Käynnistyykö kotimainen valmistus

Kaukolämpöä pienreaktoreilla?

31.10.2022, kello 17:48

Teksti Petri Sallinen | Kuva Scanstockphoto

Onko pelkkää kaukolämpöä tuottavalle ydinreaktorille riittävästi kysyntää? Tämä on VTT:n ydinenergiatutkija Ville Tulkin mielestä pienydinreaktoreiden kaupallistamisen kynnyskysymys.

Pelkän lämmön tuottaminen pienellä ydinreaktorilla (SMR) on teknisesti huomattavasti yksinkertaisempaa kuin sähkön tuottaminen. Esimerkiksi sähköä tai sähköä ja lämpöä tuottavien ydinreaktoreiden paineastian valmistukseen käytetään 22 senttiä paksua terästä, mutta lämpöreaktoreiden valmistukseen riittää kahden senttimetrin vahvuinen teräs. Tämä johtuu siitä, että sähköntuotannossa paineet ovat paljon korkeammat kuin lämmöntuotannossa.

Muitakin eroja reaktoreiden välillä on. Kaukolämpöreaktorin tuottama lämpö on noin 120-asteista — sähköä tuottavissa reaktoreissa lämpötila nousee 300 asteeseen. Kun tekniikka on yksinkertaisempaa, ovat reaktorin valmistuskustannukset halvemmat.

— Pienreaktoreiden kaupallistamisessa oleellista on se, kuinka laajasti pelkkää lämpöä tuottavat reaktorit kiinnostavat. Markkinat ovat suppeammat, Tulkki toteaa.

Globaalisti kaukolämmitys on hyvin pohjoiseurooppalainen ilmiö. Muualla maailmassa sähkön markkina-arvo on lämpöä korkeampi ja monissa maissa sähkön sivutuotteena syntyvä lämpö on lähinnä ongelma. Tämä tarkoittaa sitä, että pelkkää kaukolämpöä tuottavien pienreaktoreiden markkinat on pienemmän ja siksi niiden kehittäminen ei kiinnosta kansainvälisiä toimijoita yhtä paljon.

Euroopan unionin alueella merkittävä osa kaukolämmöstä tuotetaan kuitenkin yhä fossiilisilla polttoaineilla. Kaukolämmöntuotannossa päästöttömillä tuotantomuodoilla olisi ainakin teoriassa kysyntää.

— Kun hiilidioksidipäästöjen hinta on korkea ja kun valtiot kontrolloivat hiilidioksidipäästöjä, vahvistuu pienten ydinreaktoreiden kilpailukyky, Tulkki huomauttaa.

Päästöttömien tuotantomuotojen kysyntään vaikuttaa myös se, miten polttamiseen ylipäätään suhtaudutaan tulevaisuudessa. Tähän asti metsäenergian ja biopolttoaineiden polttaminen on saanut kansainvälisessä ilmastopolitiikassa päästöttömän tuotantomuodon statuksen, jos vain pidetään huoli siitä, että esimerkiksi metsien kyky sitoa hiilidioksidia säilyy.

Euroopan unionin metsäpoliittisessa keskustelussa ja uusiutuvan energian käyttöä koskevan päivityksen yhteydessä saatiin kuitenkin esimakua siitä, miten suhtautuminen puun polttamiseen on muuttumassa Euroopassa. Huolta kannetaan metsien katoamisesta voimalaitosten kattiloihin — olipa siihen syytä tai ei.

Massatuotanto on villakoiran ydin

Pienreaktoreiden valmistuskonsepti perustuu sarjatuotantoon. Kun samanlaisia reaktoreita valmistuu liukuhihnalta, tehostuu tuotanto ja yksikköhinnat halpenevat — etenkin silloin, kun valmistusmäärät ovat suuria. Perinteisesti suuret ydinvoimalaitokset ovat yksilöitä. Ne on räätälöity asiakkaiden toiveiden mukaan.

Tulkin mielestä liiketoimintamallin luominen teknisten ratkaisuiden ympärille on aivan oleellinen juttu. Kaupallisen tuotannon hän arvioi käynnistyvän vuoden 2027 jälkeen, mikäli reaktoreille on kysyntää.

Toinen pienreaktoreiden yleistymistä vauhdittava tekijä olisi lupamenettelyn harmonisointi. Lupaprosessien yhtenäistäminen Euroopan unionin alueella saattaa onnistua, mutta silti jokaisen maan viranomaiset asettavat pienten ydinreaktoreiden rakentamiselle kansallisia vaatimuksia.

— Voitaisiinko myös kansallisten lupaviranomaisten vaatimuksia yhtenäistää, Tulkki kysyy.

Suomalainen kaukolämpöreaktori?

Suomessa Lappeenrannan teknillinen yliopisto ja VTT ovat yhdessä kehittäneet erityisesti kaukolämmön tuottamisen soveltuvan pienreaktorin konseptia. LDR-50-nimistä reaktoria on kehitetty jo lähes kolme vuotta.

Itse konsepti on jo melko pitkällä. Seuraavaksi pitäisi rakentaa ensimmäinen prototyyppilaitos testauksia varten. Mukaan olisi saatava alan yrityksiä — ehkä myös julkista rahoitusta hanketta vauhdittamaan.

LDR-50 reaktorin lämpöteho on 50 megawattia. Moduulimuotoisia reaktoreita voidaan liittää kaksi yhteen. Sadan megawatin tehoisen kaukolämpölaitoksen rakentamisen on arvioitu maksavan noin 150 miljoonaa euroa. Investointikustannus olisi näillä näkymin noin 150 euroa kilowattia.

Sadan megawatin tehoinen laitos lämmittää jo melko suuren kaupungin. Keskikokoien suomalainen kaukolämmitetty kaupunki selviäisi todennäköisesti 50 megawatin tehoisella laitoksella.

Ydinvoimalle on tyypillistä korkeat investointikustannukset ja alhaiset käyttökustannukset. Pienreaktoreiden rakentamisessa rahan tarve kohdistuu lähes yksinomaan investointeihin.

VTT:llä on arvioitu, että sarjatuotannossa laitoksen rakentaminen veisi 2–3 vuotta. Pelkästään kaukolämpöä tuottavan reaktorin rakentaminen on sen verran yksinkertaista, että myös suomalaiset konepajat kykenevät rakentamaan reaktorikattiloita. Suurten ydinvoimalaitosten reaktorikattiloita sen sijaan osaa rakentaa vain muutama laitos maailmassa.

— Kaukolämpöä tuottavia kotimaisia reaktoreita voidaan rakentaa jo tämän vuosikymmenen lopussa, mikäli niille syntyy kysyntää, Tulkki ennustaa.

Lappeenrannan teknillisen korkeakoulun professori Juhani Hyvärinen on samaa mieltä.

Suomessa kehitetty kaukolämpöreaktori on fyysisesti melko pienikokoinen — vain linja-auton kokoinen.

Monenlaista pienreaktoritekniikkaa

Pienydinreaktori — SMR — on lavea käsite. Pienydinreaktorilla voidaan tuottaa pelkkää sähköä, pelkkää lämpöä tai molempia. Sähköä tuottavien pienreaktoreiden teho on 1—100 megawattia ja pelkkää lämpöä tuottavien 15—300 megawattia.

Tulkin mukaan maailmalla kehitetään monenlaisiin tekniikoihin perustuvia pienreaktoreita. Monissa hankkeissa käytetään kiehuntavesireaktoria, joka on samankaltaista tekniikkaa, joihin nykyisin käytössä olevat suuren ydinreaktorit perustuvat. Uuden sukupolven laitokset sen sijaan voivat olla kaasujäähdytteisiä tai suolajäähdytteisiä.

Kanadassa valtio tukee taloudellisesti pienten ydinreaktoreiden kehittämistä. Kanadassa on valmistumaisillaan mikrokokoluokan kaasujäähdytteinen reaktori, jonka teho on kymmenen megawattia.

Japanilaisen Hitachin pienreaktorin on ilmoitettu valmistuvan vuonna 2028. Panostukset pienreaktoreiden ovat mittavia, koska samaan aikaan yhtiö on ilmoittanut lopettavansa kokonaan suurten ydinreaktoreiden valmistuksen.

Iso-Britannia ehti ajaa oman kansallisen ydinvoimateollisuutensa jo alas, mutta pienreaktoreiden kehittämisen odotetaan tuovan ydinvoima-alalle uutta potkua. Tosin brittien kehittämät pienreaktorit ovat Loviisan ydinvoimalaitoksen reaktoreiden kokoisia 300 megawatin moduuleita.

Euroopan suurin ydinvoimamaa Ranska kehittää myös omaa versiota pienydinvoimalaitoksesta.

Venäjällä taas on rakennettu lautoille asennettavia siirrettäviä pienreaktoreita.

Tulkki kertoo, että Kiinassa kokeillaan ”vähän kaikkea”.

Viro ja Puola ovat ilmaisseet kiinnostuksensa hankkia pieniä ydinvoimalaitoksia. Yhdysvalloissa liittovaltio tulee miljardeilla dollareilla pienydinreaktoreiden kehittämistä — lisäksi Microsoftin perustaja Bill Gates on innostunut rahoittamaan korkealämpötilaisen kaasureaktorin kehittämistä.

#ydinvoima