Uraauurtavan geolämpölaitoksen poraukset alkoivat Vantaalla, ja pian se tuo kesän lämpöä talveen – minuutin animaatio näyttää, miten laitos toimii

Kahden kilometriin syvyyteen yltävän monitoimilaitoksen pitäisi valmistua jouluun mennessä.

uusiutuvat energialähteet
QHeatin teknologiajohtaja Rami Niemi seuraa porausten etenemistä Vantaan Varistossa.
Uudenlaisen geolämpölaitoksen poraukset ovat käynnistyneet Vantaan Varistossa. Laitoksesta pitäisi tulla paitsi vähäpäästöisen kaukolämmön lähde, myös lämpövarasto. Animaatio kertoo laitoksen toimintaperiaatteen minuutissa.

Vantaan Varistossa on erikoinen työmaa: kalliopora tekee jo tietään maan uumeniin, mutta tekijät eivät vielä tiedä, mihin porattava kaivo aivan tarkalleen ottaen parhaiten sopii.

Ilmassa on paljon kysymyksiä, joiden vastaukset odottavat parin kilometrin syvyydessä maan alla.

Paikka on kiehtova. Kuin kiteytys suomalaisesta energiamurroksesta.

Naapuritontilla on Martinlaakson lämpövoimala. Kivihiilikasat edustavat mennyttä maailmaa – niistä pitäisi päästä eroon. Turve ja metsähake ovat nykytodellisuutta: ne ovat toistaiseksi merkittävimpiä kivihiilen korvaajia, mutta niidenkin polttoon liittyy monia ympäristökysymyksiä.

Ja vain kivenheiton päässä Martinlaakson kivihiilikasoista porataan kohti tulevaisuutta.

Vantaan Energian Martinlaakson voimalaitos käyttää polttoaineinaan kivihiiltä, metsähaketta ja turvetta. Vantaan Energia teki viime syksynä päätöksen luopua kivihiilestä vuonna 2022.
Metsähaketta ja turvetta säilytetään siiloissa ja kivihiiltä taivasalla Vantaan Martinlaakson lämpövoimalan pihalla. Petteri Juuti / Yle

Tarkoitus on kokeilla uutta teknologiaa ilmastonmuutoksen torjunnassa. Nyt työn alla oleva geolämpökaivo voi olla merkittävä apu kaupunkien lämmittämisessä etenkin Suomen kaltaisissa maissa, joissa kesä on lämmin, mutta talvi kylmä.

– Meillä on kovat tavoitteet fossiilisten polttoaineiden vähentämisessä. Kivihiilestä luovutaan vuonna 2022, ja seuraava askel on päästä eroon lopuistakin fossiilisista. Kyllä siihen tarvitaan erilaisia ratkaisuja, joista tämä geoterminen lämpö on yksi, sanoo Vantaan Energian lämpöliiketoimintajohtaja Ilkka Reko.

Kalliopora poraa geolämpökaivoa kahden kilometrin syvyyteen Vantaan Varistossa..
Kalliopora yrittää porata läpimitaltaan ämpärin kokoisen kaivon kahden kilometrin syvyyteen.Petteri Juuti / Yle

Kahden kilometrin lämpökaivo on merkittävä lämmönlähde

Aloitetaan niistä asioista, joita nyt rakennettavasta laitoksesta tiedetään suurimmalla varmuudella.

Ensiksi poralla tehdään kaksi kilometriä syvä kaivo, jonka halkaisija vastaa kutakuinkin kymmenen litran ämpäriä. Samankaltainen, mutta lyhyempi kaivo on myös Suomen ensimmäisessä kilometriluokan geolämpölaitoksessa Espoon Koskelossa. Se käynnistyi vuoden alussa.

Näiden kilometriluokan geolämpökaivojen pääperiaate on samankaltainen kuin lukuisissa maalämpöä hyödyntävissä rakennuksissa. Maan alle pumpataan kylmää nestettä, joka lämmettyään nostetaan maan pinnalle. Nesteen lämpö siirretään rakennukseen, ja neste palaa taas viileänä maan alle lämpenemään.

Ilmastoystävällisyys perustuu siihen, että laitoksella ei polteta mitään. Sähköä laitos kyllä kuluttaa: yhdellä watilla sähköä saadaan 3–4 wattia lämpöä. Maasta pumpatun lämmön päästöt riippuvat siis sähkön päästöistä, jotka ovat Suomessa jo nyt kohtalaisen matalat ja edelleen pienenemään päin.

Kaivon halkaisija on 17-28 cm. Putken sisähalkaisija on 8-9 cm. Putken eristävä reuna on 2 cm paksu.
Espoon Koskeloon on porattu 1,3 km syvä lämpökaivo, jonka halkaisija on suurimmillaan 28 senttiä. Kaivon pohjalla lämmennyt vesi imetään ylös putkella, jonka sisähalkaisija on 8–9 senttiä. Putken reunoilla on samantapainen eristävä tyhjiö kuin termospulloissa, jotta lämmin vesi jäähtyisi mahdollisimman vähän matkalla maan pinnalle. Petteri Juuti / Yle

Syvemmistä kaivoista saa hieman enemmän lämpöä samalla määrällä sähköä.

Toinen etu on se, että maasta ei tarvitse tehdä reikäjuustoa. Yhden ison kerrostalon tarpeisiin tarvitaan tavanomaisia 300 metriä syviä maalämpökaivoja seitsemän. Se on merkittävä este maalämmön yleistymiselle kaupungeissa, jotka ovat tiiviisti rakennettuja.

Vuoden alussa käynnistyneestä Espoon Koskelon 1,3 kilometrin syvyisestä kaivosta saa lämpöä neljän ison kerrostalon tarpeisiin.

Nyt Vantaalle porataan kahden kilometrin kaivo, josta pitäisi saada samalla periaatteella lämpöä yli kuuden ison kerrostalon tarpeisiin.

Jos kahden kilometrin poraukset onnistuvat, se on jo itsessään merkittävä saavutus ensiaskeleita ottavalle alalle.

Mutta pelkkä syvyys ei ole Vantaalla erikoista.

Kallioporan nuppeja.
Kallioporan toimintaa säädetään useilla vivuilla ja seurataan useilla mittareilla.Petteri Juuti / Yle

Lämpöä kilometrien syvyydestä kaukolämpöverkkoon

Siinä missä Espoon Koskelon geolämpölaitos lämmittää suoraan logistiikkakeskusta, Vantaan Varistossa lämpö siirretään kaukolämpöverkkoon. Näin geolämpöä voi kaupata Vantaan Energian kaukolämpöasiakkaille ilman, että asiakkaiden omille tonteille tarvitsee porata ainuttakaan lämpökaivoa.

Asiakkaan kannalta menetelmän hyvä puoli on helppous. Ja se, ettei tarvitse kuunnella poraamisesta aiheutuvaa meteliä.

Kuulosuojaimet tulevat näet tarpeeseen, kun terä tekee tietään läpi Vantaan kallioperän hitaasti mutta – ainakin kuvauspäivänä – varmasti.

Geolämmön huono puoli on se, että se on vielä selvästi kalliimpi kaukolämmön lähde kuin Vantaan nykyiset laitokset.

Se ei kuitenkaan tarkoita sitä, että geolämmöstä tulisi Vantaan Energian asiakkaille poskettoman kallista. Tosin lopullinen hinta on vielä päättämättä.

Ensinnäkin työ- ja elinkeinoministeriön tuki kattaa liki kolmanneksen laitoksen hinnasta. Tukea tulee 400 000 euroa ja kokonaishinta on 1,4 miljoonan euroa. Geolämpölaitoksen tapauksessa nimenomaan rakentaminen on kallista ja käyttö edullista.

Toiseksi geolämpölaitos tuottaa energiayhtiölle myös säästöjä monipuolisuutensa ansiosta.

Lämpökaivolla yritetään siirtää kesän lämpöä talven varalle

Sen lisäksi, että Variston geolämpökaivosta tulee kaukolämmön lähde, siitä tulee myös kaukolämmön varasto.

Se on todella uutta ja erikoista.

Tähänkin löytyy vertailukohta perinteisestä maalämmöstä. Jos maalämpöjärjestelmä hoitaa myös rakennuksen viilennystä, kesäaikaan maan alle pumpataan lämmintä nestettä. Neste lämmittää kalliota ja nousee viileämpänä ylös. Näin kesän ylijäämälämpöä varastoidaan maahan, ja lämpökaivoja voi käyttää talvella enemmän.

Nyt samaa periaatetta kokeillaan paljon isommassa mittakaavassa, sillä Vantaan Energian kaukolämpöverkossa on suuri tarve lämpövarastolle.

Ensinnäkin Vantaan Energialla on talvipakkasia varten paljon lämpölaitoksia, jotka ovat suurimman osan vuodesta tyhjän panttina. Se on kallista.

Saman ongelman kanssa painivat myös muut suomalaiskaupunkien energiayhtiöt. Tilannetta kuvaavat hyvin Helsingin kaukolämmön kulutustiedot vuodelta 2016, jotka energiayhtiö Helen on julkaissut avoimena datana (Helen) (siirryt toiseen palveluun).

Kaukolämmön kulutus Helsingissä 2016. Tiedot: Helen Oy.
Helsingin kaukolämmön kulutus on huippupakkasilla noin kymmenkertainen kesäpäiviin verrattuna.Petteri Juuti / Yle

Toiseksi Vantaan jätteenpolttolaitos tekee roskista lämpöä läpi vuoden, joten kesällä lämpöä olisi tarjolla enemmänkin kuin mitä tarvetta on. Näin etenkin käynnissä olevan laajennuksen valmistuttua.

Jos yhtiö onnistuu hankkimaan hukkalämpöä esimerkiksi datakeskuksista ja rakennusten jäähdytyksestä, ylimääräisen kesälämmön määrä kasvaa edelleen.

– Jos sitä pystytään varastoimaan ja siirtämään myöhäisempään käyttöajankohtaan, niin sehän on taloudellisesti todella järkevää ja fiksua toimintaa. Siihen pyritään kaikin keinoin, sanoo Vantaan Energian toimitusjohtaja Jukka Toivonen.

Vantaan Energian toimitusjohtaja Jukka Toivonen.
Vantaan energian toimitusjohtaja Jukka Toivonen pitää geolämpöä yhtenä varteenotettavana korvaajana kivihiilelle, jota poltetaan Martinlaaksossa vielä kahtena talvena Petteri Juuti / Yle

– Minua kiinnostaa eniten vuodenaikasiirto. Meillä ei käytännössä ole mitään mahdollisuuksia siirtää energiaa kesästä talveen. Paitsi tämä, kehuu geolämpölaitosta rakentavan Quantitative Heat Oy:n (QHeat) teknologiajohtaja Rami Niemi.

Ainakin pääkaupunkiseudulla ainoa samansuuntainen hanke on Helsingin Kruunuvuorenrannassa. Siellä energiayhtiö Helen säilöö vanhaan öljyluolaan lämmintä merivettä kesällä. Lämpöä pumpataan hiljalleen käyttöön läpi lämmityskauden.

Vanhoja öljyluolia ei kuitenkaan ole liiemmälti tyhjillään.

  • Lisäys 24.9.2020: Viikko jutun julkaisun jälkeen Vantaan Energia julkaisi louhivansa Kuninkaalaan suuren lämpövaraston, jossa säilöttäisiin suuri määrä 140-asteista vettä. Silläkin pyritään siirtämään kesän lämpöä talvelle. Voit lukea varastosta lisää tästä jutusta.

Yöllä voi ladata lämpöä aamupesuja varten

Kesän ja talven välinen kulutusvaihtelu ei ole energiayhtiöiden ainoa päänvaiva.

Vaihtelua on myös päivien välillä, kun säät heilahtelevat.

Lämmön tarve vaihtelee myös vuorokauden sisällä lämpimän veden kulutuksen mukaan. Perinteiset kulutushuiput ovat aamupesujen aikaan ja alkuillasta, kun ihmiset palaavat koteihin.

Vantaan Variston geolämpölaitoksen pitäisi sopia myös tällaisiin lyhyen ajan vaihteluihin.

Tosin tähän ongelmaan energiayhtiöllä on jo nyt ratkaisuja.

Monen lämpövoimalan vierestä löytyy lämpövarasto, joka on käytännössä kuin valtava termospullo.

Helen rakentaa Helsingin Mustikkamaalle isoa lämpövarastoa vanhaan luolaan, jota on käytetty alun perin öljyn varastoimiseen. Sitä voi käyttää enimmillään muutaman päivän mittaiseen kulutuksen tasaamiseen.

Vantaan Energialla uskotaan silti, että geolämpölaitos voi lunastaa paikkansa myös lyhytaikaisena lämpövarastona.

– Meilläkin on 600 kilometriä kaukolämpöverkkoa. Jos tuolta voimalaitokselta lähdetään säätämään tuotantoa, se on todella pitkä matka ennen kuin se vaikuttaa lämpöverkon perukoilla. Tällaisella teknologialla tuotantoa voidaan hajauttaa ympäri verkkoa, sanoo toimitusjohtaja Toivonen.

Kun Vantaan Energia laski yhteen geolämpölaitoksen arvon ympäristöystävällisenä lämmön lähteenä sekä lämmön varastona, oli lopputulos TEMin tuen kanssa kannattava. Jos yksi kolmesta palasesta olisi jäänyt pois, ei työmaan pora nyt pyörisi.

Pientä on helppo kokeilla, merkitys kasvaa monistamalla

Onnistuessaan Vantaan Variston geolämpölaitos on kuin energiatekniikan sveitsiläinen linkkuveitsi.

Linkkuveitset ovat paitsi monipuolisia, myös pieniä. Ja jos asiaa katsotaan energiayhtiön näkökulmasta, geolämpölaitos on todella pieni.

Variston geolämpölaitos voi tuottaa lämpöä suurin piirtein puolen megawatin teholla. Kun Martinlaakson lämpövoimalaitos käy täysillä, se tuottaa lämpöä 390 megawatin teholla ja sähköä 195 megawatin teholla.

Kahden kilometrin geolämpölaitoksia tarvittaisiin siis noin 800 korvaamaan Martinlaakson voimalan lämmöntuotanto talvipakkasella.

Avainsana onkin monistaminen.

Jos teknologia osoittautuu toimivaksi ja sarjatuotanto saa hinnan tippumaan, geolämpölaitoksia on tarkoitus rakentaa ympäri kaupunkia.

Tässä vaiheessa kehitystä pieni koko on etu. Energiayhtiön on helpompi lähteä kokeilemaan uutta, kun kustannukset ovat satojen miljoonien suurlaitosinvestointeihin nähden pienet ja laitos valmistuu nopeasti. Variston geolämpölaitoksen pitäisi käynnistyä jo joulun alla.

Se helpottaa riskinottoa.

"Täysin varmaa ei porauskentällä uskalla luvata"

Vantaan geolämpölaitokseen liittyy ainakin kahdenlaisia riskejä. Ensimmäinen on se, kuinka nyt käynnistyneet poraukset sujuvat.

Myös Suomen ensimmäisen geolämpölaitoksen Espoon Koskelossa piti alun perin ulottua kahteen kilometriin. Mutta 1,3 kilometrin kohdalla porauksessa tuli monenlaisia ongelmia, rahat olivat lopussa ja syvyys riitti jo kattamaan valtaosan lämmitettävän kiinteistön tarpeesta.

Miten käy tällä kertaa?

– No täysin varmaa ei porauskentällä uskalla luvata, naurahtaa QHeatin teknologiajohtaja Rami Niemi.

Sitten ilme vakavoituu.

– Mutta suurella todennäköisyydellä meillä on paljon paremmat eväät päästä kahteen kilometriin, hän vakuuttaa.

QHeatin teknologiajohtaja Rami Niemi seuraa porausten etenemistä Vantaan Varistossa.
QHeatin teknologiajohtaja Rami Niemi seuraa jännityksellä porausten etenemistä.Petteri Juuti / Yle

Niemen mukaan edellisen kaivon porauksessa kohdattuihin ongelmiin on varauduttu tällä kertaa huomattavasti paremmin. Ne on nyt “taklattu”, kuten on tapana sanoa.

Hän myös kehuu, että Espoon Koskelon laitos on ensimmäiseksi laitokseksi onnistunut. Vaikka kahden kilometrin tavoitteesta jäätiin, laitos toimii hyvin ja tuottaa 60–70 prosenttia kiinteistön tarvitsemasta lämmöstä.

Toinen riski on se, miten lämpökaivo toimii lämmön varastona.

– Se perustuu lähinnä simulaatioihin. Mutta toisaalta meillä on kokemuksia Koskelosta, että simulaatiot ja todellisuus kohtaavat toisensa oikein hyvin, sanoo Niemi.

Viimeinen ja lopulta merkittävin kysymys on se, kuinka paljon laitoksesta on iloa energiayhtiölle. Eli kysymys siitä, mihin laitos tarkalleen ottaen parhaiten sopii.

– Otamme tässä teknologiariskiä. Mutta toisaalta opimme koko ajan ja seuraavat kun tehdään, tehdään varmasti jo paremmin. Sitä kautta saadaan tulevaisuudessa ihan hyviä ratkaisuja aikaiseksi, uskoo Vantaan Energian toimitusjohtaja Jukka Toivonen.

Millaisia ajatuksia geolämpö herättää? Uskotko, että geolämmöllä lämmitetään tulevaisuudessa kaupunkeja laajemminkin? Olisitko valmis maksamaan geokaukolämmöstä enemmän kuin tavallisesta? Voit keskustella aiheesta keskiviikkoon 16. syyskuuta kello 23:een saakka.

Lisää aiheesta:

Suomen ensimmäinen geolämpölaitos käynnistyi – se saattaa korvata kivihiilen ja mullistaa lämmöntuotannon: "Olen suorastaan voitonriemuinen"

Maan syvyyksien lämmöllä korvataan vielä kivihiiltä, uskoo Espoon koelaitoksen kanssa kamppaillut St1: "Oppirahat on maksettava"

40 kilometrin päässä Helsingistä mereen valuu hukkalämpöä, jolla lämmittäisi neljänneksen pääkaupunkiseudusta – Miljoonien veroale voi muuttaa kaiken

Helteet pudottavat kaukolämmön tarpeen, mutta silti Helsingin piiput hönkivät ilmastoa lämmittäviä päästöjä – kesällä 2023 tähän tulee stoppi

Helsingin ytimeen povattiin ydinvoimalaa jo 1950-luvulla – onko uusillakaan kaavailuilla mitään mahdollisuuksia?

Korjattu 15.9.2020 kello 8.29: Muutettu vuosiluku 2019 vuosiluvuksi 2016 kohdasta, missä kerrotaan energiayhtiö Helenin julkaisemasta avoimesta datasta.

Korjattu 18.9.2020 kello 8:00: 40-asteinen kallio lämmittää veden 20-asteiseksi. Animaatiossa sanottiin virheellisesti, että vesi lämpenisi 40-asteiseksi. Tekstistä poistettu kohta "Parikymmenasteinen merivesi on kuitenkin lämpötilansa suhteen huonompi lämpövarasto kuin 40-asteinen kallio."