Maa- ja kalliolämmön mahdollisuuksista 17.6.2008 1
Mikä on maa- ja kallioperän 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: T(maa) 0,71 * T(ilma(a)) + 2,93 Kallioperän lämpötila 100 m:n syvyydessä on noin 7 8 C. Pyhäsalmen kaivoksessa lämpötila on 1450 m:n syvyydessä noin 22 C Outokummussa 2500 m:n syvyydessä 40 C Syvyys (m) 0 Tammi 2 4 6 8 10 12 14 16 Maankamaran lämpötila eri vuodenaikoina Lämpötila ( o C) -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Marras Touko Heinä Maalis Syys s = 1*10-6 m 2 s -1 Lähde: Nina Leppäharju 17.6.2008 2
Maa- ja kalliolämpöä voidaan hyödyntää eri lähteistä Maaperästä (irtaimet maalajit), jolloin energia on pääosin peräisin auringosta. Kallioperästä (kiteinen kallioperä), matalista porakaivoista 50 200 m. Syvistä kalliorei istä (ns. geotermisistä rei istä korkean lämpötilagradientin kallioperäalueilla). Olemassa olevista tunneleista tai suljetuista kaivoksista. Vesimassoista ja järvi- sekä merisedimenteistä. 17.6.2008 3
Kalliolämpö Suomessa ja Ruotsissa Ruotsissa on asennettu yli 300 000 ja Suomessa noin 37 000 kallio- tai maalämpöjärjestelmää. Vuotuiset asennusmäärät ovat Ruotsissa 10- kertaiset Suomeen verrattuina. Ruotsissa jo 12 % pientaloista käytti kalliolämpöä vuonna 2005, ja kasvupotentiaali on edelleen suuri. Ruotsin edistyneisyys perustuu siihen, että Ruotsin valtio panosti voimakkaasti uusiutuviin energiamuotoihin 1980- ja 1990- luvuilla. Suomessa lähes 40 % uusista pientaloista on kalliolämpöön perustuva lämmitysjärjestelmä (SULPU ry). 45 000 40 000 35 000 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000 5 000 kpl 0 Vuotuiset asennusmäärät 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Suomi Kallio tai maalämpöpumppu Ruotsi Kallio tai maalämpöpumppu Lähde: Suomen Lämpöpumppuyhdistys (SULPU) ja Sveriges Värmepumpförening (SVEP) tilastoja. 17.6.2008 4
Kalliolämpöratkaisujen näköalat Suomen ja Ruotsin kallioperä on samanlaista, joten geologiset edellytykset kalliolämmön hyödyntämiseen ovat samat. Saneerauskohteissa kalliolämpö soveltuu korvaavaksi lämmitysvaihtoehdoksi erityisesti kohteissa, joissa jo on vesikiertoinen lämmitysjärjestelmä. Suomessa noin 30 % pientaloista on tällaisia (energianlähteenä yleensä öljy tai sähkö). Paras tulos saavutetaan uudiskohteissa, joissa lämmitys voidaan toteuttaa lattia- /seinä-/kattolämmityksenä alhaisella 25 35 asteisella kiertovedellä. Ja vielä yhdistämällä viilennys hyötysuhde paranee merkittävästi. Kevyen polttoöljyn osuus rakennusten lämmitykseen käytetystä energiasta on noin 17 %. Sitä käytetään vuosittain 1,1 milj. tonnia, arvoltaan vajaat 500 milj. (Suomen Virallinen Tilasto 2005). 17.6.2008 5
Tutkimus- ja kehityshaasteet Tutkimuksen haasteet liittyvät suurten energiajärjestelmien suunnitteluun ja mitoitukseen; tarvitaan tietoa kallioperän koostumuksesta, rakenteesta ja pohjavesiolosuhteista, jotta porakaivoreikien syvyydet ja keskinäiset etäisyydet voidaan optimoida. Kalliolämmön hyödyntämisen yhdistäminen esim. maa- tai sedimenttilämpöön tai jätelämmön ja muun hukkalämmön hyödyntämiseen esim. viemärivedestä liitettynä varastointiin voi tarjota mielenkiintoisia optimaalisia hybridiratkaisuja Kustannustehokkuuden kannalta keskeistä on kallioperän hyödyntäminen myös tilojen viilentämiseen. 17.6.2008 6
Esimerkkejä kallioperän hyödyntämisestä lämpöenergian otossa ja varastoinnissa Ostoskeskus Vällingby, Tukholma; lämmitys ja jäähdytysenergian varastointi; Toimistotalo Tukholman keskustassa; lämmitys ja jäähdytysenergian varastointi; Asuntoalue, Danderyd, Ruotsi; kallioenergiavarasto, lataus aurinkopaneeleilla; Daimler-Chrysler, Stenkullan, Göteborg; varaosavaraston lämmitys; K-S Geokonsult, Kruunupyy; toimisto- ja varastotilojen lämmitys ja jäähdytys; Suomen Lämpöpumpputekniikka, Lapua; toimisto- ja tuotantotilojen lämmitys ja osajäähdytys; Nye Ahusin sairaalan laajennus, Oslo: 400 porakaivoa; 85 % laajennuskohteen lämpö- ja jäähdytysenergiasta on tarkoitus saada kallioperästä (Fortumin tytäryhtiö urakoi). KESKEISTÄ ON KALLIOPERÄN HYÖDYNTÄMINEN MYÖS TILOJEN JÄÄHDYTYKSEEN. 17.6.2008 7
Lämpöenergia kalliosta ja jäähdytysenergia kallioon: Ostoskeskus, Vällingby, Tukholma 143 porareikää, yhteensä 28 600 m toteutettu 2006 Kuvat: TGB Borrteknik AB 17.6.2008 8
17.6.2008 9
Akershus hospital Technical solution Heat- and cooling central: Heat pumps and oil/electrical boilers Energy storage: 400 drilled holes in the ground (rock), 150 m deep Winter mode. Heat pump taking heat from storage, cooling it down Summer mode: Heat pump utilising the cold storage for cooling, warming up the storage with the hot side of the heat pump Kuva: Bærum fjernvarme AS 17.6.2008 10
Energy concept The municipality demands were that at least 40% of the energy should come from renewable energy sources Energywells - using the rock as energy storage The annual energy demand of the hospital will be covered by: 85% by the heat pumps 15% by oil or electricity The heat pump plant includes Energywells including season storage Cold water circuit (surplus heat from cooling production) Rest heat recovery from ventilation after ordinary heat exchangers Alternatively the hospital would use oli/electricity for heating, compressor chillers for cooling and low energy recovery possibilities Budget for thermal supply 10 milj., energy consumtion 34 GWh 17.6.2008 11
17.6.2008 12
Valmisteltavina olevat hankkeet, joissa GTK:n osaamisella merkittävä rooli Vaasan asuntomessualueen sedimenttilämpötutkimus ja - hyödyntäminen. Vaasan Vesi, Mateva Oy, ym. GTK konsultoinut, geotermiikassa ja sedimenttien asiantuntijana. Espoon Nupurinjärven pientaloalueen kallioenergiaselvitys. Hanketoteutus GTK ja TKK/LVI. Teollisuusvetoinen TEKES-projekti Tekesin Kestävä yhdyskunta -teknologiaohjelmassa. Hankkeen toteuttajana on YIT:n, Fortumin ja Uponorin muodostama konsortio. Palvelut ostetaan GTK:lta ja TKK/LVI:ltä. Tutkimukset meneillään. Kokkolasta valmisteilla myös projekti em. teknologiaohjelmaan Valmisteltu yhdessä VTT:n kanssa Tekesille suurehkoa tutkimuspainotteista GEOENER-hanketta: Maa- ja kallioenergia yhdyskunnan energiahuollossa. Sedimenttilämpöhanke (EAKR/Pohjanmaa+Etelä-Pohjanmaa), Merinova Oy, GTK ja Thermopolis Oy + joukko yrityksiä 17.6.2008 13
Vaasan Suvilahden asuntomessualueen energiaratkaisu 17.6.2008 14
Geologian tutkimuskeskuksen tarjoamat asiantuntijapalvelut geoenergiahankkeissa Potentiaalisten alueiden tunnistaminen/valinta kohdetutkimuksiin (aluesuunnittelu) Kohteellinen kallio- ja maaperäkartoitus: kivi- ja maalajit, rajapinnat, rakoilut, ruhjeet Pohjavesitutkimukset tarvittavassa laajuudessa Geofysikaaliset pinta- ja reikämittaukset ja luotaukset, reikien videokuvaus ja tulkinta Energialähteen ja kentän mallinnus: tuoton optimointi, 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. 17.6.2008 15
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 speksauksessa, suunnittelussa ja toteutusvaiheessa alihankkijan/konsultin roolissa GTK toimii maksullisen konsultin periaatteilla ( joissakin tutkimuspainotteisissa yhteisprojekteissa se voi ottaa osan kustannuksista kantaakseen) 17.6.2008 16