Pohjavesienergia Kokkola Material Week, 1.11.2016 Teppo Arola
Pumpatusta pohjavedestä otetaan talteen lämmönsiirtimellä joko lämpöenergia / kylmäenergia ja vesi injektoidaan takaisin. ATES (aquifer thermal energy storage) pohjaveteen varastoidaan energiaa.
ATES esimerkki Arlandan lentokenttä Kuva: Arlanda Energi Ab:n ystävällisellä luvalla
Pohjavesienergiakaivoja Kuva: Arlanda Energi Ab:n ystävällisellä luvalla
Pohjaveden energiapotenaali Suomessa Arola, 2015. Groundwater as an Energy Resource in Finland
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 0439801 Lahti Lahti Urban 2744.61 II 26554 59054 78850 39526 89605 114537 1 1014503 Koskenkorva Ilmajoki Urban 1117.94 II 10816 24054 32117 16100 36498 46653 2 0161251 A Porvoo Porvoo Urban 1005.16 I 10326 23188 31154 15408 35572 46004 3 0185803 Rusutjärvi Tuusula Urban 977.75 I 10045 22556 30305 14988 34602 44749 4 0439801 Lahti Lahti Industrial 1026.55 II 9932 22087 29492 14784 33514 42840 5 11244001 Kempeleenharju Kempele Urban 938.55 III 8581 18920 25127 12745 28438 35990 6 0110651 Hyvinkää Hyvinkää Urban 704.07 II 6812 15149 20227 10139 22986 29382 7 0517351 A Joutsenonkangas Lappeenranta Urban 654.15 II 6329 14075 18793 9421 21356 27299 8 0260903 Karjaranta* Pori Urban 612.50 I 6292 14130 18984 9389 21676 28033 9 0406101 Vieremä Forssa Urban 612.05 II 5922 13169 17584 8814 19982 25542 10 1153503 Hitura* Nivala Industrial 612.50 III 5600 12347 16398 8317 18559 23487 11 0498051 Ylöjärvenharju Ylöjärvi Urban 551.80 II 5339 11873 15853 7947 18015 23028 12 0142851 Tytyri* Lohja Industrial 510.42 I 5244 11775 15820 7824 18063 23361 13 0142851 B Lohjanharju Lohja Urban 485.71 I 4990 11205 15054 7446 17189 22230 14 0109201 Valkealähde Vantaa Industrial 479.79 I 4929 11068 14871 7355 16979 21959 15 0540501 A Huhtiniemi Lappeenranta Urban 495.22 II 4791 10655 14227 7132 16168 20666 16 1269802 Kolpene Rovaniemi Urban 580.47 IV 4781 10393 13677 7075 15383 13686 17 0453252 A Nastonharju- Uusikylä Nastola Urban 473.26 II 4579 10183 13596 6815 15451 19750 18 0409852 Salpakangas Hollola Urban 439.26 II 4250 9451 12619 6326 14341 18331 19 0977401 Mutapohja Äänekoski Urban 452.18 III 4134 9115 12106 6140 13701 17339 20 0409851 Kukonkoivu-Hatsina Hollola Urban 140.57 II 1360 3025 4038 2024 4589 5866 100 0293252 Vilpeenharju Ylöjärvi Urban 75.19 II 727 1618 2160 1083 2455 3138 200 0260901 Ulasoori-Vähärauma Pori Industrial 42.58 I 437 982 1320 653 1507 1949 300 0575412 Pappila Kouvola Urban 31.35 II 303 675 901 452 1024 1308 400 0941012 Vihtavuori Laukaa Industrial 24.03 III 220 484 643 326 728 921 500 Rank number Arola, 2015. Groundwater as an Energy Resource in Finland
Pohjaveden energiakäytön tehostaminen Aurinkoenergian käyttö pohjaveden lämpötilan nostamiseen. Energian varastoinnin kehittäminen Urbanisoituminen (urban heat island effect) nostaa pohjaveden lämpötilaa Arola, 2015. Groundwater as an Energy Resource in Finland
Järjestelmän suunnittelu - perusteet
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
Suunnittelu pohjaveden mallinnus
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.
Esimerkkilaskelma pohjavesienergiapotentiaalista, Kaarninko Turku
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. 11 300 m 2 Ns. passiivitalo vastaavasti, mitoitusteho x on 32 W/m - lämmityspotentiaali: n. 15 200 m 2 Huom. Laskennassa oletettu, että 100% lämmitetään geoenergialla ei kokonaistaloudellisin lähtökohta. x mitoitusteholaskennat: Aalto yliopisto energiatekniikan laitos, 2012.
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.
Kiitos!