Kehittyvä porausteknologia kirittää geolämpöhankkeita
Geokaukolämmön nousun ja yleistymisen ratkaisee porausteknologian kehittyminen.
Geolämmön poraamisessa voidaan teoriassa soveltaa hakkaavaa (perkussio), kiertävää (rotaatio) tai lämpöön (plasma) perustuvaa porausteknologiaa. Suomen oloissa lupaavimmat kehityssuunnat ovat perkussioon perustuvat ilma- ja vesivasarateknologiat. Vesivasaraporauksessa energia on helppo johtaa veden paineen avulla reiän pohjalle. Plasmaporauksessa voidaan sama tehdä sähkön avulla. Rotaatiotekniikassa energia tehdään maan pinnalla ja pyörivä liike johdetaan poraputkia pitkin reiän pohjalle. Nämä tekniikat mahdollistavat tehokkaan energiansiirron pitkälle matkalle, mikä on yksi tärkeimmistä vaatimuksista syviä kaivoja porattaessa. Koetelluinta teknologiaa edustavat erilaiset rotaatiota soveltavat porausjärjestelmät. Rotaatiotekniikalla on porattu yli kymmenen kilometrin syvyyteen.
ST1:n Espoon hankkeessa käytettiin alussa ilmavasaraporausta ja lopulta päädyttiin tekemään viimeiset kilometrit perinteisellä rotaatioteknologialla. Kalliin porauskustannuksen vuoksi rotaatioteknologia ei vielä mahdollista kaukolämmöntuotantoa Suomen oloissa kilpailukykyisesti. Mutta mikäli esimerkiksi nopeamman vesivasaran lupaukset lunastetaan, tilanne muuttuu.
Vesivasaran nopeus ja kyvykkyys suuriin syvyyksiin perustuu kovaan kiveen purevaan iskevään liikkeeseen, energian tehokkaaseen siirtoon kaivon pohjalle sekä porausaineksen nostoon erittäin syvästä kaivosta nesteen avulla. Merkittävänä tekijänä on myös teknologiaan luonnostaan sisältyvä porausprosessin tehokas jäähdytys ja voitelu. Poranterät, joita kuluu melkoinen määrä syvän kaivon poraamisessa, ovat niin ikään oleellisesti edullisempia kuin rotaatioteknologiassa.
Erittäin vaativa porausoperaatio
Erittäin syvien kaivojen kohdalla porauksen hidastuminen on seurausta välillisistä teknisistä haasteista kuten nouseva lämpötila, paine ja mahdolliset vaihtelevat geologiset muodostelmat, jotka lisäävät riskiä kaivon sortumiseen.
Mitä syvemmälle mennään, sitä vaikeampaa on maa-aineksen nosto. Porakankien paino nousee jopa 500 tonniin ja poranterän vaihtaminen vie paljon aikaa, mikä lisää kustannuksia. Kaivon halkaisijaa joudutaan myös asteittain pienentämään, koska sortumisriskin vuoksi kaivo on syytä putkittaa määräajoin ja putkituksen jälkeen on jatkettava pienemmällä poralla. Oikein syvällä poratessa suomalaisen graniitin vakaus ja siitä seuraava pienempi sortumisriski nousee merkittäväksi vahvuudeksi.
Eurooppalaisissa geolämpöprojekteissa hyödynnetään yleisesti rotaatioteknologiaa johtuen sen luotettavuudesta ja kallioperän laadusta. Euroopassa tyypillinen hiekkakivi on graniittiin verrattuna hauraampaa. Se kestää heikosti perkussioteknologioiden hakkaavan porausliikkeen. Toisaalta kallioperä on selkeästi lämpimämpää kuin Suomessa. Teollisen mittakaavan energiantuotanto ilman sähkön kulutusta lisääviä lämpöpumppuja on monin paikoin mahdollista vain muutaman kilometrin porauksella. Ongelmaksi muodostuu sen sijaan, että geolämmölle ei ole aina valmista asiakaskuntaa lämpöverkkojen kautta kuten Suomessa, ja tuotettavalle lämmölle joudutaan keksimään erilaisia soveltamiskohteita kylpylöistä elintarviketeollisuuteen.
Kylmän graniitin vahvuudet
Hiekkakiven ja vesivasarateknologian yhdistelmä tarkoittaa porausyhtiöille kohtuutonta riskiä kaivon sortumisesta. Se on aivan keskeisimpiä riskejä, jonka hallinnan uskottavuus ratkaisee suuressa määrin hankkeen rahoitusta ja sitä kautta toteutettavuutta. Kaivon sortuessa poran terä yleensä menetetään ja kaivo joudutaan poraamaan uudestaan pitkältä matkalta.
Suomalaisissa kaukolämpöjärjestelmissä riittäisi kuormaa suurelle kapasiteetille geolämpöä, mutta kallioperän viileyden vuoksi kaukolämpökäyttö edellyttää poraamaan syvälle. Etelä-Suomessa pitää porata 6 - 8 kilometrin syvyyteen asti suoraan lämpötilavaatimukset täyttävän priimakaukolämmön tuottamiseksi. Toisaalta suomalainen graniitti kestää erittäin hyvin vesivasaraporauksen sortumatta, toisin kuin hiekkakivi. Suomessa liiketoimintaympäristö on vakaa ja luotettavia yhteistyökumppaneita on mahdollista löytää. Tässä on siis monella tapaa täydellinen yhtälö vesivasaran kehittäjille.
Mikäli porausteknologiaa saadaan kehitettyä edelleen niin, että yhä suurempien ja syvempien kaivojen porausnopeus ja onnistumisprosentti kasvavat, pohjoismaisissa kaukolämpöjärjestelmissä avautuu huomattavan iso markkina, jota tosin rajoittaa kesäkauden matala kulutus.
Jukka Joronen
Johtaja, Energiamarkkinat