Pienydinvoimalat voisivat toimia kevyemmillä turvallisuusjärjestelmillä kuin suuret reaktorit

Toisin kuin professori Peter Lund väitti, pienen ydinreaktorin jälkilämmön voisi taltuttaa myös niin kutsuttuun luonnonkiertoon perustuvalla järjestelmällä. Tällaista ei ole kuitenkaan vielä rakennettu.

Fennovoima purki toukokuun alussa Venäjän Rosatomin kanssa solmimansa sopimuksen ydinvoimalaitoksen rakentamisesta Pyhäjoelle. Suomessa käynnistyi jo tätä ennen keväällä keskustelu laitoshankkeen korvaamisesta pienillä modulaarisilla ydinreaktoreilla (SMR). Näillä tarkoitetaan yleensä ydinvoimalaitoksia, joiden sähköteho on alle 300 megawattia. Pyhäjoen voimalaitoksen tehoksi suunniteltiin 1200 megawattia.

Perussuomalaisten kansanedustaja Lulu Ranne sanoi 11.3.2022 kirjallisessa kysymyksessään:

Ratkaisu ydinvoiman nopeampaan ja hajautetumpaan käyttöön saamiseen olisivat ns. pienydinvoimalat, joiden idea olisi se, että ne olisivat tyyppihyväksyttyjä, tehtaissa sarjoina esivalmistettuja teollisia tuotteita, joiden luvitus-, asennus- ja käyttöönottoaika olisi kertaluokkaa nykyisten suurvoimaloiden vastaavaa lyhyempi.

Kokoomuksen kansanedustaja Heikki Vestman puolestaan arvioi 3. toukokuuta Verkkouutisissa:

Toimitusvarma ja kohtuuhintainen sähkö tulee turvata, kun piuhat ja putket Venäjään katkotaan. (– –) Todennäköisesti nopein ja joustavin tapa pystyttää tilalle länsimainen ydinvoimala on tehdä se usealla SMR-yksilöllä.

Myös vastakkaisia näkemyksiä pienydinvoiman toteutuskelpoisuudesta on esitetty. Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan professori Peter Lund kiisti Ilta-Sanomissa tuoreeltaan kansanedustajien arviot siitä, että pienydinvoimaloilla voitaisiin korvata Fennovoiman hanke:

Pienydinvoimasta luodaan mielikuvaa, että se on turvallista ja helppoa, voidaan rakentaa keskustaan parissa kolmessa vuodessa, mutta sanon katinkontit. Ydinvoimaa on vaikea rakentaa. Ja kyllä minä siitä nyt jotain tiedän, kun olen ydinenergia-alan diplomi-insinööri.

Lund perusteli näkemystään sillä, että pienydinvoimaloiden turvallisuusjärjestelmät ovat niin sanotusti passiivisia järjestelmiä. Tällä viitataan järjestelmään, joka tarvitaan ympäristön suojaamiseen ja ydinreaktorin jäähdyttämiseen häiriötilanteessa. Suurissa ydinvoimalaitoksissa turvallisuus perustuu passiivisten järjestelmien kuten suojakuoren ohella pääasiassa aktiivisiin järjestelmiin, usein vesipumppuihin. Joissakin suunnitelluissa pienydinvoimaloissa automaatiolla ohjatut pumput on tarkoitus korvata kokonaan niin sanotulla luonnonkierrolla. Siinä voidaan hyödyntää esimerkiksi veden valuttamista jäähdytettävään kohteeseen, vesiallasta reaktorin suojakuoren ympärillä tai jälkilämmön siirtämistä veden mukana pois reaktorista, kun vesi lämmetessään laajenee.

Osoittaa minusta tietämättömyyttä, kun turvajärjestelyjä väitetään idioottivarmoiksi, ja ettei jäähdyttämiseen esimerkiksi tarvita aktiivisia pumppuja. Hätätilanteessa, kun pitää saada hirveästi lämpöä pois reaktorista, niin se vaatii kovat pumppujärjestelmät. Se ei onnistu luonnonkierrolla, Lund tähdensi.

Faktabaari on saanut tarkistuspyynnön tästä Peter Lundin pienydinvoimaa koskevasta väitteestä. Tarkistusta varten Faktabaari on kerännyt tietoja maailmalla käynnissä olevista pienydinvoimalahankkeista sekä haastatellut toimistopäällikkö Nina Lahtista Säteilyturvakeskuksesta (Stuk) sekä tiimipäällikkö Ville Tulkkia Teknologian tutkimuskeskuksesta (VTT).

Asiantuntijoiden arvioiden perusteella Peter Lundin väite on liian kategorinen. Pienen ydinreaktorin jäähdytys voisi toimia myös passiivisesti luonnonkierrolla, koska reaktorin sammuttamisen jälkeen jälkilämpöä syntyy paljon vähemmän kuin suuressa reaktorissa. Tästä osoituksena Yhdysvaltain ydinreaktoreiden turvallisuutta valvova viranomainen NRC hyväksyi vuonna 2020 modulaarisia ydinvoimaloita kehittävän NuScalen suunnitelman painevesireaktorista, jonka jälkilämmön poistoon ei tarvittaisi pumppuja. Sähköntuotantoteholtaan 77 megawatin reaktorit ovat suojakuorineen niin pieniä, että ne on tarkoitus sijoittaa maan alle ja ympäröidä vesialtaalla, johon jälkilämpö hätätilanteessa siirtyy ja kiehuu lopulta ilmaan.

Kuva: NuScalen suunnitteleman voimalaitoksen ympärillä on vesiallas, johon reaktorin jälkilämmön on tarkoitus siirtyä onnettomuustilanteessa. Oregon State University / Wikimedia Commons

NRC on tämänkin jälkeen tarkastellut NuScalen laitosmallia esimerkiksi maanjäristysten varalta ja todennut sen turvalliseksi. On kuitenkin tärkeä huomata, että NuScalen Voygr-ydinvoimalaitoksen sertifiointi on vielä kesken, eikä sillä ole rakentamislupaa. Yhtiö aikoo hakea lupaa ensimmäiselle Idahoon suunnitellulle laitokselleen vuonna 2024. Voimalaitoksen on määrä valmistua vuonna 2030.

”Pienemmissä reaktoreissa jälkilämpöä on vähemmän, ja silloin passiiviset jäähdytysjärjestelmät saattavat olla helpompia toteuttaa”, sanoo ydinreaktoreiden turvallisuuteen erikoistunut Nina Lahtinen Stukista. Hän pitää passiivisen järjestelmän mahdollisena turvallisuusetuna sitä, ettei sähköä tarvita häiriötilanteessa pumppujen ohella myöskään niitä ohjaavaan automaatioon, joka tarvitsee myös voimanlähteen ja on siten altis häiriöille.

Viime kädessä uuden ydinvoimalatyypin turvallisuus on kuitenkin kyettävä osoittamaan kokeellisesti mallintamalla, eikä tähän ole Lahtisen mukaan oikotietä. ”Keskustelua kuunnellessa minunkin korvaani vähän särähtää, jos tällaisia järjestelmiä pidetään automaattisesti turvallisempina. Järjestelmillä on aina oltava riittävä osoitus niiden turvallisuudesta, olivat ne sitten aktiivisia tai passiivisia”, hän lisää.

Ville Tulkki VTT:stä on samoilla linjoilla. Hän arvioi Lundin väitettä puhelimitse Euroopan ydinenergiatekniikan vuosittaisesta tapaamisesta Ranskan Lyonista, jossa parhaillaan keskustellaan pienreaktoreiden passiivisista järjestelmistä.

”Kaikessa uudessa on epävarmuuksia, joita insinöörien pitää selvittää, mutta kategorinen väite, että passiiviset järjestelmät eivät toimisi tai riittäisi, ei pidä paikkaansa. On kysymys vain siitä, että turvallisuusjärjestelmät mitoitetaan niin, että ne toimivat”, Tulkki sanoo.

Hän huomauttaa, että vaikka Lund on opiskellut ydinenergiatekniikan diplomi-insinööriksi 1980-luvun alussa ja työskennellyt sen jälkeen ydinenergiatekniikan laboratoriossa, tutkijanuransa hän on tehnyt varsinaisesti uusiutuvan energian parissa.

NuScalen reaktorihanke on vain yksi lukuisista pienydinvoimaloista, joita parhaillaan suunnitellaan eri puolilla maailmaa. Se oli pitkään edelläkävijä, mutta Tulkin mukaan pari muuta länsimaista voimalahanketta on ajanut aikataulun puolesta sen ohi.

Kanadassa GE Hitachi on solminut energiayhtiöiden kanssa aiesopimuksia 300 megawatin BWRX-kiehutusvesireaktoreiden rakentamisesta Ontarioon ja Saskatchewaniin. Ensimmäinen laitoksista valmistuisi vuonna 2028 ja seuraavat vuosina 2035–2042. GE Hitachi arvioi, että pienydinvoimalan voisi rakentaa vain 24–36 kuukaudessa sen jälkeen, kun luvat ovat kunnossa ja rakennuspaikka valmiina.

Kanadassa on vireillä muitakin pienydinvoimalahankkeita. Saskatchewanissa esimerkiksi tutkitaan myös Westinghousen 5 ja 13 megawatin mikroreaktoreiden kehitystä teollisuutta, tutkimusta ja energiantuotantoa varten. Mikroreaktoreilla voisi tuottaa lämpöä ja sähköä syrjäisten asutuskeskusten ja esimerkiksi kaivosten tarpeisiin.

Britanniassa Rolls-Roycen vetämä konsortio suunnittelee suurempaa 470 megawatin reaktoria, jonka hankenimi on UKSMR. Käynnissä on voimalamallin yleinen suunnitteluarviointi (generic design assessment). Yhtiön oman arvion mukaan lupaprosessi voisi valmistua vuoteen 2024 mennessä, jolloin ensimmäinen ydinvoimalaitos kytkettäisiin verkkoon vuonna 2029.

”Vielä ei voida sanoa, tuleeko siellä haasteita, mutta ideana on, että pienydinvoimalat ovat sen verran yksinkertaisempia kapistuksia kuin suuret ydinvoimalat, että niitä pitäisi pystyä toteuttamaan suunnilleen aikataulussa”, Ville Tulkki toteaa. Toisaalta osa pienydinvoimaloistakin on jo melko suuria. Rolls-Roycen reaktori on samankokoinen kuin Loviisan ydinvoimalan reaktorit valmistuessaan vuosina 1977 ja 1980.

Pitkien lupaprosessien ohella ydinvoiman rakentamista ovat hidastaneet viime vuosina korkea kustannusrakenne ja tekniset ongelmat rakennustyömailla. Yksittäiset suuret ydinvoimalahankkeet esimerkiksi Olkiluodossa, Ranskan Flamanvillessa ja Englannin Hinkley Pointissa ovat ylittäneet reilusti rakentamisaikataulunsa ja jopa moninkertaisesti kustannusarvionsa.

Pienydinvoimaloiden rakennuttajat tähtäävät mittakaavaetuihin sarjatuotannolla. Esimerkiksi NuScalen voimalaitosten osat rakennettaisiin tehtaassa, jolloin rakentajia ei tarvitsisi aina erikseen kouluttaa paikan päällä.

Siitä huolimatta myös NuScalen Idahon voimalaitoksen kustannukset ovat nousseet selvästi alkuperäisistä suunnitelmista. Vuonna 2020 kustannusten arvioitiin nousseen 4,2 miljardista dollarista 6,1 miljardiin dollariin. Yhdysvaltain energiaministeriö tukee laitosta yli miljardilla dollarilla.  Joidenkin kriitikoiden mukaan edullisempaa olisi rakentaa uusiutuvia energialähteitä ja varastoida varavoimaksi tarvittava sähkö suuriin akkuihin.

”Mittakaavaedut pätevät ihan samalla tavalla ydinvoimaan kuin uusiutuviin. Ongelma todella isoissa laitoksissa on ollut, että niitä ei olla rakennettu montaa viime aikoina. Aikoinaan kun esimerkiksi Ranskaan rakennettiin nyt käytössä olevia laitoksia, mittakaavaedut tulivat käyttöön”, Ville Tulkki sanoo. ”Jos pienreaktoreita rakennetaan vastaavasti kymmenen kappaletta, projektiriskit opitaan hallitsemaan ja päästään sarjavalmisteisuuteen.”

Tulkki on itse mukana VTT:n ja Lappeenrannan-Lahden teknillisen yliopiston (LUT) hankkeessa, jossa on suunniteltu pienydinvoimalaa kaupunkien kaukolämmön tuotantoon. Pääkaupunkiseudun ulkopuolella pienemmissä kaupungeissa lämmöntuotantoon riittäisi laitos, jossa reaktoripiirin lämpötila ja paineet ovat matalampia kuin sähköä tuottavissa voimalaitoksissa. Tulkin mukaan se vähentäisi edelleen onnettomuusriskiä.

Minkälaisella aikajänteellä pienydinvoimaloita voitaisiin ottaa käyttöön Euroopan maissa?

”Sitä on tosi vaikea sanoa, emme ole tehneet yhdestäkään laitoksesta varsinaista arviointia”, Nina Lahtinen toteaa. ”Se riippuu siitä, milloin toimijat ovat Suomessa valmiita kehittämään jotakin hanketta eteenpäin.”

Esimerkiksi NuScalen ja GE Hitachin suunnittelemien kevytvesilaitosten osalta pitäisi arvioida, onko niissä turvallisuuspuutteita eurooppalaiseen vaatimustasoon nähden. ”Se edellyttäisi syvällisempää perehtymistä”, Lahtinen toteaa.

Kuva: Oregon State University / Wikimedia Commons

toimitus@faktabaari.fi