Päijät-Hämeen alueen pohjavesienergiapotentiaali

Maa- ja ilmalämpöpumppujen osuus lämmityksessä on kasvanut maassamme viime vuosina. Lämpöpumput ovat erittäin energiatehokkaita verrattuna sähkölämmitykseen, sekä ympäristöystävällisempiä kuin öljylämmitys. On olemassa kuitenkin myös kolmas kiinteistöjen lämmitykseen soveltuva lämpöpumppumuoto, joka on Suomessa lähes tuntematon: pohjavesilämmitys. LAB-Ammattikorkeakoulu on tutkinut hyviä käytänteitä teollisuuden energian käytössä osana Interreg Europen RESINDUSTRY hanketta, joka pyrkii lisäämään teollisuuden uusiutuvan energian käyttöä. Osana tätä tutkimusta on ollut perehtyminen pohjaveden potentiaaliin energian lähteenä.

Kirjoittaja: Paavo Lähteenaro

Ruotsissa pohjavesilämmitys on otettu käyttöön jo 90-luvulla ja länsinaapurissamme on 160 kohdetta, jotka lämpenevät tällä tekniikalla. Pohjavesilämpö on Suomessa otettu käyttöön vasta viimeisen muutaman vuoden aikana muutamissa yksittäisissä kohteissa. Pohjavedessä piilee kuitenkin suuri lämmityspotentiaali: asuin- ja teollisuusalueiden alla sijaitsevissa pohjavesialueissa jopa 55-60 MW hyödynnettävää lämmitystehoa. (Tekniikka & Talous 2016)

Pohjavesilämmitys

Pohjavesilämmitys hyödyntää pohjaveteen sitoutuvaa maalämpöä suoraan pumppaamalla pohjavettä lämpöpumpun lämmönsiirtolaitteiston lävitse, jossa se vapauttaa energiaa pumpun kylmäaineeseen. Näin jäähtynyt vesi voidaan käytön jälkeen laskea takaisin kaivoon, jolloin vettä ei kulu lainkaan. (Kuva 1) Pohjavesi on oivallinen energianlähde lämpöpumpulle sen suuren lämpökapasiteetin, lämmönjohtavuuden ja ympärivuoden vakaan lämpötilan ansioista. (Kouvo 2017) Vakaa lämpötila antaa lämpöpumpulle hyvän hyötysuhteen vuoden ympäri, toisin kuin ilmalämpö, jonka hyötysuhde kärsii suuresti pakkaskeleillä ilman kylmetessä. Vesi on myös paljon parempi siirtämään lämpöä kuin ilma, jolloin säästetään lämmönvaihtimen koossa. Lämmittäessä vesi voidaan turvallisesti jäähdyttää 1 °C asteeseen asti, jolloin hyödynnetään mahdollisimman suuri osa energiasta.

Pohjaveden pumppaus suoraan lämmönvaihtimen läpi on mekaanisesti yksinkertaisempi kuin maalämpö, jossa lämmönkeräys piiri täytyy olla suljettu ympäristöstä käytettyjen pakkasnesteiden takia. Pakkasnestevuodon riskien takia maalämmön käyttöä on rajoitettu pohjavesialueilla, jolloin pohjavesilämpö on looginen vaihtoehto maalämmölle näillä alueilla. Pohjavesilämmitys vaatii kuitenkin enemmän suunnittelutyötä pohjaveden virtaaman selvittämiseen.

Kuva 1: Periaatekuva: pohjavesi pumpataan kaivosta, ajetaan lämmönvaihtimen läpi ja palautetaan jäähtyneenä maaperään ”alavirtaan”. (Geologian tutkimuskeskus 2019)

Pohjavesijäähdytys

Pohjavesienergian etuna on myös mahdollisuus käyttää samaa järjestelmää rakennusten jäähdyttämiseen kesäaikana pohjaveden säilyessä kylmänä myös kesäaikaan. Pohjaveden hyötysuhde jäähdytyksessä on erinomainen, 25-30 kertaa siihen kuluva sähköenergia. (Arola & Huusko 2017) Jäähdytyksen hyötysuhde COPc mitataan poistetun lämpöenergian suhteena sen poistamiseen tarvittuun työhön.
Käyttämällä kaivoa jäähdytykseen kesäaikana voidaan samalla säilöä lämpöä maaperään, jolloin lämmitys talvella on tehokkaampaa. Tämä onnistuu, jos pohjaveden virtaamaa ei ole liian suuri. Samoin jäähdyttämällä pohjavettä talvella parantaa hyötysuhdetta kesällä.

Jäähdytyspotentiaalia rajoittaa riski levien, mikrobien ja homeiden kasvusta pohjavedessä, jos vesi lämpenee liikaa. Lisäksi veden lämpeneminen voi myös lisätä myrkyllisten aineiden kuten arseenin liukenemista pohjaveteen. Lämmitysjärjestelmän kaivoon palaava vesi ei siksi saisi nousta yli 20 °C lämpötilan. (Kouvo 2017)

Potentiaali Päijät-Hämeen alueella

Päijät-Hämeen alue on Suomen parhaita pohjavesienergian hyödyntämiseen. Salpausselän geologisen koostumuksen (Geologian tutkimuskeskus 2019), sekä Nastolan, Hollolan ja Lahden asutuskeskusten sijainnin ansiosta. Salpausselän alueen kvartsikallio (punaisella kuvassa 2) omaa parhaat ominaisuudet geoenergian tuotantoon lämmönjohtuvuuden ja kapasiteetin ansioista. Lisäksi ihmisten toiminta nostaa pohjaveden lämpötilaa asutuksen alapuolella, lisäten sen potentiaalia lämmityskäytössä kaupungeissa. Tämä voidaan nähdä geologian tutkimuskeskuksen kartassa (Kuva 3), jossa näkyvät pohjavesialueiden lämmitystehopotentiaalit.

Kuva 2: Etelä-Suomen peruskalliokartta kalliotyypeittäin. Kvartsi punaisella. (Geologian tutkimuskeskus 2019)

Kuva 3: Päijät-Hämeen pohjavesialueiden tehopotentiaalit karttana (Geologian tutkimuskeskus 2019).

Pisteet kertovat eri alueiden potentiaalit, jossa vihreä on pienempi kuin 100 kW, sininen pienempi kuin 200 kW, keltainen pienempi kuin 500 kW ja punainen suurempi kuin 500 kW. Kuvassa 3 voidaan nähdä suurempien tehopotentiaalien pohjavesialueiden sijoittuvan juuri Lahden, Hollolan ja Nastolan alueille.

Alueen olemassa olevat pohjavesilämpöprojektit

Päijät-Hämeen alueen on jo nyt kansallinen edelläkävijä pohjavesienergiankäytössä, vaikka hyödyntämätöntä potentiaalia on valtavasti. Suomen toinen pohjavesilämpöjärjestelmä on rakennettu Lahteen junaradan ja 12-tien välissä sijaitsevalle Askon alueella. Upotalon vanha teollisuusrakennus lämpenee ja jäähtyy pohjavedellä, järjestelmällä, jonka teho valmiina on noin 300 kW. (Tekniikka & Talous 2020)

Nastolan alueella on vuonna 2017 entisen Lahden Ammattikorkeakoulun ja Geologian tutkimuskeskuksen toimesta selvitetty pohjavesilämmityksen potentiaalia seitsemälle eri yritykselle: Villalähteen leipä Oy, L-Fashion Group Oy, Levypyörä Oy, Novart Oy, Wipak Oy, Varikon Kiinteistöt Oy ja Raute Oyj. (Arola & Huusko 2017). Selvitys suositteli jatkotoimenpiteitä ja arvioi maaperän suotuisaksi, mutta tähän mennessä ei selvitys ole poikinut vielä yhtään valmista järjestelmää.

Yhteenveto

Pohjavesilämmitys on Suomessa vielä harvinainen lämmitysmuoto, sen tehokkuudesta ja tietyistä eduista ilma- ja maalämpöön verrattaessa huolimatta. Pohjavettä voidaan samalla käyttää myös viilennyksessä erittäin hyvällä hyötysuhteella. Viilennyksen tarve tulee Suomessa kasvamaan ilmaston lämmetessä.

Päijät-Hämeen alue on erityisen hyvin soveltuva pohjavesilämmityksellä maaperänsä ansiosta ja siksi on ensimmäisiä paikkoja Suomessa sen käyttöönotossa. Paljon lämmityspotentiaalia on vielä hyödyntämättä.

Lähteet

Arola T. & Huusko A. 2017. Geologian tutkimuskeskus. Pohjavesienergian hyödyntämisen esiselvitykset Nastolassa – yhteenvetoraportti. [Viitattu 27.10.2020]. Saatavissa: http://tupa.gtk.fi/raportti/arkisto/3_2019.pdf

Geologian tutkimuskeskus. 2019. Maankamara. [Viitattu 27.10.2020]. Saatavissa: http://gtkdata.gtk.fi/maankamara/

Kouvo, J. 2017. Pohjaveden hyödyntäminen lämmitys-ja jäähdytysjärjestelmissä Suomessa. AMK-opinnäytetyö. Tekniikan ala, Energia- ja ympäristötekniikan koulutus. Lahden ammattikorkeakoulu, Lahti. [Viitattu 27.10.2020]. Saatavissa: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201801011006

Tekniikka & Talous. 2020. Uutiset. Pohjavedestä syntyy energiaa. [Viitattu 20.10.2020]. Saatavissa: https://www.tekniikkatalous.fi/uutiset/suomessa-pystytellaan-koelaitosta-pohjavesienergialle-ruotsissa-ollut-arkipaivaa-jo-pitkaan/

Kirjoittaja

Paavo Lähteenaro toimii LAB-ammattikorkeakoulussa energia-alan asiantuntijana Interreg Europen RESINDUSTRY -hankkeessa, tavoitteenaan edistää teollisuuden uusiutuvan energian käyttöä.

Artikkelikuva: https://pxhere.com/fi/photo/99415 (CC0)

Julkaistu 3.12.2020