ForTheDoers-blogi

Puhdasta kaukolämpöä pienreaktoreilla

Konsta Värri  ·  18 toukokuu 2020

Ydinvoimalla on kriittinen rooli ilmastotavoitteiden saavuttamisessa, ja nyt kehitettävät pienreaktorit voivat tuoda uusia mahdollisuuksia myös lämmöntuotantoon. Ajatus ei sinänsä ole uusi, sillä ydinvoimalla on tuotettu kaukolämpöä ennenkin.

Kerrostalotyömaa

Pienreaktoreiden hyödyntäminen kaukolämmöntuotannossa on ollut esillä julkisessa keskustelussa jo jonkin aikaa, syystäkin. Samalla kun päättäjät ja suuri yleisö alkoivat herätä ilmastoystävällisten lämmitysratkaisujen kiireelliseen tarpeeseen, monet pienreaktoriteknologiat alkoivat kypsyä konkreettisiksi vaihtoehdoiksi energiantuotantoon. Teknologian ja lainsäädännön näkökulmasta ensimmäiset pienreaktorit olisi mahdollista saada tuotantokäyttöön Suomessa noin 10–15 vuoden päästä.

Kun aloitin pienreaktorikaukolämmön tutkimisen syksyllä 2017, tutkimuskysymykseni oli vielä ”Mikä on halvin tapa tuottaa lämpöä kestävästi?”. Erityisesti polttamiseen liittyvien ongelmakohtien noustua esiin, tuo kysymys muuttui kuitenkin varsin pian muotoon ”Mitä kestäviä tapoja tuottaa lämpöä on ylipäätään jäljellä ja toteutettavissa?”. Ydinvoima on tähän yksi vastaus.

Ydinvoimalla toteutetussa kaukolämmössä ei sinänsä ole mitään uutta. Suomalaiset ja ruotsalaiset kehittivät reaktorimallin puhtaasti lämmöntuotantoon jo 1970-luvun lopussa. Tälläkin hetkellä useampi reaktori ympäri maailmaa tuottaa lämpöä lähialueilleen.

Miksi pienreaktorit vaikuttavat niin lupaavilta kaukolämpökäytössä?

1. Laitosten kokoluokka. Tällä hetkellä rakennettavat suuret ydinvoimalaitokset tuottavat jopa 3–4 GW lämpötehoa. Toisaalta Suomen suurimpiinkin kaukolämpöverkkoihin mahtuisi todennäköisesti vain noin 200–400 MW:n lämpötehoa yksittäisestä laitoksesta. Pienreaktorit sopisivat hyvin tähän kokoluokkaan ja mahdollisesti pienempiinkin verkkoihin. Kaukolämpökäyttöön mietityt pienreaktorimallit vaihtelevat parhaimmillaan 500 MW lämpötehoa tuottavista yhteistuotantolaitoksista (CHP) 200–400 MW lämpöreaktoreihin. Myös 50 MW tai sitä pienemmät yksinkertaiset allasreaktoriratkaisut voisivat olla mahdollisia.

2. Kustannus- ja resurssitehokkuus. Pienreaktorien on tarkoitus saavuttaa kustannustavoitteensa modulaarisuuteen perustuvan sarjatuotannon ja lyhyiden rakennus- ja käyttöönottoaikojen kautta. Alustavat selvitykset pienreaktorien lämpökäytön osalta ovat tällä saralla hyvin lupaavia.

3. Uudet laitospaikkamahdollisuudet. Laitosten aikaisempaa pienempi koko mahdollistaa uusia lähestymistapoja erilaisiin turvallisuusratkaisuihin, joiden kautta on toivon mukaan mahdollista avata keskustelu ydinlaitosten sijoittamisesta. Pienreaktoreita voitaisiin mahdollisesti rakentaa lähelle kaupunkien lämmitysverkkoja pitäen samalla kiinni alan korkeista turvallisuusstandardeista.

Omat pienreaktorimallit eri käyttötarkoituksiin

Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n ja Fortumin tekemät alustavat selvitykset ovat olleet pienreaktoreiden lämpökäytön osalta lupaavia, vaikka kaikki tutkitut laitosmallit eivät ole olleet lämmityskäyttöön täysin optimaalisia. Oma tutkimukseni perustui pitkälti NuScalen pienreaktoriin, joka on suunniteltu pääasiassa sähköntuotannon näkökulmasta. Tästä huolimatta alustavissa kannattavuuslaskelmissa laitos vaikutti kilpailukykyiseltä myös lämmitysreaktorina, olettaen että laitoksen pääomakulut pystytään pitämään aisoissa.

Nämä pääasiassa sähköntuotantoon suunnatut laitokset olisivat silti järkevimpiä sähkön ja lämmön yhteistuotannossa, erityisesti jos niiden oheen voidaan rakentaa lämmön varastointia. Tämä voisi mahdollistaa hyvinkin suuren tuotannon joustavuuden sähköverkossa, jossa on entistä suurempi määrä joustamattomia uusiutuvia energianlähteitä.

Tällä hetkellä Kiina on lämmöntuotantoon tarkoitettujen reaktorien suunnittelussa pisimmällä. On hyvin tervetullutta, että sekä VTT että LUT-yliopisto ovat hiljattain julkaisseet aikeensa suunnitella lämpökäyttöön suunnattuja reaktoreita. Mikäli myös pienempien suomalaisten kaukolämpöverkkojen dekarbonisointi otetaan vakavasti, pitäisi pienemmillekin reaktoreille olla kysyntää.

SMR kohti hiilineutraalia yhteiskuntaa

Mitä seuraavaksi?

Pienreaktorilämmitys ei missään nimessä ole kiinnostavaa vain Suomen näkökulmasta, sillä lämmityksen dekarbonisointi on massiivinen haaste ympäri maailmaa. Suomella olisikin tilaisuus olla edelläkävijä ja esimerkki esimerkiksi useille Itä-Euroopan maille, jotka etsivät vaihtoehtoja fossiilisiin polttoaineisiin pohjaaville lämmitysjärjestelmille. Yllättäen myös esimerkiksi Isossa-Britanniassa sähkön ja lämmön yhteistuotanto on noteerattu potentiaalisena pienreaktorien käyttökohteena.

Se, että Suomi olisi edelläkävijä pienreaktoreiden saralla, vaatii kuitenkin vielä paljon työtä. Nyt alkavan ydinenergialain uudistuksen pitää ottaa pienreaktorit huomioon ja varmistaa, että niiden lisensiointi- ja rakennusprosessit ovat jouhevia ja hinnaltaan järkeviä. Lainsäädännön olisi edettävä ripeästi, jotta pienreaktorit voisivat auttaa esimerkiksi pääkaupunkiseudun hiilineutraaliuden saavuttamisessa 2030-luvun alussa. Pienreaktorilämmitys houkuttelee alalle myös uusia yrityksiä, jotka tulevat vaatimaan tukea ydinenergian vastuulliseen ja turvalliseen käyttöön.

Me Fortumilla uskomme, että ydinvoimalla on kriittinen rooli ilmastotavoitteiden saavuttamisessa. Pienreaktorit voivat olla merkittävässä roolissa, kun hiilen käytöstä lämmöntuotannossa luovutaan.

Konsta Värri
Project Engineer, Fortum Nuclear Services
Konsta tekee töitä edistääkseen hiilineutraaliutta pienreaktorien avulla.
konsta.varri@fortum.com

Konsta Värri
AU11

ForTheDoers-blogi