Kaupunkialueiden pohjaveden lämpöenergian hyödyntämispotentiaali Suomessa : Esimerkkinä Lohja ja Turku

The 2020 climate and energy package is obligatory for the EU to increase renewable energy usage. Because of this and a trend of increasing energy prices, Finland has started to develop geothermal energy more since the year 2000. Geothermal energy is heating- and cooling energy which comes from the bedrock, earths surface layers, water systems and from surface sediments in water systems. This research is about geothermal energy, particularly groundwaters potential to make energy for heating and cooling in two different cities in Finland. Generally research assumes that urbanization and the 'heat island' phenomenom makes groundwater warmer. This groundwater research was carried out in Lohja and Turku. There were altogether eight groundwater pipes and the groundwater temperatures were followed for 5,5 months. Two of these groundwater pipes were located in natural areas just outside of the city, temperatures of the natural area groundwater pipes were used to compare the results from the city groundwater pipes. 58 Thermochron dataloggers were installed to the groundwater pipes and they measured the temperatures every two hours from different depths. In addition there was one Thermochron datalogger in each city which took measurements of the outside temperatures. Thermochron dataloggers haven't been used for measuring groundwater temperatures over a long period of time, so it was uncertain how or if this method would succeed. Due to this untried method of research, the dataloggers were checked approximately once a month and the data extracted from them thus far. Temperature depth profiles were made from groundwater temperature results, and the possible groundwater energy results were calculated from these. Temperature results showed that urban groundwater is warmer than the natural groundwater. Natural groundwater temperatures were approximately +5.5 – 6.5 °C and +7 – 13 °C in urban areas. Results also showed a time delay between the groundwater temperatures and the air temperatures. Air temperatures decrease quite steadily from July's +18.5 °C to December's +0.5 °C. The highest temperatures of the groundwater were recorded between October and November. Thermochron dataloggers worked variably in the groundwater pipes due to the subjection of high pressures along with the lack of water resistance. Some of these dataloggers ceased to work in the midst of the research, and as a consequence results of the temperatures had to be partly interpolated. To obtain a better energy potential, the groundwater temperature should be researched for a longer period of time than 5,5 moths, thus producing a comprehensive set of results throughout the seasons bearing a strong correlation. Under the circumstances these results shows groundwater energy is viable in the local areas.EU:n ilmasto- ja energiastrategian direktiivit velvoittavat uusiutuvien energiamuotojen lisäämistä vuoteen 2020 mennessä. Tämän ja todennäköisesti kohoavan energian hinnan johdosta geotermisen energian käyttö Suomessa on lähtenyt voimakkaaseen kasvuun vuoden 2000 jälkeen. Geoterminen energia on lämmitys- ja viilennysenergiaa, jota saadaan kallioperästä, maan pintakerroksista, vesistöistä ja vesistöjen pintasedimenteistä. Tässä työssä on tutkittu geotermisen energian hyödyntämispotentiaalia, erityisesti maaperän pohjaveden hyödyntämistä lämmitys- ja viilennysenergiana kahdella esimerkki kaupunkialueella Suomessa. Tutkimuksen lähtöoletuksena on että kaupungistuminen ja siitä johtuva lämpösaarekeilmiö lämmittää pohjavettä. Tässä työssä tutkimuskohteina ovat Lohja ja Turku. Kaupunkien pohjavesien lämpötiloja seurattiin 5,5 kuukauden ajan yhteensä kahdeksasta eri pohjavesiputkesta. Kaksi pohjavesiputkista on luonnontilaisia ja ne sijaitsevat kaupunkien ulkoreunoilla. Luonnontilaisten pohjavesiputkien lämpötiloja käytettiin vertailuaineistona kaupunkialueella sijaitseville. Pohjavesiputkiin asennettiin yhteensä 58 kappaletta Thermochron dataloggereita ja ne mittasivat pohjaveden lämpötiloja kahden tunnin välein eri syvyyksiltä. Tämän lisäksi molemmissa kaupungeissa oli yhdet Thermochron dataloggerit, jotka mittasivat ulkolämpötiloja. Täysin samankaltaista tutkimusta ei ole aiemmin suoritettu Suomessa, joten ei ollut varmuutta kuinka hyvin Thermochron Dataloggerit toimivat pohjavesiputkissa veden jatkuvaan lämpötilamittaukseen. Tämän johdosta dataloggerien toimivuus tarkistettiin noin kuukauden välein ja samalla siihen asti kerääntyneet lämpötilatulokset tallennettiin. Pohjaveden lämpötilatuloksista laadittiin syvyysprofiileita, joiden avulla laskettiin mahdollista pohjaveden energiapotentiaalia. Lämpötilatulokset osoittivat että kaupunkialueilla sijaitseva pohjavesi oli lämpimämpää kuin luonnontilainen. Luonnontilaisten pohjavesien lämpötilat vaihtelivat +5,5 – 6,5 °C ja kaupunkipohjavedet +7 – 13 °C asteen välillä. Lämpötilatuloksissa näkyi myös selvä viive pohjaveden lämpötiloissa verrattuna ilman lämpötilatuloksiin. Ilman lämpötilat laskivat melko tasaisesti heinäkuun +18,5 °C joulukuun +0,5 °C asteeseen ja pohjavesien lämpötilat olivat korkeimmillaan vasta loka- marraskuussa. Thermochron dataloggerit toimimivat pohjavesiputkissa vaihtelevasti. Ne eivät oletusten mukaisesti kestäneet tarpeeksi hyvin vettä, eikä pohjavesiputkessa olevaa painetta. Osa dataloggereista hajosi kesken tutkimuksen, minkä takia lämpötilatuloksia jouduttiin osittain interpoloimaan. Pohjaveden tarkempaa hyödyntämispotentiaalia varten kannattaisi lämpötiloja seurata kauemmin kuin mitä tämän työn aikana oli mahdollista (5,5 kuukautta), koska silloin tuloksia olisi kaikilta vuodenajoilta. Tästä huolimatta pohjaveden hyödyntäminen paikallisesti näyttäisi olevan hyvinkin kannattavaa