Teollinen maalämpö tekee läpimurron parin vuoden päästä, arvioi energiamurroksen tutkijaryhmä. Yle kokosi yhteen kaiken, mitä geolämmöstä pitäisi nyt tietää – ja vähän enemmän.

Espoossa on otettu merkittävä askel kohti puhtaampaa energiantuotantoa.

Koskelossa sijaitseva logistiikkakeskus saa nyt 60–80 prosenttia lämmöstään yhdestä ainoasta reiästä, joka yltää 1,3 kilometrin syvyyteen. Kovilla pakkasilla apuun tarvitaan vanhaa maakaasukattilaa.

Laitos käynnistettiin kokonaisuudessaan ensimmäistä kertaa viime keskiviikkona.

– Jossain kohtaa olin aika epätoivoinen ja tällä hetkellä olen suorastaan voitonriemuinen, sanoo Quantitative Heatin (QHeat) teknologiajohtaja Rami Niemi.

Kyseessä on Suomen ensimmäinen – ja ainakin vielä tovin ainoa – toimiva kilometriluokan geolämpölaitos. Se edustaa uutta tekniikkaa, joka saattaa mullistaa erityisesti kaupunkialueiden lämmöntuotannon.

Idea on se, että maahan porattuun reikään pumpataan kylmää vettä. Samassa reiässä kulkee putki, joka imee maan syvyyksissä lämmenneen veden ylös. Lämpöpumpun avulla veden lämpö siirtyy rakennukseen, ja jäähtynyt vesi matkaa taas maan alle.

Geolämpökaivon 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

Geolämmöllä voidaan korvata kivihiilen tai muiden ilmastonmuutosta kiihdyttävien energialähteiden käyttöä. Geolämpölaitokset kyllä kuluttavat sähköä, mutta sen päästöt ovat vähenemään päin. Sähköä kuluu sitä vähemmän, mitä syvemmälle lämpökaivo yltää.

Mutta mitä eroa on geolämmöllä ja perinteisellä maalämmöllä? Kuinka paljon on paljon? Mikä geolämmössä on niin vaikeaa? Ja ehtiikö se kivihiilen korvaajaksi?

Ota hyvä asento, tässä tulee geolämmön keskipitkä oppimäärä.

Maassa riittää lämpöä, mutta kaupunki on ahdas perinteiselle maalämmölle

Se, että taloa lämmitetään maan lämmöllä, ei sinänsä ole ihmeellinen juttu.

Tähän asti maalämpö on tarkoittanut sitä, että lämpöpumppu siirtää lämpöä taloon yhdestä tai useammasta, yleensä syvimmillään kolmeensataan metriin ulottuvasta kaivosta. Tätä perinteistä maalämpöä on käytetty Suomessa lukuisissa rakennuksissa vuosikymmeniä.

Ja lämpöä maan povessa riittää.

Jopa Suomen kaupungeista suurimman ja tiheimmän, eli Helsingin, voisi periaatteessa lämmittää samalla tavalla useiden vuosikymmenien ajan.

"Tämä tosin edellyttäisi sitä, että Helsingin koko maapinta-ala olisi porattu täyteen yli 300 metriä syviä maalämpökaivoja 20 metrin välein", todetaan keväällä 2019 julkaistussa Helsingin geoenergiapotentiaali -raportissa (pdf) (siirryt toiseen palveluun).

Kun sovittaa tämän vaatimuksen Helsingin ilmakuvan päälle, on selvää, että ahtaaksi käy.

Jos Helsinki lämmitettäisiin kokonaan 300 metriä syvillä maalämpökaivoilla, reikiä pitäisi olla 20 metrin välein. Jalkapallokentän kokoiselle alueelle pitäisi porata 24 reikää. Ilmakuva: Maanmittauslaitoksen Maastotietokanta 12/2019. (Mikäli gif ei näy oikein, voit kokeilla avata jutun selaimessa) Petteri Juuti / Yle

Lisäksi KHO:n tuore päätös rajoittaa lämpökaivojen porausta, koska ne voivat pahimmillaan pilata pohjavettä.

Jotta reikiä tarvittaisiin vähemmän, lämpöä hamutaan nyt aiempaa syvemmältä.

Selkeyden vuoksi kaikkia yli kilometrin syvyyteen ulottuvia lämpökaivoja kutsutaan tässä jutussa geolämpökaivoiksi. Todellisuudessa termejä on enemmän ja niiden käyttö kirjavaa.

Espoon Koskelon geolämpökaivossa virtaa puhdas vesi. Perinteisissä maalämpökaivoissa on käytettävä nesteitä, jotka ovat ympäristöön joutuessaan haitallisia. Ne ovat yksi syy siihen, että maalämpökaivojen porausta on rajoitettu pohjavesialueiden lähettyvillä. Petteri Juuti / Yle

Espoon Koskelon kaivo lämmittäisi neljä kerrostaloa – ja tämä on vasta alkua

Perinteisiä 300 metriä syviä maalämpökaivoja tarvitaan yhden ison kerrostalon tarpeisiin seitsemän. Ensimmäisten tuotantopäivien perusteella QHeatin 1,3 kilometriä syvä geolämpökaivo Espoon Koskelossa voisi yksinään lämmittää jopa neljä kerrostaloa.

QHeat aikoo seuraavaksi tehdä kaksi kilometriä syvän lämpökaivon, joka lämmittäisi kuusi kerrostaloa.

Tämä on vielä pientä.

Muutaman kilometrin päässä Koskelosta on käynnissä aivan toisen luokan työmaa. St1 on porautunut Espoon Otaniemessä 6,4 kilometriin asti.

St1:n tarkoitus on saada lämpöä parinsadan tai jopa tuhannen kerrostalon tarpeisiin – vieläpä ilman kalliita lämpöpumppuja. Kahteen reikään ja kallioperän halkeamiin perustuva tekniikka eroaa merkittävästi muista Suomen geolämpöhankkeista ja kuluttaa sähköä pihistellen QHeatin Koskelon laitokseen verrattuna.

Lämpökaivomatematiikkaa: 7 reikää 300 metrin syvyyteen lämmittää yhden kerrostalon. 1 reikä 1,3 kilometrin syvyyteen lämmittää 4 kerrostaloa. 2 reikää 6,4 kilometrin syvyyteen lämmittää kaupunginosan. (Mikäli gif ei näy oikein, voit kokeilla avata jutun selaimessa) Petteri Juuti / Yle

Edellä mainitut luvut ovat vain suuntaa antavia muun muassa siksi, että käyttökokemuksia on vasta vähän tai ei ollenkaan.

Tästä ja eri geolämpöhankkeiden teknisistä ominaisuuksia voit lukea lisää jutun lopusta.

"Kaukolämpöyhtiöt: varautukaa teollisen maalämmön läpimurtoon"

Espoon Koskelossa ollaan energiateknisen läpimurron aallonharjalla, uskoo Aalto-yliopiston johtama Smart Energy Transition -hanke.

Tutkijaryhmän tuoreessa blogikirjoituksessa (siirryt toiseen palveluun) arvioidaan, että teollisen mittakaavan maalämpö kaupallistuu noin kahdessa vuodessa. Yksi perusteista on juuri Espoon Koskelon työmaa. Blogin otsikko lupaa suuria: "Kaukolämpöyhtiöt: varautukaa teollisen maalämmön läpimurtoon".

(Blogissa teollisella maalämmöllä tarkoitetaan samaa kuin tässä jutussa geolämmöllä, toim. huom.)

Tutkijaryhmän arvio on kova – varsinkin kun se on laadittu ennen kuin Koskelon geolämpölaitos valmistui. Blogissa on jopa virhe, sillä Koskelon kaivo ei ole kahden kilometrin syvyinen, kuten alun perin oli tarkoitus.

1,3 kilometrin kohdalla porauksessa tuli monenlaisia ongelmia, rahat olivat lopussa ja syvyys riitti jo kattamaan valtaosan kiinteistön lämpötarpeesta.

– Jälkikäteen on tietysti helppo sanoa, että tuo ja tuo asia olisi kannattanut etukäteen miettiä eri tavalla, mutta se on sitä oppimista, sanoo QHeatin teknologiajohtaja Niemi.

"Toivotaan ihan loppuun asti, että se olisi ehjä", sanoo vakavoitunut Rami Niemi. Kaivon pohjalle menee ohut valokuitukaapeli, jonka pitäisi kertoa kaivon lämpötila metrin välein. Testisignaalia ei tullut 500 metriä syvemmältä, kun Yle vieraili työmaalla 17.12.2019. Petteri Juuti / Yle

Ja nyt ollaan energiamurroksen ytimessä: ongelmissa, jotka täytyy ratkaista.

Niiden takia tutkijaryhmän arvio kahden vuoden kaupallistumisesta ei välttämättä pidä, huomauttaa geoenergian johtava asiantuntija.

– Kyllä se vaatii aika paljon investointeja, etunojaa ja onnistumisia. Jos peilataan siihen, mitä on tapahtunut viime vuosien aikana, tutkijaryhmän arvio on varsin kunnianhimoinen. Mutta mahdollinen se kyllä on, sanoo johtava asiantuntija Teppo Arola Geologian tutkimuskeskuksesta (GTK).

Tarina geolämmön noususta on tarina myöhästymisistä

Jos vanhoja uutisia olisi uskominen, geolämpö olisi jo paljon nykyistä pidemmällä. Kaikissa suomalaisissa hankkeissa on kuitenkin törmätty erilaisiin ongelmiin, jotka ovat venyttäneet alkuperäisiä aikatauluja ja kutistaneet kaivojen syvyyttä.

Seuraavalle aikajanalle on koottu kolme uutista geolämpöhankkeista sekä uutisissa esitetyt tavoitteet hankkeiden etenemisestä. Yhtiöiden tämänhetkiset arviot aikatauluista ovat katkoviivojen päässä aikajanan hännillä. Kaikki kolme hanketta ovat merkittävästi myöhässä.

Petteri Juuti

St1:llä on ollut Espoon Otaniemessä ongelmia erityisesti poraamisen kanssa. Viimeisimmän tiedon mukaan laitoksen käyttöönotto alkaa vaiheittain lokakuussa.

Intellan työmaalla Mänttä-Vilppulan Kolhossa (KMV-lehti, juttu maksumuurin takana) (siirryt toiseen palveluun) poraukset sujuivat hyvin, mutta kaivoon asennetaan parhaillaan 1 480 metriä uutta putkea, koska ensimmäinen putki ei ollut sopivan kokoinen.

Tampereen Nekalassa porauksia ei ole aloitettu, koska rahoitusneuvottelut ovat edelleen kesken. Suuret riskit arveluttavat rahoittajia. Jos rahat saadaan kasaan, uusi suunnitelma on porata ensin 2–3 kilometriin ja vasta sitten harkita jatkoa 6–7 kilometriin saakka. Tampereen Sähkölaitoksen veikkaus ja suuri toive on nyt se, että poraamaan päästäisiin kesällä tai ainakin tämän vuoden aikana.

Tampereella on uutisoitu myös yli seitsemän kilometrin kaivosta Hiedanrantaan. Mutta siihen palataan vasta, mikäli Nekalan geolämpölaitos joskus toteutuu.

Geologia ei suunnitelmien muuttuminen ja venyminen yllätä.

– Emme tiedä mitä maan alla on. Kyllä Euroopassa satsataan enemmän tutkimus ja selvitysvaiheeseen ja sitä kautta haetaan paikkoja, joissa onnistumisprosentti on suurempi, sanoo GTK:n Teppo Arola.

Koskelon 1,3 kilometrin geolämpökaivon poraukset kestivät yli kolme kuukautta. QHeatilla uskotaan, että jos kahden kilometrin kaivoja aletaan porata sarjatyönä kellon ympäri, niiden porausaika voi kutistua kahteen viikkoon. Petteri Juuti / Yle

"Näyttää tunti tunnilta paremmalta"

Ei siis ole ihme, että Suomen ensimmäisen toimivan geolämpölaitoksen teknologiajohtaja on nyt huojentunut. Tosin alkupäivien tuotantoluvut ovat ennakko-odotuksiin nähden niin kovat, että niiden pysyvyys jännittää.

– Näyttää tunti tunnilta ja päivä päivältä paremmalta. Mutta kyllä tästä tarvitaan vielä lisää dataa, sanoo QHeatin Rami Niemi.

Onnistuminen Espoon Koskelossa helpottaa myös rahoitustuskaa Tampereella.

– Kyllä se on ilman muuta positiivinen signaali. Kaikki onnistumiset kyllä auttavat meidänkin hankkeiden aloitusta, sanoo Tampereen Sähkölaitoksen energiamarkkinoista vastaava johtaja Jukka Joronen.

Geologinkin mielestä askel on merkittävä. GTK:n Arola kuitenkin muistuttaa, että jos geolämpökaivon poraus onnistuu yhdessä paikassa, menetelmää ei voi ihan sellaisenaan monistaa seuraavaan paikkaan. Olosuhteet muuttuvat niin maan pinnalla kuin syvyyksissäkin.

Kaivossa lämmennyt vesi virtaa lämpöpumpulle, joka on muiden laitteiden kanssa ahdettu konttiin rakennuksen vieressä. Petteri Juuti / Yle

Energiayhtiöille geolämpö kelpaa, jos hinta on kohdillaan

Vaikka QHeat voitti geolämpökisan ensimmäisen etapin, lopullista voittajaa ei voi vielä sanoa. Eikä sitä, onko voittajia nolla vai useampia.

Espoon Koskelossa geolämpölaitos lämmittää suoraan sadantuhannen kuutiometrin kokoista rakennusta, mutta geolämpö kelpaa myös kaukolämpöverkkoon.

Tästä suuret kaukolämpöyhtiöt Fortum, Helen ja Tampereen sähkölaitos ovat suurin piirtein samoilla linjoilla.

Vaikka Otaniemen 6,4 kilometrin reikäpari houkuttelee suuruudellaan ja kuumuudellaan, myös Koskelon kaltaisten pienempien laitosten lämpö kelpaa. Pienemmissä laitoksissa houkuttimena on pienempi taloudellinen riski.

Kaivon syvyyttä tärkeämpää on lämmön hinta.

Seuraava etappi on tehdä sama halvemmalla

Kaikkien Suomen geolämpöhankkeiden takana on julkista rahaa, vakavarainen yritys ja/tai rikas ihminen.

Espoon Koskelon geolämpölaitoksen rakentamisesta puolet maksoi kiinteistön omistaja NREP Oy, loput kustannettiin tukirahoilla. NREP on suuri pohjoismainen kiinteistösijoittaja ja -kehittäjä. Se uskoo saavansa investoinnilleen hyvän tuoton tällä mallilla.

Tärkeä kysymys on, milloin kilometriluokan lämpökaivoja porataan kaupallisilla ehdoilla ilman tukia.

Teknologiajohtaja Rami Niemi uskoo, että QHeatin geolämpö on pian kilpailukykyinen vaihtoehto isoihin rakennuksiin, jotka tarvitsevat paljon lämpöä ja jäähdytystä. Harjoittelua tarvitaan vielä kahden tai kolmen kaivon verran.

Perinteisen maalämmön rinnalle QHeat voi yltää muutaman vuoden kuluttua. Niemen mukaan geolämpö on vielä 20–30 prosenttia maalämpöä kalliimpaa, mutta toivoo asetelman kääntyvän seuraavien 10–20 kaivon jälkeen.

– Toivottavasti geolämpö on silloin 20 prosenttia maalämpöä halvempaa. Me olemme omasta mielestämme aika lähellä oikeaa ratkaisua, sanoo Niemi.

Mutta mistä löytyvät rahat seuraaviin harjoituksiin?

Ratkaisu on nyt rahoittajien ja yksityisten sijoittajien käsissä, muistuttaa QHeatin toimitusjohtaja Miska Eriksson. Hänen mukaansa NREPin kaltaisten yritysten löytäminen on Suomessa hankalaa – jopa hankalampaa kuin julkisten tukien saaminen.

Vastaus saattaakin olla NREP. Sijoitusjohtaja Jani Nokkasen mukaan yhtiöllä on pääkaupunkiseudulla useita suuria hankkeita, joihin se haluaisi QHeatin geolämpöä. Nokkanen uskoo, että teknologia on itse asiassa jo nyt kilpailukykyinen vaihtoehto isoihin kiinteistöihin, joihin maalämpö ei mahdu.

Ilmastokello tikittää

On yksi iso syy toivoa, että geolämmön läpimurto onnistuu: ilmastonmuutos.

Yksi askel ilmastonmuutoksen hillitsemisessä on kivihiilen polton lopettaminen. Espoo aikoo irti kivihiilestä jo vuonna 2025 ja koko maan kivihiilikielto tulee voimaan vuonna 2029.

Jos nykyisille kivihiililaitoksille ei keksitä parempaa korvaajaa, poltetaan puuta. Se voi olla huono juttu ilmaston ja luonnon monimuotoisuuden kannalta.

Kenties kovin kirittäjä geolämmölle tulee Porvoon Kilpilahden öljynjalostamojen hukkalämmöistä. Niillä voisi kattaa jopa neljänneksen pääkaupunkiseudun kaukolämmön tarpeesta lämpöpumppujen ja 40 kilometrin yhteysputken avulla. Juuri valmistuneiden selvitysten mukaan rakentamisen hintalappu on 700–1 000 miljoonaa euroa ja lämpöä saataisiin kaupunkeihin aikaisintaan vuonna 2025 (HS) (siirryt toiseen palveluun).

QHeat: kun vertaa vaihtoehtoihin, geolämpö ei tunnukaan mahdottomalta

Mitä kivihiilen korvaaminen geolämmöllä tarkoittaisi käytännössä esimerkiksi Helsingissä?

Juuri ensimmäisen kaivonsa valmiiksi saanut Qheatin Rami Niemi laskeskelee, että kahden kilometrin syvyisiä kaivoja tarvittaisiin 5 000. Niiden tekemiseen tarvittaisiin 10 vuotta ja 20 poravaunua.

Aikamoinen urakka.

– Mutta jos mietitään muita vaihtoehtoja, esimerkiksi ydinkaukolämpöä tai massiivisia merilämpöpumppuja, niiden aikajänne on vähintään 10 vuotta ja hintalappu vähintään pari miljardia. Siihen verrattuna geolämpöurakka ei yhtäkkiä ole lainkaan tähtitieteellinen, sanoo Niemi.

Geolämpökaivon kantta hitsattiin kiinni, kun Yle vieraili työmaalla joulukuussa. Petteri Juuti / Yle

Extra: Vielä muutama sana geolämpölukujen suhteellisuudesta

Loppuun vielä viimeinen sukellus lämpökaivon pohjalle. Eli aiemmin luvattu seikkaperäinen vastaus siihen, kuinka monta kerrostaloa maa- ja geolämpökaivoilla oikeasti voi lämmittää.

Tämän jutun alkupuolella esitetyn animaation luvut ovat siis vain suuntaa-antavia.

Yksi syy on se, että Espoon Koskeloa lukuunottamatta laitoksista ei ole ollenkaan käytännön kokemuksia – eikä Koskelostakaan kuin muutamalta päivältä. Vaikka geolämpöyrityksiltä pyydettyjen tietojen taustalla on teorian lisäksi mittausdataa, totuus selviää vasta käytön myötä.

Lukuihin sisältyy myös eräänlainen harha. Niissä verrataan lämpökaivon vuosituotantoa kerrostalon vuosikulutukseen, kuten usein tapana onkin. Käytännössä kerrostalon kulutus vaihtelee suuresti vuoden- ja vuorokaudenaikojen mukaan.

Maa- ja geolämpö ei moiseen vaihteluun täysin taivu.

Harha on suurin Otaniemen 6,4 kilometriä syvässä geolämpölaitoksessa, jonka on tarkoitus käydä suurinpiirtein täydellä teholla läpi vuoden. Laskelma pitäisi paikkansa siis vain siinä tapauksessa, että talot kuluttaisivat lämpöä samalla teholla vuoden- ja vuorokauden ajasta riippumatta.

Yhteen reikään ja lämpöpumppuihin perustuvissa ratkaisuissa harha on pienempi, koska niitä ei ole alunperinkään mitoitettu jatkuvaan käyttöön. Perinteisestä maalämpöpumpusta saa 95–99 prosenttia koko vuoden kulutuksesta, jos sen teho on 60–80 prosenttia talon kulutushuipusta. Näin arvioi energiatehokkuutta edistävä Motiva (siirryt toiseen palveluun). Tällaisissa tapauksissa maalämpö tarvitsee paukkupakkasilla apua esimerkiksi suorasta sähkölämmityksestä tai kaukolämmöstä.

Lukuihin sisältyvä harha pienenee edelleen, jos lämpöpumppu hoitaa myös talon jäähdytystä kesällä. Silloin kesän hukkalämpöä voidaan varastoida kaivoon talvea varten.

GTK:n Teppo Arola arvioi, että harha voi pienentyä myös sitä mukaa, kun lämpötilat nousevat lämpökaivojen syventyessä.

Erilaisten maasta lämpöä ottavien laitoshankkeiden teknisiä ominaisuuksia on listattu tarkemmin alla olevaan taulukkoon. Luvut ovat mittaluokkaa kuvaavia tavoitteita ja totuus niiden takana selviää vasta sitä mukaa, kun laitoksisa saadaan pitkän ajan käyttökokemuksia.

Syvyys Neste Hyötysuhde Hetkellinen teho Jatkuva teho (kk) Vuosituotanto Perinteinen maalämpö 300 m 28% etanoli 3-4 8 – 25 kW 5-7 kW 24 – 30 MWh Espoo Koskelo 1,3 km vesi 3,5 – 4,5 500 kW 250 – 300 kW yli 1 000 MWh Mänttä-Vilppula Kolho 1,5 km vesi 3,3 – 4,5 480 kW (selviää käytön myötä) 1 500 MWh Espoo Otaniemi 6,4 km (x2) vesi 9 10 000 – 30 000 kW 10 000 – 30 000 kW 80 000 – 240 000 MWh Tampere Nekala 6 – 7 km vesi 9 6 000 kW 3 000 kW 18 000 MWh

Syvyys: Maahan poratun lämpökaivon syvyys.

Neste: Lämpökaivossa virtaava neste.

Hyötysuhde (COP): Kuinka paljon lämpöä laitos tuottaa sähkönkulutukseen verrattuna. Esim hyötysuhde 5 tarkoittaa sitä, että laitos tuottaa 5 wattia lämpöä jokaista kuluttamaansa sähköwattia kohden.

Hetkellinen teho: Millä teholla laitos voi tuottaa lämpöä hetkellisesti.

Jatkuva teho (kk): Millä teholla laitos voi tuottaa lämpöä jatkuvasti kuukauden ajan.

Vuosituotanto: Arvio tai tavoite laitoksen vuoden aikana tuottaman lämmön määrästä.

Jutun alkupuolen animaatiossa on käytetty mittatikkuna noin 2 500 kerrosneliömetrin kokoista kerrostaloa, jonka vuosikulutus on noin 260 megawattituntia vuodessa.

Voit keskustella aiheesta tänään maanantaina kello 22 asti.