Vuosi sitten VTT aloitti pienreaktorin konseptin suunnittelemisen kaukolämmön tuotantoa varten. Konseptista on valmistunut toiminnallinen malli, ja jatkossa on tarkoitus tehdä sekä tarkempia rakenteellisia suunnitelmia että teknis-taloudellisia selvityksiä.
Ihanteellinen konsepti kotimaahan saattaa olla pienitehoinen lämpömoduuli, joita voi asettaa laitokseen useita rinnan. Esimerkiksi 50-megawattinen moduuli on riittävän pieni useisiin kaupunkeihin.
Suunnittelussa selvitetään seuraavaksi, minkä tehoinen laitos on kustannustehokas, ketkä voivat valmistaa laitoksen ja mihin hintaan.
– Osaamista laitoksen rakentamiseen Suomessa riittäisi, uskoo tutkimusryhmän vetäjä Ville Tulkki VTT:ltä.
Paineastia valmistuu helposti
Kaukolämpöä tuottava pienreaktori eroaa sähköä tuottavasta perinteisestä ydinreaktorista teknisellä yksinkertaisuudellaan. Sähköä tuottavan reaktorin kiertovesi on 300-asteista ja paine 70–150 baaria. Kaukolämpöreaktorissa vesi olisi reilut 100-asteista ja muutaman baarin paineessa.
– Olkiluoto-3:n paineastian paksuus on 25 senttiä, minkä takia se on hankala valmistaa. Kaukolämpöreaktorissa riittäisi muutaman sentin paksuinen paineastia. Sellaisia rakennetaan Suomessa muihinkin teollisiin laitoksiin, Tulkki sanoo.
Vesi ei kierrä reaktoripiiristä suoraan kaukolämpöverkkoon, vaan reaktorin lämpö siirretään lämmönvaihtimilla välipiiriin ja lopulta varsinaiseen kaukolämpöverkossa kiertävään veteen.
– Paine-ero pitää huolen, että mahdollinen vuoto tapahtuu aina reaktorin sisään eikä ulos.
Pienreaktorien selvitystyö Suomessa alkoi vuonna 2017 VTT:n aloitteesta, kun maailmalla oli suunnitteilla useita uudenlaisia ydinreaktoreita. Samana vuonna Helsingin kaupunginvaltuusto teki aloitteen ydinkaukolämmön mahdollisuuksien selvittämisestä, ja Helsingin energiayhtiö Helen lähti mukaan yhteistyöhön.
VTT:llä on tehty selvityksiä pienreaktoreista 2010-luvun puolestavälistä lähtien, kun maailmalla on ollut suunnitteilla useita uudenlaisia ydinreaktoreita. Vuonna 2017 tehtyjen teknis-taloudellisten skenaarioiden mukaan kaukolämmön tuotanto olisi lupaava käyttökohde pienreaktoreille.
Samana vuonna Helsingin kaupunginvaltuusto teki aloitteen ydinkaukolämmön mahdollisuuksien selvittämisestä. Helen on ollut mukana valmistelemassa ja nyt mukana VTT:n ja LUT-yliopiston yhteisessä Ecosmr-pienreaktorihankkeessa.
Helen kartoittaa ratkaisuja
Helen toimii VTT:n kanssa Ecosmr-verkostossa, joka selvittää pienreaktoreiden mahdollisuuksia hiilineutraalin kaukolämmön tuottamiseksi.
– Kartoitamme parhaillaan eri pienreaktorikonseptien soveltuvuutta Helenin järjestelmään. Markkinoilla ei kuitenkaan vielä ole tarjolla valmiita laitoskonsepteja, joita voisi ostaa ja joiden perusteella investointipäätöksiä voisi tehdä, sanoo teknologiapäällikkö Heidi Kirppu Heleniltä.
Hiilineutraalin tulevaisuuden kannalta ydinvoima on tehokas ratkaisu, mutta ydinenergialla on muita reunaehtoja.
– Pienreaktori tulevaisuuden lämmöntuotannossa on teknisesti realistista, mutta kannattavuus ja toteutettavuus riippuu paljolti poliittisista ja paikallispoliittisista päätöksistä sekä sääntelyn ja markkinoiden kehityksestä.
Suojavyöhykettä voi pienentää
Nykyinen ydinenergialaki antaa periaatteessa mahdollisuuden pienreaktoreiden toteuttamiseen Suomessa, mutta vaatimus viiden kilometrin suojavyöhykkeestä saattaa tehdä kaukolämpöreaktorista kannattamattoman.
– Niin leveä suojavyöhyke on todennäköisesti liioiteltu 50 megawatin tehoiselle reaktorille, mutta sitä, kuinka iso suojavyöhykkeen tulisi olla, en pysty arvioimaan, sanoo johtava asiantuntija Minna Tuomainen Stukista.
Ydinenergiasäännöstön uudistusta valmistellaan Stukin sekä työ- ja elinkeinoministeriön yhteistyöllä. Tuomainen pitää todennäköisenä, että viiden kilometrin suojavyöhykkeestä luovutaan ja suojaetäisyys arvioidaan tapauskohtaisesti. Sääntöuudistuksen valmistumiseen kuluu vielä useita vuosia.
VTT:n hahmottelema pienreaktorityyppi voi toteutua turvallisesti ja taloudellisesti esimerkiksi Helsingin seudulle, mutta lopullinen arviointi vaatisi tarkat tiedot suunnitellusta reaktorista.
– Se voi olla mahdollista, mutta se pitää arvioida tapauskohtaisesti, Tuomainen sanoo.
Reaktorityyppejä kehitetään kilvan
Maailmalla kehitetään runsaasti pienreaktoreita. Niiden koko, toimintaperiaate ja käyttökohteet vaihtelevat.
Lähin hanke on Virossa, jossa Fermienergia etsii sähköä tuottavalle pienreaktorille paikkaa. Britanniassa ja Ranskassa on kehitteillä uuden sukupolven reaktoreita.
Venäläinen Rosatom rakentaa reaktorilauttoja, ja uusia ydinkäyttöisiä jäänmurtajia on käyttöönotossa. Akateemikko Lomonosov -reaktorilautta on jo valmis ja tuottanut noin vuoden ajan sähköä Siperiaan.
Kiinassa on suunnitteilla ja käyttöönotossa useita erityyppisiä ydinreaktoreita. Etelä-Koreassa kehitetään reaktoria kaupalliseen vaiheeseen.
Yhdysvalloissa on suunnitteilla useita erityyppisiä demonstraatioreaktoreita. Kanadassa suunnitellaan puolestaan mikroreaktoreita syrjäisen asutuksen ja kaivosten energianlähteeksi.
Insinööri-lehti vertaa tänään pienreaktoreiden ja perinteisten ydinvoimaloiden turvallisuusominaisuuksia. Tänään tulee kuluneeksi kymmenen vuotta Fukushiman ydinvoimalaonnettomuudesta.
Teksti: Janne Luotola
Kuva: Jari Kippola /Helen
