Teppo Arola: Geoterminen energia – uusiutuvaa energiantuotantoa vai ei?

Viime aikoina on Suomessa julkisesti keskusteltu siitä, että maalämpöjärjestelmien tehokas toiminta-aika on noin 30-50 vuotta. Toisaalta, kun tarkastellaan maapalloon varastoituneen ja sen sisältä säteilevän lämpöenergian, lämpövuon määrää, voidaan todeta maapallolla olevan rajaton resurssi lämmön tuotantoon. Miksi sitten ihmisten maalämpöjärjestelmistä loppuu lämpö, jos sitä kerran on yllin kyllin koko ihmiskunnan tarpeisiin? Tätä kysymystä tarkasteltiin Vuorimiespäivillä 24.3.2023 pidetyssä esityksessä.

Geotermisen energian hyödyntämiseen, olivatpa kyseessä sitten 1,5 metrin syvyyteen asennetut vaakaputkistot tai 6,5 km syvyyteen poratut avoimen kierron kaivot, tarvitaan aina kaksi asiaa: riittävä lämpötilaero lähteen ja lämmönsiirtimen välillä sekä lämmön siirto nesteeseen. Kiinteistökohtaisia ratkaisuja mietittäessä tulee ottaa huomioon tarvittavan lämmitystehon ja – energian erilaiset tarpeet kulloiseenkin kohteeseen.

Voidaan kuvaannollisesti ajatella, että maankamaraan on varastoitunut ”laatikollinen” lämpöenergiaa. Kun energiaa maasta hyödynnetään, ruvetaan energialaatikkoa tyhjentämään. Mitä suuremmalla teholla energiaa otetaan, sitä nopeammin laatikko tyhjenee eli maankamara lämmönottoalueelta jäähtyy. Voidaan siis puhua lämmön louhinnasta. Laatikko kuitenkin alkaa täyttyä heti louhinnan aloittamisesta, koska maankamaran lämpövuo tuottaa uutta lämpöä koko ajan. Siten uutta energiaa tulee koko ajan ”itsestään” lisää kuvitteelliseen laatikkoon. Voidaan myös suunnitella lämmönotto siten, että se vastaa suuruudeltaan lämpövuota, jolloin lämmönottojärjestelmän toiminta-aika on ikuinen. Tällöin vain ottoteho jää kovin pieneksi, eikä systeemi ole toimiva ihmisten tarpeisiin.

Lämpövuosta johtuen maankamaran lämpötila palautuu geotermisen energian oton jälkeen ennen aloitusta olevalle tasolle. Suomessa, Italiassa ja Sveitsissä tehtyjen mallinnusten perusteella maalämpösysteemien palautumisajan noin 0,5 - 0,1 °C päähän aloituslämpötilasta voidaan todeta oleva likimain yhtä pitkä kuin systeemin käyttöaika. Syvemmissä geotermisissä systeemeissä, kuten USA:n sähköä tuottavassa Geysersissä, on todettu lämmön palautumisajan olevan noin 9000 vuotta ja vastaavasti Pariisin altaan avoimessa geotermisessä lämmityssysteemissä jopa 83 000 vuotta. Olennaista on ymmärtää, että lämpötila palautuu alussa todella nopeasti ja palautuminen hidastuu sitä enemmän, mitä lähemmäs lähtölämpötilaa tullaan. Siten viimeisten kymmenys- tai sadasosa-asteiden palautuminen kestää kauan.

VOIDAAN KUVAANNOLLISESTI AJATELLA, ETTÄ MAANKAMARAAN ON VARASTOITUNUT ”LAATIKOLLINEN” LÄMPÖENERGIAA. KUN ENERGIAA MAASTA HYÖDYNNETÄÄN, RUVETAAN ENERGIALAATIKKOA TYHJENTÄMÄÄN.

Energia tulee pääasiassa kaivoon maankamarasta (vihreät viivat). Vain pieni osa energiasta tulee auringon vaikutuksesta (punaiset viivat).

Kimmo Korhonen

Timo Rajala

Yhteenvetona voidaan todeta, että geoterminen energia sen kaikissa muodoissaan on uusiutuvaa energiaa. Systeemin toiminnan kannalta tärkein asia on mitoittaa energian otto suhteessa energian saantiin. Oikea mitoitus takaa energiasysteemin toiminnan halutun pituisen ajan ja samalla sen tehokkaan palautumisen. Lopulta systeemin toiminnan ja lämpötilan palautumisen ratkaisevat termogeologiset olosuhteet. Näin ollen tässäkin asiassa luonto on aina oikeassa. Ja tässäkin asiassa parhaiten luontoa osaavat lukea geologit.

YHTEENVETONA VOIDAAN TODETA, ETTÄ GEOTERMINEN ENERGIA SEN KAIKISSA MUODOISSAAN ON UUSIUTUVAA ENERGIAA. SYSTEEMIN TOIMINNAN KANNALTA TÄRKEIN ASIA ON MITOITTAA ENERGIAN OTTO SUHTEESSA ENERGIAN SAANTIIN.

TEKSTI: TEPPO AROLA