LUT ja professori Juhani Hyvärinen.
Teknologia 14.11. 07:33

LUT ja professori Juhani Hyvärinen.

LUT kehittää pientä lämpöydinreaktoria

Pienet lämpöreaktorit voisivat tuottaa keskisuuren kaupungin kaukolämmön.

14.11.2019
Teksti Esko Lukkari kuvat LUT

LUT-yliopiston ydintekniikan laboratorioissa kehitetään modulaarista, pieni kaukolämpöreaktoria, SMR (Small Modular Reactor). 

SMR:n koko on muutama kymmenen megawattia lämpöä, kun Olkiluotoon tulevan kolmannen ydinreaktorin lämpöteho on 4 300 megawattia ja sähköteho 1600 megawattia. Pienessä kaukolämpöydinvoimalassa on alhaisemmat lämpötilat ja paineet kuin sähköntuotantoon tarkoitetussa voimalassa.

LUT kertoi hankkeesta verkkosivullaan 27.10.

"Pienen ydinvoimalan turvallisuus perustuu sen kokoon, sijoitteluun sekä reaktorissa hyödynnettäviin luonnonlakeihin perustuviin suunnitteluratkaisuihin", professori Juhani Hyvärinen sanoo tiedotteessa.

Hyvärisen mukaan pienet modulaariset lämpöreaktorit pystyisivät tuottamaan kaiken keskisuuren kaupungin tarvitseman kaukolämmön.

LUTilla kehitettävän ydinreaktorin jäähdytys tapahtuu kierrättämällä vettä pumpuilla. Häiriötilanteissa, joissa pumput pysähtyvät reaktorikin sammuu. Silloin jäähdytys tapahtuisi painovoimaisesti. Kun reaktorissa kuumentunut vesi kiehuu, höyry nousee ylös ja kohtaa kylmiä seinäpintoja, lauhtuu ja laskeutuu vetenä takaisin alas. Näin pienreaktorin sydämen lämpötila on helpommin hallittavissa kuin ison ydinvoimalan.

Komponentit saisi Suomesta

Pieni modulaarinen reaktori on kustannustehokas sarjatuotantomahdollisuutensa ansiosta. Melkein kaikki voimalan osat ja tarvittava osaaminen ovat saatavilla Suomesta.

"Myös ydinjätteen loppukäsittely tehdään Suomessa turvallisin menetelmin. Ainostaan uraanipolttoainetta ei saada käyttövalmiissa muodossa Suomesta", Hyvärinen sanoo.

Pienydinvoimalan turvallisuus tulee siitä, että se on helppo rakentaa osittain maan alle – vaikka keskelle asuinaluetta. Voimala ei tarvitse ympärilleen valtavaa suoja-aluetta, eikä sen tarvitse olla miehitetty. Sijaintia asuinkeskittymän lähellä puoltaa myös se, että lämpöä ei voida siirtää satoja kilometrejä toisin kuin sähköä.

Maailmalla erilaisia SMR-ydinreaktoreita on jo käytössä erityisesti laivoissa. Voimalaitoskäyttöön sovitettuja SMR-reaktoreita on kehitteillä eri puolilla maailmaa. Hyvärisen mukaan pienvoimalan aiheuttama suurin riski ihmiselle on se, että sen ydinreaktori pysähtyy ja lämmitys loppuu.

"Jos ydinreaktori pysähtyy rikkoutumisen takia, radioaktiiviset aineet ohjautuvat reaktorissa tilaan, joka on ympäristöltä eristetty ja ilmatiivis".

Toimintavarmuuden ja huollon takia pieniä kaukolämpöreaktoreita pitäisikin Hyvärisen mukaan olla vähintään kaksi yhtä kaupunkia kohden. Kuinka usein pienreaktorin polttoainetta, radioaktiivista raskasmetalli uraania, pitää vaihtaa?

"Pienreaktorin uraania vaihdetaan kerran vuodessa tai kahdessa. Vaihdettava määrä on suunnilleen kaksisataa kiloa kerralla".

Mutta entä jos pahin tapahtuu ja pienvoimala räjähtää esimerkiksi terroriteon seurauksena?

"Pienessä kaukolämpöreaktorissa on 100-200 kertaa vähemmän radioaktiivisia aineita kuin isossa sähköntuotantoreaktorissa. Radioaktiivisuuspäästöt pysyisivät pahimmassakin tapauksessa hyvin pieninä", ydinvoimatekniikan mallinnuksen professori Hyvärinen sanoo.

Fossiiliton kaukolämpö edellyttäisi ydinenergialain päivittämistä

Tällä hetkellä puolet Suomen kaukolämmöstä (noin 20 terawattituntia) tuotetaan polttamalla turvetta ja kivihiiltä. Jotta kaukolämpö olisi fossiilittomasti tuotettua, olisi muutaman kymmenen megawatin pienvoimaloita oltava satakunta eri puolilla Suomea. Se on melko kaukainen näkymä. Pienten reaktoreiden sarjatuotannon hyödyntämiseen tarvittaisiin ydinenergialainsäädännön päivittämistä.

"Valtakunnallinen, suuria voimalaitoksia koskeva lainsäädäntö olisi saatava kattamaan myös pienten toimijoiden tarpeet ja mahdollisuudet. Onko jatkossakin tarpeen, että valtioneuvoston pitää päättää, miten Lappeenranta tai Etelä-Karjala lämmitetään? Kunta tai maakunta voisi tehdä tällaisia päätöksiä itsekin", Hyvärinen toteaa.

Valtioiden päästö- ja ilmastopolitiikkaan vaikutetaan päättäjien kautta. LUTin tehtävä on tuottaa tietoa ja vaihtoehtoisia toimintamalleja turvallisista, päästöttömistä energiaratkaisuista sekä kouluttaa ratkaisuja toteuttavia osaajia. Ydinturvallisuutta voi opiskella Suomessa vain LUTissa, energiatekniikan koulutusohjelmassa.

"Ydinvoimatekniikan laboratoriossa Lappeenrannassa tarkastelemme ydinvoimalaitosten mahdollisiin onnettomuus- ja häiriöitilanteisiin liittyviä fysikaalisia prosesseja kokeellisesti ja laskennallisesti. Testaamme turvallisuusjärjestelmien luotettavuutta. Meiltä valmistuneita ydinturvallisuuden osaajia työskentelee keskeisissä tehtävissä Suomen kaikissa ydinvoimaloissa ja viranomaisen palveluksessa", Hyvärinen kertoo.

Kehitteillä olevan pienreaktorin osalta LUTilla ollaan vaiheessa, jossa mitoitetaan pääprosesseja. Samalla lasketaan reaktorin rakennus-, ylläpito- ja käyttöikäkustannuksia, jotta nähdään sen realistinen kilpailukyky lämmön tuotantomuotona.

"Uskon, että kehittämämme modulaarinen pienreaktori on käytössä Suomessa viiden-seitsemän vuoden kuluessa", Juhani Hyvärinen sanoo.

JAA