Geoterminen lämpö
Windesol - Tuuli- & aurinkovoima tietosanakirja
|
Aakkosellinen hakemisto sekä kaikki Windesolin luokat |
Sisällysluettelo |
Yleistä
Geoterminen lämpö ei ole sinällään uusiutuvaa energiaa, koska se loppuu lyhyemmällä aikavälillä kuin muut uusiutuvat. Geoterminen lämpö syntyy nykykäsityksen mukaan maankuoressa tapahtuvien radioaktiivisten aineiden hajoamisprosessien yhteydessä. Osan lämpöenergiasta tuottaa myös magman liikettä vastustava kitka. Geoterminen lämpö on siis peräisin aurinkokuntamme syntyajoista. Se on eri asia kuin maalämpö, joka on maahan varastoitunutta aurinkoperäistä lämpöenergiaa.
Geotermista lämpöä eri maissa
Esimerkiksi Islannissa ja Uudessa-Seelannissa geotermisen lämmön hyödyntäminen on merkittävä energianlähde. Tämä johtuu siitä, että näissä tuliperäisissä maissa geoterminen lämpö on tavoitettavissa kohtuullisella kairaussyvyydellä ja alhaisin kustannuksin. Molemmissa maissa geotermisten alueiden kuumuutta käytetään sekä sähkön että kaukolämmön tuotantoon.
Suomen kallioperä ei ole tarpeeksi lämmin geotermisen lämmön hyödyntämiseen sähköntuotannossa, mutta tulevaisuudessa sitä voidaan luultavasti hyödyntää asuntojen kaukolämmityksessä. Siinä missä tuliperäisillä alueilla lämpötila kilometrin syvyydessä voi olla 150-200 asteen luokkaa, täkäläisissä oloissa parhaat kairaukset tuottaisivat ehkä noin 20-asteista vettä.
Geoterminen energiantuotanto
Geoterminen energiantuotanto tarkoittaa kaukolämmön tai sähkön tuottamista vulkaanista alkuperää olevalla lämpöenergialla. Tällä hetkellä magmaperäisen lämmön hyödyntäminen sähköntuotantoon on mahdollista lähinnä paikoissa joissa on aktiivisia tulivuoria: litosfäärilaattojen törmäys- ja erkanemisalueilla sekä kuumissa pisteissä. Laattojen erkanemissaumat sijaitsevat yleensä meren alla eivätkä siksi hyödynnettävissä. Kullakin hetkellä on käytössä vain rajattu määrä valjastettavia magmaesiintymiä, ja ihmisen on mahdollista käyttää loppuun kullakin hetkellä lähellä pintaa olevien esiintymien lämpö.
Geotermisen lämmön hyödyntämisen periaate
Jotta geotermisen alueen lämpö kannattaa hyödyntää, sen on oltava kyllin kuuma. Tällaisina pidetään alueita, joilla veden lämpötila alle kilometrin syvyydessä on yli 200 astetta. Vastaavasti matalalämpöisillä alueilla samalla kairauksella päästään vain alle 150 asteen lämpötiloihin.
Hyödynnettävän alueen on myös oltava riittävän rikkoontunut ja huokoinen, jotta pohjavesi pääsee virtaamaan alueella vapaasti. Mikäli näin ei ole, varanto tyhjenee nopeasti kuumasta vedestä ja ilo jää lyhytaikaisesti. Parhaillaan tosin tutkitaan HDR-tekniikkaa jolla voitaisiin hyödyntää myös kuivia kuumia kivialueita.
Magman energian talteenottoa varten kairataan reikiä kovaan laavaan. Reikien syvyyden on oltava kilometriluokkaa. Nykyiset tuotantokaivot eivät ulotu magmaan asti - juuri mikään tunnettu rakennusaine ei kestäisi pitkään siellä vallitsevia termokemiallisia olosuhteita. Reikiä porataan ainakin kaksi pienen matkan päähän toisistaan: toista myöten ohjataan kaivoon viileää vettä ja toisen kautta pumpataan ylös kuumaa nestettä. Alueesta riippuen nouseva fluidi on joko kuumaa vettä, veden ja höyryn sekoitusta tai pelkkää höyryä. Fluidi johdetaan separaattoriin ja höyry sen jälkeen sähköä tuottavaan turbiiniin. Nestemäisellä osalla lämmitetään usein kaukolämpöverkkoon johdettavaa vettä.
Geotermisen energian teknisiä hankaluuksia
Kuuman kiven kanssa kosketuksissa ollut vesi sisältää paljon liuenneita kaasuja ja mineraaleja, joten tuota vettä ei päästetä suoraan putkistoon vaan siirretään lämpö viileään veteen lämmönvaihtajalla. Silti käytettävä vesi on yleensä peräisin tuliperäiseltä pohjavesialueelta ja ruostuttaa helposti putket pilalle niin kotitaloudessa kuin pumppulaitoksissakin. Ruostumisen estämiseksi kaukolämpöveden sekaan lisätään rikkivetyä, joka tuoksuu mädiltä kananmunilta.
Jotta geotermistä aluetta voidaan hyödyntää kaukolämpöön, samalta alueelta on saatava riittävästi vettä verkon ruokkimiseen. Esimerkiksi Islannissa kaukolämpöverkkoon syöttävät voimalat tarvitsevat 2000 l/s. Tämä asettaa rajoituksia käytettäville alueille.
Tuliperäiset alueet ovat yleensä myös seismisesti aktiivisia, joten putkia ei voida rakentaa maan sisään. Eristettyihin putkiin on rakennettava tiheään joustokohtia, jotta mahdollisesti sattuva maanjäristys ei rikkoisi niitä.
Koska geotermisesti tuotettu vesi on verrattain helppo saada varsin kuumana liikkeelle, on harmillista että se ehtii matkalla jäähtyä. Nykyään Reykjavíkin putkistoissa kulkee noin 80-asteista vettä, mutta mikäli putket paineistettaisiin, veden lämpötila voisi olla jopa 105 °C. Paineistaminen tuo omat ongelmansa: mikäli putkeen tulee vuoto, koko putken paine laskee samalla ja sisältö voi kiehua koko putken matkalta, mikä voisi olla vaarallista.
Geoterminen vesi sisältää paljon piiyhdisteitä, jotka saostuvat putkien ja virtaustunnelien seinämiin. Puhdistaminen on erittäin hankalaa ja kallista, sillä lasimainen pii ei liukene juuri mihinkään. Siksi geotermisten voimaloiden veden kanssa tekemisissä olevia osia on joskus vaihdettava useammin kuin muissa voimaloissa.
Geotermisen energiantuotannon ympäristöongelmia
Geotermisiä nesteitä suoraan käyttävät voimalat päästävät ilmakehään kasvihuonekaasuja, jotka luonnostaan pysyisivät maan alla liuenneina maanalaisiin nesteisiin. Nämä päästöt ovat pääosin typpi- ja hiilidioksidia. CO2-päästöt ovat noin 10% hiilivoiman vastaavista. Metaania vapautuu siinä määrin että sen aktuaalinen vaikutus ilmastoon on samaa luokkaa kuin vapautuvan hiilidioksidin.
Jäähdytyksessa ja varoventtiilien kautta geotermisestä voimalasta vapautuu myös myrkyllisiä kaasuja, jotka eivät luonnostaan pääsisi pinnalle lainkaan. Näitä ovat rikkivety, boori, elohopea, radon ja arseeni. Rikkivety on näistä runsaimmin läsnä. Se ei ole vaarallista kuin hyvin suurina määrinä. Pieninä määrinä se voi aiheuttaa kuvotusta ja silmäoireita. Jotkut kasvit ovat sille erittäin herkkiä. Esimerkiksi kahvi, joka on erittäin arvokas kasvi ja kestää ainakin 5 vuotta kasvattaa tuottavaksi, kuolee nopeasti jos joutuu tekemisiin geotermisen jäteveden kanssa. Sitä voidaan polttaa, mutta käytäntö ei ole vielä vallalla kaikissa laitoksissa.
Laitoksesta jää aina tietyn verran ylös pumpattua viilennyttä mineraali- ja kaasupitoista vettä, jonka ei pitäisi päästä sekoittumaan pintavesien kanssa, sillä jotkin komponentit ovat myrkyllisiä esimerkiksi vesieläimille. Liuenneina aineksina saattaa olla edellä mainittujen kaasujen lisäksi alumiinia, fluoria ja ammoniumia. Nykyään tämä jätevesi pyritään pumppaamaan takaisin maahan, mutta se saattaa olla hankalaa, sillä liuenneet silikaatit tukkivat kiven huokoset helposti saostumalla pinnoille, jolloin muodostuu jätevesiallas.
Tuotantolaitokset päästävät lisäksi huomattavaa melua, joten niitä ei voida siitäkään syystä rakentaa asutuille alueille. Melu aiheutuu pääosin venttiileistä paineella purkautuvasta höyrystä.
On mahdollista käyttää geoterminen energialähde loppuun. Tämän jälkeen on perustettava uusi tuotantolaitos toisaalle. Useat geotermisen voiman rakentamiseen soveltuvat kohteet ovat myös luontoarvoiltaan merkittävillä paikoilla. Geoterminen energia ei siis ole rajatonta ja sitä on myös käytettävä viisaasti.
Katso myös maalämpö.
