GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Etelä-Suomen yksikkö Espoo 17.12.2014 GEOENERGIAPOTENTIAALIN SELVITYS KOTKAN, HAMINAN, VIROLAHDEN JA MIEHIKKÄLÄN ALUEELTA Marit Wennerström, Nina Leppäharju, Olli Sallasmaa, Kirsti Keskisaari ja Jarmo Kallio
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 1 (10) GEOENERGIAPOTENTIAALIN SELVITYS KOTKAN, HAMINAN, VIROLAHDEN JA MIEHIKKÄLÄN ALUEELTA TIIVISTELMÄ Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) Etelä-Suomen yksikkö tuotti alueellisen geoenergiapotentiaalikartan palvelemaan Kotkan, Haminan, Virolahden ja Miehikkälän alueen aluesuunnittelijoita, asukkaita ja yrityksiä energiaratkaisujen alustavassa valinnassa ja vertailussa. Työ liittyi Etelä-Kymenlaakson seudulla käynnissä olevaan Uusiutuvan energian kuntakatselmusprojektiin, jossa olivat mukana em. kunnat. Potentiaalikartta liitetään Etelä-Kymenlaakson karttapalveluun. Kohdealueen geoenergiapotentiaali on suurelta osin arvioitu erinomaiseksi. Paikallisesti maapeitteen paksuus tai kallion alhaisempi lämmönjohtavuus heikentävät geoenergiapotentiaalia. Tuotettu geoenergiapotentiaalikartta on suuntaa antava ja sellaisena käytettävä. Alueellista karttakuvaa voidaan edelleen tarkentaa kohdekuntien maapeitteen syvyystiedoilla ja alueen eri rapakivityyppien kartoituksella ja lämmönjohtavuus- mittauksilla. SISÄLLYSLUETTELO 1. Johdanto 2. Geoenergiapotentiaali 3. Maapeitteen paksuus ja luokitus 4. Kivilajit ja luokitus 5. Geoenergiapotentiaalin luokitus 6. Esimerkkilaskelmat 7. Yhteenveto ja jatkoselvitystarpeet Kirjallisuusviitteet 1. JOHDANTO Kotkan kaupungin kaupunkisuunnittelun tilauksesta Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) Etelä- Suomen yksikkö teki geoenergiapotentiaaliselvityksen palvelemaan Kotkan, Haminan, Virolahden ja Miehikkälän alueen kaavoittajia, asukkaita ja yrityksiä energiaratkaisujen alustavassa valinnassa. Työ liittyy Etelä-Kymenlaakson seudulla käynnissä olevaan Uusiutuvan energian kuntakatselmus projektiin jossa nämä kunnat olivat mukana. Geoenergiapotentiaalikartan teossa on hyödynnetty GTK:n olemassa olevaa monipuolista paikkatietoaineistoa. Siinä on huomioitu luokiteltu maapeitteen paksuus, kivilajien lämmönjohtavuus ja esitetty pohjavesialueiden mahdolliset rajoitukset. Lisäksi on tehty esimerkinomaiset laskelmat alueen kallioperän (pääkivilajien) termisten ominaisuuksien vaikutuksesta geoenergian tuotantoon mitoittamalla energiakaivo tai -kaivokenttä erikokoisiin kuvitteellisiin kiinteistöihin. Asiantuntijoina ovat toimineet geofyysikko Nina Leppäharju (geoenergia), geologi Marit Wennerström (kallioperäominaisuudet) ja geologi Olli Sallasmaa (maapeitteen paksuuslaskut). Karttojen layout on Kirsti Keskisaaren. Selvityksen ohjaajana toimi energia- ja ilmastoasiantuntija Esa Partanen Kotkan kaupungin Kaupunkisuunnittelusta. Raportin tarkasti toimialapäällikkö, geoenergia-asiantuntija Jarmo Kallio.
2 (10) Selvitystyö toteutettiin toimistotyönä. Tuotettu kartta liitetään osaksi Etelä-Kymenlaakson karttapalvelua. Kartta tullaan jakamaan kyseisten kuntien kautta. Geoenergiapotentiaalikarttaa ja esimerkkilaskelmia ei voida sellaisenaan käyttää alueen kiinteistöjen energiakaivojen tai -kaivokenttien mitoittamiseen. Kohdekohtaisesti geoenergiaa hyödynnettäessä on syytä suorittaa aina paikalliset tutkimukset ja mittaukset oikean mitoituksen turvaamiseksi. 2. GEOENERGIAPOTENTIAALI Geoenergialla tarkoitetaan maa- ja kallioperään sekä vesistöön varastoitunutta lämpöenergiaa, jota voidaan lämpöpumpun avulla käyttää rakennusten lämmittämiseen ja viilentämiseen. Toinen yleisesti käytössä oleva termi on maalämpö. Yleisin geoenergian hyödyntämismuoto on kallioperään porattava, 100 300 metriä syvä energiakaivo. Tässä Etelä-Kymenlaakson geoenergiapotentiaalin selvityksessä on keskitytty kallioperään porattavien energiakaivojen tuottaman kalliolämmön hyödyntämiseen, sillä taajama-alueilla ja erityisesti isommissa kohteissa energiakaivot ovat käytännössä ainut vaihtoehto. Irtomaahan horisontaalitasoon asennettava maalämpöputkisto vaatii paljon pinta-alaa ja on siksi mahdollisuus lähinnä maatilojen lämmityksessä. Kuitenkin maaperään ja vesistöön varastoitunutta lämmitysenergiaa kannattaa hyödyntää siellä missä siihen on mahdollisuus. Geoenergian hyödyntämismahdollisuudet riippuvat voimakkaasti maapeitteen paksuudesta ja kallioperän ominaisuuksista. Maapeitteen paksuus vaikuttaa suoraan energiakaivon tai -kaivokentän porauskustannuksiin. Kallioperän ominaisuuksilla, lähinnä lämmönjohtavuudella, on suora yhteys energiakaivon energian tuottoon ja tehoon/metri. Näin ollen paikallisen kivilajin ominaisuudet vaikuttavat geoenergiaprojektin kustannuksiin ja sitä kautta koko menetelmän kannattavuuteen. Etelä- Kymenlaakson geoenergiapotentiaalikartassa on huomioitu/rajattu lisäksi myös pohjavesi- alueet, vaikka pohjavesialue ei sinänsä vähennäkään geoenergiapotentiaalia maankamarassa. Näin siksi että lupamenettely näillä alueilla voi olla hankala. 3. MAAPEITTEEN PAKSUUS JA LUOKITUS Maapeitteen paksuus (Kuva 1.) laskettiin käyttäen hyväksi GTK:n olemassa olevia paikkatietoaineistoja. Kotkan, Haminan, Virolahden ja Miehikkälän alueella oli tasan 8000 havaintopistettä. Pisteistä 1184 oli erilaisia kairauksia tai tutkimuskaivantoja, 4499 oli turvetutkimusten syvyystietoja, suoria kallion-pintahavaintoja oli 2293 ja seismisen luotauksen tulkittuja kallionpintatietoja oli 24. Pistehavainnoista laskettiin 500 m:n pikselikoolla rasterimuotoinen kartta, jossa kukin pikseli sai sen sisältämien syvyyspisteiden maksimiarvon. Laskemistapa korostaa tarkoituksellisesti alueita, joissa maapeitteen paksuus voi olla suuri. Lisäksi maapeitteen paksuutta arvioitaessa käytettiin GTK:n 1:200 000 maperäkartasta kalliopaljastuma ja kalliomaa kuviorajauksia sekä 1:1000 000 maaperäkartan kuviorajauksia, joille oli yleisten geologisten ominaisuuksien perusteella arvioitu maapeitteen paksuus.
27480000 27500000 27520000 27540000 27560000 Kuva 1. 6700000 6720000 6740000 Kotka t Hamina Virolahti Miehikkälä Maanpeitteen paksuus yli 30 m 6700000 6720000 6740000 10-30 m alle 10 m Vesistö 0 10 km 27480000 27500000 27520000 27540000 Projektio: ETRS-GK27 Sisältää Maanmittauslaitoksen Maastotietokannan 3/2013 aineistoa MML ja HALTIK 27560000
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3 (10) Kartta on koottu ESRI:n Arcmap ohjelmassa päällekkäisistä tasoista siten, että joka kohdassa näkyy paras mahdollinen tieto. Alimpana oli 1:1000 000 maaperäkarttojen kuviot, jotka näkyvät siellä, missä ei ole pistetietoa eikä 1:200 000 maaperäkartan kalliomaarajauksia. Kuvassa 1 on esitetty tasoista koottu maapeitteen paksuus jaettuna paksuusluokkiin alle 10 m, 10-30 m ja yli 30 m, sekä vesistö. Kuvassa 2 on esitetty etäisyys lähimpään tutkimuspisteeseen. Kuva 2. Etäisyys GTK:n syvyyspistetiedoista. 4. KIVILAJIT JA LUOKITUS Etelä-Kymenlaakson alue kuuluu geologisesti laajaan Kaakkois-Suomen eli Viipurin rapakivimassiiviin (Simonen, 1987). Kallioperä koostuu rapakivigraniitin erilaisista muunnoksista, jotka eroavat toisistaan joko rakenteen tai niissä esiintyvien erilaisten Fe-Mg-pitoisten tummien mineraalien perusteella (Kuva 3). Yleisin muunnos on viborgiitti, jossa on tiheässä plagioklaasi- manttelin ympäröimiä kalimaasälpäovoideja, tasarakeisessa graniittisessa perusmassassa. Luokituksessa erotettu pyterliitti on rakenteeltaan porfyyrinen ja siinä on tiheässä kalimaasälpä- ovoideja keskirakeisessa perusmassassa. Lisäksi on monia porfyyrisia ja tasarakeisia muunnoksia. Kaikki rapakivigraniitit ovat rakenteeltaan suuntautumattomia.
27500000 27520000 27540000 27560000 Kuva 3. 6700000 6720000 6740000 Kotka t Hamina Virolahti Miehikkälä KIVILAJIT Porfyyrinen apliitti Porfyyrinen rapakivigraniitti Pyterliitti Rapakivigraniitti, karkearakeinen Tasarakeinen rapakivigraniitti Tumma tasarakeinen rapakivigraniitti 6700000 6720000 6740000 Tumma viborgiitti Viborgiitti Vesistö 0 10 km 27500000 27520000 27540000 Projektio: ETRS-GK27 Sisältää Maanmittauslaitoksen Maastotietokannan 3/2013 aineistoa MML ja HALTIK 27560000
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 4 (10) Geoenergiapotentiaalikarttaa varten koottiin GTK :ssa oleva tieto Suomen rapakivien lämmönjohtavuusmittauksista. Rapakivien lämpöominaisuuksia on kuvattu Elimäeltä (Järvimäki and Puranen, 1979; Peltoniemi and Kukkonen, 1995,1997; Kivekäs, 1978), Hästholmenilta, Loviisasta (Kukkonen and Lindberg, 1998; Peltoniemi and Kukkonen, 1995,1997) ja Heinolasta (Peltoniemi and Kukkonen, 1995). Elimäellä kallion lämpötilamittaukset on tehty kalliokaivosta 400 m syvyyteen asti (Järvimäki and Puranen, 1979). Käytetyn kairausmenetelmän vuoksi kairasydäntä ei ollut käytettävissä, vaan rapakiven lämmönjohtavuus mitattiin pintakalliosta (syvyys alle 25 m) kairatuista näytteistä (Järvimäki and Puranen, 1979). Kivilaji on yhtenäisesti viborgiitti ja lämmönjohtavuus 3.47 W/(mK). Hästholmenin kohteesta mitattiin lämmönjohtavuus 7 kairasydännäytteestä (Peltoniemi ja Kukkonen, 1995). Näytteistä 5 kivilaji oli pyterliitti, joissa oli muuta rapakiveä alhaisempi lämmönjohtavuus 2.3-2.8 W/(mK). Näytteet ovat syvyysväliltä 57.97-199.24 m. Heinolassa mitattiin kairasydännäytteestä porfyyrisesta rapakivestä 12 näytettä (Peltoniemi ja Kukkonen, 1995). Lämmönjohtavuuden keskiarvo oli 3.83 W/(mK). Näytteiden syvyysväli oli 5.30 178 m. Edellä kuvatut mittaukset ovat nyt kohteena olleen Etelä-Kymenlaakson länsipuolelta. Kaikki kohteet kuuluvat kuitenkin saman Viipurin rapakivimassiivin alueelle. Massiivin sisällä esiintyy useita rapakivityyppejä, jotka on määritetty mineraalikoostumuksen ja rakenteen perusteella tietyissä rajoissa. Näin ollen koko massiivin alueella voidaan olettaa, että kivilajiriippuvaiset lämpöominaisuudet pysyvät melko samoina samassa kivilajissa. Saatavissa olleiden rapakivien lämmönjohtavuustietojen perusteella kivilajit jaettiin kahteen luokkaan. Erinomainen lämmönjohtavuus on muilla, paitsi pyterliitillä, jonka lämmönjohtavuus on keskinkertainen (Kuva 4). 5. GEOENERGIAPOTENTIAALIN LUOKITUS Geoenergian hyödyntämisen kannalta maapeitteen paksuudella on suuri merkitys. Ympäristöministeriön julkaiseman Energiakaivo-oppaan (Juvonen & Lapinlampi, 2013) ja Suomen Kaivonporausurakoitsijat ry Poratekin normilämpökaivo-ohjeiden (Normilämpökaivon kriteerit, 2009) mukaisesti toteutetussa energiakaivossa kaivon yläosa suojaputkitetaan aina. Tämän osuuden eli maaporauksen hinta on kaksin- tai jopa kolminkertainen kallioporauksen hintaan verrattuna, jolloin maaporaus muodostaa merkittävän osuuden koko geoenergiajärjestelmän kustannuksista. Nykyisin kuitenkin poraustarjoukseen voi usein kuulua 10 15 metriä maaporausta ilman lisäkuluja. Jos maapeitepaksuus ylittää 30 m, energiakaivo tai -kaivokenttä jää helposti taloudellisesti kannattamattomaksi.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 5 (10) Kuva 4. Kivilajien lämmönjohtavuustietojen perusteella tehty luokitus, jota käytettiin geoenergiapotentiaalin määrittämisessä. Tästä syystä tässä Etelä-Kymenlaakson geoenergiapotentiaalin selvityksessä maapeitteen paksuus luokiteltiin seuraavasti: 1. Maapeitepaksuus < 10 m, erinomainen 2. Maapeitepaksuus 10 30 m, hyvä 3. Maapeitepaksuus > 30 m, huono Kivilajien ominaisuuksista lämmönjohtavuus vaikuttaa merkittävästi geoenergian hyödynnettävyyteen. Kun energiakaivosta otetaan lämpöä, kaivon seinämän ja ympäröivän kallion välille muodostuu lämpötilaero. Kuinka hyvin energiakaivosta otetun lämmön tilalle siirtyy korvaavaa lämpöä kauempaa energiakaivoa ympäröivästä kalliosta, riippuu pääosin kallioperän lämmönjohtavuudesta mutta myös pohjaveden liikkeistä kallioperässä. Lämmönjohtavuus vaikuttaa siis suoraan siihen kuinka syvä energiakaivo tarvitaan tietyn energiamäärän tuottamiseksi, omakotitalossa tai isommassa kohteessa. Suomen kivilajien lämmönjohtavuuden keskiarvo on 3,24 W/(mK) (Peltoniemi, 1996), mutta lämmönjohtavuus vaihtelee yleisesti välillä 2 4 W/(mK). Tässä geoenergian potentiaaliselvityksessä Etelä-Kymenlaakson kivilajit voitiin luokitella kirjallisuudesta löydettyjen lämmönjohtavuusarvojen perusteella seuraavasti: 1. Viborgiitti, porfyyrinen rapakivi tai tumma rapakivi, lämmönjohtavuuden arvio 3,45 W/(mK), erinomainen 2. Pyterliitti (rapakivi), lämmönjohtavuuden arvio 2,55 W/(mK), keskinkertainen
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 6 (10) Geoenergiapotentiaalin kuvausta varten muodostettiin luokittelukartta. Sekä kivilajien luokitteluaineistosta että maapeitteen paksuuden luokitteluaineistosta konvertoitiin rasterikartat 500x500 m ruutukoolla. Maapeitteenpaksuus luokille annettiin arvot 10 (< 10 m), 20 (10 30 m) ja 30 (> 30 m). Vastaavasti kivilajien lämmönjohtavuus luokille annettiin arvot 1 (erinomainen) ja 2 (keskinkertainen). Rasterit laskettiin yhteen ESRI:n ArcGis-ohjelmistossa Spatial Analyst työkalulla, jolloin jokaiselle luokituskartan ruudulle muodostui erillinen arvo. Laskennan tuloksesta geoenergiapotentiaalille muodostettiin luokat erinomainen, hyvä, keskinkertainen, tyydyttävä ja huono (Kuva 5.). Erinomainen; maapeite < 10 m, erinomainen kallion lämmönjohtavuus Hyvä; maapeite 10 30 m, erinomainen kallion lämmönjohtavuus Keskinkertainen; maapeite < 10 m, keskinkertainen kallion lämmönjohtavuus Tyydyttävä; maapeite 10 30 m, keskinkertainen kallion lämmönjohtavuus Huono; maapeite >30 m, erinomainen kallion lämmönjohtavuus Suurin osa Etelä-Kymenlaakson alueesta kuuluu ensimmäiseen luokkaan, jossa geoenergiapotentiaali on erinomainen. Alueen ohut maapeite ja rapakiven erinomainen lämmönjohtavuus sekä eteläinen maantieteellinen sijainti tarjoavat erittäin hyvän mahdollisuuden hyödyntää geoenergiaa rakennusten lämmityksessä ja viilennyksessä. Seuraavassa luokassa, Hyvä, maapeitteen paksuus voi vaihdella 10 30 metrin välillä, ja geoenergiaprojekteissa kannattaa harkita tarkempien kohdetutkimusten perusteella paljonko maaporaus vaikuttaa kustannuksiin. Kirja-arvojen mukaan erinomainen kallioperän lämmönjohtavuus kuitenkin antaa hyvät edellytykset. Keskimmäisessä luokassa maapeite on ohut, mutta kallioperän lämmönjohtavuus on heikompi kuin Suomessa keskimäärin. Tämä on otettava huomioon energiakaivojen mitoituksessa. Seuraavassa luokassa maapeitteen paksuus alentaa potentiaalia edelliseen verrattuna. Luokassa Huono on painotettu paksun maapeitteen vaikutusta. Geoenergian hyödyntämistä harkittaessa Etelä-Kymenlaakson geoenergiapotentiaalikarttaa voidaan käyttää kaavoituksessa ja hankesuunnitteluvaiheessa, mutta aineiston vajavuuden ja luokituksen sisältämän maapeitteen ja kivilajien lämmönjohtavuuden vaihteluvälien takia, kohteellista potentiaalia on syytä tarkentaa paikkamittausten avulla. Pohjavesialueet merkittiin Etelä-Kymenlaakson geoenergiapotentiaalikarttaan, koska näillä alueilla geoenergian hyödyntämiselle saattaa tulla tiettyjä rajoituksia. Asiasta voi lukea lisää Energiakaivooppaasta (Juvonen & Lapinlampi, 2013). Pohjavesialue itsessään ei kuitenkaan vähennä geoenergiapotentiaalia maankamarassa.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 27500000 27520000 27540000 27560000 Kuva 5. 6700000 6720000 6740000 Kotka Hamina t Virolahti Miehikkälä 6700000 6720000 6740000 0 10 km 27500000 27520000 27540000 Projektio: ETRS-GK27 Sisältää Maanmittauslaitoksen Maastotietokannan 3/2013 aineistoa MML ja HALTIK 27560000
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 7 (10) 6. ESIMERKKILASKELMAT Etelä-Kymenlaakson pääkivilajien termisten ominaisuuksien vaikutusta geoenergian tuotantoon tutkittiin mitoittamalla energiakaivo tai -kaivokenttä erikokoisiin kuvitteellisiin kiinteistöihin: 1. Omakotitalo (tai vastaava), lämmitysenergiantarve 25 MWh/v 2. Rivitalo (tai vastaava), lämmitysenergiantarve 250 MWh/v 3. Pieni/keskisuuri teollisuuskiinteistö (tai vastaava), lämmitysenergiantarve 800 MWh/v Kivilajien termisistä ominaisuuksista merkittävin on tässä yhteydessä lämmönjohtavuus. Alueen pääkivilajit jaettiin tässä selvityksessä lämmönjohtavuuden osalta kahteen luokkaan, joilla on merkittävä ero lämmönjohtavuudessa: Erinomainen ja Keskinkertainen. Näissä laskelmissa luokille käytettiin kirjallisuudesta löydettyjä ko. kivilajien lämmönjohtavuuksien keskiarvoja: 3,45 W/(mK) (viborgiitti, tumma tai porfyyrinen rapakivi; Geoenergiapotentiaalikartassa luokiteltu 2. "Rivitalo", 250 MWh/v Kaivojen määrä Kaivon aktiivisyvyys Kaivojen aktiivinen yhteissyvyys Luokkien välisen eron kustannusvaikutus Taulukko 1. Etelä-Kymenlaakson tyypillisten kivilajien lämmönjohtavuusluokkien vaikutus erikokoisten kiinteistöjen energiakaivojen mitoitukseen ja porauskustannuksiin*. Vertailun vuoksi taulukossa on esitetty vastaavat mitoitukset Suomen kivilajien lämmönjohtavuuden ja kallioperän lämpötilan keskiarvolla. HUOM! Laskelmia ei voida suoraan hyödyntää alueen kiinteistöjen energiakaivojen tai -kaivokenttien mitoittamisessa! 1. "Omakotitalo", 25 MWh/v Luokkien välisen Lämmönjohtavuusluokka määrä aktiivisyvyys yhteissyvyys Kaivojen Kaivon Kaivojen aktiivinen eron kustannusvaikutus Erinomainen 1 150 150 25 m * 30 /m Keskinkertainen 1 175 175 = 750 Vertailu: Suomi keskiarvo 1 186 186 Lämmönjohtavuusluokka Erinomainen 10 170 1700 260 304 m * 30 6 276 1656 /m Keskinkertainen 10 196 1960 = 7800 9120 Vertailu: Suomi keskiarvo 10 213 2130 3. "Teollisuuskiinteistö, 800 MWh/v Luokkien välisen Lämmönjohtavuusluokka määrä aktiivisyvyys yhteissyvyys Kaivojen Kaivon Kaivojen aktiivinen eron kustannusvaikutus Erinomainen 30 240 7200 750 m * 30 /m Keskinkertainen 30 265 7950 = 22500 Vertailu: Suomi keskiarvo 30 292 8760 *Energiakaivon porauskustannukset on arvioitu vuoden 2014 yleisen hintatason mukaan
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 8 (10) Erinomainen ) ja 2,55 W/(mK) (pyterliitti rapakivi; Geoenergiapotentiaalikartassa luokiteltu Keskinkertainen ). Kallioperän lämpötila asetettiin kaikissa laskelmissa niin, että se vastaa Etelä-Suomen keskimääräisiä arvoja: maanpinnan vuosittainen keskilämpötila oli kaikissa laskelmissa 6 C ja lämpö-tilan nousu syvemmälle mentäessä oli noin 1 C / 100 m. Taulukon 1. mukaisesti kivilaji vaikuttaa selvästi (jopa 25 m) jo yksittäisen energiakaivon mitoitukseen, ja suurempien kenttien mitoituksessa vaikutus kertaantuu. Rivitalon osalta on esitetty kaksi vaihtoehtoista mitoitusta (kaivot alle 200-metrisiä tai alle 300-metrisiä), kun lämmönjohtavuus on 3,45 W/(mK). Kustannusvaikutukset on laskettu siten, että energiakaivon porauskustannukseksi on arvioitu 30 /m vuoden 2014 yleisen hintatason mukaan. Laskelmista voi huomata myös, että kentän koko ei kasva lineaarisesti energiantarpeen kasvaessa. Näin ollen, vaikka 25 MWh/v kuluttavalle rakennukselle riittääkin tässä tapauksessa aktiivisyvyydeltään 150 m kaivo, 10*25 MWh/v=250 MWh/v kuluttavalle rakennukselle ei riitä 10*150 m energiakaivojen aktiivisyvyyttä. Jotta Etelä-Kymenlaakson paikallisia kallioperän ominaisuuksia voisi geoenergian kannalta verrata muualle Suomeen, taulukossa on esitetty vastaavat mitoitukset myös, kun lämmönjohtavuus on Suomen kivilajien keskimääräinen lämmönjohtavuus 3,24 W/(mK), maanpinnan keskilämpötila on 4,5 C ja lämpötila nousee kallioperässä syvemmälle mentäessä oli noin 1 C / 100 m. Tällainen tilanne voisi olla Keski-Suomen korkeudella. Vertailusta huomaa, että Etelä-Kymenlaakson korkeampi lähtölämpötila kalliossa ja suurella alueella myös kivilajin lämmönjohtavuus vaikuttavat edullisesti geoenergian hyödyntämiseen. Laskelmia ei voida suoraan hyödyntää alueen kiinteistöjen energiakaivojen tai -kaivokenttien mitoittamisessa vaan tarkempi mitoitus tulisi tehdä. Todellisuudessa kaivojen mitoitukseen vaikuttaa myös mm. energian kulutuksen (lämmitys/viilennys) kuukausijakautuma sekä kaivojen sijoitus ja keskinäiset etäisyydet. YHTEENVETO JA JATKOSELVITYSTARPEET Tehdyn selvityksen perusteella kohdealueen geoenergiapotentiaali on suurelta osin erinomainen (Kuva 5). Rapakivien lämmönjohtavuus on korkeampi kuin Suomen kallioperän kivilajeissa keskimäärin. Pyterliitti poikkeaa saatavilla olleiden mittaustulosten perusteella muista rapakivityypeistä alhaisemman lämmönjohtavuuden perusteella (Kuva 4.). Maapeitteen suuri paksuus ja kallion alhaisempi lämmön- johtavuus heikensivät geoenergiapotentiaalia paikallisesti. Alueilla, joissa on paksumpi maapeite, kannattaa tutkia mahdollisuutta hyödyntää maalämpöä vaakaputkiston avulla. Menetelmä sopii erityisesti taajamien ulkopuolelle maaseudulle. Nämä alueet eivät erotu tässä geoenergiapotentiaalikartassa koska tässä selvityksessä keskityttiin energiakaivojen avulla hyödynnettävään kalliolämpöön. Geoenergiapotentiaalikartta on suuntaa antava ja sitä voidaan käyttää alustavaan tarkasteluun kohdealueella. Kiinteistöjen energiakaivojen tai -kaivokenttien mitoitus tulee tehdä aina kohdekohtaisesti, jolloin paikalliset olosuhteet ja kohdekohtainen energiakulutus tulevat huomioiduksi. Alueellista tarkastelua voidaan parantaa sekä kallioperätiedon että maapeitetiedon osalta. Maapeitteen paksuuskartan alueellista tarkkuutta saadaan parannettua lisäämällä tarkkoja syvyystietoja alueille, joista
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 9 (10) ei ole suoria mittaustietoja. Kuntien hallussa olevat syvyystiedot olisi ensimmäinen luonteva tapa lisätä maapeitteen paksuuskartan tarkkuutta. Tässä tutkimuksessa maanpeite laskettiin suoraan syvyysarvoista olettamalla kairauksen lähtötaso nollaksi. Kohteellisessa tutkimuksessa olisi mahdollista laskea todellisista lähtötasoista kallion pinnan tasot ja interpoloida niistä tiedoista kallion pinnan korkeustason. Tällöin laserkeilaus-korkeusmallin avulla saataisiin tarkempi arvio maapeitteen paksuuden vaihteluista. Kuntien hallussa olevien syvyysaineistojen avulla mittauspisteiden läheisyydessä olisi mahdollista tehdä tarkennuksia ja mahdollisesti jakaa maapeitteen paksuus vielä yhteen ylimääräiseen luokkaan (esim. alle 10 m, 10 20 m, 20 30 m, yli 30 m). Tässä selvityksessä maapeitepaksuuden keskiluokka (10 30 m) on geoenergian hyödynnettävyyden kannalta laaja, ja lisäselvitys toisi karttaan kohteiden kannalta merkittävää tarkennusta. Pohjaveden pinnan tasosta olisi mahdollista saada tietoa harjualueilta sekä pistemäisesti kallioporakaivoista. Kallioperässä ei voida määrittää yhtenäistä pohjavedenpinnan asemaa, koska vesi liikkuu kalliossa raoissa ja ruhjeissa. Selvityksessä oli käytettävissä kallion lämmönjohtavuusmittauksia vain kohdealueen länsipuolelta. Viipurin rapakivimassiivi on kuitenkin kallioperäkartoitustietojen perusteella rapakivityyppien osalta melko yhtenäinen alue. Rapakivien lämpöominaisuudet ovat kauttaaltaan melko hyvät. Massiivin alueen laajuus huomioon ottaen voidaan arvioida kalliossa olevan kuitenkin vaihtelua mineraalikoostumuksessa ja rakenteessa. Yleisluontoinen maastohavainnointi eri rapakivityypeistä, näytteenotto ja systemaattinen lämpöominaisuuksien mittaus toisi lisää tarkkuutta alueelliseen karttakuvaan. On mahdollista, että kivilajit voitaisiin jakaa lisätutkimusten perusteella useampaan luokkaan, ja tällä olisi alueen geoenergiakohteiden kannalta selvää lisäarvoa. Potentiaalikartta soveltuisi tarkennusten myötä paremmin geoenergiaprojektien esisuunnittelun työkaluksi. KIRJALLISUUSVIITTEET: Juvonen, J. & Lapinlampi, T., 2013. Energiakaivo Maalämmön hyödyntäminen pientaloissa. Ympäristöopas 2013. Ympäristöministeriö. 64 s. Järvimäki, P. and Puranen, M. 1979. Heat Flow Measurements in Finland. In: V. Cermák and L. Rybach (eds.). Terrestrial Heat Flow in Europe. Springer-Verlag. Berlin Heidelberg. 1979. 172-178. Kivekäs, L. 1978. Prospecting for Geothermal energy in Finland: Geothermal data. In: Svensson, C. and Larson, S.Å. (eds). Nordic Symposium on Geothermal Energy. Chalmers University of Technology and University of Göteborg. Sweden. 112-119. Kukkonen, I. and Lindberg, A. 1998. Thermal properties of rocks at the investigation sites: measured and calculated thermal conductivity, specific heat capacity and thermal diffusivity. POSIVA. Working Report 98-09e. 28 p. Normilämpökaivon kriteerit, 2009. [WWW-dokumentti]. Suomen Kaivonporausurakoitsijat ry Poratek. [Viitattu 3.12.2014]. <http://www.poratek.fi/fi/lampokaivot/normilampokaivon+kriteerit/ > Peltoniemi, S., 1996. Relationship between thermal and other petrophysical properties of rocks in Finland. Helsinki University of Technology, Espoo, 100 pp.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 10 (10) Peltoniemi, S. and Kukkonen, I. 1995. Kivilajien lämmönjohtavuus Suomessa: yhteenveto mittauksista 1964-1994. Geol. Surv. Finland, Interim Rep. Q18/95/1, 14 p. Peltoniemi, S. and Kukkonen, I. 1997. Thermal Properties of Rocks in Finland. Finnish Association of Mining and Metallurgical Engineers, Geological Committee. Publication Series A, N:o 106. 91 p. 2 app. Simonen, A. 1987. Kaakkois-Suomen rapakivimassiivin kartta-alueiden kallioperä. Kallioperäkartan selitys. 1 : 100 000 Geological map of Finalnd. Karttalehdet 3023+3014, 3024, 3041, 3042, 3044, 3113, 3131, 3133. Geologian tutkimuskeskus.