Tekoäly voi vähentää energiakaivojen porauksen kustannuksia

Geoenergian hyödyntäminen tuo uusia mahdollisuuksia lämpöenergian tuotantoon ja energiaomavaraisuuden parantamiseen. Suomen kallioperässä on valtava määrä lämpöenergiaa, jota ei kuitenkaan vielä hyödynnetä niin laajamittaisesti, kuin olisi mahdollista.

Euroopan unionin osarahoittaman Geoenergialoikka-hankkeen tavoitteena on edistää geoenergian käyttöönottoa vähähiilisenä energiamuotona. Yhtenä haasteena geoenergian laajamittaiselle hyödyntämiselle ovat keskisyvien (500–3000 m) energiakaivojen porauksesta aiheutuvat kustannukset, jotka voivat olla huomattavia. Myös itse poraaminen vaatii kokemusta ja ammattitaitoa.

TKI-asiantuntija Teemu Voutilainen Centria-ammattikorkeakoulusta kertoo, että porausalan yritysten ja asiantuntijoiden kanssa käydyissä keskusteluissa on noussut esiin poraajan kokemuksen ja ammattitaidon merkitys. Yritysten mukaan poraaja voi kaivosta nousevan materiaalin ja poran äänen perusteella arvioida kivilajin, johon ollaan parhaillaan poraamassa ja ajaa poraa eri tavoin tämän perusteella. Kokenut poraaja voi lyhentää energiakaivon poraukseen kuluvaa aikaa jopa yhdellä työpäivällä viikossa, mikä tuo merkittäviä säästöjä.

Voutilainen toimii hankkeessa tekoälyn asiantuntijana ja tutkii, kuinka tekoälyn avulla voidaan tehostaa ja nopeuttaa porausprosessia ja näin vähentää siitä aiheutuvia kustannuksia.

– Ensimmäiseksi täytyi selvittää, miten tekoälyä voisi hyödyntää alalla ja mistä olisi eniten hyötyä. Päädyin toteutukseen, jossa keinotekoisella neuroverkolla pyritään porauslaitteelta kerättävistä sensoriarvoista tunnistamaan porattava kivilaji. Tämä tieto voidaan esittää laitteella näytöltä katsottavaksi, jolloin kivilaji, johon ollaan poraamassa, on helppo tulkita. Tämä vähentää myös aisteihin perustuvaa ja poraajan kokemuksesta riippuvaa tulkintaa, kertoo Voutilainen.

Hänen mukaansa lähestymistapa on osoittautunut teoriassa monellakin tapaa onnistuneeksi. Järjestelmä voi auttaa poraajia tunnistamaan kivilajeja ja alentaa kynnystä porauksessa tarvittavalle kokemukselle ja näin nopeuttaa porausprosessia. Tutkimuskäytössä maa- ja kallioperästä voidaan tunnistaa aineksia välittömästi, tosin ei yhtä tarkasti kuin muilla materiaalianalyysimenetelmillä, jotka puolestaan vaativat aikaa. Toteutus mahdollistaa myös uusien edistyneempien tekoälyratkaisujen kehittämisen järjestelmän päälle tai sen hyödyntämisen osana muita järjestelmiä.

Haasteena kehitystyössä on Voutilaisen mukaan ollut tarkoitukseen sopivan datan löytäminen. Kun keinotekoiselle neuroverkolle opetetaan aihetta, täytyy sille antaa esimerkkitapauksia. Voutilainen vertaa tilannetta korttipelin opettamiseen. Jos opetat ihmiselle yhden korttipelin ja pelaat vain samaa peliä samaa vastustajaa vastaan, niin tämä ei valmista sinua pelaamaan monia eri korttipelejä eri pelaajia vastaan. Jotta tämä valmius saadaan, tarvitaan laajemmin sovellettavaa tietoa.

– Kaivojen tapauksissa tämä tarkoittaa, että tarvitaan useita eri paikkoja missä on eri kivilajeja, eri syvyyden porauksia, eri laitteilla ja eri poraajilla tehtynä, jotta malli oppii ja saa mahdollisimman laajan ymmärryksen asiaan liittyen, toteaa Voutilainen.

Toistaiseksi tekoälymallia on koulutettu tällä hetkellä julkisista lähteistä saatavilla olevalla porausdatalla ja alustavasti testattu yhden kaivon datalla Suomesta, jonka avulla on pystytty jo todentamaan mallin toimivuus teoriassa. Voutilainen kertoo, että parhaimmassa tapauksessa mallia voitaisiin kouluttaa tuomalla dataa sadoista eri kaivoista ja porauskohteista. Tämän avulla saataisiin entistä tarkempia tuloksia.

Hankkeessa kehitettyä tekoälymallia esitellään parhaillaan eri alan yrityksille ja se on herättänyt paljon kiinnostusta. Hankkeen tulokset tulevat jäämään avoimesti hyödynnettäväksi aiheeseen liittyvään tietopankkiin. Lisäksi hankkeessa toivotaan yhteydenottoja geoenergiasta tai tekoälymallista kiinnostuneilta alan yrityksiltä, jotka haluavat kuulla lisää aiheesta.

Geoenergialoikka on Euroopan unionin osarahoittaman hanke, joka toteutetaan ajalla 1.1.2024-31.12.2026. Rahoituksen hankkeelle on myöntänyt Keski-Pohjanmaan liitto. GTK:n koordinoimassa hankkeessa ovat mukana Centria-ammattikorkeakoulu, Oulun ammattikorkeakoulu ja Oulun yliopisto, sekä Kaakkois-Suomen ammattikorkeakoulu. Centrian osalta yksi hankkeen keskeisimpiä toimenpiteitä on geotermisen energian tutkimus- ja kehitysympäristön, sekä siihen liittyvän energiakaivon toteuttaminen Kokkolan alueelle.