Keskisyvän (600–800 m) lämpökaivon ja tutkimusreiän poraus sekä niiden ympärille rakennettava pysyvä geoenergian tutkimus- ja kehitysympäristön toteutus (T&K ympäristö)

Kokkolan Urheilutalon välittömään läheisyyteen porataan keskisyvä lämpökaivo sekä tutkimusreikä vähintään 600 metrin syvyydelle ja noin 10–15 metrin etäisyydelle toisistaan. Keskisyvien kaivojen poraus on oleellinen osa projektia. Porauksessa syntyvää kokemusperäistä tietoa sekä tekoälyllä tuotettua tietoa hyödynnetään porausprosessin tehostamiseksi, jotta keskisyviä lämpökaivoja voitaisiin tulevaisuudessa porata nopeammin ja pienemmillä kustannuksilla.

Lämpökaivo, tutkimusreikä ja niihin pysyvästi asennettava mittausinstrumentaatio sekä lämpökaivoon yhdistettävä lämpöpumppu muodostavat yhdessä kiinteistön kanssa tutkimus- ja kehitysympäristön. T&K ympäristössä suoritetaan erilaisia mittauksia ja kokeita sekä kehitetään mittausmenetelmiä keskisyviin lämpökaivoihin soveltuviksi. Lämpökaivoon ja tutkimusreikään asennetaan valokuitukaapelit. Ne mittaavat kaivon eri osien lämpötiloja ja niiden muutoksia operointiolosuhteiden, kuten lämmönoton tai -syötön eli latauksen muuttuessa. Mittaustietoa saadaan koko kaivon syvyydeltä ajan funktiona.
Geoenergian T&K ympäristö toimii pysyvänä demonstraatioalustana tutkimus- ja opetuskäytössä projektin aikana ja myös sen jälkeen.

Lämpökaivosta ja tutkimusreiästä tehtävät mittaukset, menetelmäkehitys, näytteenotto ja geoenergian tuoton arviointi mallinnuksella

• Näytteenotto: Keskisyvän lämpökaivon ja tutkimusreiän porauksen yhteydessä poraussoijasta otetaan näytteitä, joiden mineraalikoostumus analysoidaan laboratoriossa. Mineraalikoostumus antaa tietoa maa- ja kallioperän ominaisuuksista, esimerkiksi eri mineraalien jakautumisesta lämpökaivossa ja tutkimusreiässä syvyyden suhteen.
  Soija-analyysitietoja voidaan hyödyntää geoenergian in situ -mittaustietojen (kts. alla TRT-, DTRT- ja ADTS-mittaukset) kanssa, kun arvioidaan kaivoja ympäröivän kallioperän lämmönjohtavuutta. Poraussoijasta analysoitu tieto kootaan Geoenergian tietopankkiin ja yhdistetään lämpökaivojen porausprosessin dokumentointiin. Tiedolla pyritään lisäämään suunnittelu-, mitoitus- ja porausosaamista.

• Mittaukset ja menetelmäkehitys: Mittaus- ja menetelmäkehityksellä parannetaan geoenergiajärjestelmien kustannustehokasta suunnittelua ja mitoitusta. Tavoitteena on kehittää geoenergia-alalle, erityisesti keskisyviin lämpökaivoihin soveltuvia mittausmenetelmiä huomioimalla sekä konsulttien tarpeet että tieteellinen tarkkuus.Projektissa kehitetään perinteistä termistä vastetestiä eli TRT-mittausta keskisyviin lämpökaivoihin sopivaksi sekä valokuituteknologiaan perustuvia DTRT- ja ADTS-menetelmiä (engl. Distributed Thermal Response Test ja Active Distributed Temperature Sensing). Menetelmillä saadaan joko keskiarvostettua (TRT) tai yksityiskohtaisempaa, kerroksittaista tietoa (DTRT, ADTS) kaivoa ympäröivän kallioperän lämmönjohtavuudesta ja kaivon lämpövastuksista.
  Menetelmäkehityksen lopputuloksena annetaan suositukset eri syvyisiin kaivoihin sopivista in situ -mittausmenetelmistä. Lisäksi pyritään parantamaan valokuitumittausten kalibrointia ja mittaustarkkuutta.

• Geoenergian tuoton arviointi: Mainittujen menetelmien mittauksilla saatuja maa- ja kallioperän ominaisuustietoja hyödynnetään geoenergian tuottoarvioissa. Teoreettisia malleja ja niiden tuottoarvioita voidaan tarkentaa, kun niihin yhdistetään relevantti geologinen mittaustieto.

Lämpökaivon integrointi olemassa olevaan lämmitysjärjestelmään 

Tehtävässä keskitytään integroimaan projektissa investoitavat lämpökaivo, maalämpöpumppu ja varaaja osaksi kiinteistön LVIA-järjestelmää. Tämä uusi energiajärjestelmä yhdessä nykyisen lämmitysjärjestelmän kanssa muodostavat hybridienergiajärjestelmän. Uudesta energiajärjestelmästä saatava tieto tuodaan osaksi Geoenergian tietopankkia. Lisäksi esitetään optio uuden energiajärjestelmän liittämisestä osaksi kiinteistön jäähdytysjärjestelmää.

Tehtävän osakokonaisuudet:

• markkinavuoropuhelu
• kilpailutukset
• matalan GWP-arvon, ns. ilmastoystävällisten kylmäainevaihtoehtojen selvitys
• projektin investointiosion mukaisen energiajärjestelmän hankinta
• investoitavan järjestelmän osa- ja kokonaispilotoinnit
• lisäarvon tuottaminen geoenergian tutkimusympäristölle ja sen kautta sidosryhmille

Selvitys hybridienergiajärjestelmien potentiaalista Keski-Pohjanmaan alueella

Tehtävässä selvitetään hybridienergiajärjestelmien toteutusratkaisuihin liittyvää potentiaalia ja mahdollisia haasteita erityisesti Keski-Pohjanmaan alueella. Tutkimuskirjallisuuskatsaus on osa selvitystä. Keskiössä ovat keskisyvien kaivojen hyödyntämismahdollisuudet, esimerkiksi suurempien toimistokiinteistöjen yhteydessä.

Tehtävän osakokonaisuudet:

• ratkaisumallien tuottaminen
• vertailuanalyysi
• keskisyvien kaivojen hyödyntämismahdollisuudet
• hybridienergiaratkaisut yhdessä keskisyvien kaivojen kanssa

Hybridienergiajärjestelmien toteutusratkaisut 

Aikaisemmin energiantuottajan ja -käyttäjän roolit olivat hyvin selkeästi eriytyneet. Nykyään sähkön pientuottajien määrän lisääntyessä myös hybridienergiajärjestelmät yleistyvät. Tehtävässä keskitytään keräämään tietoa erilaisista hybridienergiajärjestelmien toteutusratkaisuista ja kartoittamaan ohjelmistotyökaluja, jotka tukevat näiden toimintaa.

Tehtävässä keskitytään seuraaviin osakokonaisuuksiin:

• hybridienergiajärjestelmien erilaiset toteutusratkaisut
• hybridienergiajärjestelmien ohjelmistotyökalut
• minipilot-kokeilut
• mallinnus ja simulointi, ratkaisun toteutuskelpoisuuden osoittaminen

Hybridienergiajärjestelmien kaksisuuntaisuus ja kaivokentän lataus eri menetelmillä

Hybridienergiajärjestelmien kaksisuuntaisesta toiminnasta on saatavissa selkeitä hyötyjä. Tutkimuksessa kartoitetaan näitä mahdollisuuksia selvittämällä erilaisia toteutusratkaisuja. Näitä ovat esimerkiksi energiakaivon lataaminen ilmanvaihdon lauhteella tai aurinkopaneelien jäähdytyksestä saatavan lämpöenergian hyödyntäminen kaivon latauksessa, mikä samalla kasvattaa paneelien tuottavuutta.

Tehtävässä keskitytään seuraaviin osakokonaisuuksiin:

• energiatehokkuus
• kustannusnäkökulma
• kaivon lataus eri menetelmillä
• mahdolliset suositukset tutkimuksen jatkotoimenpiteistä

Porausprosessin tehostaminen tekoälyllä

Tehtävän lähtökohtana on porausprosessin kehittäminen ja siten geoenergian hyödyntämisen edistäminen. Tutkimukseen tarvitaan vahvaa yhteistyötä kaivonporausalan toimijoiden kanssa. Tavoitteena on sähköisesti kerätä, tallentaa ja analysoida dataa keskisyvän lämpökaivon porausprosessista. Analyysi tehdään simuloimalla saatua dataa.

Tehtävässä keskitytään seuraaviin osakokonaisuuksiin:

• mitattavan datan sähköisen keräyksen ja tallentamisen kartoittaminen
• keskisyvän lämpökaivon toteutuksen opit osana toiminnan tehostamista
• porausprosessista saatavan datan keräys, tallennus ja analysointi simuloimalla reaaliaikaista dataa
• tekoälyn hyödyntäminen osana datan jalostamista
• mahdolliset suositukset tutkimuksen jatkotoimenpiteistä

Geoenergian lämmöntuotannollisten mahdollisuuksien selvittäminen valikoiduissa pilottikohteissa  

Pilottikohdetarkastelulla selvitetään geoenergian tai geoenergian ja toisen energiamuodon yhdistelmän mahdollisuuksia korvata turpeen ja muiden polttoaineiden käyttöä lämmöntuotannossa. Maakunnasta valitaan pilottikohde tai -kohteita, joiden lämmöntuotanto perustuu muuhun kuin uusiutuvaan energiaan ja/tai joiden lämmöntarve haluttaisiin kattaa geoenergialla. Selvityksessä huomioidaan erilaiset kokoluokat yksittäisistä kiinteistöistä teollisuuspuistoihin. Pilottikohteena voi olla myös uudiskohde.

Lämmöntuotannon vaihtoehtoja ja skenaarioita tutkitaan mallinnuksin, joihin perustuen voidaan antaa arvio geoenergian realistisesta tuottopotentiaalista. Tarkasteluihin voi sisältyä myös maanalaisia lämmönvarastointiratkaisuja tai pohjavesienergiatarkasteluja. Pilottitarkasteluisista saatava tieto auttaa sidosryhmiä tekemään päätöksiä geoenergian hyödyntämiseen liittyen.