (sisältäen energiamaksun, siirtomaksun ja verot). Aurinkosähkö sopii erinomaisesti täydentämään geonergiajärjestelmää, jossa käytetään lämpöpumppua lämmitys- ja viilennysenergian tuottamiseen. Aurinkosähkön tuotannolla vähennetään lämpöpumpun tarvitseman sähkön ostoa verkosta. Geoenergia ja kaukolämpö Yksittäisissä kiinteistöissä kustannustehokkuus ei ole riittävä. Alueratkaisuna geoenergia-kaukolämpö-yhdistelmä voi osoittautua perustelluksi. Erityisesti uudisrakennusalueilla, joissa kiinteistöjen lämmitykseen riittää kaukolämpöä matalampi lämpötilataso, peruskuorman tuottaminen geoenergialla ja täydennysenergian hankkiminen kaukolämpöverkosta voi olla perusteltua. Alueellinen matalalämpötilaverkko kytkeytyy varsinaiseen kaukolämpöverkkoon lämmönsiirtimen välityksellä. Matalalämpötilaverkkoa operoiva toimija käyttää lämmönsiirrintä yhtenä lämmönlähteenä kaupallisen sopimuksen pohjalta. JTv Page 16

17 Lämmön varastointimahdollisuudet Kiinteistöjen viilennyksen lauhde-energian talteenotto Maaperävarastointi Maaperää lämmön lähteenä käyttävän geoenergiajärjestelmän keruupiiri asennetaan noin metrin syvyyteen. Kytkemällä aurinkolämpö maapiiriin voidaan maalämpöjärjestelmän lämmönkeruupiirin toimintakykyä elvyttää, jolloin maalämpöpumpun hyötysuhde ja teho paranevat. Energiakaivovarastointi Aurinkolämmön siirtäminen lämpökaivoon elvyttää tehokkaasti lämpökaivoa lämmityskauden jäljiltä, joskin osa aurinkolämmöstä saattaa karata pohjavesivirtauksien myötä. Kaukolämpöverkko lämpövarastona Ideaalitilanteessa kiinteistössä syntyvä hukkalämpö siirrettäisiin kaukolämpöverkkoa hyödyntäen käytettäväksi muualla. Lämpöakku/-varaaja varastointi lyhytaikaiseen varastointi puskuri tasaamaan päiväajan tuotannon ja yöajan kulutuksen eroja Page 17

18 Suositukset ja lisäselvitystarpeet Page 18

19 Suositukset Tämän selvityksen tulosten hyödyntämisessä korostuu maakunnallisen suunnittelun osalta informaation välittäminen eteenpäin yksityiskohtaisemman suunnittelun tasoille (yleiskaavoitus tai asemakaavoitus). Tarkemman tarkastelun kohdealueista monilta löytyi hyvin ja erittäin hyvin geoenergian hyödyntämiseen soveltuvia alueita. Näitä alueita voi maakuntakaavoituksen tasolla osoittaa ohjeellisella merkinnällä, jossa suositetaan tarkemman suunnittelun yhteydessä tutkittavaksi alueiden soveltuvuus geoenergiaa tai geo-/muu energiamuoto -hybridejä hyödyntäviin ratkaisuihin. Tiiviisti rakennettavalla alueella geoenergian hyödyntäminen mahdollistuu, kun: energiakaivoille tai -kaivokentille tehdään tilavaraukset, rakentaminen vaiheistetaan siten, että energiakaivot porataan ja siirtoputkistot vedetään kokoojakaivoille samaan aikaan muun yhdyskuntatekniikan kanssa ja ennen rakennuksien perustustöitä. Paalutustyöt voidaan tehdä joko ennen kaivoporauksia tai niiden jälkeen. geoenergiajärjestelmien kokoojakaivoille tehdään tilavaraus. JTv Page 19

20 Lisäselvitystarpeet Geoenergian lopullinen hyödynnettävyys ja energiajärjestelmien mitoitukset selviävät geologisten tutkimusten, teknistaloudellisten tarkastelujen ja tarkemman suunnittelun myötä. Matalalämpötilaverkko ja jäähdytysverkko tarvitsevat operaattorin, joka toteuttaa investoinnit ja vastaa lämpö/jäähdytyspalvelusopimusten pohjalta koko järjestelmän ylläpidosta. Operaattori tulisi kytkeä mukaan mahdollisimman pian, sillä sitoutuminen edellyttää teknis/taloudellisten tarkastelujen tekemistä Page 20

21 Page 21