Geoenergiatutkimus - Poratekporatek.fi/wp-content/uploads/2018/11/Geoenergiatutkimus...Kohti hiilineutraalia Suomea mutta miten? •Mikään yksittäinen energianlähde ei ole sellaisenaan

Geoenergiatutkimus

PORATEK GEOENERGIASEMINAARI 25.10.2018

ENERGIA 2018

1 Geoenergiaseminaari

GTK:n perustehtävä

• Kartoittaa ja tutkii maankamaraa, sen luonnonvaroja ja niiden kestävää käyttöä.

• Tuottaa geologista perustietoa päätöksentekijöille ja lisäarvoa elinkeinoelämälle.

• Vahvistaa alueiden kehittämistä.

• Vastaa alansa kansallisesta tietopalvelusta.

• Tuottaa asiakkaiden tarvitsemia palveluja.

• Toimii aktiivisesti kansainvälisissä verkostoissa ja projekteissa.

GTK:n toimipaikat ja tulosyksiköt 1.1.2018 alkaen

3

• Yhdyskunnat ja geoenergia

• Kalliorakentaminen ja sijoituspaikat

• Ympäristögeologia

• Merigeologia

• Mineraalitalous ja malmigeologia

• Malmit ja teollisuusmineraalit

• Mineraalitekniikka ja materiaalit

• Turvevarannot

• Pohjavesi

• Geofysiikan sovellukset

• Tuotantoympäristöt ja kierrätys

• Alueellinen geotieto

• Geotietovarannon hallinta

• Digitaaliset tuotteet ja palvelut

Geoenergiaseminaari

4

Geoenergia osana GTK:n toimintaa 2018:

• Geoenergian henkilöstö (11 hlöä) sijoittuu Kokkolan ja Espoon aluetoimistoihin. Toiminta-alueena on koko Suomi

• Tietoa alan toimijoille, viranomaisille ja poliittiseen päätöksentekoon

• Skandinaavinen ja kansainvälinen yhteistyö ja projektitoiminta

• Kohdennetut geoenergiatutkimuspalvelut:

• Karttatietopalvelut

• Termiset vastetestit ja lämpötilamittaukset koekaivoissa

• Energiakaivokenttien mitoitus ja mallinnus kiinteistö-/aluekohtaisesti

• Energiakaivokenttien lämpötilamonitorointi ja käytön ohjaus

• Pohjavesienergiakohteiden suunnittelu ja mallinnukset

• Alueelliset geoenergiapotentiaaliselvitykset kaavoituksen tueksi

Geoenergiaseminaari

Missä mennään vuonna 2018

• Porataan yhä syvemmälle

• 300−400 metriä on normaali syvyys

• 500−800 metriset kaivot ovat jo mahdollisia

• 1000- 2000 metriä tavoitteena seuraavaksi

• Pohjavesivarantojen hyödyntäminen kiinnostaa

• Energian geologiseen varastointiin orastavaa kiinnostusta

• Geoterminen energia pilotoidaan St1:n Deep Heat projektissa.

Geoenergiakohteiden tutkimuksia

Geoenergiaseminaari 6

Sipoon energiakaivokentän suunnittelu ja seuranta – 10 vuotta!

7

2008

• Geologinen tutkimus tontilla

• Tontille porataan 3 koekaivoa

• TRT-mittaukset eli termiset vastetestit koekaivoissa

• Energiakaivokentän tietokonemallinnus ja mitoitus

2009

• Lopullinen energiakaivokentän mitoitus ja simulointi

• Energiakaivojen poraukset

• Lämpötilan monitorointijärjestelmän suunnittelu

2010−2011

• Lämpötilan monitorointijärjestelmän eli valokuitujen asennukset

2012

• Logistiikkakeskuksen käyttöönotto

2018

• 6 vuotta energiakaivokentän monitorointia takana

• GTK julkaisee tuloksia IGSHPA:n konferenssissa Tukholmassa

Geoenergiaseminaari

3D- malli: S-ryhmä Sipoon logistiikkakeskuksen

kaivokenttä


150 kpl 300 metriä syviä kaivoja


Lämpötilojen monitorointi

Lämpötilojen monitorointi

• 19 monitoroitavaa kaivoa, joista

• 15 kpl tyhjiä tutkimuskaivoja

• 4 kpl putkitettuja aktiivikaivoja

• Lämpötila mitataan kaivojen vesitilasta metrin syvyysvälein 0,1 asteen tarkkuudella

Energiakaivokentän vaikutusalue maankamarassa


Tutkimustuloksista tarkemmin:

https://igshpa.org/2018/research-conference-sweden/

Korhonen, Leppäharju, Hakala, Arola: Simulated temperature evolution of large BTES – case study from Finland







Kokemukset Sipoon kentästä


• Ennen suunnittelua paikalliset tutkimukset tontilla paljastivat pinnan alta kaivokentän mitoitukseen vaikuttavia tekijöitä

• Mm. kivilajit ja lämpötila

• Käyttöönottovaiheessa monitoroinnin avulla havaittiin virheitä ja järjestelmää säädettiin

• Kaivokenttää ei ole käytetty suunnitelman mukaisesti

• Hybridi järjestelmä olisi suunniteltava ketteräksi kokonaisuudeksi, jossa eri energiamuodot tukevat toisiaan

• Lämpötilamonitorointi turvaa energian riittävyyden ja mahdollistaa kentän käytön optimoinnin, vaikka suunnitelmasta poikettaisiin

Lisää geoenergiajärjestelmän joustavuutta ja luotettavuutta

Geoenergiapotentiaalin arviointi


13

Suomen kallioperän geoenergiapotentiaali

• Vuonna 2016 julkaistiin versio 1.0

• Mittakaava 1:1 000 000

• Laadullinen, yhteismitallinen arvio potentiaalista

• Ei tarkoitettu kohteelliseen tarkasteluun

• Huomioitu kivilajit, maapeitteen paksuus ja maankamaran lämpötila

Potentiaaliltaan heikommilla alueilla on porattava syvemmälle

• Potentiaalikartasta julkaistaan versio 2.0 tänä vuonna

• Määrällinen arvio maankamaraan varastoituneesta energiasta/ uusiutuvasta tehosta

Geoenergiaseminaari

Geoenergiapotentiaali mukaan kaavoitukseen

Tarkennettu geonergiapotentiaalikartta voidaan toteuttaa haluttuun mittakaavaan

(maakunta-, yleis-, asemakaavataso) Geoenergiaseminaari 14


CASE: Turun geoenergiapotentiaali

16

CASE: Otaniemen geoenergiapotentiaali

• Ensimmäinen “korttelitason” 1:10 000 selvitys GTK tekemänä

• Työn tilaaja:Aalto-yliopistokiinteistöt

• Osa Energiaomavarainen Otaniemi 2030 –hanketta

• Tavoite: kartoitus palvelisi aluesuunnittelua, hankesuunnittelua ja alustavia

kustannuslaskelmia

• Tehtiin geofysikaaliset paikkatutkimukset (lämpötilaprofiilin mittaus + TRT-testi) kahdesta tutkimuskaivosta

• Alueen pääkivilajit ovat graniittia (2 eri tyyppiä), vähäisemmässä määrin myös kiillegneissiä ja amfiboliittia

• Maapeitteen paksuus Otaniemessä pääosin ≤ 10 m

• Alueen potentiaali on pääosin erinomainen tai hyvä

Geoenergiaseminaari

17

CASE: Otaniemen geoenergiapotentiaali

Kivilaji k arvio

[W/(mK)] Luokittelu

Graniitti; suuntautunut,

paikoin voimakkaasti

deformoitunut

3,6 Erinomainen

Graniitti; homogeeninen 3,3 Kiitettävä

Kiillegneissi 3,0 Hyvä

Amfiboliitti 2,8 Keskinkertainen

0

50

100

150

200

250

300

7 8 9 10 11

Syvyys

[m

] Lämpötila [°C]

Kaivo 1

Kaivo 2

Geoenergiaseminaari


18

Geoenergiapotentiaali Kivilaji ja maapeitepaksuus

Erinomainen Suuntautunut graniitti ja maapeite ≤ 10 m

Kiitettävä

Suuntautunut graniitti ja maapeite > 10 m

Homogeeninen graniitti ja maapeite ≤ 10 m

Hyvä

Homogeeninen graniitti ja maapeite > 10 m

Kiillegneissi ja maapeite ≤ 10 m

Keskinkertainen Kiillegneissi ja maapeite > 10 m

Amfiboliitti ja maapeite ≤ 10 m

Tyydyttävä Amfiboliitti ja maapeite > 10 m

19

Aalto yliopiston uudisrakennus ”Väre”

Geoenergiaseminaari

Termisen energian geologinen varastointi



Termisen energian geologinen varastointi

Lyhytaikaista varastointia hyödynnetään

jo suurissa geoenergiajärjestelmissä.

Myös pidempiaikainen auringon energian

ja teollisten ylijäämälämpöjen varastointi

on mahdollista

Varastona voi olla porareikäkenttä,

pohjavesimuodostuma, vesitäytteinen

maanalainen tila (tunneli/louhos)

EVAKOT – Energian varastoinnin ja käytön optimoinnin

työkalut


Hankkeessa tutkitaan termisen

energian geologista

pitkäaikaisvarastointia.

Energia on peräisin auringosta tai

teollisuuden hukkalämmöistä.

GTK vastaa varastojen

mitoituksesta, simuloinnista ja

käytön optimoinnista hankkeen

pilottikohteissa.

Pilotit valmiit ja käytössä 2019.

Pilottikohde: Finn Spring Oy:n pullottamo, Toholampi


Porareikävaraston mallinnus (Comsol Multiphysics)


Varastossa yhteensä 61 kpl porareikiä, á 45 m.

Kuumankestävä kollektoriputki. Lämmönsiirtonesteenä vesi


Pohjavesienergia


Pohjavesi energianlähteenä

Pohjavesi on Suomessa käytännössä

hyödyntämätön uusiutuva energialähde

(vrt. Ruotsi yli 160 laitosta, Alankomaat yli 3000)

Soveltuvia kaavoitettuja mutta paikallisia

pohjavesialueita on ympäri Suomen

Muodostumat on koottu pohjaveden

energiapotentiaalikartalle (versio 2.0)

Pohjavedestä hyödynnettävissä oleva

jatkuva teho on yhteensä noin 110 MW

Pohjaveden teoreettinen tuottopotentiaali

960 TWh vuodessa


Pumpatusta pohjavedestä otetaan talteen lämmönsiirtimellä joko

lämpöenergia / kylmäenergia ja vesi injektoidaan takaisin.

. Geoenergiaseminaari 28

ATES esimerkki – Arlandan lentokenttä

Kuva: Arlanda Energi Ab:n ystävällisellä luvalla


Pohjavesienergiaprojekti, Lahti Askon alue


Geoterminen energia



Syvyys (m) T (°C)

500 15

1000 23

2000 39

3000 54

4000 70

5000 86

6000 102

7000 118

8000 133

Graniitti, Etelä-Suomi;

lämpötila syvyyden funktiona

St1 Deep Heat projekti Otaniemi

Tavoitesyvyys n. 6500 metriä saavutettu

ensimmäisessä reiässä , toinen reikä

ulottuu n. 3300 metriin.

Kesällä 2018 syvempään reikään

pumpattiin vettä (stimulointi) ja

mitattiin veden liikettä kallioperässä.

Toisen reiän porausta jatketaan. Poraus

suunnataan mittaustulosten perusteella.

Geoterminen energia – nykytilanne Suomessa

• Suomi on yksi Euroopan kehittyneimmistä maista maalämmön ja – kylmän eli geoenergian tuotannossa.

• 100 % maankamarasta hyödynnetystä lämpö- ja viilennysenergiasta tuotetaan Suomessa toistaiseksi ns. matalana geotermisenä energiana, joka tarkoittaa yleisimmin noin 150 – 300 m syvyydessä olevan geoenergian hyödyntämistä.

• Maankamarasta on mahdollista hyödyntää lämmitysenergiaa myös syvyysväliltä noin 300 – 2000 m. Tätä syvyystasoa kutsutaan nimellä “keskisyvä geoterminen energia”.


Keskisyvä geoterminen energia – mitä tiedetään ja on

mahdollista tehdä?

• Tiedetään keskisyvän geotermisen energian lämmityspotentiaali. GTK tuottaa Suomeen keskisyvän geotermisen energian potentiaalikartan vuoden 2019 aikana.

• Poraustekniikka mahdollistaa kustannustehokkaan reiän porauksen keskisyvän geotermisen energian hyödyntämistasolle.

• Kallioperän lämpötilataso pystytään laskemaan luotettavasti ja kivilajikohtaisesti monilta alueilta olemassa olevien lähtötietojen pohjalta.

• Etelä-Suomen maankamaran teoreettiset lämpötilatasot :


35

-2200.0

-2000.0

-1800.0

-1600.0

-1400.0

-1200.0

-1000.0

-800.0

-600.0

-400.0

-200.0

0.0

2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0 22.0 24.0 26.0 28.0 30.0 32.0

de

pth

[m

]

temp [°C]

Kallioperän mitattuja lämpötiloja – Pohjois-Pohjanmaa

Geoenergiaseminaari

36

Kohti hiilineutraalia Suomea mutta miten?

• Mikään yksittäinen energianlähde ei ole sellaisenaan ympäristöystävällisin

ja kokonaistaloudellisin ratkaisu tulevaisuuden tarpeisiin

• Keskitettyä ja hajautettua tuotantoa ei tulisi eritellä tarkoitushakuisesti

• Aurinko, biomassa, tuuli, ydinvoima, geoenergia ja geoterminen energia –

valitaan kulloiseenkin tarpeeseen sopivin kombinaatio

• Sähkön varastoinnin/kysyntäjouston ohella myös termistä energiaa

varastoidaan ja luodaan joustoa tuotantoon

• Pohjavesienergiaa hyödynnetään

• Digitaalisuus mahdollistajana: termogeologiset aineistot mukana 3D-

kaupunkimalleissa suunnittelun lähtötietoina

Documents

Geoenergiatutkimus - Poratekporatek.fi/wp-content/uploads/2018/11/Geoenergiatutkimus...Kohti hiilineutraalia Suomea mutta miten? •Mikään yksittäinen energianlähde ei ole sellaisenaan