Geothermal energy for utilization within tunnels : Casestudy: Helsinki city railway loop

Abstract

The idea with this thesis was to study the possibility of installing tunnel lining technology in the Helsinki city rail loop as a way to extract energy from the bedrock. The thesis provides knowledge about the tunnel lining technology and the benefits and drawbacks with the technology in the upcoming Helsinki city rail loop project. Another aspect in the thesis was if the geothermal energy acquired from the tunnel lining technology can be economically motivated by comparing it to traditional usage of geothermal energy. Even though the Helsinki city rail loop is the only project treated in the study, one should know that every upcoming tunnel project in Finland is affected by the possible usage of tunnel lining technology.

Earlier studies about tunnel lining technology from Austria and China were used to make mathematical formulas for calculating the available energy that could be extracted by the technology. The result was obtained by using the mathematical formulas combined with the data and expertise from Granlund Oy. The thesis was limited by the fact that no field tests could be performed with the technology.

The results from this thesis shows that the tunnel lining technology can be financially motivated in the Helsinki city rail loop as the preliminary studies in this thesis gave a positive result. The tunnel constructions methods in Finland must be adjusted if the tunnel lining technology should be used. Additional studies about optimization combined with field tests are required before any building decisions can be made in this case.

Tanken med detta examensarbete var att studera möjligheten med att använda tunnel lining teknologin i Centrumslingan i Helsingfors för att utvinna energi från berggrunden. Examensarbetet ger information om tunnel lining teknologin samt teknologins för och nackdelar i det uppkommande projektet med Centrumslingan i Helsingfors. I arbetet behandlas likaså aspekten ifall geotermisk energi som utvinns med tunnel lining teknologin kan vara finansiellt gynnsammare än om man utvinner energin traditionellt med hjälp av borrhål. Då det i detta fall endast är Helsingfors Centrumslingan som behandlas i arbetet så kan tunnel lining teknologin tillämpas i de kommande tunnel projekten i Finland.

Som modell för examensarbetet användes tidigare studier inom tunnel lining teknologin från Österrike samt Kina. Med hjälp av dessa studier tillämpades formler som kan användas då man räknar ut mängden energi som utvinns genom teknologin i fråga. Resultatet uppnåddes genom att kombinera de matematiska formlerna med den kunskap samt expertis Granlund Oy erbjöd. Examensarbetet avgränsades med att inga fälttester kunde göras med tunnel lining teknologin.

Det positiva resultatet examensarbetet gav visar att tunnel lining teknologin har goda finansiella möjligheter att tillämpas i samband med Centrumslingan i Helsingfors. Ifall tunnel lining teknologin ska kunna användas måste dock byggandet av tunnlarna i Finland anpassas för ändamålet. Innan det görs ett byggbeslut om att ta i bruk tunnel lining teknologin för Centrumslingan måste även tilläggsundersökningar samt fälttester utföras.

Tämän lopputyön ajatus oli tarkastella mahdollisuutta käyttää, Pisararadalla Helsingissä, tunneli lining teknologiaa, jolla energiaa voidaan talteen ottaa kallioperästä. Tämä lopputyö antaa tietoa tunneli lining:stä sekä sen teknologian eduista ja haittapuolista, tulevassa Pisararata projektissa Helsingissä. Lopputyön toinen tarkoitus oli myös kartoittaa josko geoterminen energian talteenotto tunneli lining:illä on taloudellisesti parempi vaihtoehto verrattuna perinteiseen talteenottoon porareillä. Vaikkakin tässä lopputyössä on ainoastaan otettu huomioon Helsingin Pisararata niin teknologia tunneli lining:illä voidaan soveltaa kaikkiin tuleviin tunneli projekteihin Suomessa.

Lopputyössä on käytetty aiempia tutkimuksia Itävallasta ja Kiinasta, tunneli linningistä, ja näiden avulla on saatu matemaattisia kaavoja joilla energian talteenoton määrän tunneli lining teknologialla voidaan laskea. Näiden matemaattisten kaavojen ja informaation kanssa sekä Granlund Oy:n asiantuntemuksen yhteydessä lopputyön lopputulos oli mahdollinen. Lopputyö on osin puutteellinen koska kenttätestejä tunneli liningistä ei ole, kun näitä testejä ei ole vielä tehty Suomessa.

Lopputyön tulos osoittautui kuitenkin positiiviseksi, sillä lopputyössä ilmensi että tunneli linging teknologialla on hyviä taloudellisia mahdollisuuksia tulla asennetuksi Helsingin Pisararadalle. Vaikkakin tapa jolla tunneleita rakennetaan Suomessa joudutaan modifioimaan, jotta tunneli lining teknologia voidaan asentaa suomalaisiin tunneleihin. Lisäksi tarvitaan lisätutkimuksia optimoimisesta sekä tehdä kenttätestejä, ennen kuin tehdään päätös rakentamisesta Pisararata tunneli lining teknologialla.