Kuva: Ville Miettinen
Yli puolet Helenin hiilikapasiteetista on Hanasaaren voimalassa, missä hiilen polton on määrä loppua vuonna 2024.

Suomessakin on kiinnostuttu kaukolämmön tuottamisesta pienillä ydinreaktoreilla. Alle 300 MW:n pienreaktoreiden kehittelyssä ollaan jo pitkällä USA:ssa ja Kiinassa, mutta kokemusta näiden siviilikäytöstä ei kuitenkaan vielä ole. Reaktoreiden kustannustehokkuus on pitkälti arvailujen varassa, mikä näkyy myös VTT:n laatimassa arviossa.

Ydinvoima-alalla puhutaan nyt paljon pienreaktoreista, joita voitaisiin käyttää isojen voimaloiden tuotantomoduuleina tai itsenäisinä yksiköinä. Esiin on noussut samalla ajatus alle 300 MW:n SMR-reaktoreiden valjastamisesta pelkästään lämmön tuotantoon.

Hiilivapaasti tuotettua lämpöä voitaisiin käyttää paitsi teollisuuden prosesseissa, myös kaukolämpöverkoissa.

Ajatus on saanut suomalaisetkin säteilemään. Helsingissä, Espoossa, Nurmijärvellä ja Kirkkonummella on tehty jo valtuustoaloitteita sen selvittämiseksi, voitaisiinko pienreaktoreita hyödyntää kaukolämmön tuottamisessa.

Uusille lämmönlähteille olisikin tilausta: valtiovalta haluaisi eroon hiilen poltosta jo vuoteen 2030 mennessä, kokonaan hiilineutraaliin yhteiskuntaan pitäisi päästä 2050-luvulla.

Helsingin Energian Helenin kehityshankkeiden yksikönpäällikkö Janne Rauhamäki uskoo hiilen polton loppuvan 2030-luvun kuluessa. Tavoitteen saavuttamisessa riittää kuitenkin vielä tekemistä.

Yli puolet Helenin hiilikapasiteetista on Hanasaaren voimalassa, missä hiilen polton on määrä loppua vuonna 2024. Poistuma kompensoidaan useilla eri lähteillä: puun ja muun biomassan polton ohella lämpöä tuotetaan erilaisia hukkalämmön lähteitä hyödyntävillä lämpöpumppuratkaisuilla, pumppaamalla tätä eri lämpövarastoista. Keinovalikoimaan kuuluu myös energiatehokkuuden parantaminen kuluttajapäässä sekä lämmön varastoinnin kehittäminen.

Keskeisessä roolissa on kuitenkin puun polton lisääminen, mikä on ollut viime aikoina yhä enemmän asiantuntijoiden hampaissa. EU:ssa käydäänkin nyt tiukkaa vääntöä siitä, millainen vaikutus puun poltolla on hiilitaseeseen. Epävarmuus asiasta lisännee kiinnostusta pienreaktoreihin.

Rauhamäki ei usko SMR-reaktoreiden tulevan lämpöyhtiöiden avuksi kovinkaan läheisessä tulevaisuudessa. Vaikka pienreaktoreita on käytetty 1960-luvulta lähtien esimerkiksi laivojen ja sukellusveneiden voimanlähteinä, näillä on edelleen pitkä matka arkiseen siviilikäyttöön.

Kokemusta kaukolämmön tuottamisesta pienreaktorilla ei ole missään eikä markkinoilla ole yhtään reaktoria, jonka hintaa olisi saatu laihdutettua sarjavalmistuksella.

-SMR -reaktorit voivat tulla avuksi kaukaisemmassa tulevaisuudessa, lähimmän kymmenen vuoden kuluessa nähtäneen kuitenkin vasta demovaiheen projekteja, Janne Rauhamäki sanoo.

Ydinreaktori konttirahtina

Eräs pitkälle edennyt pienreaktorikonsepti on USA:ssa kehitelty ”NuScale”, joka edustaa perinteisistä ydinvoimaloista tuttua kevytvesiteknologiaa. Suunnittelussa on lähdetty siitä, että laitos kokonaisuudessaan voidaan pakata kontiksi ja kuljettaa käyttöpaikalleen esimerkiksi rekkarahtina.

Reaktorin ytimenä on säiliö, mihin polttoaine ladataan samankaltaisina mutta pienempinä sauvoina kuin isoissa kevytvesireaktoreissa. Neutronien hidastimena toimii myös NuScalessa vesi.

Polttoainesauvat sisältävä säiliö on suljettu suojarakennuksena toimivan, isomman säiliön sisään. Reaktorin ulkopuolella on sähköä tuottava noin 50 MW:n turbiini.

Ydinreaktioissa syntyvä lämpö kuumentaa sauvoja huuhtelevaa vettä, joka alkaa nousta ylöspäin lämpötilaeron takia. Ylhäällä vesi koskettaa lämmönvaihtimena toimivia putkia, joiden sisällä oleva vesi kuumenee, muuttuu höyryksi ja käyttää sähköä tuottavaa turbiinia.

Lämmönvaihtimessa viilentynyt vesi alkaa vajota taas alaspäin noustaakseen kohta taas ylöspäin virtauksen myötä. Lämpöä siirtävän veden liike perustuu näin lämpötilaeroihin, ei sähkövirrasta riippuvaiseen pumppaamiseen.

NuScale -reaktori on parhaillaan USA:n viranomaisten lisensointiprosessissa, ensimmäisen voimalan on määrä nousta Idahoon vuonna 2026. Paikallisten sähköyhtiöitten omistamassa laitoksessa sähköä tuottaa näillä näkymin 12 vesialtaaseen upotettua reaktoriyksikköä.

Toinen esillä ollut reaktorityyppi on kuulakekoreaktori. Sen konsepti poikkeaa perinteisistä kevytvesireaktoreista paljon enemmän kuin NuScale.

Polttoaine on kuulakekoreaktorissa pieninä, 0,5 mm:n hippuina, jotka on ympäröity neljällä suojakerroksella. Kapselin on määrä pitää sisällään polttoaineen ohella myös reaktioissa syntyvät haitalliset aineet.

Polttoaineen valmistusprosessissa noin 15 000 kapseloitua hippua leivotaan suunnilleen tennispallon kokoisen grafiittipallon sisään, joka toimii samalla neutroneiden hidastimena. Satoja tuhansia grafiittipalloja kootaan keoksi, missä ketjureaktion ylläpysyminen on mahdollista.

Myös lämmönsiirto poikkeaa kevytvesireaktoreista. Kuulakekoreaktorissa tämä perustuu säiliön läpi puhallettavaan kaasuvirtaukseen, joka siirtää lämmön lämmönvaihtimeen. Kaasujäähdytteinen reaktori käykin paljon kuumempana kuin perinteinen kevytvesireaktori, edellisen käyntilämpötila on noin 800 astetta, jälkimmäisen noin 300.

Sekä NuScalen että kuulakekoreaktorin taloudellinen kilpailukyky on kuitenkin vahvasti arvailujen varassa. Kustannuksia kertyy paitsi laitteista ja operoinnista, myös polttoaineesta sekä käytetyn polttoaineen ja muiden haitallisten jäteaineiden käsittelystä. Huoltotoimet, aineiden käsittely ja säilytys on tehtävä pienessä reaktorissa yhtä huolella kuin isossa. Etenkin kuulakekoreaktorissa kustannuksia nostanee lisäksi polttoaineen mutkikas pakkaaminen.

Sama turvallisuustaso

Toimistopäällikkö Nina Lahtisen mukaan Säteilyturvakeskuksen määräys edellyttää ydinlaitosten ympärille kahta suojavyöhykettä. Sisempi yltää viiden kilometrin säteelle laitoksesta, ulomman laajuus on 20 km.

Sisemmällä vyöhykkeellä ei saa sijaita kouluja, sairaaloita, isoja teollisuuslaitoksia tai muita ”yhteiskunnallisesti merkittäviä” toimintoja. Alueen pysyvien asukkaiden määrän on oltava niin pieni, että nämä voidaan evakuoida tehokkaasti alueelta.

Laajempaa vyöhykettä varten on laadittava pelastussuunnitelma. Väestön suojautuminen voi täällä perustua sisälle suojautumiseen.

Lahtisen mukaan pieniltä ydinlaitoksilta edellytetään samaa turvallisuustasoa kuin isoilta. Säännökset hahmottelevat tältä osin periaatteen, jota sovelletaan tapauskohtaisesti.

Teksti: Heikki Jaakkola

Artikkeli on julkaistu kokonaisuudessaan Kuntatekniikka 2/18 -numerossa.

 

 

Markku Vento
markku.vento@kuntalehti.fi
0
JAKOA
Jatka keskustelua #kuntalehti @kuntalehti Twitterissä tai Facebookissa.

Aiemmat kommentit

  1. Kiina tulee kehittämään thorium-reaktorin hyvinkin pian. Sen kustannustehokkuus tulee olemaan erinomainen, koska polttoaine on suolamuodossa eli kyseessä on suolasulareaktori. Teknologia on sekin kertaluokkaa yksinkertaisempaa ja halvempaa.

    Fennovoima-projektin muuttaminen suolasulareaktoriksi pudottaisi mankalahinnan puoleen nykyisestä. Fennovoiman valmistuminen 2020 -luvulla olosuhteisiin joissa sähkön keskihinta on reilusti alle mankalahinnan, on suuri riski.

Keskustele

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *

*