ForTheDoers-blogi

Pienreaktorit tehokas työkalu ilmastonmuutoksen torjuntaan

Antti Rantakaulio  ·  27 helmikuu 2020

Ydinvoiman rooli on noussut vahvasti esiin ilmastonmuutoksen torjuntaan liittyvässä keskustelussa. Osana tätä keskustelua pienreaktorit (Small Modular Reactors, SMR) ja niiden rooli energiamarkkinoilla puhututtavat. Mitä SMR:t oikein ovat ja voiko ydinvoimalaitoksia oikeasti ottaa käyttöön suoraan ”liukuhihnalta”?

Teknologia ja turvallisuusvaatimukset kuten isoilla laitoksilla

Pienreaktoreiksi kutsutaan sähköteholtaan 70 - 300 MW:n ydinvoimalaitoksia. Esimerkiksi Loviisan voimalaitoksen molemmat reaktorit ovat sähköteholtaan reilut 500 MW ja Olkiluodon käynnissä olevat reaktorit lähes 900 MW. Vastaavasti Suomen suurimman vesivoimalaitoksen, Imatran vesivoimalaitoksen, sähköteho on 192 MW.

Teknologialtaan pienreaktorit ovat isojen laitosten kaltaisia ja niiltä edellytetään samaa turvallisuustasoa kuin nykyisiltä isoilta laitoksilta. Niin isoissa ydinvoimalaitoksissa kuin pienreaktoreillakin energiaa tuotetaan tehokkaasti, ennustettavasti ja vakaasti ilman hiilidioksidipäästöjä.

Potentiaalinen ja kustannustehokas väline ilmastonmuutoksen torjunnassa

Pienreaktorien etuja ovat parempi säädettävyys, standardoidut ratkaisut, mahdollisimman pitkälle viety tehdasvalmisteisuus, nopeampi käyttöönotto, mahdollisesti monipuolisempi käyttö sekä kustannustehokkuus. Pienreaktoreiden turvallisuusominaisuuksia voidaan entisestään parantaa esimerkiksi passiivisilla turvallisuusjärjestelmillä, jotka toimivat ilman sähköä.

Vaihtelevasti tuottavan tuuli- ja aurinkoenergian lisääntyessä pienempitehoiset ja säädettävissä olevat pienreaktorit voisivat olla merkittävä tasapainottava tekijä sähköjärjestelmässä.

Ydinvoimalaitos suoraan tehtaalta?

Tulevaisuudessa pienreaktorilaitoksia ei varsinaisesti rakenneta paikan päällä, vaan ne asennetaan  paikalle tuoduista tehdasvalmisteisista moduuleista. Yksi tällainen moduuli voi olla jopa niin pitkälle valmisteltu tehtaassa, että paikan päällä tarvitsee vain kytkeä laitos muuhun infraan, kuten sähkö- tai lämpöverkkoon, ja ladata polttoaine laitokseen.

Standardisoiduilla ratkaisuilla ja sarjavalmisteisuudella tavoitellaan selkeää kustannus- ja aikatauluhyötyä. Ne varmistavat osaltaan, että pienreaktorilaitosprojektit pysyvät aikataulu- ja kustannustavoitteissa.

Tehdasvalmistuksen kustannushyötyjä ei saavuteta ensimmäisten laitosten kohdalla vaan vasta, kun useampi voimalaitos on valmistettu. Sarjavalmistuksen tuomia kustannushyötyjä on viime aikoina nähty muun muassa tuuli- ja aurinkovoimassa. Jokaiseen maahan ei välttämättä kannata rakentaa omaa moduuleja valmistavaa tehdasta ja hankintaketjua, vaan kysymykseen voisi tulla esimerkiksi maanosakohtaiset tehtaat ja niihin liittyvät toimitusketjut.

Pienreaktorit mahdollistavat yhteiskunnan hiilineutraaliuden

SMR:ien pienempi tehotaso soveltuu erinomaisesti kohteisiin, joissa energiantarve on pienempi. Siten pienreaktorilaitokset voivat tarjota ratkaisun esimerkiksi kaupunkien ja teollisuuden lämmitykseen, makean veden valmistukseen tai eristyksissä olevien paikkojen kuten kaivoskaupunkien energiantuotantoon.

Useissa suomalaisissa kaupungeissa onkin tehty aloitteita liittyen pienreaktorien käyttöön kaukolämmön tuotannossa. Asiaa on tutkittu myös Kiinassa, ja siellä on kehitteillä useita lämpöreaktorikonsepteja, jotka tuottaisivat lämpöä kaukolämpöverkkoon. Pienemmän tehon myötä niitä voitaisiin myös mahdollisesti sijoittaa lähemmäs kaupunkeja, esimerkiksi teollisuusalueille. Teollisuuden lämmönlähteenä taas voitaisiin käyttää kehitteillä olevia niin sanottuja korkean lämpötilan reaktoreita, joilla päästään yli 700 asteen lämpötilaan.

Ydinvoimaan liittyy vahva viranomaisvalvonta

Tällä hetkellä isot ydinvoimalaitokset luvitetaan maakohtaisesti ja yhteistyöstä huolimatta viranomaisvaatimuksissa on eroja eri maiden välillä vaikka niin sanotut ylätason vaatimukset ovatkin melko yhteneväisiä.

Pienreaktoreiden myötä lisensiointiin on löydettävä uusia tehokkaampia keinoja, etenkin kun tarkoituksena on siirtyä sarjatuotantoon. Tehdasvalmisteisuus vaatii standardisoituja rakenteita ja järjestelmiä. Jotta samaa ratkaisua voitaisiin käyttää eri maissa,  vaadittaisiin joko viranomaisvaatimusten harmonisointia tai yhdessä maassa hyväksytyn ratkaisun soveltamista myös toisessa maassa.

Luultavasti valvonnan painopiste siirtyy entistä enemmän valmistuksen valvontaan ja jonkinlaisiin konseptien tyyppi- ja tehdashyväksyntämenettelyihin. Tämä edellyttää vielä paljon töitä sekä yhteistyötä kansallisella ja kansainvälisellä tasolla laitostoimittajien, energiantuottajien ja viranomaisten kesken.

Kansainvälinen kilpajuoksu käynnissä

Tällä hetkellä maailmalla on käynnissä useita eri pienreaktorien kehityshankkeita. Monet konsepteista ovat vasta suunnittelupöydällä, mutta ensimmäiset prototyyppilaitokset ovat lähellä käyttöönottoa tai jo käytössä. Pisimmällä projektit ovat tällä hetkellä Kiinassa, Venäjällä ja Yhdysvalloissa. Kanadassa on käynnissä merkittävä valtiovetoinen pienreaktoriohjelma.

Meillä Fortumissa pienreaktorit ovat olleet jo usean vuoden ajan osa ydinvoiman tutkimus- ja kehitysohjelmaa. Kehitämme jatkuvasti omaa osaamistamme ja työkaluja esimerkiksi pienreaktorilaitosten simulointiin. Näemme pienreaktorit osana ydinvoiman tulevaisuutta ja seuraamme aktiivisesti, mitä maailmalla tapahtuu. Osallistumme erilaisiin kansallisiin ja kansainvälisiin hankkeisiin vauhdittaaksemme osaltamme pienreaktorien kehitystä ja hyödyntämismahdollisuuksia.

 

Antti Rantakaulio

Antti Rantakaulio
Fortumin pienten modulaaristen reaktoreiden tutkimus- ja kehitysprojektin vetäjä
antti.rantakaulio@fortum.com

AU11

ForTheDoers-blogi