Lämpöä maan uumenista

Suomalainen insinööri menee vaikka läpi harmaan kiven. Ja jatkaa saman tien työhön ryhtyessään yli kuusi kilometriä, suoraan maanpinnasta alaspäin.

St1:n Maasta lämpöä -yksikön johtaja Matti Pentti kertoo, että temppu on nyt tehty – ja peräti kahdesti. Otaniemessä geolämpövoimalaa varten poratut kaivot, 6,4 ja 6,1 kilometriä, ovat maailman syvimmät lämpökaivot.

– Laitoksen haastavin osuus eli poraus on saatu valmiiksi. Jäljellä on maanpäällisiä rakennus- ja asennustöitä, muun muassa putkien, pumppujen ja lämmönvaihtimien asentaminen. Tämän jälkeen voimala voidaan liittää Espoon kaukolämpöverkkoon. 

Suunnitelmissa on, että koeajot alkavat vuoden vaihteessa.

– Arvio on, että voimalan lämmöntuotto kattaisi jopa 10 prosenttia Espoon kaukolämmöntarpeesta.

Täysin päästötöntä energiaa

Pentti näkee geolämmössä valtavasti mahdollisuuksia.

– Geolämpö on täysin puhdasta, päästötöntä energiaa, jossa ei edes polteta mitään, vaan hyödynnetään syvälle maahan sitoutunutta lämpöä.

Hän mainitsee, että tuotanto ei tarvitse kiertovesipumppujen ja säätölaitteiden sähkön lisäksi tuekseen mitään muuta primäärienergiaa, ei esimerkiksi lämpöpumppuja. Toimintavarmuus on huippuluokkaa ja täysin riippumatonta sääoloista.

– Laitoksen tilantarvekin on pieni. Työmaa-aikana tilaa vaadittiin noin jalkapallokentän kokoinen alue ja kun kaikki on Otaniemessä valmista, niin näkyviin jää vain pari teräksistä kaivonkantta. Laiteasennukset tehdään olemassa olevan Fortumin lämpökeskuksen sisällä olevaan tilaan.

Geolämpö on tietenkin kiinnostava ratkaisu tilanteessa, jossa ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi kasvihuonepäästöjä on leikattava voimakkaasti.

– Ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi tarvitaan monia eri keinoja; meidän on päästävä ensin eroon hiilen, mutta tämän jälkeen myös esimerkiksi biomassan polttamisesta. Geolämpö sopii hyvin samaan palettiin muiden päästöttömien energiantuotantotapojen rinnalle.

”Jos onnistuu Suomessa, niin onnistuu myös muualla”

Geolämpövoimaloita on käytössä jo esimerkiksi Islannissa, Ranskassa ja Saksassa. Niissä puhutaan kuitenkin huomattavasti vaatimattomammista syvyyksistä.

– Halusimme osoittaa, että jos Suomeen, maailman vanhimpaan peruskallioon ja äärimmäiseen kovaan graniittiin voidaan rakentaa geolämpövoimala, niin sellainen pystytään rakentamaan periaatteessa minne vain.

St1:llä onkin jo seuraavat projektit katsottuna. Turkuun on suunnitteilla geolämpövoimala, josta tosin tehdään lopullinen päätös vasta sitten, kun kaavoitus- ja lupa-asiat selviävät. 

– Lisäksi syvennämme parhaillaan Ruotsin Malmössä geolämpövoimalan koekaivoa kahdesta kilometrista neljään kilometriin.

Vettä kuivan kiven sisälle

Otaniemen geolämpövoimalan toimintaperiaate on sinänsä yksinkertainen. Siinä maankuoressa kuumentunut vesi pumpataan toisen kaivon kautta ylös maanpinnalle. Veteen sitoutunut lämpö otetaan talteen lämmönsiirtimillä ja luovutetaan kaukolämpöverkkoon. Jäähtynyt vesi palaa takaisin maankuoreen kuumenemaan uudelleen.

– Maan syvyyksissä vesi on 120-130 asteista, maan päälle noustessaan 110 asteista.

Pentti mainitsee, että Espoossa on kyse EGS- eli Engineered Geothermal System -tekniikasta, jossa maankuoreen, kuivaan kiveen, tuodaan vettä. 

– Euroopassa tähän mennessä käyttöön otetut geolämpövoimalat ovat olleet hydrotermisiä laitoksia. Niissä hyödynnetään maankuoressa jo valmiina olevia vesiesiintymiä.

EGS-tekniikalla ei ole aikaisemmin pystytty toteuttamaan geolämpövoimalaa vastaaviin syvyyksiin. Esimerkiksi Sveitsin Baselissa, missä kaivettiin taannoin noin viiden kilometrin lämpökaivot ja paineistettiin niitä vedellä, yritys päätyi maanjäristykseen. Geopower Basel -yhtiö joutui korvaamaan maanjäristyksestä rakennuksille aiheutuneita vahinkoja.

Hallittuja mikromaanjäristyksiä

Mutta miten Otaniemessä sitten onnistuttiin tehtävässä?

– Työt alkoivat jo vuonna 2016 kallioperän huolellisella tutkimuksella; teimme muun muassa kahden kilometrin syvyisen testikaivon. Luotasimme tarkoin myös maankuoren ääniä ja niitä ääniä, jota syntyvät maan päällä, käytännössä Helsingin rakennustyömailla. Näiden perusteella voitiin päätellä esimerkiksi maankuoren luontaiset liikkeet ja poissulkea ihmisen aiheuttamat värähtelyt.

Kun ensimmäinen kaivo oli saatu valmiiksi, niin vuorossa oli stimulointivaihe. Kaivoon syötettiin 18 miljoonaa litraa espoolaista makeaa vettä, jotta se avaisi maan kuoressa uusia reittejä. Veden virtaamia seuraamalla saatiin selville, mihin toinen kaivo, josta vesi nostetaan ylös, kannattaa porata.

Stimulointivaiheen aikana työmaalla seurattiin tarkkaan minkälaisia pieniä maanjäristyksiä vesi synnyttää ja edettiin hyvin varovaisesti. 

– Käytössämme oli tiukat raja-arvot, joiden mukaan säätelimme veden virtaamaa. Pienet mikromaanjäristykset kuuluvat asiaan, mutta ne eivät saa tietenkään kasvaa liian isoiksi.

Pentin mukaan geolämpövoimalan rakentaminen aiheutti hyvin vähän häiriöitä maan päällä. Pääkaupungin seudulla asuvat saattoivat toki toisinaan havahtua mikromaanjäristysten aiheuttamiin ääniin, ikään kuin mataliin murahduksiin maan alta.

– Äänet olivat joskus kohtuullisen voimakkaitakin. Tämä johtui siitä, että pääkaupunkiseudulla kallioperä jatkui maan pinnalle saakka eikä kallion päällä ollut juurikaan ääntä vaimentavia pehmeän maan kerroksia. 

Tietotaitoa seuraaviin hankkeisiin

Myös itse poraustyössä tarvittiin paljon insinööritaitoa. Pentti kuvailee, että lopputulos on se, mitä suunniteltiin, mutta kaikki ei matkan varrella mennyt niin kuin oli etukäteen ajateltu. 

Työkaluna oli 450 tonnin nostokapasiteetin poraustorni, jonka kaltaisia käytetään tavallisesti kuivan maan öljy- ja kaasukentillä. Suoraan alaspäin edettiin vasaraporauksella, muuten kierreporauksella. Äänihaittojen minimoimiseksi laite oli sähkökäyttöinen.

Mutta kun poraustornia operoitiin yks yhteen suuren maailman öljy- ja kaasukentiltä tutulla tavalla, niin suomalainen graniitti ei tahtonutkaan antautua. Varsinkin vasaraporaaminen oli aluksi hyvin hidasta ja rullaporauksen terät kuluivat nopeasti.

– Jouduimme hyppäämään itse tuotekehityspuolelle ja etsimään kumppaneidemme kanssa juuri oikeanlaiset terät, kierrosnopeudet ja paineet. Suomalaista erikoisosaamista tarvittiin myös siinä, että kaivannot saatiin pidettyä auki porauskemikaalien avulla.

Matti Pentti korostaa, että Otaniemen geolämpövoimala on tutkimus- ja kehityshanke. St1 on sijoittanut projektiin merkittäviä summia.

– Saimme valtavasti tietotaitoa, jota voimme hyödyntää jatkossa. Seuraaviin hankkeisiin on nyt paljon helpompi lähteä.

Teksti: Matti Välimäki