Puhdasta geolämpöä maan syvyyksistä

Geoterminen lämpö on lupaava vaihtoehto päästöttömässä lämmöntuotannossa. Otaniemen pilottiprojektissa on tutkittu monelta osin maailman ensimmäistä tämän tyyppistä syvää EGS-laitosta (Engineered Geothermal System). Projekti mahdollistaa tutkimuksen ja pilotoinnin, miten Suomessa ja Pohjoismaissa voitaisiin tuottaa geotermistä lämpöä. 

Prosessi, jolla geotermistä lämpöä otetaan talteen, on varsin yksinkertainen. Aluksi maaperään porataan kaksi kilometrien syvyistä lämpökaivoa. Toisesta pumpataan vettä alas kallioperään, jossa se kuumenee kallioperässä luontaisesti olevan lämmön vaikutuksesta. Kuuma vesi nousee ylös toisesta reiästä, ja syntynyt lämpö syötetään lämmönvaihtimen kautta kaukolämpöverkkoon.  

Suomen kovan graniittisen kallioperän läpäiseminen vaatii erikoisvalmisteisen porausteknologian lisäksi sinnikkyyttä. Syvälämpökaivojen porauksessa käytettiin aluksi ilmavasarateknologiaa, jolla päästiin 4,5 kilometrin syvyyteen. Tämän jälkeen ensimmäisen reiän porausta kovaan kallioperään jatkettiin vesivasarateknologialla sekä perinteisellä kiertoporaustekniikalla, jota optimoimalla on porattu 6,4 kilometriin. 

Toinen haastava kohta projektissa on veden virtauksen aikaansaaminen porattujen lämpökaivojen välille. Stimulointivaihe, jossa seurattiin reikään syötettävän veden virtausta kallion sisällä olevissa raoissa, saatiin suunnitelman mukaan onnistuneesti päätökseen heinäkuussa 2018. Veden kulkua kalliossa seurattiin syviin porareikiin asennettujen geofonien avulla. 

Stimuloinnin jälkeen suoritettiin analyysit veden virtauksesta kallioperässä. Analyysien tavoitteena oli täsmentää, mihin suuntaan toisen lämpökaivon loppuosa maan alla porataan ja miten veden virtaus etenee kallioperässä lämpökaivojen välillä. Analyysivaiheen ja poraustauon aikana myös poraustekniikkaa kehitettiin edelleen kustannustehokkaammaksi. Toisen lämpökaivon poraustöitä jatkettiin analyysin tulosten pohjalta syksyllä 2019 ja ne saatiin päätökseen helmikuussa 2020.

Huhtikuussa 2020 hanke eteni porattujen lämpökaivojen viimeistelyvaiheeseen. Ensin suoritettiin sarja painetestejä, joiden perusteella selvitettiin ns. vastastimuloinnin tarvetta. Käytännössä vastastimulointi tarkoitti sitä, että toiseen lämpökaivoon pumpattiin vettä. Sen avulla todennettiin, että järjestelmään johdettava vesi virtaa kaivojen välillä olevassa kalliorakenteessa. Vastastimulointi saatiin valmiiksi toukokuun loppupuolella.

Syksylle 2021 suunnitellun kaivojen välisen virtaustestin suunnitteluvaiheessa analysoitiin 2018 ja 2020 tehtyjen stimulointien yksityiskohtaista dataa, joka antoi tietoa siitä, miten syvällä kallioperässä olevassa rakovyöhykkeessä vedenvirtaus etenee ja miten sitä voidaan tarvittaessa tehostaa. Analyysin tuloksena todettiin, että kaivojen välinen uusi virtaustesti ei anna sellaista lisätietoa, mikä puoltaisi testin suorittamista ja siihen käytettävää aikaa.

St1:n Otaniemen geotermisen lämpölaitoksen pilottiprojektissa selvitetään lämpölaitoksen teknisiä toteutusvaihtoehtoja. Alkuperäisen suunnitelman mukainen EGS-teknologia on osoittautunut teknistaloudellisesti erittäin haastavaksi ja nyt käynnissä olevan kartoitusvaiheen tavoitteena on määritellä toteutettujen lämpökaivojen ja maanpäällisten tuotantoteknologioiden yhteensovittaminen siten, että laitoksesta saavutetaan paras mahdollinen lämpöteho.