Geotermisten laitosten soveltuvuus Suomeen
Rasku, Antti (2022)
Rasku, Antti
2022
Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering and Natural Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2022-02-04
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202201241559
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202201241559
Tiivistelmä
Ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi fossiilisista polttoaineista on luovuttava energiantuotannossa, ja etsittävä tilalle uusia vähäpäästöisempiä energialähteitä. Geoterminen energia on yksi uusiutuvan energian muodoista, jonka energia on peräisin maapallon ytimessä sijaitsevien radioaktiivisten aineiden hajoamisesta. Geotermistä energiaa on hyödynnetty jo pitkään luonnollisista esiintymistä kuten kuumista altaista ja lähteistä, mutta nykyään tuotantoa pyritään tehostamaan luomalla keinotekoisia esiintymiä syvälle kallioperään. Työn tavoitteena on kerätä tietoa geotermisen energian hyödyntämisestä ja löytää keskeisimmät haasteet kehitykselle Suomessa.
Nykyään parhaana tapana hyödyntää geotermistä energiaa pidetään EGS-laitosta (Enhanced Geothermal Systems), jonka tavoitteena on luoda toimiva geoterminen lähde paikkaan, joka ei sellaisenaan sovellu geotermisen energian käyttöön. Tämä toteutetaan poraamalla kallioperään vähintään kaksi syvää kaivoa, joita stimuloimalla kasvatetaan kallioperän veden- ja lämmönjohtokykyä. Maan pinnalla sijaitsee laitos, joka kierrättää vettä kallioperässä kaivoja pitkin ja muuntaa vastaanotetun lämmön sähköksi tai käyttää sen suoraan lämpönä.
Geoterminen laitos ei tuota käyttövaiheessaan lainkaan kasvihuonekaasupäästöjä, mutta rakennusvaiheessa etenkin kaivojen poraaminen kuluttaa paljon fossiilisia polttoaineita. Niistä koituvia kasvihuonekaasupäästöjä voidaan vähentää sähköistämällä porauskoneistoa, ja tuottamalla niiden tarvitsema sähkö vähäpäästöisesti. Lisäksi poraamisvaiheessa pienten maanjäristysten riski kasvaa, joten seismistä aktiivisuutta on monitoroitava ympäröivien ihmisten ja rakennusten suojelemiseksi. Geotermisillä laitoksilla on suuret alkukustannukset johtuen poraamisen kalleudesta, mutta muiden uusiutuvien energialähteiden tapaan pienet muuttuvat kustannukset. Tuotetun energian hinta on muita uusiutuvia vakaampi, sillä geoterminen laitos kykenee tuottamaan energiaa tasaisesti ympäri vuorokauden.
Suomessa geotermiset laitokset ovat vasta pilottivaiheessa, mutta Euroopassa on jo toiminnassa olevia laitoksia. Niistä ensimmäinen kaupallisen koon voimalaitos sijaitsee Ranskassa. Työssä tarkastellaan kahta ranskalaista laitosta, joista toinen tuottaa sähköä ja toinen lämpöä. Muita tarkasteltavia laitoksia ovat Italian Ferraran laitos, joka toimii osana kaukolämpöjärjestelmää, sekä Gross Schönebeckin koelaitos, jossa testattiin geotermisen laitoksen suorituskykyä.
Suomen geologiset olosuhteet ovat haastavat geotermisen energian hyödyntämiselle, mutta suuren lämmöntarpeen vuoksi toimivat geotermiset lämpölaitokset ovat houkutteleva vaihtoehto tulevaisuuden Suomelle. Otaniemessä pian valmistuva EGS-pilottihanke antaa arvokasta tietoa geotermisen energian soveltuvuudesta käytännössä. Syvä poraaminen muodostaa suurimmat taloudelliset kustannukset ja riskit, joita tulee pienentää tuin ja lainsäädännöllisin keinoin. Lisää tutkimustietoa tarvitaan Suomessa jokaiselta geotermisen energian osa-alueelta, ja tätä tutkimusta tulee tukea taloudellisesti. Kokonaisuutena geotermistä energiaa voidaan pitää potentiaalisena vaihtoehtoja korvaamaan fossiilisia polttoaineita myös Suomessa.
Nykyään parhaana tapana hyödyntää geotermistä energiaa pidetään EGS-laitosta (Enhanced Geothermal Systems), jonka tavoitteena on luoda toimiva geoterminen lähde paikkaan, joka ei sellaisenaan sovellu geotermisen energian käyttöön. Tämä toteutetaan poraamalla kallioperään vähintään kaksi syvää kaivoa, joita stimuloimalla kasvatetaan kallioperän veden- ja lämmönjohtokykyä. Maan pinnalla sijaitsee laitos, joka kierrättää vettä kallioperässä kaivoja pitkin ja muuntaa vastaanotetun lämmön sähköksi tai käyttää sen suoraan lämpönä.
Geoterminen laitos ei tuota käyttövaiheessaan lainkaan kasvihuonekaasupäästöjä, mutta rakennusvaiheessa etenkin kaivojen poraaminen kuluttaa paljon fossiilisia polttoaineita. Niistä koituvia kasvihuonekaasupäästöjä voidaan vähentää sähköistämällä porauskoneistoa, ja tuottamalla niiden tarvitsema sähkö vähäpäästöisesti. Lisäksi poraamisvaiheessa pienten maanjäristysten riski kasvaa, joten seismistä aktiivisuutta on monitoroitava ympäröivien ihmisten ja rakennusten suojelemiseksi. Geotermisillä laitoksilla on suuret alkukustannukset johtuen poraamisen kalleudesta, mutta muiden uusiutuvien energialähteiden tapaan pienet muuttuvat kustannukset. Tuotetun energian hinta on muita uusiutuvia vakaampi, sillä geoterminen laitos kykenee tuottamaan energiaa tasaisesti ympäri vuorokauden.
Suomessa geotermiset laitokset ovat vasta pilottivaiheessa, mutta Euroopassa on jo toiminnassa olevia laitoksia. Niistä ensimmäinen kaupallisen koon voimalaitos sijaitsee Ranskassa. Työssä tarkastellaan kahta ranskalaista laitosta, joista toinen tuottaa sähköä ja toinen lämpöä. Muita tarkasteltavia laitoksia ovat Italian Ferraran laitos, joka toimii osana kaukolämpöjärjestelmää, sekä Gross Schönebeckin koelaitos, jossa testattiin geotermisen laitoksen suorituskykyä.
Suomen geologiset olosuhteet ovat haastavat geotermisen energian hyödyntämiselle, mutta suuren lämmöntarpeen vuoksi toimivat geotermiset lämpölaitokset ovat houkutteleva vaihtoehto tulevaisuuden Suomelle. Otaniemessä pian valmistuva EGS-pilottihanke antaa arvokasta tietoa geotermisen energian soveltuvuudesta käytännössä. Syvä poraaminen muodostaa suurimmat taloudelliset kustannukset ja riskit, joita tulee pienentää tuin ja lainsäädännöllisin keinoin. Lisää tutkimustietoa tarvitaan Suomessa jokaiselta geotermisen energian osa-alueelta, ja tätä tutkimusta tulee tukea taloudellisesti. Kokonaisuutena geotermistä energiaa voidaan pitää potentiaalisena vaihtoehtoja korvaamaan fossiilisia polttoaineita myös Suomessa.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8354]