Geoenergy and sustainable development : perspectives on environmental challenges and governance of geoenergy installations
Majuri, Pirjo (2020-02-05)
Geoenergy and sustainable development : perspectives on environmental challenges and governance of geoenergy installations
Majuri, Pirjo
(05.02.2020)
Turun yliopisto
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-7950-9
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-7950-9
Tiivistelmä
Ground source heat pumps (GSHPs) are an established energy technology, and as such a noteworthy alternative to increase the share of renewable energy in the consumption. At present there are approximately 130 000 geoenergy systems in use in Finland, and in 2018 almost 8000 new GSHPs were sold and installed in the country. The growth rate highlights the significance of good installation practices and public governance of the installations.
So far there has been little research into either the construction practices and observed complications of ground heat exchangers (GHEs), or the permit procedures for geoenergy systems in Finland. Therefore, this thesis was designed to examine (1) the management of environmental and quality issues in the construction of GHEs in Finland; (2) the role of public regulation and governance, e.g. GHE permit systems, in promoting environmental protection and quality control of GHEs in Finland; and (3) ways to develop the capacities of both geoenergy practitioners and public authorities to respond effectively to the environmental and quality challenges.
The material for this thesis consisted of a questionnaire study among geoenergy practitioners, interview studies with geoenergy experts and municipal building control officials, heat pump statistics, legal texts, municipal regulations, and permit applications and decisions from municipalities and Regional State Administrative Agencies (AVIs).
The questionnaire study asked about the types of complications the practitioners had encountered in their geoenergy projects. The most common types were in order of frequency (1) borehole collapse, (2) discharge of artesian water, (3) harmful spreading of drilling dust and slurry, (4) heat exchanger pipes stuck during installation, (5) flooding caused by artesian water, and (6) heat transfer fluid leakages. Complications resulting from hydraulic connections between separate aquifers and other borehole-related issues were also reported.
Competition has been severe within the Finnish geoenergy sector in recent years. A large proportion of the questionnaire respondents referred to the consequent price competition at the expense of quality. Meanwhile, a third of the respondents expressed their concern about quality problems. At present, voluntary training is available for GSHP installers and borehole drillers in Finland, but there are no statutory qualification requirements. Additionally, there are no binding national regulations for the construction of GHEs and geoenergy systems in Finland either. In the questionnaire study, 62% of the respondents were of the opinion that the municipal Action Permit should require BHEs to be built following certain standards.
Public authorities may contribute to the quality control of geoenergy systems for example through permit procedures. In Finland there are two permit procedures for GHEs. The municipal Action Permit scheme is applied to almost all geoenergy systems. The Water Permit scheme is administered by the AVIs and it is applied to geoenergy systems on designated groundwater areas. Municipalities have diverse practices in promoting quality control throughout the Action Permit procedure. For example, they may have criteria for the location of the GHE, they possibly require a site manager to be nominated, and building inspectors may control certain details at inspections. The level of expertise varied among building control officials depending on their personal interests and experience. The same applied to the AVIs so that the reasoning in the Water Permit decisions was diversified.
As the number of operative geoenergy systems grows, the success and acceptability of the industry depend increasingly on the quality and environmental safety of installations. To promote these, national standards need to be developed for both the construction of GHEs and the Action Permit procedure. Qualification requirements for geoenergy practitioners need to be incorporated into these standards. Sector specific regulations are also needed to clarify the legislation in relation to the Water Permit scheme. Additionally, technical and geological instructions need to be developed to promote geologically sound reasoning in the handling of permits. Maalämpöpumput ovat vakiintunutta energiateknologiaa ja siten varteenotettava menetelmä lisätä uusiutuvan energian osuutta kulutuksesta. Suomessa on käytössä arviolta 130 000 maalämpöjärjestelmää, ja vuonna 2018 myytiin ja asennettiin lähes 8000 uutta maalämpöpumppua. Järjestelmien nopea yleistyminen korostaa hyvien asennuskäytäntöjen ja asennusten julkisen kontrollin merkitystä.
Suomessa on tehty niukasti tutkimusta maalämpöjärjestelmien keruupiirien rakentamiskäytännöistä, niissä ilmenneistä ongelmista tai maalämpöjärjestelmien lupamenettelyistä. Käsillä oleva väitöskirja tarkastelee näitä kysymyksiä seuraavien kysymysten valossa: (1) Miten maalämpöjärjestelmien lämmönkeruupiireihin liittyviä ympäristö- ja laatuhaasteita käsitellään Suomessa? (2) Mikä rooli julkisella sääntelyllä ja hallinnalla, kuten lupajärjestelmillä, on ympäristönsuojelun ja laatukontrollin edistämisessä? (3) Miten voidaan kehittää maalämpöalan toimijoiden ja viranomaisten mahdollisuuksia vastata tehokkaasti ympäristö- ja laatuhaasteisiin?
Väitöskirjan aineistona olivat maalämpötoimijoiden keskuudessa tehty kyselytutkimus, maalämpöasiantuntijoiden ja kuntien rakennusvalvonnan henkilöstön haastattelut, lämpöpumpputilastot, lakitekstit, kunnalliset säännökset sekä kuntien ja Aluehallintovirastojen (AVI) käsittelemät maalämpölupahakemukset ja -päätökset.
Selvitin kyselytutkimuksella muun muassa sitä, minkä tyyppisiä komplikaatioita maalämpötoimijoiden kohteissa on esiintynyt. Yleisimpiä ongelmia olivat (1) energiakaivon sortuminen, (2) paineenalaisen (tai muutoin runsastuottoisen kaivon) pohjaveden purkautuminen porauksen yhteydessä, (3) porauspölyn tai -lietteen haitallinen leviäminen (4) lämmönkeruuputkien jumiutuminen kaivoon asennuksen yhteydessä, (5) paineenalaisen pohjaveden tulviminen, sekä (6) lämmönsiirtonesteen vuoto. Toimijat raportoivat myös tapauksista, joissa eri pohjavesikerrosten sekoittuminen tai muut porareikään ja sen poraukseen liittyvät seikat aiheuttivat ongelmia.
Maalämpöalan sisäinen kilpailu on viime vuosina ollut ankaraa Suomessa. Lähes puolet kyselyyn vastanneista maalämpötoimijoista viittasi rajuun hintakilpailuun, jota käydään laadun kustannuksella. Kolmannes vastaajista ilmaisi huolensa laatuongelmista. Tällä hetkellä maalämpöasentajille ja kaivonporareille on Suomessa tarjolla vapaaehtoista koulutusta ja sertifiointiohjelmia, mutta lakisääteisiä pätevyysvaatimuksia ei ole. Lämmönkeruupiirien ja maalämpöjärjestelmien rakentamiselle ei myöskään ole sitovia kansallisia määräyksiä. 62 % kyselytutkimuksen vastaajista oli sitä mieltä, että toimenpideluvan pitäisi edellyttää lämpökaivon rakentamista tiettyjen standardien mukaisesti.
Suomessa viranomaisilla on mahdollisuus vaikuttavat maalämpöjärjestelmien laatutasoon kahden lupamenettelyn kautta. Kunnallinen toimenpidelupa vaaditaan suurimmalta osalta maalämpöjärjestelmiä. AVI:n myöntämä vesilupa edellytetään pohjavesialueille rakennettaessa. Kunnilla on vaihtelevia käytäntöjä laatukontrollin edistämiseksi toimenpidelupamenettelyn yhteydessä. Esimerkiksi lämmönkeruuputkistojen sijoittamiselle on kriteerit, osa kunnista edellyttää vastaavan työnjohtajan nimeämistä maalämpöurakalle, ja joissakin kunnissa rakennusvalvonta tarkastaa tiettyjä urakan osia katselmuksien yhteydessä. Rakennusvalvontaviranomaisten asiantuntemuksen taso vaihteli riippuen omakohtaisesta kiinnostuksesta ja kokemuksesta. Sama koskee myös AVI:en henkilökuntaa, joten vesilupapäätösten perustelut olivat tasoltaan vaihtelevia.
Käytössä olevien maalämpöjärjestelmien määrä kasvaa jatkuvasti. Alan menestys ja hyväksyttävyys riippuvat enenevässä määrin siitä, että asennukset tehdään laadukkaasti ja ympäristö huomioiden. Näiden turvaamiseksi tarvitaan kansalliset standardit sekä lämmönkeruupiirien rakentamiselle että toimenpidelupamenettelylle. Näihin standardeihin pitää sisällyttää pätevyysvaatimukset maalämpöalan toimijoille. Vesilupiin liittyvää lainsäädäntöä pitää selkeyttää maalämpöä koskevilla alakohtaisilla säännöksillä. Lisäksi teknisiä ja geologisia ohjeistuksia tulee kehittää asiantuntevan lupakäsittelyn edistämiseksi.
So far there has been little research into either the construction practices and observed complications of ground heat exchangers (GHEs), or the permit procedures for geoenergy systems in Finland. Therefore, this thesis was designed to examine (1) the management of environmental and quality issues in the construction of GHEs in Finland; (2) the role of public regulation and governance, e.g. GHE permit systems, in promoting environmental protection and quality control of GHEs in Finland; and (3) ways to develop the capacities of both geoenergy practitioners and public authorities to respond effectively to the environmental and quality challenges.
The material for this thesis consisted of a questionnaire study among geoenergy practitioners, interview studies with geoenergy experts and municipal building control officials, heat pump statistics, legal texts, municipal regulations, and permit applications and decisions from municipalities and Regional State Administrative Agencies (AVIs).
The questionnaire study asked about the types of complications the practitioners had encountered in their geoenergy projects. The most common types were in order of frequency (1) borehole collapse, (2) discharge of artesian water, (3) harmful spreading of drilling dust and slurry, (4) heat exchanger pipes stuck during installation, (5) flooding caused by artesian water, and (6) heat transfer fluid leakages. Complications resulting from hydraulic connections between separate aquifers and other borehole-related issues were also reported.
Competition has been severe within the Finnish geoenergy sector in recent years. A large proportion of the questionnaire respondents referred to the consequent price competition at the expense of quality. Meanwhile, a third of the respondents expressed their concern about quality problems. At present, voluntary training is available for GSHP installers and borehole drillers in Finland, but there are no statutory qualification requirements. Additionally, there are no binding national regulations for the construction of GHEs and geoenergy systems in Finland either. In the questionnaire study, 62% of the respondents were of the opinion that the municipal Action Permit should require BHEs to be built following certain standards.
Public authorities may contribute to the quality control of geoenergy systems for example through permit procedures. In Finland there are two permit procedures for GHEs. The municipal Action Permit scheme is applied to almost all geoenergy systems. The Water Permit scheme is administered by the AVIs and it is applied to geoenergy systems on designated groundwater areas. Municipalities have diverse practices in promoting quality control throughout the Action Permit procedure. For example, they may have criteria for the location of the GHE, they possibly require a site manager to be nominated, and building inspectors may control certain details at inspections. The level of expertise varied among building control officials depending on their personal interests and experience. The same applied to the AVIs so that the reasoning in the Water Permit decisions was diversified.
As the number of operative geoenergy systems grows, the success and acceptability of the industry depend increasingly on the quality and environmental safety of installations. To promote these, national standards need to be developed for both the construction of GHEs and the Action Permit procedure. Qualification requirements for geoenergy practitioners need to be incorporated into these standards. Sector specific regulations are also needed to clarify the legislation in relation to the Water Permit scheme. Additionally, technical and geological instructions need to be developed to promote geologically sound reasoning in the handling of permits.
Suomessa on tehty niukasti tutkimusta maalämpöjärjestelmien keruupiirien rakentamiskäytännöistä, niissä ilmenneistä ongelmista tai maalämpöjärjestelmien lupamenettelyistä. Käsillä oleva väitöskirja tarkastelee näitä kysymyksiä seuraavien kysymysten valossa: (1) Miten maalämpöjärjestelmien lämmönkeruupiireihin liittyviä ympäristö- ja laatuhaasteita käsitellään Suomessa? (2) Mikä rooli julkisella sääntelyllä ja hallinnalla, kuten lupajärjestelmillä, on ympäristönsuojelun ja laatukontrollin edistämisessä? (3) Miten voidaan kehittää maalämpöalan toimijoiden ja viranomaisten mahdollisuuksia vastata tehokkaasti ympäristö- ja laatuhaasteisiin?
Väitöskirjan aineistona olivat maalämpötoimijoiden keskuudessa tehty kyselytutkimus, maalämpöasiantuntijoiden ja kuntien rakennusvalvonnan henkilöstön haastattelut, lämpöpumpputilastot, lakitekstit, kunnalliset säännökset sekä kuntien ja Aluehallintovirastojen (AVI) käsittelemät maalämpölupahakemukset ja -päätökset.
Selvitin kyselytutkimuksella muun muassa sitä, minkä tyyppisiä komplikaatioita maalämpötoimijoiden kohteissa on esiintynyt. Yleisimpiä ongelmia olivat (1) energiakaivon sortuminen, (2) paineenalaisen (tai muutoin runsastuottoisen kaivon) pohjaveden purkautuminen porauksen yhteydessä, (3) porauspölyn tai -lietteen haitallinen leviäminen (4) lämmönkeruuputkien jumiutuminen kaivoon asennuksen yhteydessä, (5) paineenalaisen pohjaveden tulviminen, sekä (6) lämmönsiirtonesteen vuoto. Toimijat raportoivat myös tapauksista, joissa eri pohjavesikerrosten sekoittuminen tai muut porareikään ja sen poraukseen liittyvät seikat aiheuttivat ongelmia.
Maalämpöalan sisäinen kilpailu on viime vuosina ollut ankaraa Suomessa. Lähes puolet kyselyyn vastanneista maalämpötoimijoista viittasi rajuun hintakilpailuun, jota käydään laadun kustannuksella. Kolmannes vastaajista ilmaisi huolensa laatuongelmista. Tällä hetkellä maalämpöasentajille ja kaivonporareille on Suomessa tarjolla vapaaehtoista koulutusta ja sertifiointiohjelmia, mutta lakisääteisiä pätevyysvaatimuksia ei ole. Lämmönkeruupiirien ja maalämpöjärjestelmien rakentamiselle ei myöskään ole sitovia kansallisia määräyksiä. 62 % kyselytutkimuksen vastaajista oli sitä mieltä, että toimenpideluvan pitäisi edellyttää lämpökaivon rakentamista tiettyjen standardien mukaisesti.
Suomessa viranomaisilla on mahdollisuus vaikuttavat maalämpöjärjestelmien laatutasoon kahden lupamenettelyn kautta. Kunnallinen toimenpidelupa vaaditaan suurimmalta osalta maalämpöjärjestelmiä. AVI:n myöntämä vesilupa edellytetään pohjavesialueille rakennettaessa. Kunnilla on vaihtelevia käytäntöjä laatukontrollin edistämiseksi toimenpidelupamenettelyn yhteydessä. Esimerkiksi lämmönkeruuputkistojen sijoittamiselle on kriteerit, osa kunnista edellyttää vastaavan työnjohtajan nimeämistä maalämpöurakalle, ja joissakin kunnissa rakennusvalvonta tarkastaa tiettyjä urakan osia katselmuksien yhteydessä. Rakennusvalvontaviranomaisten asiantuntemuksen taso vaihteli riippuen omakohtaisesta kiinnostuksesta ja kokemuksesta. Sama koskee myös AVI:en henkilökuntaa, joten vesilupapäätösten perustelut olivat tasoltaan vaihtelevia.
Käytössä olevien maalämpöjärjestelmien määrä kasvaa jatkuvasti. Alan menestys ja hyväksyttävyys riippuvat enenevässä määrin siitä, että asennukset tehdään laadukkaasti ja ympäristö huomioiden. Näiden turvaamiseksi tarvitaan kansalliset standardit sekä lämmönkeruupiirien rakentamiselle että toimenpidelupamenettelylle. Näihin standardeihin pitää sisällyttää pätevyysvaatimukset maalämpöalan toimijoille. Vesilupiin liittyvää lainsäädäntöä pitää selkeyttää maalämpöä koskevilla alakohtaisilla säännöksillä. Lisäksi teknisiä ja geologisia ohjeistuksia tulee kehittää asiantuntevan lupakäsittelyn edistämiseksi.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [2863]