Abstract

This report examines the recovery of carbon-free geothermal heat from the Pyhäsalmi mine and the utilization of low-temperature geothermal energy. Extraction of metals from the about 1.4 km deep mine will end in the near future, providing exceptional possibilities to utilize underground space for the geothermal energy production. This report presents the basic principles of geothermal energy and its utilization, geological and -thermal premises of the mine, and a concept for the recovery and utilization of heat. Subsequently, we examine the cost-effectiveness of the concept and outline the utilization of the geothermal energy in the local district heating network, as well as in the potential on-site applications.

The design concept generated and optimized in this project is based on an underground borehole field and a novel collector type transferring heat from the rock to the heat circulation loop. The heat wells placed at the bottom of the mine can be dimensioned to produce nearly 20-degree water with several megawatts power, allowing annual heat production of tens of gigawatts at the temperature range of 70–90 degrees by means of heat pumps.

Utilization of geothermal energy creates a platform for developing new technologies, services and enterprises within mine areas. The obtained results support the vision of Pyhäsalmi as a pilot surroundings for renewable energies that attract companies and communities in Finland and internationally.

Tiivistelmä

Tämä raportti tarkastelee hiilivapaan geotermisen lämmön talteenottoa Pyhäsalmen kaivoksesta ja matalalämpöisen geoenergian hyödyntämistä. Maanalaisen noin 1,4 km syvän kaivoksen metallien louhinta päättyy lähitulevaisuudessa, jolloin tilat tarjoavat geotermisen energian tuotannolle poikkeuksellisen hyvät mahdollisuudet. Raportissa esitellään geotermisen energian ja sen hyötykäytön yleiset perusperiaatteet, kaivoksen geologiset ja -termiset lähtökohdat sekä konsepti geotermisen lämmön talteenottoa ja hyödyntämistä varten. Lopuksi tarkastellaan konseptin kannattavuutta, geotermisen lämmön hyödyntämistä paikallisessa kaukolämpöverkostossa sekä lämpöenergian paikallisia käyttökohteita.

Tässä hankkeessa suunniteltava ja optimoitava toteutuskonsepti pohjautuu maanalaiseen lämpökaivokenttään sekä kehitettävään kollektoriin, jolla lämpöä saadaan kalliosta tehokkaasti siirrettyä lämmönsiirtopiiriin. Kaivoksen pohjalle sijoitettu lämpökaivokenttä voidaan mitoittaa tuottamaan lähes 20-asteista vettä useiden megawattien teholla, jolloin vuotuinen lämpöenergian tuotanto voi nousta kymmeniin gigawattitunteihin ja lämpöpumpulla tuotettu lämpötilataso 70–90 asteeseen.

Geotermisen energian hyödyntäminen luo kasvualustan kehittää uusia teknologioita ja palveluja sekä yrityksiä kaivosympäristössä. Saadut tulokset tukevat visiota, jossa Pyhäsalmen kaivosalueesta ja ympäröivästä taajamasta kehittyy uusiutuvien energiamuotojen pilotointi- ja esimerkkikohde, joka herättää yritysten ja yhteisöjen kiinnostusta Suomessa ja ulkomailla.