Alueelliset ja kohteelliset geofysikaaliset tutkimukset

Kymenlaakson rapakivialueella tehdään laajoja geofysikaalisia taustatutkimuksia keskisyvien lämpökaivojen porauspaikkojen valintaa varten. Alueellisilla geofysikaalisilla tutkimuksilla selvitetään Kymenlaakson rapakiven ominaisuuksia, kuten paksuutta, laatua ja rikkonaisuutta. Tutkimuksilla tavoitellaan erityisesti porausta haittaavien merkittävimpien kallioperän ruhje- ja heikkousvyöhykkeiden tunnistamista ja paikantamista. Tutkimukset pitävät sisällään seismisiä luotauksia, sähkömagneettisia (magnetotelluurisia) mittauksia ja painovoimamittauksia.

Seismiset luotaukset antavat tietoa kallioperän rajapinnoista ja seismisen nopeuden muutoksista kallioperässä. Rajapinnat ja alhaiset seismiset nopeudet voivat indikoida esimerkiksi kivilajikontakteja tai kallioperän ruhjevyöhykkeitä.

Sähkömagneettisilla MT-mittauksilla selvitetään väliaineen sähkönjohtavuuden muutoksia syvällä kallioperässä. Sähkönjohtavuuden muutokset voivat liittyä kivilajimuutoksiin tai kallioperässä oleviin suolapitoisiin nesteisiin, jotka liittyvät ruhjevyöhykkeisiin. Myös painovoimamittausten avulla saadaan tietoa kallioperän rikkonaisuudesta.

Geofysiikan eri menetelmiä hyödyntäen saadaan tietoa maa- ja kallioperän ominaisuuksista: koostumuksesta, laadusta ja kerrosrakenteesta, joilla kaikilla on vaikutusta geotermisen energian tuottoon eri syvyyksien kaivoissa. Geotermisen energian tuottoarviot tarkentuvat, kun geotieteellinen tieto yhdistetään tuottoa simuloiviin malleihin.

Keskisyvän lämpökaivon porauspaikan valinnan jälkeen Kymenlaakson rapakivialueella tehdään vielä tarkempia kohteellisia geofysikaalisia tutkimuksia. Niiden tarkoituksena on auttaa porauksen tarkemmassa suunnittelussa, esimerkiksi määrittämällä maapeitepaksuuden ja paikallisen kallioperän rikkonaisuuden.

Seismisyyden tutkimus

Kymenlaakso on seismisesti aktiivinen alue, eli alueella tapahtuu Suomen mittakaavassa runsaasti maanjäristyksiä. Maanjäristykset ovat Suomen paksun maankuoren alueella kuitenkin matalia ja magnitudiltaan heikkoja.

Geologian tutkimuskeskus GTK tekee tutkimuksia Kymenlaakson alueen seismisyydestä geoenergiahankkeiden riskien hallinnoimiseksi. Tavoitteena on tunnistaa seismisesti aktiiviset alueet Kymenlaakson rapakivialueella. Tutkimukset tehdään ensisijaisesti kokoamalla ja raportoimalla olemassa oleva aineisto seismisyydestä.

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

Kymenlaaksoon tehtävien lämpökaivon ja tutkimusreiän porauspaikat määritetään geofysiikan tutkimusten perusteella ja ne porataan vähintään 600 metrin syvyyteen. Keskisyvän lämpökaivon poraus on oleellinen osa projektia, millä tavoitellaan syvempien lämpökaivojen rutiininomaista porausta toistettavuuden myötä.
Porauksessa syntyvää kokemusperäistä tietoa hyödynnetään porausprosessin dokumentoinnissa, jotta keskisyviä lämpökaivoja voitaisiin tulevaisuudessa porata nopeammin ja pienemmillä kustannuksilla. Kymenlaakson tutkimus- ja kehitysympäristön tutkimusreikä toteutetaan ensisijaisesti kairanreikänä, josta saadaan kairasydännäytteet.

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 geoenergian mittausmenetelmiä keskisyviin kaivoihin 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 porauksen yhteydessä poraussoijasta otetaan näytteitä, joiden mineraalikoostumus analysoidaan laboratoriossa. Mineraalikoostumus antaa tietoa maa- ja kallioperän ominaisuuksista, kuten eri mineraalien jakautumisesta lämpökaivossa syvyyden suhteen. Poraussoijasta analysoitu tieto yhdistetään lämpökaivojen porausprosessin dokumentointiin.Tutkimusreiästä otettavista kairasydännäytteistä tehdään kattavat petrofysikaaliset laboratoriomittaukset rapakiven fysikaalisten ominaisuuksien selvittämiseksi.Poraussoija- ja kairasydännäytteiden tiedot liitetään Geoenergian tietopankkiin ja niillä lisätään geoenergian suunnittelu-, mitoitus- ja porausosaamista.
  Soija- ja kairasydännäytteille tehtyjen laboratoriomittausten tuloksia verrataan in situ -mittauksissa (kts. alla TRT-, DTRT- ja ADTS-mittaukset) saadun tiedon kanssa, kun arvioidaan kaivoja ympäröivän kallioperän lämmönjohtavuutta ja sen karakterisointia eri menetelmin.
• 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.
• Geologian tutkimuskeskus GTK tekee tutkimusreiässä uudentyyppisiä DAS-mittauksia (engl. Distributed Acoustic Sensing), joissa reikään asennettua valokuitukaapelia käytetään maanpinnalla täryttämällä aikaansaatujen seismisten aaltojen mittaamiseen. Seismisten aaltojen kulkuajat ja voimakkuus kertovat kallioperässä olevien rajapintojen ja mahdollisten rakovyöhykkeiden sijainnista sekä muutoksista kallioperän ominaisuuksissa. Myös DAS-mittauksista saatu tieto liitetään Geoenergian tietopankkiin.
• Geoenergian tuoton arviointi: Mainituilla menetelmillä tehdyillä mittauksilla saatuja maa- ja kallioperän ominaisuustietoja hyödynnetään geoenergian tuottoarvioissa. Teoreettisia malleja ja niiden tuottoarvioita voidaan tarkentaa, kun niihin yhdistetään relevantti geologinen mittaustieto.

Geoenergian lämmöntuotannollisten mahdollisuuksien selvittäminen valikoiduissa pilottikohteissa

Geoenergian mahdollisuuksia lämmöntuotannossa tarkastellaan kolmessa erityyppisessä pilottikohteessa Kymenlaakson alueella. Tarkastelukohteet ovat asuin-, palvelu- ja teollisuusympäristö.

Asuinympäristössä tarkastellaan kolmea kerrostalojen korttelialuetta. Kohteiden lämmitysmuotona on tällä hetkellä kaukolämpö.

Palveluympäristössä tarkastellaan kunnallista korttelialuetta, joka koostuu viiden rakennuksen kokonaisuudesta. Alueella lämmitysmuotona on tällä hetkellä kaukolämpö.

Teollisuusympäristössä tarkastellaan yhtenä vaihtoehtoisena lämmitysmuotona geoenergiaa. Alueella on tällä hetkellä lämmitysmuotona maakaasu.

Selvitys geoenergian roolista lämmöntuotannossa Kymenlaakson alueella

Tehtävässä selvitetään geoenergian potentiaali nykyisten kaukolämpöverkkojen peruslämmöntuotannossa Kotkan, Haminan ja Kouvolan alueilta. Selvityksessä tarkastellaan geoenergian mahdollisuuksia hybridilämmitysmuotona huomioiden tekniset, taloudelliset ja ympäristölliset vaikutukset Kymenlaaksossa.

Benchmarking ja teknologiaselvitys

Benchmarking ja teknologiaselvitys koostuu geoenergiaan liittyvistä teknologiaratkaisuista ja niiden kehitystarpeista hyödyntäen patent landscape -mallia, jonka avulla saadaan syvempää tietoa patenttien teknologioista ja innovaatioista. Tehtävässä kehitetään alueen yrityksille alustavia liiketoimintasuunnitelmia, joissa hyödynnetään teknologia- ja pilot-kohteiden tuloksia ja jotka vastaavat geoenergian osalta energiamurroksesta aiheutuviin muuttuviin tarpeisiin.