Pienet modulaariset reaktorit kehittyvät

Olemmeko valmiina hyödyntämään uutta ydinteknologiaa?

Suomessa energiantuotanto on CO2-vapaata jo 87 % osuudelta, mutta tavoite olla hiilineutraali vuonna 2035 edellyttää myös päästöttömän energiantuotannon lisäämistä. Samanaikaisesti ennakoidaan prosessien ja liikenteen sähkönkulutuksen kasvavan. Vuoden 2022 keväällä syntyi tarve korvata Venäjältä tuotavia polttoaineita ja sähköä, kun tuonti lopetettiin. Näistä syistä mietitään myös ydinenergian käyttöä yhdistettyyn sähkön- ja lämmöntuotantoon tai pelkästään lämmöntuotantoon.

Pienet modulaariset reaktorit (Small Modular Reactors, SMR) ovat uudenlainen vaihtoehto ja mielenkiinto niihin on suurta. SMR-teknologialla saavutettaisiin etuja energiantuotantoon vakaalla säästä riippumattomalla teknologialla. Lisäksi nähdään, että SMR-teknologian yhteensovittaminen uusiutuvan energiantuotannon kanssa olisi nykyisiä isoja laitoksia joustavampaa.

Havainnekuva LUT-yliopiston kehittämästä LUTHER-laitosmallista.
Kuva: LUT-yliopisto

Termillä pieni modulaarinen reaktori tarkoitetaan yleensä lämpöteholtaan alle 1000 MW tai sähköteholtaan alle 300 MWe ydinvoimalaitosyksiköitä. Vertailuna esimerkiksi Loviisan yksiköt tuottavat hieman yli 500 MWe kumpikin. Suunnitteilla on myös hyvin pieniä lämpöteholtaan 2–20 MW reaktoreita. Vaikka yksittäiset reaktorimoduulit voivat olla pieniä, voidaan useasta rinnakkaisesta reaktorimoduulista muodostaa suurikin laitos, jopa Olkiluoto 3 -laitosyksikön kokoinen kokonaisuus.

Reaktorin pieni teho vaikuttaa sekä turvallisuusominaisuuksiin että kustannusrakenteeseen. Ne voidaan pitkälti valmistaa tehtaalla sarjatuotantona ja tuoda rakennuspaikoille valmiimpina kokonaisuuksina, eli moduuleina, liitettäväksi yhdeksi kokonaisuudeksi laitospaikalla. Modulaariset reaktorit mahdollistaisivat siis vähemmän rakentamista paikan päällä ja lyhentäisivät rakentamisaikaa mikä taas toisi hintaetua.

Myös niin sanottu reaktorin suojarakennus ja reaktoripiiri sekä useat turvallisuustoiminnot ovat konsepteissa usein sisällytetty yhteen komponenttiin, joka voidaan tuoda kerralla paikalle. Keskeiset turvallisuustoiminnot ovat kuitenkin periaatteessa samat kuin nykyisissä isoissa reaktoreissa. Pienemmän lämmitystehon takia erityisesti reaktorin jäähdytykseen liittyvät järjestelmät voivat olla kuitenkin merkittävästi yksinkertaistettuja. Useimmissa SMR-malleissa käytetäänkin passiivisia, ilman käyttövoimaa toimivia, jäähdytys- ja turvallisuusratkaisuja.

SMR-konsepteja on eri maissa kehitteillä useita kymmeniä. Suunnitteilla olevat teknologiat vaihtelevat Suomessa käyvien ydinvoimalaitosten kaltaisista kevytvesireaktoreista eksoottisempiin, esimerkiksi natrium- ja lyijyjäähdytteisiin, reaktoreihin. Näistä kevytvesireaktorit ovat lähinnä kaupallista toteuttamista tänään.

Havainnekuva VTT:n kehittämästä LDR50-pienreaktorista.
Kuva: VTT

Ensimmäiset prototyyppilaitokset ovat rakenteilla Kiinaan ja Yhdysvaltoihin. Kiinassa Linglong 1 -laitoksen on tarkoitus aloittaa säännöllinen sähkön tuotanto 2026 lopussa. Yhdysvalloissa Nuscalen laitosmalli on viranomaisen lisensiointivaiheessa. Nuscale on käynnistänyt kuuden yksikön rakennusprojektin Idahossa. Ensimmäinen moduulin on tarkoitus alkaa tuottaa energiaa vuoden 2029 aikana. EU-alueella tänä vuonna Romania on solminut sopimuksen Nuscale-toimituksista ja Viro on käynnistänyt tarjouskilpailun neljälle potentiaaliselle laitostoimittajalle noin 300-400 MWe laitostyypistä.

SMR-laitokset ovat muuttamassa ydinenergian hyödyntämistä sähköntuotannossa hajautetun ja joustavamman tuotannon suuntaan ja mahdollistavat uusia tuotantomuotoja, kuten kaukolämmön, höyryn tai vedyn tuotannon. Maailmanlaajuisesti lämmöntuotanto saattaa olla ratkaisu erityisesti veden suolanpoistossa kuumemmilla alueilla. Suomessa kehitystyö kohdistuu kaukolämmöntuotannon hyödyntämiseen, koska kaukolämmöstä noin puolet tuotetaan vielä fossiilisilla polttoaineilla.

Linglong 1 -laitoksen suojarakennus yläosan asennuksen jälkeen.
Kuva: CGTN

Ydinenergian hyödyntäminen kaukolämmön- ja höyryntuotannossa vaatii laitosten sijoittamisen lähelle hyödyntävää kohdettaan. SMR-reaktoreiden pieni teho ja passiiviset turvallisuusjärjestelmät varmistavat, että suojarakennukset pidättävät laskennalliset onnettomuuspäästöt. Näin ollen sijoitus asutuskeskusten tai teollisuusalueiden läheisyyteen olisi mahdollista. Lämmön tuotanto on tyypillisesti ollut kunnallisten energiayhtiöiden toimialaa ja näin ollen ydinenergian käytön piiriin tulisi mahdollisesti myös uusia toimijoita. On selvää, että ydinenergian käyttö tulee myös edellyttämään uudenlaisia toimintamalleja kaikkien vastuiden ja velvollisuuksien täyttymiseksi.

SMR-teknologia soveltuu myös perinteiseen sähköntuotantoon. Reaktorimoduuleja voidaan rakentaa useita samalle laitospaikalle, jolloin hyödytään valmiista infrastruktuurista, prosesseista ja muista resursseista. Modulaarisuus mahdollistaa myös vaiheistetun käyttöönoton; ensimmäisiä moduuleita voidaan ottaa käyttöön, kun muita vielä rakennetaan.

Ydinenergian rakentaminen ja käyttö edellyttävät kattavaa sääntelyä ja valvontaa, koska ydinenergian hyödyntäminen on mahdollisesti vaaraa aiheuttavaa toimintaa. Kattavan lainsäädännön ja ohjeiston avulla pyritään varmistamaan, että muun muassa ydin- ja säteilyturvallisuus, turvajärjestelyt, ydinmateriaalivalvonta, ydinvastuu sekä kansainväliset velvollisuudet on hoidettu asianmukaisella tavalla.

Vaikka tämän hetken ydinenergiasäännöstö on rakennettu perinteisten suurien laitosyksikköjen näkökulmasta, ei sen käynnissä oleva uudistaminen ole taikakeino esimerkiksi SMR:ien käyttöönottoon. Turvallisuuteen, jätehuoltoon ja kustannuksiin liittyvät kysymykset eivät poistu uuden teknologian myötä. Näin ollen nykyiset luparakenteet: valtioneuvoston myöntämät periaatepäätös, rakentamislupa ja käyttölupa, tulevat myös jatkossa olemaan tarpeen. Käynnissä olevalla uudistustyöllä pyritään luomaan vakaa ja investointeja mahdollistava toimintaympäristö niin käynnissä oleville laitoksille kuin uusille teknologioille.

LUT-yliopiston valtioneuvostolle laatima PIEMOS-selvitys vuonna 2022 SMR-teknologian mahdollisuuksista osoitti, että näitä reaktoreita olisi jo nykyisen ydinenergialainsäädännön puitteissa mahdollista rakentaa Suomessa sähkön-, lämmön- tai molempien tuotantoon. Selvityksen mukaan kuitenkin ydinenergialakia ja luvitus- ja valvontakäytäntöjä kehittämällä saataisiin SMR-teknologian tuomat ominaisuudet ja hankkeiden toteutus paremmin hyödynnettyä.

Kirjoittajat

Liisa Heikinheimo on teollisuusneuvos työ- ja elinkeinoministeriössä vastuualueenaan ydinenergian käyttö. Heikinheimo on tekniikan tohtori ja voimalaitosmateriaalien eliniänhallinnan asiantuntija.

Jaakko Louvanto on erityisasiantuntija työ- ja elinkeinoministeriössä vastuualueenaan ydinenergian käyttö. Louvanto on teknillisen fysiikan diplomi-insinööri ja ydinturvallisuuden asiantuntija ydinvoimalaitosprojekteissa sekä käyvillä ydinvoimalaitoksilla.

Lisää aiheesta: