ydinvoima

Pienet ydinreaktorit kaukolämmön tuottajiksi?

Pieniä ydinreaktoreita voitaisiin käyttää myös pelkän lämmön tuottamiseen.

Teknisesti reaktorit sopisivat tehtävään hyvin, taloudellinen järkevyys on vielä arvailun varassa. Vaikka teknologian kehittelyssä ollaan jo pitkällä etenkin Kiinassa ja USA:ssa, harva odottaa pienreaktoreiden ottavan nopeasti roolia suomalaisessa lämmöntuotannossa. Suomessakin on kuitenkin tehty valtuustoaloitteita asian selvittämiseksi.

Suomessa on kiinnostuttu kaukolämmön tuottamisesta pienillä, alle 300 MW:n ydinreaktoreilla. Asian selvittämiseksi on tehty valtuustoaloitteet ainakin Helsingissä, Espoossa, Turussa, Kirkkonummella ja Nurmijärvellä. 

Sähköä tuotettaessa reaktoritehosta saadaan hyötykäyttöön suunnilleen kolmasosa, kaksi kolmasosaa lauhdutetaan hukkalämpönä ympäristöön. Reaktorin valjastaminen puhtaasti lämmön tuotantoon parantaisi näin hyötysuhdetta tuntuvasti. Laitoksen hinta laihtuisi samalla lähes kolmasosalla, koska paketissa ei tarvittaisi sähköä tuottavaa turbiinijärjestelmää. 

Sovelluksessa on kuitenkin huomioitava lämmön tarpeen huomattava vaihtelu. Kaj Luukko Helen Oy:stä kertoo yrityksen tarvitsevan lämmön tuotantoon kesällä noin 300 MW:n tuotantotehon, talvella tyypillisesti 2 000 MW. 

Kaj Luukko
kajluukko

Yleisen käsityksen mukaan ydinvoimalaa on ajettava koko ajan täydellä höyryllä, koska tuotannon säätäminen on hankalaa. Luukon mukaan tämä ei pidä paikkaansa.

– Reaktorin tehontuotanto on säädettävissä, minkä lisäksi kaukolämpöä ajatellen säätöä helpottaa lämmön tarpeen vaihtelun ennakoitavuus. Kaukolämmön tarpeen ollessa vähäinen reaktorilla voitaisiin tuottaa lämpöä esimerkiksi teollisuuden prosesseihin. 

Ekosysteemin syntyminen ottaa aikansa

Vaikka pienreaktoreista on jo pitkä kokemus etenkin sotilaskäytössä, niiden siviilikäyttö on jäänyt marginaaliin.   

Nyt alalla näkyy uutta liikettä. Maailmalla odotellaan jo lähitulevaisuudessa avauksia, jotka voivat johtaa kaupallisten markkinoiden syntymiseen. Tämä mahdollistaisi reaktoreiden hintaa laskevan sarjavalmistuksen, mikä loisi taas uutta kysyntää. 

Luukko ei silti usko nopeaan muutokseen alalla. Hän ei usko sarjavalmistuksen käynnistyvän ainakaan Euroopassa lähimmän kymmenen vuoden kuluessa.

Kyse ei ole pelkästä teknologiasta. Pienreak­toreiden ympärille tarvittaisiin kokonainen ekosysteemi, jota ei ole vielä olemassa.  

– Laitetekniikan lisäksi tarvitaan paljon esimerkiksi huoltoon, operointiin ja jätteiden käsittelyyn liittyvää osaamista.  

Iso osa ekosysteemiä on myös lainsäädäntö, joka on fokusoitunut toistaiseksi vain isoihin laitoksiin.

Yksi esimerkki tästä on Luukon mukaan ydinjätteen käsittelyyn liittyvä ohjaus. Suomessa laki kieltää käytetyn ydinpolttoaineen viemisen ulos maasta, mille on perusteensa alan perinteisissä kuvioissa. Pienreaktoreiden kohdalla tilanne on erilainen. 

Alalla on hahmoteltu konseptia, jossa käyttäjä ostaisi valmiiksi ladatun reaktorin ja palauttaisi sen valmistajalle polttoaineen ehdyttyä. Asiakas ei avaisi reaktorisäiliötä missään vaiheessa, jätteet päätyisivät säiliön päivityksen yhteydessä takaisin valmistajalle. 

– Sarjavalmisteisia pienreaktoreita ajatellen luontevin taho jätteen käsittelijäksi voisikin olla valmistaja, eivät reaktoreiden käyttäjät.  

Ydinvoimala konttitoimituksena

Yksi esimerkki pitkälle edenneestä konseptista on USA:ssa kehitelty NuScale, joka voidaan toimittaa käyttöpaikalle esimerkiksi rekkarahtina. Konttiin pakattava reaktori edustaa perinteistä kevytvesitekniikkaa; myös polttoaine on samaa, eroa on vain polttoainesauvojen pituudessa. 

NuScalen ydin on säiliö, jossa polttoainesauvat ovat veden ympäröiminä. Sisempää säiliötä ympäröi isompi säiliö, johon on pakattu polttoaine- ja säätösauvoja käyttävä koneisto sekä lämmönvaihdin. Vaihtimessa syntyvä höyry käyttää 50 MW:n turbiinia. 

Konsepti on parhaillaan lisensointivaiheessa. Jos kaikki sujuu suunnitellusti, ensimmäinen NuScale-teknologiaan perustuva voimala käynnistyy Idahossa vuonna 2026. Paikallisten sähköyhtiöiden omistamassa laitoksessa sähköä tuottaa 12 NuScale-yksikköä.

Lämmön arvo reunaehtona

Pienreaktoreiden taloudellisia reunaehtoja voidaan tässä vaiheessa arvioida lähinnä laitosten tuottaman lämmön arvon kautta. 

Luukko kertoo NuScale-reaktorin latausvälin olevan valmistajan mukaan kaksi vuotta, jonka aikana yksikkö tuottaa lämpöä 2,6 TWh. Lämmön arvon ollessa 20 e/MWh energiamäärän arvo on 52 miljoonaa euroa.

Hiiltä 2,6 TWh:n tuottamiseen tarvittaisiin Luukon mukaan noin 400 000 tonnia. Hinnan ollessa 60 e/tonni polttoainekustannus ilman muita tuotantokustannuksia ja veroja olisi noin 24 miljoonaa euroa. 

Puupolttoainetta ajatellen yhden metsähehtaarin puustossa on Luukon mukaan energiaa noin 500 MWh. 2,6 TWh:n tuottaminen puulla edellyttäisi hänen mukaansa metsän parturointia 5 200 ha:n alalta.

Regulaation harmoni­­sointi ratkaisee

Tuomo Huttunen
tuomohuttunen

Ydinvoima-asiantuntija Tuomo Huttunen Energiateollisuus ry:stä näkee pienreaktoreiden teholuokan sopivan kaukolämmön tuotantoon varsin hyvin. Pienehkölle lämpömäärälle on mahdollista löytää käyttöä myös kesäkaudella, minkä lisäksi pienreaktori on helpompi asentaa osaksi jo olemassa olevaa kaukolämpöverkkoa kuin iso laitos. 

Myös Huttunen näkee lainsäädännön päivityksen pienreaktoreiden kohtalonkysymyksenä. Muutostarvetta olisi esimerkiksi luvitusprosessissa, mihin on hänen mukaansa reagoitukin. Asiaa on jo pohdittu työ- ja elinkeinoministeriössä. 

– Taustatyö on jo menossa, mutta nopeita muutoksia ei ole luvassa.  

Huttunen toivoo ydinturvalli­suusviranomaisten pääsevän yhteisymmärrykseen käyttöön hyväksyttävien pienreaktoreiden teknisistä vaatimuksista. Maakohtaisten kustomointien väheneminen helpottaisi reaktorien kehittelyä ja käyttöönottoa sekä nopeuttaisi sarjavalmistukseen pääsyä. Roolia asiassa voisi olla myös yleiseurooppalaisella WENRA:lla (Western European Nuclear Regulators Association).

– Pienreaktoreiden kaksi kohtalonkysymystä ovat taloudellinen kilpailukyky sekä regulaation harmonisointi ja selkeyttäminen. Ilman regulaation laajaa harmonisointia aloite asiassa jää Kiinalle ja USA:lle.  

Vaatimuksena sama turvallisuustaso kuin isoilla

STUK:n toimistopäällikkö Nina Lahtinen kertoo Säteilyturvakeskuksen määrittelevän reaktoreiden ympärille kaksi eritasoista suojavyöhykettä. 

Viiden kilometrin säteellä ei saa sijaita sairaaloiden ja isojen teollisuuslaitosten tapaisia ”yhteiskunnallisesti merkittäviä” toimintoja. Alueen pysyvät asukkaat on pystyttävä evakuoimaan tehokkaasti onnettomuustilanteessa. 

Nina Lahtinen
ninalahtinen

Laajempi varautumisalue on 20 kilometrin vyöhyke, jota varten eri viranomaisten on laadittava pelastussuunnitelma. 

Pieniltä reaktoreilta edellytetään samaa turvallisuustasoa kuin isoilta. Ohjaus määrittelee periaatteen, muttei käytännön detaljeja.

– Soveltaminen tutkitaan tapauskohtaisesti.  

Myös pienreaktorin lisenssinhaltijan on esitettävä suunnitelmat käytetyn polttoaineen ja reaktorissa syntyvien jäteaineiden käsittelystä. Jätteen loppusijoituksessa ei välttämättä päästä yhteistyöhön isojen toimijoiden kanssa tässäkään sarjassa. Ainakaan toistaiseksi tähän velvoittavaa lakia ei ole.

Laitoksen operoinnin edellyttämä osaaminen pyritään varmistamaan isojen ydinvoimaloiden tapaan jo luvitusvaiheessa. Luvituksessa huomioidaan henkilökunnan osaaminen ja sitoutuminen turvallisuuteen.

– Olennaista on saman turvallisuustason takaaminen sekä isoissa että pienissä hankkeissa. •

teksti | Heikki Jaakkola    kuvat | ingimage, Helen Oy, Energiateollisuus ry ja STUK

 

 

Anna palautetta

Viesti välitetään sähköpostilla sivuston ylläpitäjille. Sitä ei julkaista.

Anna palautetta

Viesti välitetään sähköpostilla sivuston ylläpitäjille. Sitä ei julkaista.