Quantitative Heat Oy eli QHeat on vuonna 2018 perustettu yritys, joka kehittää maankuoren lämpöenergian hyödyntämistä. Keskisyvä geolämpökaivo tarkoittaa noin kaksi kilometriä syvää poranreikää, jonka pohjalla on noin 40°C lämpötila. Korkealämpöpumpuilla lämpötila nostetaan edelleen riittävän kuumaksi kaukolämpöverkkoon syötettäväksi.

Vantaan Energia on tilannut QHeatilta laitoksen, joka rakennetaan Variston lämpökeskuksen tontille. Laitoksen avulla Vantaan Energia pystyy tuottamaan kaukolämpöä täysin uudella tavalla. Laitoksen tuottama puhdas ja lähes päästötön uusiutuva lämpö ohjataan Vantaan kaukolämpöverkkoon. Laitos soveltuu myös energiavarastoksi ja tekee mahdolliseksi energian kausivaihteluiden tasaamisen.

Korkeaa lämpöä hyvällä hyötysuhteella

– Vantaalle rakennettava geolämpölaitos on ensimmäinen, jossa tuotetaan kaukolämpöä lämpöpumpuilla suoraan keskisyvän geolämpökaivon tuottamasta lämmöstä, kertoo Oilon-teollisuuslämpöpumppujen myyntipäällikkö Jussi Alpua. – Oilonin lämpöpumppulaitos muodostuu kahdesta sarjaan kytketystä Oilon ChillHeat -korkealämpöpumpusta, joita ohjataan taajuusmuuttajilla. Ratkaisulla saavutetaan erittäin hyvä hyötysuhde, joustava säädettävyys ja erinomainen toimivuus myös osatehoilla. Pumppujen kylmäaineina käytetään alhaisen GWP-arvon (Global Warming Potential) turvallisia kylmäaineita.

– QHeatin ratkaisu on erittäin mielenkiintoinen ja olemme iloisia, että he ovat päätyneet toteutuksessa Oilon-korkealämpöpumppuihin, sanoo Oilon-teollisuuslämpöpumppujen liiketoimintajohtaja Martti Kukkola. – Oilon valmistaa sekä lämpöpumppuja, että kokonaisia, konseptoituja lämpöpumppulaitoksia. Olemme toteuttaneet monia laitoksia, joissa tuotetaan kaukolämpöä, mutta tämä on ensimmäinen toteutus, jossa lämmön lähteenä hyödynnetään keskisyvää geolämpökaivoa. On mielenkiintoista päästä seuraamaan laitoksen toiminnan dynamiikkaa eri olosuhteissa.

– Laitoksen lämpöteho mitoituspisteessä on runsaat 700 kilowattia ja kaukolämpöverkkoon syötettävän veden lämpötila 80°C. Vuodessa tuotetaan noin 1 400 megawattituntia lämpöä. Laitos auttaa Vantaan Energiaa pienentämään hiilijalanjälkeään, kun sähköä tarvitaan vain kolmasosa tuotettavan lämmön määrästä. Mielenkiintoiseksi koko toteutusmallin tekee myös se, että laitoksen korkealämpöiseksi lämmönlähteeksi ei tarvita datakeskusta tai muuta hukkalämmön lähdettä – pelkkä reikä maassa riittää.

Vantaalle toimitettava lämpöpumppulaitos toimitetaan valmiiksi koottuna ja testattuna kontissa käyttöpaikalleen. Konttitoimituksen etuna on, että laitos voidaan rakentaa valmiiksi tehtaassa ja toimitusaika on nopea, tyypillisesti neljä kuukautta tilauksesta.

Valmiiksi rakennetun ja testatun lämpöpumppulaitoksen toimittaminen kontissa tekee asennuksesta nopeaa. Kontti vain nostetaan asennuspaikkaansa ja kytketään sähkö- ja putkiliitäntöihin.

Riittävän syvälle suhteellisen helposti

QHeatin teknologiajohtaja Rami Niemi, joka on toinen yhtiön perustajista, tutustui energiakaivojen poraamiseen toimiessaan VTT:n tutkijana 7–8 vuotta sitten. Tästä syttyi kova innostus geoenergian hyödyntämiseen ja myöhemmin hän toimi lähes kolme vuotta St1 Deep Heat Oy:n teknologiapäällikkönä.

– Matkan varrella oma näkemykseni kääntyi kuutta kilometriä selvästi matalamman energiakaivon kehittämiseen, kertoo Niemi. – Kahden kilometrin syvyyteen mennessä moni asia on oleellisesti helpompi ja monessa käyttötarkoituksessa se riittää. Todella syvälle porattaessa tarvitaan monikymmenkertainen kapasiteetti ja kustannukset nousevat hyvin korkeiksi.

– Maankuoren pintalämpötila on Suomessa noin 4–6°C ja alaspäin mentäessä lämpötila nousee aluksi noin 1,4°C sataa metriä kohti ja syvemmällä jonkin verran enemmän. Kahdessa kilometrissä lämpötila on noin 38–40°C. Suomessa kiven lämpötila on erittäin hyvin ennustettavissa, sillä täällä kivi on ehtinyt jäähtyä 1,9 miljardia vuotta ja kivi on hyvin tasalämpöistä. Voimme porata keskisyvän kaivon periaatteessa minne tahansa ja se toimii aina yhtä hyvin.

Yksi kaivo mahtuu minne tahansa

– Keskisyvän kaivon poraaminen muistuttaa hyvin paljon tavanomaisen, 200–300 metriä syvän maalämpökaivon poraamista –kalusto vain on vähän järeämpää, jatkaa QHeatin operatiivinen johtaja Mikael Maksimow. – Me kuitenkin putkitamme reikää useita satoja metrejä, betonoimme teräsputken reikään, ja poraamme sen läpi syvemmälle.

– Tavallisessa lämpökaivossa on muoviputkikollektori, U-putki, jossa pakkasneste kulkee ylös ja alas. Meillä on koaksiaalinen virtaus, jossa tavallinen vesi kulkee porattua reikää alaspäin ja palaa eristetyssä putkessa ylös. Voimme myös vaihtaa virtauksen suuntaa. Tämä on oleellista, koska silloin voimme käyttää reikää lämpövarastona. Kun tarjolla on ylimääräistä lämpöä, johdamme kuuman veden reiän pohjalle ja kivi alkaa lämmetä pohjalta alkaen.

Kaksi kilometriä syvä reikä tuo miesten mukaan monia etuja verrattuna tavanomaisiin lämpökaivoihin. Metrejä on paljon enemmän ja kivi on alhaalla lämmintä, joten yksi reikä vastaa tuotoltaan 40:tä tavallista maalämpökaivoa. Lämpöpumpulle tuleva vesi on lämpimämpää, joten siitä voidaan tuottaa kuumempaa lähtölämpöä paremmalla hyötysuhteella. Lisäksi yksi reikä on mahdollista sijoittaa lähes mille tahansa tontille vaikka kaupungin keskustassa. 40 reikää vaatii lähes kaksi hehtaaria tilaa.

Ilmastonmuutos vaatii vahvoja ratkaisuja

Suomessa rakennusten lämmitys kuluttaa neljänneksen energian koko loppukäytöstä. Kaukolämpöä tästä on lähes puolet, vuonna 2018 noin 37 terawattituntia (TWh). Kaukolämmöstä yli puolet, noin 51%, tuotettiin fossiilisilla polttoaineilla ja turpeella. Sähköstä puolestaan noin 80% tuotettiin päästöttömillä energianlähteillä, kun ydinvoimaa oli suunnilleen kolmasosa koko tuotannosta.

QHeat-geolämpökaivoilla ja Oilon-korkealämpöpumpuilla tuotettu kaukolämpö vähentää QHeatin mukaan kiinteistön lämmityksestä johtuvia päästöjä jopa 95% verrattuna fossiiliseen kaukolämpöön. Tämä on ilmastotavoitteiden kannalta äärimmäisen merkittävää, sillä lämmitys aiheuttaa tällä hetkellä noin viidesosan Suomen hiilidioksidipäästöistä.

Suomessa on monia kymmeniä pieniä aluelämpölaitoksia, joiden pääpolttoaineena on metsähake, mutta joissa joudutaan eri tilanteissa turvautumaan myös fossiilisiin polttoaineisiin. Geolämpölaitos on täydellinen ratkaisu tällaisille lämpölaitoksille. Kesän ylimääräinen, edullinen lämpö voidaan varastoida kallioperään ja hyödyntää talvella. Toisaalta hakekattila on mahdollista sulkea kesäkaudeksi, jolloin sen käyttöikä kasvaa merkittävästi.

Kaiken kokoisille lämpölaitoksille on merkittävää hyötyä lämpövarastoista, joiden avulla voidaan tasapainottaa tuotannon ja kulutuksen vaihteluita pitkällä tai lyhyellä aikavälillä.

Dynaamista tuotantoa

Oilonin kaikki ChillHeat-teollisuuslämpöpumput testataan ennen toimitusta dynaamisesti todellisella kuormalla.

Varistoon rakennettava geolämpölaitos otetaan käyttöön vuoden 2021 alussa. Laitosta käytetään sekä lämmön tuotantoon että ylimääräisen lämmön varastoimiseen kallioperään. Sähkön hinta vaihtelee paljon ja nopeasti. Haastattelupäivän aamuna hinta nousi lähes 150 euroon megawattitunnilta ja laski illalla alle 20 euron. Tämä muutos tosin taisi johtua Loviisan ydinvoimalan huollosta.

Tuulivoiman lisääntyminen tulee aiheuttamaan jopa negatiivisia hintoja ja Olkiluoto 3:n valmistuminen aikanaan tulee tuomaan merkittävän määrän ei-joustavaa tuotantoa Suomen sähköverkkoon. Lämpökuormaan vaikuttaa eniten ulkolämpötila ja sitten kellonaika. Harvat käyvät suihkussa yöllä, mutta monet aamulla. Suuria piikkejä on sekä tuotannossa että kulutuksessa ja niiden metsästämisessä auttaa nopea energiavarasto.

– QHeatin ratkaisu tarjoaa asiakkaillemme geotermisen maalämmön edut ilman omaa investointia huolettomana palveluna ja vakaaseen hintaan, sanoo Vantaan Energian lämpöliiketoiminnan johtaja Ilkka Reko. – Geoterminen lämpö on erinomainen lisä muiden uusiolämpötuotteidemme rinnalle ja innovatiivinen tapa tuottaa uusiutuvaa lämpöä.

– Vantaan Energia on rohkea energia-alan muutoksentekijä, joka hakee aktiivisesti uusia ratkaisuja saavuttaakseen ilmastotavoitteensa, sanoo QHeatin toimitusjohtaja Miska Eriksson. – On hienoa aloittaa yhteistyö, jolla voidaan korvata fossiilisia polttoaineita kaukolämmön tuotannossa ja siten muuttaa kaupungin lämmitystä hiilineutraalimmaksi ja vähäpäästöisemmäksi. QHeatin missiona on olla mukana vauhdittamassa yhteiskunnan siirtymistä puhtaaseen energiaan.

Vantaan Energia on ilmoittanut nopeuttavansa kivihiilestä luopumista ja aikoo lopettaa sen käytön energiantuotannossa vuonna 2022.

Oilonilla on kokemusta kaukolämmöstä – Oilon oli aktiivinen ja pystyi vakuuttamaan meidät ratkaisunsa paremmuudesta, vastaa Maksimow kysymykseen Oilonin valinnasta lämpöpumpputoimittajaksi. – Heillä on kokemusta toiminnasta kaukolämpöympäristössä ja -lämpötiloissa. Koko porukka on erittäin ammattitaitoinen ja tuote on hyvä. Oma lisänsä on kehittynyt etäseuranta, joten tiedämme aina, mitä laitoksella tapahtuu. Koko laitos toimitetaan meille valmiiksi rakennettuna ja testattuna kontissa, jonka vain nostamme kaivon päälle ja kytkemme kiinni.