|
|
|
Hankekoodi: A74337
Hankkeen nimi: Esiselvitys kylmävarastoinnin toteuttamisesta Vaasassa
Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen
Erityistavoite: 3.2. Uusiutuvan energian ja energiatehokkaiden ratkaisujen kehittäminen
Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.11.2018 ja päättyy 28.2.2019
Toiminnan tila: Toiminta päättynyt
Vastuuviranomainen: Pirkanmaan liitto
Hakijan virallinen nimi: Vaasan yliopisto
Organisaatiotyyppi: Yliopisto
Y-tunnus: 0209599-8
Jakeluosoite: Wolffintie 34
Puhelinnumero: 0294498000
Postinumero: 65200
Postitoimipaikka: Vaasa
Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Birgitta Martinkauppi
Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Tutkijatohtori
Yhteyshenkilön sähköpostisoite: birgitta.martinkauppi(at)uva.fi
Yhteyshenkilön puhelinnumero: 0294498539
Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely:
Porakaivoja käyttöä kylmän ja viileän varastoinnissa on tutkittu varsin vähän. Kuitenkin kylmän varastointi tarjoaisi varsin luontevan mahdollisuuden esimerkiksi eri kohteiden viilennystarpeisiin.
Ennen kuin varsinaista kylmävarastoa ruvetaan rakentamaan, on tärkeää testata kallion käyttäytyminen. Tämä testaus voidaan toteuttaa Vaasan yliopiston TRT -vaunulla, joka on tiettävästi ainoa lämpökaivojen mittauslaitteisto Suomessa, johon on asennettu varaajaan sijoitettujen sähkövastusten lisäksi myös lämpöpumppujärjestelmä kaksisuuntaista termistä vastetestiä (kuumennusta ja jäähdytystä) varten.
Lämpöpumpun avulla kallioperä on mahdollista jäähdyttää kaivon ympäriltä lämpötilaltaan pakkaslukemiin. Se johtaa myös veden jäätymiseen, jos sitä porareiässä tai sen välittömässä läheisyydessä on. Tällä testillä saadaan selvitettyä yhtäältä kallion terminen kylmäkäyttäytyminen sekä toisaalta miten kallioperä rakenteellisesti toimii, kun sitä riittävästi kylmennetään.
Hankkeen tavoitteena on selvittää kylmän/viileän varastointia kallioon, jolloin saadaan tietoa kylmävarastoinnin toimivuudesta kallioperään. Tähän tavoitteeseen päästään aluksi tekemällä esiselvitys kylmävarastointiin tarvittavista komponenteista, ja liuoksista. On tärkeä valita esimerkiksi sopiva liuos joka ei mene jäähän. Tämän jälkeen tehdään tarvittavat mittausjärjestelyt kalliokaivolle. Seuraavaksi suoritetaan normaali terminen vastetesti, jonka avulla saadaan selvyyttä kallion ominaisuuksista. Tämän jälkeen annetaan kaivon jäähtyä muutama viikko, jona aikana kalliokaivoon laitetaan lisämittauslaite. Seuraavaksi aletaan ajaa kaivoa jäähän TRT-vaunulla. Tänä aikana kerätään lisää tietoa ja sen jälkeen suoritetaan datan analysointi. Hankkeen tuloksena syntyy raportti, jossa kerrotaan tehdystä esiselvityksestä, testauksesta ja analysointituloksista yksityiskohtaisesti. Raportissa on arvio siitä, miten kylmävarastointi toimii kallioperässä sekä kylmän/viileän varastointia testattiin.
Hankkeen tavoitteena on esiselvittää kylmän/viileän varastointia kallioon. Kohderyhmänä ovat kylmän/viileän varastoinnista ja käytöstä kiinnostunut tahot (kunnat, kuntayhtymät, ja muut kuntien hallitsemat toimijat sekä yritykset). Varastoijat (kunnallinen toimija tai yritys) voivat tallentaa kesällä ylijäämänä syntyvän lämmön kylmänä varastoon, ja myydä sitä käyttäjille tai käyttää itse. Käyttäjiä voivat olla esim. yritykset, jotka tarvitsevat viilennystä tai kuntayhtymän omistama sairaala yms. Yleisesti kohteena on kaikki toimijat, joilla on viilennyksen/kylmennyksen tarvetta.
Välillisiä kohderyhmiä ovat taloyhtiöt (mm. tiloissa olevat henkilöt), yksityiset kansalaiset, kylmää ja viileää tarvitseva teollisuus, sekä kylmävarastointia mahdollisesti hyödyntävät ja tarvitsevat julkiset organisaatiot.
Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 12 000
Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 12 000
Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 15 620
Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 15 620
Maakunnat: Pohjanmaa
Seutukunnat: Vaasan
Kunnat: Vaasa
Jakeluosoite:
Postinumero:
Postitoimipaikka:
Suunniteltu: 0, joihin työllistyvät naiset 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joihin työllistyvät naiset 0.00
Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joista naisten perustamia 0.00
| Välitön | Välillinen | |
| Ekologinen kestävyys | ||
| Luonnonvarojen käytön kestävyys | 1 | 4 |
| Kylmän tuottamiseen ja viilennykseen käytetään myös sähköä ja fossiilisia polttoaineita; hankkeen tavoitteena on esiselvittää mahdollisuutta tuottaa näitä kahta käyttäen hyväksi uusiutuvaa energiaa. | ||
| Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen | 2 | 7 |
| Kylmän tuottamiseen ja viilennykseen käytetään myös sähköä ja fossiilisia polttoaineita; hankkeen tavoitteena on esiselvittää mahdollisuutta tuottaa näitä kahta käyttäen hyväksi uusiutuvaa energiaa. | ||
| Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus | 0 | 1 |
| Kylmän tuottamiseen ja viilennykseen käytetään myös sähköä ja fossiilisia polttoaineita; hankkeen tavoitteena on esiselvittää mahdollisuutta tuottaa näitä kahta käyttäen hyväksi uusiutuvaa energiaa. | ||
| Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) | 0 | 1 |
| Kylmän tuottamiseen ja viilennykseen käytetään myös sähköä ja fossiilisia polttoaineita; hankkeen tavoitteena on esiselvittää mahdollisuutta tuottaa näitä kahta käyttäen hyväksi uusiutuvaa energiaa. | ||
| Natura 2000 -ohjelman kohteet | 0 | 1 |
| Kylmän tuottamiseen ja viilennykseen käytetään myös sähköä ja fossiilisia polttoaineita; hankkeen tavoitteena on esiselvittää mahdollisuutta tuottaa näitä kahta käyttäen hyväksi uusiutuvaa energiaa. | ||
| Taloudellinen kestävyys | ||
| Materiaalit ja jätteet | 5 | 6 |
| Viilennykseen ei tarvitse hankkia omaa laitetta vaan viilennys tuotetaan maaperästä. Laitetta ei tarvitse valmistaa, joten neitseellisiä luonnonvaroja säästyy. Samalla jätettäkään ei synny. | ||
| Uusiutuvien energialähteiden käyttö | 8 | 8 |
| Talvella luonnosta saatava kylmä on uusiutuvaa energiaa. Sen käyttö kesällä varastosta vähentää fossiilisten polttoaineiden tarvetta. | ||
| Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen | 8 | 8 |
| Paikallinen elinkeinoelämä voi käyttää ympäristöystävällistä kylmää ja viileää. Paikallinen energiaomavaraisuus lisääntyy ja siitä voi tulla taloudellisia säästöjä. | ||
| Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen | 0 | 1 |
| Hankkeessa kehitetään kylmävarastointia. Tästä voi myöhemmin olla mahdollista tehdä kylmänpalvelumyyntiä. | ||
| Liikkuminen ja logistiikka | 0 | 1 |
| Vähentää tarvetta fossiilisten polttoaineiden kuljetukseen, koska viileä tuotetaan luonnollisesti maaperästä. | ||
| Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus | ||
| Hyvinvoinnin edistäminen | 0 | 1 |
| Mahdollisesti vähentää ilmansaasteita ja siten edistää terveyttä. | ||
| Tasa-arvon edistäminen | 0 | 1 |
| Ei suoraan edistä, mutta hankkeessa on mukana molempia sukupuolia. Tutkijat voivat edistää uraansa sukupuolesta riippumatta. | ||
| Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus | 0 | 1 |
| Tulokset ovat julkisia ja niistä hyötyminen on yhdenvertaista. | ||
| Kulttuuriympäristö | 0 | 1 |
| Vähentää ilmansaasteita, joten kulttuuriympäristö säilyy paremmin. | ||
| Ympäristöosaaminen | 1 | 1 |
| Lisää tietoa kylmän ja viilennyksen tuottamisesta. Tulokset julkaistaan kansainvälisissä artikkeleissa ja otetaan mukaan opetukseen. | ||
Hankkeessa tutkittiin kallion käytäytymistä kylmän ja viileän varastoinnissa porakaivolla Vaasassa Laajametsän alueella. Aluksi esiselvityksessa tutkittiin ja valittiin kylmän ja viileään varastointiin soveltuvat komponentit ja materiaalit kuten porakaivon putkistossa kiertävä lämmönsiirtoneste. Tämä neste ei saa luonnollisesti jäätyä, koska muuten kylmän ja viileän siirto porakaivoon ja sen kautta kallioon ei oonnistu. Lämmönsiirtonesteeksi valittiin ”Naturet” sen hinnan, yleisen käytön ja turvallisuuden perusteella. Putkeksi valittiin PE-putki. Perusteena olivat taas hinta, yleinen käyttö ja soveltuvuus jäädytykseen. Esimerkiksi metalliputki voi rikkoontua, koska se ei välttämättä kestä kylmentämisestä ja kuumentamisesta seuraavia muodonmuutoksia. Seuraava vaihe oli testausten valmistelu Laajametsän porakaivolla. Tämä käsitti tarvittavat asennukset ja muut tarvittavat toimenpiteet kuten esimerkiksi sähkön saannin varmistaminen. Seuraavaksi tehtiin normaali terminen vastetesti Vaasan yliopiston TRT-vaunulla, jolloin saadaan selville kallion perusominaisuuksia. Vastetestin jälkeen kallion annettiin palautua normaaliin peruslämpötilaansa. Tämän jälkeen Vaasan yliopiston TRT-vaunua käytettiin viilennykseen, jonka jälkeen seurattiin porakaivon lämpötilaa. Lopuksi analysoitiin mittaukset. Hankkeen tuloksena syntyi raportti. Raportin analyysi osoittaa että kylmän varastointi kallioperään onnistuu periaatteessa samalla tavalla kuin lämmön varastointi. Laajametsän alueella ei havaittu kallioperän vaurioitumista. Kylmää ladattiin kallioon 2,07 MWh 220 h kylmennysjakson aikana. Tutkimuksen perusteella siis 2/3-osaa eli 1380 kWh varastoidun kylmän määrästä olisi ollut käytettävissä. Suomessa kalliota voisi ladata 60 päivän ajan talvella eli 1440 h. Tällöin tähän yhden lämpökaivon ympäristöön menisi noin 13 500 kWh, josta käytettävissä olisi noin 9 000 kWh. Kuuden kuukauden (180 päivää) vastaavat arvot olisivat 40 500 kWh ja 27 000 kWh. Nämä tulokset on saatu ekstrapoloimalla mittaustuloksista. Kylmän lataus kannattaa tehdä kallioon tavallisella kiertovesipumpulla ja lämmönvaihtimella, jolloin sähkönkulutus jäänee noin 10 % ladattavasta kylmästä. Kahden kuukauden tapauksessa tämä tarkoittaisi 1 350 kWh, joka on 15 % käytettävissä olevasta kylmästä. Kuuden kuukauden tapauksessa sähkönkulutus olisi 4 050 kWh, joka on myös 15 % käytettävissä olevasta kylmästä. Kun tarkastellaan teoreettisesti kuuden kuukauden kylmentämisjaksoa tehon ollessa 10 kW, niin tässä tapauksessa sähkönkulutus olisi 4320 kWh eli 20 % käytettävissä olevasta kylmästä. On huomioitava, että sähkönkulutus riippuu käytettävästä tehosta ja kylmennysjärjestelyistä. Kylmäkaivo, jota keinotekoisesti jäähdytetään, soveltuu hyvin esim. osaksi kaukojäähdytykseen tai isojen kiinteistöjen jäähdyttämiseen energiankulutusta tasapainottavalla tavalla. Kylmäkaivon mahdollisia käyttökohteita ovat asuinhuoneistot, julkiset tilat, liikehuoneistot ja teollisuus. Osaan em. kohteista on jo tarjolla kaukojäähdytystä (eli kaukokylmää), mutta tämä vaatii erillisen kylmäverkon rakentamisen. Kylmäkaivolla erillistä kylmäverkkoa ei tarvitse rakentaa, vaan se voidaan tehdä kohteen lähelle. Lämpö- tai kylmäkaivoa on mahdollista ladata sellaisina aikoina kun uusiutuvaa energiaa, mm. aurinko- ja tuulivoimaloiden sähköenergiaa on runsaasti tarjolla. Eri energiamuotojen joustava yhteiskäyttö mahdollistaa fossiilisten energiamuotojen (öljy / kivihiili ym.) selkeän vähentämisen