Suomen matalapohjaveden lämpötila, siihen vaikuttavat tekijät ja valtakunnallisen lämpötilakartoituksen käyttökelpoisuus geoenergiapotentiaalin arvioinnissa

Abstract

Huoli fossiilisten polttoaineiden riittävyydestä, kohoavat energian hinnat ja ilmastonmuutos ovat yhdessä Euroopan unionin asettamien direktiivien kanssa lisänneet uusiutuvien energiamuotojen käyttöä niin Suomessa kuin muualla maailmalla. Tätä myöden myös geotermisen energian hyödyntäminen on lähtenyt voimakkaaseen kasvuun. Geotermisellä energialla tarkoitetaan kallio- ja maaperään sekä vesistöihin varastoitunutta energiaa, jota voidaan käyttää sekä viilennykseen että lämmitykseen. Pohjavesistä saatava geotermistä energiaa on ruvettu hyödyntämään entistä enemmän ja lämpötilalla on suuri merkitys vesiä hyödynnettäessä.

Työn tarkoituksena on kartoittaa Suomen matalapohjaveden lämpötilajakauma ja pohtia kartoituksen käyttökelpoisuutta Suomen geoenergiapotentiaalin arvioinnissa. Lähtöoletuksena on, että lämpötilat viilenevät mentäessä etelästä pohjoiseen, ja että kaupungistumisesta johtuva lämpösaarekeilmiö nostaa pohjaveden lämpötiloja suurissa kaupungeissa. Työn toisena tarkoituksena on analysoida pohjaveden lämpötilaan vaikuttavia tekijöitä, kuten esimerkiksi pohjavesialueen pinta-alaa, muodostumatyyppiä ja muodostuvan pohjaveden määrää.

Työn tuloksina olivat kolme karttaa Suomen matalapohjaveden lämpötiloista ja niiden muutoksesta kahdella eri vuosituhannella. Lämpötilat olivat selkeästi kohonneet 2000-luvulla verrattuna 1900-lukuun. Syynä tähän vaikuttaisi olevan muun muassa ilmastonmuutos ja kaupungistuminen. Pohjaveden lämpötilat vaihtelivat 1900-luvulla 2,2–8 °C välillä ja 2000-luvulla 2,2–10,1 °C välillä. Pohjaveden lämpötilaan vaikutti eniten Suomen sijainti pohjoisilla leveyspiireillä ja pohjaveden havaittiin noudattelevan maanpinnan keskilämpötilaa.

Tutkimuksesta kävi ilmi, että Suomen matalapohjavettä voidaan hyödyntää sekä lämmitys- ja viilennysenergiana ympäri maata. Lämmitysenergiaksi pohjavesi sopii kuitenkin parhaiten maan eteläosissa. Lämpimimmät vedet löydetään Suomen lounaiselta rannikkoalueelta ja viileimmät Lapista. Lämpösaarekeilmiö voi kuitenkin kohottaa vesien lämpötilaa kaupungeissa ja siten lisätä energiapotentiaalia pohjoisemmillakin alueilla.

Koska matalapohjavesi on helposti tavoitettava ja runsaana esiintyvä uusiutuva luonnonvara Suomessa, tulisi se huomioida tulevaisuudessa entistä paremmin energialähteenä. Tulevaisuudessa Suomen pohjaveden lämpötilan tutkimusta voitaisiin jatkaa esimerkiksi kartoittamalla eri vuosikymmenten pohjaveden keskilämpötilat, jolloin voitaisiin selvittää pohjaveden lämpötiloissa tapahtunutta muutosta ajan suhteen.

Concern of sufficiency of fossil fuels, rising prices of energy and the climate change together with the directives set by the European Union have increased the use of different forms of renewable energy both in Finland and around the world. Due to this, utilization of the geothermal energy has made a great increase. Geothermal energy means energy reserved in bedrock, soil and water system, and it can be used to both cooling and heating. Geothermal energy received from the groundwater has been started to utilize more than ever, and the temperature has a big role when utilizing the groundwater.

The aim of this work is to map Finnish shallow groundwaters temperature distribution and to think over the utility of the mapping in estimating the geothermal energy potential of Finland. The hypothesis is that the temperatures decrease towards north and that the urban heat island, caused by urbanization, increases the temperatures of the groundwater in big cities. As the second aim is to analyse how the factors, such as the groundwater areas surface area, formation type and the quantity of forming groundwater, influence on the temperature of the groundwater.

As the results of the work were three maps of Finnish shallow groundwater temperatures and the change of the temperatures in two different centuries. Temperatures had clearly increased in the 21st century compared to the 20th century. Reason for this seems to be, among other things, the climate change and urbanization. The groundwater temperatures varied between 2,2–8 °C in the 20th century and between 2,2–10,1 °C in the 21st century. Finland’s location in northern latitudes caused the main influence on the groundwater temperature and the groundwater temperature was observed to follow the mean temperature of the ground.

It turned out from the study that Finnish shallow groundwater can be utilized to energy source to both heating and cooling around the country. However, for heating energy the groundwater suits the best in the southern part of the country. The warmest waters can be found from the southwestern coast area of Finland and the coolest in Lapland. However, the urban heat island can raise the water temperature in cities and thus elevate the energy potential also in northern areas.

As the shallow groundwater is easily available and abundant renewable natural resource in Finland its more efficient use as an energy source in the future should be considered. The study of the Finnish groundwater temperature could be continued for example by mapping the mean temperatures of groundwater in different decades when the change in the groundwater temperatures in respect of time could be defined.