Ydinvoiman paluu juurilleen

Ydinvoiman ensimmäinen sovellus oli vuonna 1954 vesille lasketun sukellusvene Nautiluksen (SSN-571) voimanlähde.

Naulilus

Naulilus

Sen painevesireaktori kehitti 10 MW:n akselitehon, jonka avulla alus pystyi liikkumaan 26 solmun nopeudella pysyen sukelluksissa niin kauan kuin miehistölle riitti ruokaa ja puhdasta ilmaa.

Ydinvoiman käyttö sukellusveneissä oli Amiraali Hyman Rickoverin idea. Huomionarvoista on, että aikaa ensimmäisestä alkeellisesta koereaktorista toimivaan Nautilukseen kului vain 12 vuotta. Fissioreaktion teoria oli niin hyvin tunnettu, ja soveltaminen käytäntöön niin yksinkertaista, että enempää aikaa ei tarvittu. Vertailun vuoksi, fuusioreaktoria on kehitetty jo kymmeniä vuosia, eikä sen toteutumisen ajankohdasta, saati onnistumisesta ole vieläkään mitään varmuutta.

Ensimmäinen ydinvoimakäyttöinen Nautilus palveli Yhdysvaltain laivastossa vuoteen 1980 asti ongelmitta, jonka jälkeen alus museoitiin.

Vuonna 1953 amiraali Rickoveria pyydettiin asentamaan yksi reaktori kuivalle maalle. Rakennettiin Shippingportensimmäinen sähköä tuottava siviiliydinvoimala. Laitos otettiin käyttöön vuonna 1957, viisi vuotta tilauksen jälkeen. Se oli nykymittapuun mukaan pieni, vain 60 MWe:n laitos, joka palveli vuoteen 1982 saakka. Vuoteen 1987 mennessä laitos oli purettu ja laitospaikka vapautettu muuhun käyttöön. Ydinvoimalan purkaminen nopeasti on siis todistetusti mahdollista. Shippingportin jälkeen on purettu muitakin laitoksia.

Shippingportin voimalan paineastian asennus

Shippingportin voimalan paineastian asennus

Shippingportissa kokeiltiin kolmea erilaista sydänrakennetta, joista viimeinen toimi hyötöreaktorina, hyötäen toriumia fissiiliksi uraaniksi. Sydän oli käytössä viisi vuotta, jonka jälkeen sen todettiin sisältävän 1,4 % enemmän fissiiliä metariaalia kuin alkulatauksessa oli ollut. Toriumin käyttö ydinpolttoaineena osattiin siis jo 70-luvulla.

Shippingportin valmistumisen jälkeen Ricover katsoi työnsä siviilipuolella tehdyksi, ja ydinvoiman sotilas- ja siviilipuolen sovellusten kehitystyö jatkoivat eri teitä. Siviiliydinvoiman kukoistuskausi alkoi ja saavutti huippunsa pari vuosikymmentä myöhemmin. Ydinvoiman vastustus alkoi nostaa päätään, jonka seurauksena rakentamisen tahti hiljeni, mutta jatkui edelleen vakaana. Sitten, 1979, räjähti. Harrisburg teki sen mitä oli pelätty. Vaikka laitosalueen ulkopuolelle ei aiheutunut merkittäviä vaikutuksia, ydinvoiman imago oli tahrittu. Kaksitoista vuotta myöhemmin Tsernobylin väärin suunniteltu reaktori teki sen minkä sen tiedettiinkin voivan tehdä. Vaikka Tsernobylinkin vaikutuksen jäivät pelättyä vähäisemmiksi, ydinvoiman rakentaminen länsimaissa pysähtyi kahdeksi vuosikymmeneniksi.

Hyvin pian Shippinportin jälkeen alalla alettiin tavoittelemaan suuruuden ekonomiaa. Voimaloiden kokoa skaalattiin

Arevan valmistama sukellusvenereaktori

Arevan valmistama sukellusvenereaktori

suuremmaksi, aina Shippingportin 60 magawatista Olkiluoto 3:n 1600 megawattiin, ja sitäkin suuremmaksi. Tällä tavoiteltiin pienempiä yksikkökustannuksia (€/MWh), mutta samalla laitosten taloudelliset riskit kasvoivat. Investoinnit paisuivat, ja riittävän riskinottokyvyn omaavien rakennuttajien määrä väheni. Koska ydinvoimalat kestävät selvästi pidempään kuin oikeastaan mitkään muut voimalat, vesivoimaloita lukuun ottamatta, niiden sovittaminen vallitsevaan kvartaalitalouteen on haasteellisia. Lisäksi suurten laitosten pääkomponenttien valmistajien harvalukuisuus aiheuttaa ainakin teoriassa jonkinlaisen pullonkaulan laitosten rakentamiseen.

Toinen voimaloiden kokoa kasvattanut tekijä on ollut vallitseva lainsäädäntö. Esim. Olkiluoto 3:n yhden 1600 MW:n laitoksen vaihtoehtona oli tiettävästi kaksi 800 MW:n laitosta, mutta koska eduskunnan mielestä maahamme sai rakentaa vain yhden uuden laitoksen, päädyttiin yhteen isoon kahden pienen sijasta. Hyvin todennäköisesti kaksi pienempää laitosta olisivat jo tässä vaiheessa valmistuneet ja tuotannossa.

Yksi ydinvoiman merkittävimmistä kehittäjistä oli fyysikko Alvin Weinberg, joka toimi Oak Ridge National Laboratoryn johtajana vuosina 1948-1973. Hän piti nestemäiseen polttoaineeseen perustuvaa sulasuolareaktoria sekä kevytvesireaktoria että natriumjäähdytteistä nopeaa reaktoria parempina vaihtoehtoina siviilitarkoituksiin. Sulasuolareaktori mm. tuottaa kevytvesireaktoria selvästi vähemmän ja lyhytikäisempää jätettä, ja se on turvallisempi. Siinä ei esimerkiksi voi tapahtua sydämen sulamis- eikä muuta ylikuumenemisonnettomuutta, koska polttoaine on valmiiksi sulassa muodossa, ja ylikuumentuessaan reaktori pysähtyy itsestään ja pysyy vakaassa tilassa ilman ulkopuolista energiaa tahi aktiivisia käyttötoimenpiteitä. Sulasuolareaktoria ja ydinturvallisuuden kehittämistä puoltavien mielipiteiden vuoksi presidentti Nixon erotti Weinbergin tehtävästään vuonna 1973. Yhdysvaltain hallinto oli silloin valinnut siviilipuolen kehitys- ja rahoituskohteeksi natriumjäähdytteisen nopean reaktorin. Sen kehitystyö huipentui vuosina 1984-1994 IFR-projektissa, jonka Clintonin hallinto kuitenkin keskeytti kolme vuotta ennen valmistumistaan mm. maakaasuteollisuuden ja ympäristönsuojelijoiden painostuksesta.

Jäljelle jäi siis sukellusveneisiin kehitetty kevytvesireaktori. Sen kehittämiseen saatiin ”rajattomasti” valtion rahaa. Sulasuolareaktorin kehitystyö keskeytyi rahoituksen puutteen takia. Niinpä kevytvesireaktorin käyttö vakiintui myös siviilipuolella. Alvin Weinberg piti kevytvesireaktorin suurimpana järkevänä kokoluokkana muutamaa sataa megawattia. Sitä suuremmissa suojarakennuksen koko ja muut turvajärjestelmät kasvaisivat suhteettoman massiivisiksi. Niiden järjestelmien, joiden ainoana tarkoituksena on estää sydämen sulaminen ja sulan leviäminen ympäristöön, mikäli ensisijaiset suojajärjestelmät kaikesta huolimatta pettäisivät. Näistä kumpaakaan ei voi sulasuolareaktorissa tapahtua.

Palatkaamme ajassa 60 vuotta taaksepäin. Sotilaskäyttöön suunniteltu reaktori oli periaatteessa valmis jo silloin. Niitä

Ydinkäyttöinen rahti- ja matkustaja-alus NS Savannah

Ydinkäyttöinen rahti- ja matkustaja-alus NS Savannah

on sittemmin rakennettu yli tuhat kappaletta, selvästi enemmän kuin siviilivoimaloita. Niitä käytetään myrskyävällä merellä lentotukialuksissa, veden alla sukellusveneissä sekä muutamissa jäänmurtajissa arktisissa olosuhteissa. Yhdysvaltain laivastolla ei ole tapahtunut yhtään vakavaa reaktorionnettomuutta. Venäjällä on sattunut joitakin, mutta vaikutukset ovat kohdistuneet lähinnä itse aluksiin ja niiden miehistöihin. Varsinaisia ympäristökatastrofeja ei ole tapahtunut. Ydinvoimaa on kokeiltu myös muutamissa siviilialuksissa, joista tunnetuin on Yhdysvalloissa vuosina 1959-1961 rakennettu NS Savannah. Sen yksi Babcock & Wilcox:in valmistama reaktori kehitti 20300 akselihevosvoimaa. Alus oli tekninen menestystarina, mutta taloudellinen epäonnistuminen, lähinnä halvan dieselöljyn takia. Alus poistettiin käytöstä, teknisesti toimivana vuonna 1972. Nyt kun öljyvarat alkavat huveta ja päästönormit tiukentuvat, mielenkiinto ydinkäyttöisiin valtamerialuksiin on vähitellen viriämässä uudelleen.

Sukellusveneissä ja lentotukialuksissa käytettävät reaktorit ovat siviilireaktoreihin verrattuna pieniä, parista kymmenestä pariin sataan megawattiin. Ne ovat yksinkertaisia valmistaa, niitä käytetään tyypillisesti 20..40 vuotta jopa ilman yhtäkään polttoainelatausta ja ovat edelleen toimintakuntoisia kun alukset on muista syistä romutettava. Asiakkailla, eri maiden laivastoilla, on reaktoreille omat laatu- ja turvallisuuskriteerit, poliittista hyväksyntää ei jokaiselle rakennettavalle yksikölle tarvitse erikseen hakea. Sen takia ne pysyvät hyvin aikataulussa sekä budjetissa.

Pieniin reaktoreihin perustuva ydinvoimala olisi jättivoimaloita huomattavasti pienempi ja riskittömämpi kertainvestointi. Pienten reaktoreiden valmistukseen kykeneviä toimittajia on maailmassa runsaasti. Tarvittava suojarakennus olisi selvästi helpompi valmistaa, ja myös tarvittavat varoetäisyydet asutuksesta voisivat olla pienempiä. Voimaloiden pääkomponentit, reaktorit ja höyrystimet, voidaan valmistaa sarjatuotantona tehtaissa ja kuljettaa valmiina asennuspaikoille. Teollisuudesta löytyy yllin kyllin esimerkkejä siitä, miten sarjatuotantona voidaan valmistaa suuria määriä samanlaisia tuotteita, myös varsin tiukoilla laatu- ja turvallisuusvaatimuksilla. Kalliista ja aikavievästä jokaisen voimalan hyväksymisprosessista voitaisiin päästä kokonaan eroon, kuten ilmailuteollisuuden esimerkki osoittaa. Erittäin vaativa ja kallis tyyppihyväksyntä tarvitsee hankkia jokaiselle konetyypille vain kerran, sen jälkeen se on valmis sarjatuotantoon. Jos tätä samaa sovellettaisiin ydinvoimaan, sen taloudellisuus muuttuisi ratkaisevasti nykytilanteeseen verrattuna.

Tämä on nyt energiateollisuudessakin vihdoin huomattu. Mm. Fortumin johtaja Tapio Kuula on puhunut pienten reaktoreiden puolesta. Kun siitä puhutaan julkisuudessa, siitä puhutaan myös energiayhtiöiden johtoryhmissä. Alwin Weinberg oli todennäköisesti oikeassa esittäessään, että sulasuolareaktori olisi siviilikäytössä painevesireaktoria parempi, mutta koska vaihtoehdoista ainoastaan jälkimmäinen on tällä hetkellä teknisesti valmiiksi kehitetty, tämä on se tie, jolla ydinvoimasta voi tulla merkittävä fossiilienergian korvaaja lähitulevaisuudessa. Aikaa ei kasvihuonepäästöjen vähentämisessä ole hukattavaksi, eikä edullisia ja päästöttömiä energianlähteitä ydinvoiman lisäksi suuressa mitassa oikeastaan ole olemassa.

Koska edullisesta energiasta on ollut pulaa, ja koska ydinvoima on ollut poliittisesti riskialtista, resurssit on kohdistettu mm. liuskekaasun tuotannon kehittämiseen. Sillä seurauksella, että alkaen Yhdysvalloista, metaanin hinta on laskenut niin alas, että se syö markkinoita jo kivihiileltä. Sinänsä ehkä positiivinenkin asia, mutta jos samat resurssit olisi kohdistettu ydinvoiman kehittämiseen, olisi tämä metaanin käyttöön pohjautuva välivaihe voitu sivuuttaa kokonaan, jättää metaani maahan mihin se kuuluukin, ja alkaa korvata fossiilienergiaa ydinenergialla. Tekniikka tähän on ollut valmiina jo vuosikymmeniä, poliittinen tahto sen käyttämiseen puuttuu yhä.

5 thoughts on “Ydinvoiman paluu juurilleen

  1. Mielenkiintoista.
    Artikkelissa vaietaan uraanin saatavuudesta, riittävyydestä, uraanikaivosten (Talvivaara) ympäristövaikutuksista ja loppusijoituksestakin.
    Runsasta energian käyttöä ei kyseenalaisteta.
    Laajemminkin kuin tätä artikkelia koskien, aurinkoenergian käyttöön passiivisesti lämmitykseen on yllättävän vähän kiinnostusta, vaikka sillä olisi Suomessa saatavissa noin 20% vähennys energian tarpeeseen.
    Markkinataloudessa tosin halutaan vain tuottaa ja myydä mahdollisimman paljon. Passiivinen aurinkotalo on vahingollinen, koska se ei mahdollista asumisen kustannusten lisäämistä, ei lisää liiketoimintaa.

    Tykkää

  2. Hyvä kirjoitus. Kiitos! Toinen asia, joka voi suosia pienempiä reaktoreita on se, että sähkönkulutus ei välttämättä rikkaissa maissa nouse nopeasti. Siinä ympäristössä monelle on varmasti houkuttelevampaa tehdä pieniä muutoksia olemassa olevaan infran ja ylläpitää sitä. Pienemmät yksiköt ehkä kannustaisivat muutoksiin eri tavalla.

    Tykkää

  3. Artikkeli vaikenee paljosta muustakin, mistä tässä ei ollut tarkoitus kirjoittaa. Uraanin riittävyydestä ja jätteen loppusijoituksesta olen kirjoittanut jo aiemmin:

    https://planeetta.wordpress.com/2010/12/29/kuuluuko-ydinvoima-historiaan/

    Uraanikaivoksista täällä:

    https://planeetta.wordpress.com/2010/11/02/vihreiden-ydinvoimasekoilu-jatkuu-nyt-vuorossa-uraanikaivokset/

    Talvivaara ei ole uraanikaivos. Kaivoksen uraani voi olla ongelma siksi, että sitä ei ole saanut ottaa talteen jolloin se on päätynyt jätemassoihin ja -vesiin. Talvivaaran uraanin vuosituotannoksi on arvioitu 350 tonnia. Tuo määrä, 350 tonnia, käytettynä sulasuola- tai nopeissa reaktoreissa, riittäisi teoriassa tuottamaan kaiken Suomessa käytetyn primäärienergian yli kymmenen vuoden ajan. Siis kaiken.

    Vaikka Talvivaaran ympäristöongelmat eivät tietenkään ole hyväksyttäviä, asia voidaan suhteuttaa niinkin, että kaivoksen yhden vuoden aikana tuottama uraani riittäisi tuottamaan kaiken energian Suomessa kymmenen vuoden ajan. Kumpi haitta on suurempi: Talvivaaran yhden vuoden ympäristöhaitat, vai kymmenessä vuodessa poltettu hiili, öljy, kaasu, turve ja puu? Luulen, että Talvivaaran ongelmat ovat näistä vaihtoehdoista vähäisemmät.

    En sano, että kaikki energia pitäisi tuottaa ydinvoimalla. Se ei ole tarpeen, eikä toistaiseksi mahdollistakaan, mutta mittasuhteet tulisi jokaisen ymmärtää.

    Runsaan energiankäytön kyseenalaistamiseksi en keksi muuta syytä kuin tuotannon ympäristövaikutukset. Itse energian kulutusta vastaan minulla ei ole mitään, eikä mitään periaatteellista tai aatteellista syytä kyseenalaistaa sitä. Yhteiskunnat, joissa ihmisten tekemisiä ja vapaata tahtoa on liiaksi yritetty säädellä, eivät ole menestyneet kovin hyvin. Kuka minä, tai ylipäätään kukaan on sanomaan kenellekään, mikä on hyväksyttävää ja mikä ei. Energian tuotannon ympäristöhaitat eivät ole hyväksyttäviä, mutta puuttuisin ensisijaisesti haittojen rajoittamiseen, en energian käytön rajoittamiseen. Energiasta ei maailmassa ole minkäänlaista pulaa.

    Energian kulutus kasvaa koko ajan huimaa vauhtia. Monissa länsimaissa kulutuksen kasvu on jo pysähtynyt, kuten tämän artikkelin kuvista voidaan nähdä:

    https://planeetta.wordpress.com/2010/05/27/kuudentoista-maan-energiantuotannon-ja-co2-paastojen-kehitys-vuosina-1960-2008/

    Osittain kasvun pysähtyminen johtuu savupiipputeollisuuden ulkoistamisesta halpamaihin, mutta jossain lienee silti sellainen kyllästymispiste, joka ihmisille riittää. Nyt suurin osa maailman väestöstä elää sen alapuolella ja on kirimässä aukkoa kiinni. Olen pyrkinyt kirjoituksissani tuomaan esille niitä teknisiä ratkaisuja, joilla nykyinen kulutus ja sen kasvu voidaan kattaa ilman ilmastopäästöjä. En parhaalla tahdollakaan keksi miten se olisi mahdollista ilman huomattavaa ydinvoiman lisärakentamista.

    Tuhlaaminen on asia erikseen. Energian käytön tehostaminen on jo mm. EU:n asialistalla, ja olen ilman muuta kustannustehokkaan säästämisen puolella. Uusiutuvia en vastusta, mutta ne eivät ole vastaus kaikkeen. Uusiutuvien ja ydinvoiman vastakkain asettelua vastustan.

    Vähin mitä toivon on se, että ydinvoiman ja muiden päästöttömien vaihtoehtojen mahdollisuudet ymmärrettäisiin oikein, faktaperusteisesti, niin kuin ne ovat. Nyt julkisia ja poliittisia keskusteluja seuratessa näyttää ilmeiseltä, että olemme vielä kaukana tästä riittävän ymmärryksen ja tietämyksen tasosta. Kun päätöksiä tehdään mielipiteiden perusteella, lopputulos ei voi olla onnistunut.

    Tykkää

  4. Jos ydinvoinmaloita olisi joka kylässä, tulisi ydinpolttoaineen ja -jätteen logistiikka turvallisuusriskeineen kohtuullisen isoksi haasteeksi.

    Muutenkin eri energiamuotojen arvostelu yksittäisillä argumenteilla on melko turhaa, kun pitäisi käsitellä kokonaisuuksia. Tulevaisuudessa meillä tuskin on koskaan systeemiä, jossa yksi energiamuoto hallitisisi markkinaa. Tuulivoimaa varmasti kannattaa rakentaa sen verran kun se on realistista ja haketta kannattanee polttaa siellä missä sitä on sopivasti läheltä saatavissa jne.

    Tykkää

  5. Olen eri mieltä logistiikan haasteista. Tuore polttoaine ei vaadi erityisiä turvatoimenpiteitä ja kuljetettava määrä on pieni. Maailman suurimman voimalan Olkiluoto 3:n vuodessa käyttämä polttoaine mahtuu pariin rekkaan, pikkureaktoreiden polttoaine selvästi tätä pienempään kuljetukseen.

    Käytettyä polttoainetta syntyy samanlainen määrä. Se kuljetetaan kapseleissä, jotka käytännösä kestävät mitä vain mitä maanteillä voi sattua. Kokonaan toinen lukunsa on neljännen sukupolven ydinvoima, jossa polttoainetta kierrätetään laitosalueella. Lopullsta korkea-aktiviista jätettä syntyy esim. 1000 MW:n voimalassa noin yksi tonni vuodessa. Tästä olen kirjoittanut aiemmin:

    https://planeetta.wordpress.com/category/ifr/
    https://planeetta.wordpress.com/category/sulasuolareaktori/

    Kokonaisuuksia pitäisi käsitellä, mutta kokonaisuutta ei pysty ymmärtämään ymmärtämättä yksityiskohtia. Keskusteluja seuraamalla voi nopeasti huomata yksityiskohtien tuntemuksen olevan aika heikkoa. Varsinkin ydinvoimasta ja uusiutuvien mahdollisuuksista liikkuu paljon perättömiä uskomuksia.

    Joitain kokonaisuutta selventäviä kirjoituksia löytyy kategoriasta ”energiavertailu”.

    https://planeetta.wordpress.com/category/energiavertailu/

    Tykkää

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s