Edellisessä artikkelissa tutkittiin mahdollisuutta rakentaa pumppuvoimala käyttäen Lokkaa ja Porttipahtaa vesialtaina. Lasketaan nyt ihan äärimmäinen esimerkki pumppuvoimalasta, jolla oikeasti olisi suuri merkitys sähkövarastona, mutta jota ei koskaan tulla rakentamaan. Käytetään yläaltaana Päijännettä ja ala-altaana Suomenlahtea.
Päijänteen pinta-ala on 1080 km² ja pinnankorkeus 78 m. Lähtöarvot ovat paljon paremmat kuin Lokka-Porttipahdassa, joiden hyödyllinen korkeusero on vain kahdeksan metriä. Päijänteestä porataan Suomenlahteen tunneli ja sen suulle asennetaan vesiturbiinit ja pumput. Reilu korkeusero muodostaa melkein kahdeksan barin paineen, joten turbiiniksi soveltuu hyvin Francis-turbiini. Samaa turbiinia voidaan käyttää myös pumppuna ja generaattoria moottorina.
Päijänteestähän johtaa jo ennestään tunneli pääkaupunkiseudulle, jonka kautta tuodaan raakavesi pääkaupunkiseudun vesijohtoverkostoon. Päijänne-tunneli on 120 km pitkä, joka tekee siitä maailman toiseksi pisimmän kalliotunnelin. Tunnelissa on myös pieni vesivoimala, mutta tähän suunniteltuun pumppuvoimalaan tarvitaan isompi tunneli. PALJON isompi.
Potentiaalienergia lasketaan kaavasta E = mgh, jossa m on (veden) massa, g on Maan painovoiman kiihtyvyys ja h on korkeusero.
Käytetään hyväksi yhden metrin pinnankorkeuden vaihtelua Päijänteessä. Tämä vastaa yhden kuutiokilometrin vesimäärää. Enemmänkin voisi käyttää, mutta Päijänteen rantojen asukkaat tuskin pitäisivät siitä, että järven pinta heiluu yli metrin. Ei oteta tällä kertaa hyötysuhdetta huomioon, koska sillä ei ole merkitystä lopputuloksen kannalta. Myöskään veden virtaushäviöitä ei oteta huomioon. Lasketaan:
E = 1 080 000 000 t x 9,81 m/s² x 78 m = 16 203 GJ = 827 237 GJ ~ 230 000 MWh
Päijänteen pumppuvoimalaan voitaisiin varastoida 230 000 megawattituntia. Määrä vastaa Olkiluoto 3:n kuuden vuorokauden tuotantoa, tai kaikkien Suomen tuulivoimaloiden kahden ja puolen vuorokauden täyden tehon tuotantoa. 230 000 megawattituntia riittää sähköistämään Suomen kokonaisen vuorokauden ajaksi.
Teoriassa, jos oletetaan:
Suomen sähkönkulutukseksi 10000 MW
Rakennetaan 30000 MW tuulivoimaa
Tuulivoima toimii kapasiteettikertoimella 0,33
Tehovaihtelu olisi jokseenkin tasaista ja säännöllistä
Yli vuorokauden mittaisia tuulettomia jaksoja ei esiinny
Päijänne on täyteen pumpattu aina ennen kuin tuulivoima pysähtyy vuorokaudeksi
Näillä oletuksilla tämä yksi pumppuvoimala yhdessä tuulivoiman kanssa voisi sähköistää koko Suomen. Luonnollisesti, jos hyödynnetään Päijänteen pinnankorkeudesta kaksi metriä, nämä määrätkin kaksinkertaistuvat.
Tuottaakseen 10000 megawatin tehoa, pitää vettä juoksuttaa turbiinien läpi yksi kuutiokilometri vuorokaudessa, 12000 kuutiometriä sekunnissa. Määrä vastaa Rein-joen suurinta virtaamaa. Jos Päijänteestä Suomenlahteen tehdään yksi tunneli, jonka halkaisija on 17 metriä (maailman suurin tunnelipora), veden virtausnopeudeksi tulisi 50 metriä sekunnissa. Realistinen nopeus olisi ehkä viisi metriä sekunnissa, joten tunneleita tarvitaan kymmenen kappaletta.
Järjestelmän varjopuolena on Suomenlahden suolaisuus. Latausvaiheessa Päijänteeseen joudutaan pumppaamaan merivettä, joka aikaa myöten pilaa järven ja tekee myös pääkaupunkiseudun vedenoton Päijänteestä mahdottomaksi.
Vaikka idea on megalomaaninen ja täysin epärealistinen, se on hyvä ajatusleikki ja esimerkki siitä, millaisista mittasuhteista puhutaan, jos kokonaisen maan sähköjärjestelmä halutaan saada toimimaan pelkästään vaihtelevatuottoisen energialähteen turvin ilman kysyntäjoustoa ja siirtoyhteyksiä muihin maihin. Vastaavan kokoinen sähkövarasto voidaan tehdä myös Tesla Model X Long Range -mallin 100 kWh akuista. Niitä tarvitaan 2,3 miljoonaa kappaletta.
Sähköä ei sellaisenaan voi varastoida, mutta sähköllä voidaan tehdä jotain, jolla sitten myöhemmin voidaan tuottaa uutta sähköä. Akussa muutetaan sähkövirran avulla akun sisäistä kemiaa, jolla voidaan sitten tuottaa uutta sähköä saattamalla kemialliset reaktiot toimimaan toiseen suuntaan. Pumppuvoimalassa sähköllä pumpataan vettä alhaalta ylös, jolloin siitä voidaan tuottaa uutta sähköä laskemalla vesi takaisin alas. Sähkövaraston rakentamiseksi tarvitaan joku kemiallinen tai fysikaalinen ilmiö, jota voidaan hyödyntää vastaavalla tavalla. Tällä hetkellä ei tunneta sellaista ilmiötä, josta varmuudella voitaisiin sanoa, että varastoinnin ongelma sähköverkon vaatimassa mittakaavassa on ratkaistavissa tulevaisuudessa. Varsinaista teknistä estettä ei ole vaikka riittävän akkumäärän valmistamiseksi, mutta maailman raaka-aineet eivät siihen riitä, ja järjestelmästä tulisi aivan tähtitieteellisen hintainen.
Pumppuvoimala on kustannustehokkain ja skaalautuvin kaikista käytettävissä olevista sähkön varastointimenetelmistä. Maailman suurin pumppuvoimala on Fengning Pumped Storage Power Station Kiinassa. Sen altaiden korkeusero on 425 metriä, teho 3600 MW ja kapasiteetti 40000 MWh. Päijänteen kapasiteetti olisi melkein kuusi kertaa suurempi.
Mielenkiintoisena yksityiskohtana tätä kirjoittaessani huomasin, että Päijänteen suurin syvyys on 95 metriä, eli 17 metriä merenpinnan alapuolella.
”Ylimääräisen tuulienergian aikana pumpataan vettä Porttipahdasta Lokkaan ja otetaan energia talteen tuulettomina aikoina yläaltaasta virtaavasta vedestä generaattorin avulla”, kirjoittaa tien- ja vesirakennusinsinööri Markku Isoaho.
Ajatus Lokan ja Porttipahdan käyttämisestä pumppuvoimalan ylä- ja ala-altaana ei ole uusi. Muistan kuulleeni ideasta jo vuosia sitten, mutten ole sitä sen kummemmin miettinyt. Pumppuvoimala itsessään on kaikkein kustannustehokkain menetelmä sähköenergian varastointiin ja ainoa, mikä toistaiseksi on ollut mahdollista skaalata teolliseen mittakaavaan. Niitä on maailmalla useita kymmeniä, ehkä satoja.
Pumppuvoimalan idea on yksinkertainen. Halvan sähkön aikana pumpataan vettä ala-altaasta yläaltaaseen. Kalliin sähkön aikana vastaavasti lasketaan vettä turbiinin läpi päinvastaiseen suuntaan. Systeemin hyötysuhde on kohtalaisen hyvä, 70-80 %. Alla havainnollinen video pumppuvoimalan toiminnasta.
Suomessa on vähän, jos ollenkaan tähän tarkoitukseen sopivia geologisia muodostelmia. Voisiko Lokka ja Porttipahta olla sopiva paikka? Lasketaanpa siis, millainen energiamäärä tähän olisi mahdollista varastoida ja arvioidaan sitten, onko se ratkaisu tuulienergian varastointiin vai ei. Pumppuvoimalalle, samoin kuin tavalliselle vesivoimalalle, edullista olisi mahdollisimman iso korkeusero, jolloin tarvittava vesimäärä on mahdollisimman pieni. Suomessa on tyydyttävä Suomen maaston pieniin korkeuseroihin.
Käytetään Wikipediasta löytyviä lähtötietoja. Tarvitsemme altaiden pinta-alat ja pintojen korkeudet merenpinnasta.
Lokka
Porttipahta
Pinta-ala:
300
150
km²
Pinnankorkeus:
240-245
234-245
m
Virtaussuunta on Lokasta Porttipahtaan. Altaiden pinnankorkeudet ovat ylimmillään tasoissa, mutta Porttipahdan alavesipinta voi olla kuusi metriä alempana kuin Lokan.
Ajatellaan lähtötilanne, jossa Lokka on täynnä ja Porttipahta tyhjä. Pinnat ovat silloin 245 m ja 234 m, korkeuseroa on 11 metriä.
Molempien altaiden pinta-ala vaihtelee huomattavasti pinnankorkeuden mukaan, koska rannat ovat loivia. Käytetään esimerkissä altaiden keskimääräisiä pinta-aloja. Suuruusluokkatarkastelussa tämä tarkkuus riittää hyvin. Koska Lokan pinta-ala on kaksi kertaa suurempi kuin Porttipahdan, nousee Porttipahdan pinta kahdella metrillä, kun valutetaan yksi metri vettä Lokasta. Käytetään tässä esimerkissä korkeuseroa välillä 11 ja 5 metriä. Keskimääräinen pinnankorkeusero on kahdeksan metriä.
Kun Lokan pinta laskee kaksi metriä, Porttipahdan pinta nousee neljä metriä, jolloin ollaan saavutettu alaraja, viiden metrin pinnankorkeusero.
Potentiaalienergia lasketaan kaavasta E = mgh, jossa m on (veden) massa, g on Maan painovoiman kiihtyvyys ja h on korkeusero.
Kahden metrin paksuisen vesikerroksen tilavuus Lokassa on 600.000.000 m² ja sen massa saman verran tonneissa. Nyt voidaankin sijoittaa luvut kaavaan ja laskea.
E = 600.000.000 t x 9,82 m/s² x 8 m = 16203 GJ = 47100 GJ ~ 13000 MWh
Ei ihan mitätön määrä, mutta ei kovin suurikaan. Se vastaa koko Suomen noin tunnin talviajan sähkönkulutusta. Olkiluoto 3 tuottaa saman verran kahdeksassa tunnissa. Kaikki Suomen tuulivoimalat täysillä pyöriessään tuottavat sen suunnilleen neljässä tunnissa.
Varastoidun energiamäärän lisäksi ratkaisevaa on voimalasta saatava teho. Katsotaanpa, kuinka paljon virtaamaa tarvittaisiin, jos systeemistä otettaisiin 100 MW tehoa.
Koska korkeuseroa on käytettävissä aika vähän, tarvitaan virtaamaa vastaavasti paljon. 13000 MWh kapasiteettia voidaan 100 MW purkaa teholla viisi ja puoli vuorokautta. Sinä aikana turbiinin läpi pitää laskea koko tuo 600 miljoonaa kuutiota vettä. Keskimääräisenä sekuntivirtaamana se tekee 1273 m³/s. Tämä esimerkiksi yli kolme kertaa enemmän kuin Kemijoen virtaama.
Lokka ja Porttipahta ovat yhteydessä toisiinsa suluttoman, kymmenen kilometrin mittaisen Vuotson kanavan kautta. Kanavan leveys on n. 40 metriä ja siinä on 1,5 metrin syväyksellä merkitty veneväylä. Jos kanavan syvyys olisi 2 metriä, sen poikkipinta-ala olisi 80 m². Jotta sitä pitkin saataisiin virtaamaksi 1273 m³/s, tarvittaisiin virtausnopeudeksi 1273 m³/s / 80 m² = 16 metriä sekunnissa, mikä vastannee jo vuolasta koskea.
Jotta kahden vesialtaan välille voidaan rakentaa vesivoimala, pitää eri korkuiset vedet olla melko lähellä toisiaan. Vuotson kanava ei tarkoitukseen kelpaa, ellei sitä pengerretä koko matkalta siten, että veden korkeus kanavassa Porttipahdan rannalla on sama kuin Lokassa. Melko varmasti kanavaa pitäisi myös leventää melkoisesti, jotta vaadittu vesimäärä mahtuu siinä virtaamaan.
Laskelmissa ei ole huomioitu hyötysuhdetta. Pumppuvoimalan täyden syklin (lataus-purku) hyötysuhde on välillä 70%–80%. Todellinen kapasiteetti jäisi n. 10000 megawattiin. Tietenkin altaiden korkeuserosta voitaisiin hyödyntää enemmänkin kuin tässä esimerkissä käytetty noin puolet, mutta mitä pienemmäksi korkeusero menee, sen vähemmän energiaa samasta vesimäärästä saadaan.
Yhteenveto
Lokan ja Porttipahdan tekoaltaista voidaan rakentaa pumppuvoimala, teknistä estettä sille ei ole. Voimalan varastointikapasiteetiksi saataisiin noin 10000 MWh. Rakentaminen vaatisi massiivisia maansiirtotöitä, altaita yhdistävän kanavan pengerrystä, tai vaihtoehtoisesti tunnelin kaivamista altaiden välille. Systeemin maksimitehoa rajoittaa pienestä korkeuserosta johtuva suuri virtaana ja sen vaatima suuriläpimittainen kanava/kanavat/tunnelit. Kohtuudella voidaan tavoitella muutamien kymmenien tai ehkä sadan megawatin tehoa.
Paikallisten olosuhteiden lisäksi ratkaisuun vaikuttavat kyseiseen vesistöön liittyvät, jo olemassa olevat vesivoimalat, sekä paikalliset vesiolosuhteet. Miten mahdollinen pumppuvoimala vaikuttaisi vesivoimaloihin ja lumen sulamisvesien valumiin? Jos altaiden koko tilavuus tarvittaisiin sulamisvesien hallintaan, se vähentäisi pumppuvoimalan käytettävyyttä.
Kuten alussa todettiin, idea Lokan ja Porttipahdan käyttämisestä pumppuvoimalan altaina on keksitty jo kauan sitten, ja ehkä hyvästä syystä unohdettu silloinkin. Sekä voimalan teoreettinen sähkön varastointikapasiteetti että teho olisivat jokseenkin merkityksettömiä koko Suomen sähköverkon kannalta, ja mitätön olemassa olevien vesivoimaloiden säätökykyyn verrattuna. Helppoa ja tehokasta ratkaisua sähkön varastointiin pumppuvoimalalla Suomen olosuhteissa ei ole olemassa.
Sähkövarastolla voi joka tapauksessa sen koosta riippumatta tehdä rahaa lataamalla varastoa halvalla sähköllä ja myymällä kalliimmalla. Jos esim. ladataan 100 MW teholla viiden tunnin ajan kun sähkö maksaa 10 €/MWh saadaan talteen 500 MWh hintaan 5000 €. Kun 500 MWh myydään hintaan 50 €/MWh, saadaan 25000 € ja tehdään voittoa 20000 €. Jos tällaisia syklejä on vuodessa vaikka 200 kpl, saadaan vuosituotoksi neljä miljoonaan euroa. Lokka-Porttioahta -voimalan taloudellinen tarkastelu edellyttäisi luonnollisesti tarkempaa analyysiä, jossa pitää ottaa huomioon mm. sähkövero, sähköliittymän ja siirron hinta sekä voimalan kunnossapito-, pääoma ja muut kulut. Tarkemmat talouslaskelmat jätän jonkun muun tehtäväksi. Sähkön suuret hintavaihtelut ovat todennäköisesti tulleet jäädäkseen, joten varastoille saattaa kyllä löytyy kannattavuutta.
Yhä edelleen kuulee sanottavan, että tuulivoiman tehonvaihtelut eivät niin haittaa, koska ”jossain tuulee aina”. Vuonna 2011 tein tuuliasemadatan perusteella tarkastelun, jonka tulos on tässä.
Kuva 1.
Tarkastelu osoitti, että tuuliteho vaihtelee edelleen, vaikka tuotantoalueena on koko Eurooppa. Tarkastelu oli enemmän tai vähemmän suuntaa antava, koska se perustui sääasematietoihin, jotka on mitattu vain n. 10 metrin korkeudelta maanpinnasta. Sittemmin tuulivoimaa on rakennettu runsain mitoin ja nyt on oikeaakin tuotantodataa saatavissa, niin tehdäänpä samanmoinen tarkastelu uudelleen, oikeaa dataa käyttäen.
Haetaan vuoden 2021 data sivustolta Entsoe Transparency Platform. Data on vapaasti saatavissa. Taulukkomuotoisen datan noutaminen vaatii ilmaisen rekisteröitymisen. Haettu data on myös tässä.
Tarkastelussa mukana olevat maat kuvassa 2 merkittynä keltaisella.
Kuva 2.
Pinottu aluekaavio tehoista kuvassa 3.
Kuva 3.
Eri maissa on hyvin eri määriä tuulisähkötehoa, mikä näkyy tässä kuvassa. Ylimpänä näkyy sinisellä Saksa, jossa tuotetaan eniten tuulisähköä Euroopassa. Toisena on Espanja punaisella.
Jotta voidaan tarkastella tuulisuuden vaihtelua alueella, riippumatta eri maiden erisuuruisista tehoista, data täytyy yhteismitallistaa. Tehdään se suhteuttamalla jokaisen maan tuotanto kyseisen maan viiden huipputunnin keskiarvoon. Nämä lukemat näkyvät kuvassa 4.
Kuva 4.
Kun jaetaan tuntitehot äsken lasketulla maksimitehoilla, saadaan aikasarjat, jossa tuntitehot saavat arvon välillä 0 ja 1.
Lasketaan yhteismitallistetuista tehoista tuntikohtaiset keskiarvot. Saatu kaavio (kuva 5) kuvastaa tuulisuuden vaihtelua Euroopassa kuvan 2 keltaisella alueella.
Kuva 5.
Kuva 5 muistuttaa aiempaa tarkastelua kuvassa 1 varsin hyvin. Kuvassa 1 on käytetty vuorokausikeskiarvoja, joten se näyttää tasaisemmalta kuin tuntidata. Piirretään seuraavaksi pysyvyyskäyrä, kuvassa 6.
Kuva 6.
Kuva 7.
Kuvassa 7 on vertailun vuoksi aiemman tarkastelun pysyvyyskäyrä. Mittausdatasta muodostettu pysyvyyskäyrä osoittaa vaihtelun olevan vähän isompaa kuin sääasemadatasta muodostettu käyrä.
Datasta voidaan samalla kätevästi laskea vuosituotannot terawattitunteina (kuva 8), kapasiteettikertoimet (kuva 9) ja tuulisähkön tuotanto asukasta kohden (kuva 10).
Kuva 8.Kuva 9.Kuva 10.
Kapasiteettikertoimet pitäisi laskea asennetun tehon perusteella, mutta Entsoen tarjoamissa luvut eivät näytä olevan aivan ajan tasalla, joten en käyttänyt niitä.
Lasketaan vielä maksimiteho pinta-alaa kohden (kuva 11).
Kuva 11.
Eniten tuulivoimaa pinta-alaa kohden on Belgiassa, 134 kW/km². Jos jokaiseen maahan rakennettaisiin yhtä paljon tuulivoimaa kuin Belgiassa, sitä olisi alueella neljä kertaa enemmän kuin nyt. Tehonvaihteluun ei kapasiteetin lisääminen vaikuta. (Edit: suurin osa Belgian tuulivoimaloista sijaitsee merellä, joten tämä kohta ei ihan sellaisenaan pidä paikkaansa. Sama tilanne jossain määrin muuallakin rannikon alueella.)
Yhteenveto
Tuulivoimatuotannon hajauttaminen suuremmalle maantieteelliselle alueelle luonnollisesti vähentää tehovaihtelua, mutta ei missään määrin eliminoi sitä. Vaihtelut ovat edelleen suuria ja nopeita, kuten kuva 5 osoittaa. Vuoden mittaan koko alueen teho vaihtelee kuvan 6 pysyvyyskäyrän mukaisesti välillä 4..67%. Vaikka vaihteluväli olisi pienempikin, hajauttamisesta ei olisi vastaavaa hyötyä, koska alueen sisäinen sähkön siirtokapasiteetti ei riitä alkuunkaan, jotta tuotannon hajautusta voitaisiin kunnolla hyödyntää. Lisäksi tuotantoa pitäisi olla asennettuna tasaisesti koko alueen pinta-alalle, jotta tuulisähkön tuotannon hajauttamisesta saataisiin täysi hyöty. Siirtokapasiteetin lisääminen on huomattavasti hitaampaa kuin tuulituotannon lisääminen. Siirtoverkkojen kapasiteetin kanssa on ongelmia jopa joidenkin maiden sisällä, mannertensisäisestä siirrosta puhumattakaan.
Tuuliennusteet ovat varsin luotettavia, joten tuulitehon käyttäytyminen tulevien päivien aikana on tiedossa riittävällä tarkkuudella, jotta siihen voidaan varautua. Varautumiskeinoina käytetään vesivoimaa, mikäli sitä on, tai kaasu- ja hiilivoimaloita, jopa ydinvoimaloita, jos muuta säätyvää tuotantoa ei ole riittävästi.
Sähkövarastoita puhutaan usein tuulivoiman yhteydessä, mutta edullisia, vaadittaviin mittoihin skaalautuvia varastoitimenetelmiä ei ole olemassa, eikä nykytietämyksen mukaan myöskään tulossa. Vaikka olisikin, tuulisähkö todennäköisesti menettäisi asemansa ”halvimpana” sähköntuotantomuotona, koska varastointi maksaa. Tämän tuotannonvaihtelun ongelman tuulivoima ulkoistaa muiden maksettavaksi, mikä nähdään sekä fossiiliriippuvuutena, että voimakaana sähkön pörssihinnan vaihteluna. Tästä ongelmasta kirjoitti Rauli Partenen Twitterissä jokunen päivä sitten, twiitti tässä. Tekniika&Talous kirjoitti samasta aiheesta otsikolla Fingrid: Tuulivoiman ennätyksellinen kasvu tekee Suomen kantaverkosta alttiimman häiriöille – Länsirannikolla ollaan äärirajoilla jo 2024
Asukasta kohden tuotetun tuulisähkön määrässä mitattuna Suomi pärjää kansainvälisessä vertailussa hyvin. Euroopassa olemme viidentenä, menneet jo Saksasta ohi. Etumatkamme tulee nopeasti kasvamaan, koska tuulivoimaa rakennetaan tällä hetkellä Suomessa suhteellisesti enemmän kuin Saksassa.
Korjaus, 5.10.2022: Kuvassa 3 oli virhe. Piti olla pinottu kaavio, mutta ei ollut. Kuva vaihdettu, vanha virheellinen kuva on täällä. Kiitos @EsalaAntti.
Gaia-teorian kehittäjä, brittiläinen tiedemies, kirjailija, ympäristönsuojelija ja tulevaisuudentutkija James Lovelock on kuollut kunnioitettavassa 103 vuoden iässä. Lovelockin kirja, Gaian kosto (The revenge of Gaia, 2006) toimi aikanaan tämän blogin innoittajana, josta blogin nimikin.
Lovelock kuoli 103-vuotis syntymäpäivänään, 26.7.2022
Suomen kolme suurinta telakkaa kykenisivät valmistamaan 1–4 keskikokoista kelluvaa ydinvoimalaa vuodessa, kukin. Jos puolet Turun, Helsingin ja Rauman telakoiden kapasiteetista käytettäisiin tähän, karkeasti 1–2 GWe verran uutta ydinvoimakapasiteettia voisi valmistua niiltä vuosittain. Näitä voisi tukea Mäntyluodon telakka Porissa, jolla on sekä tarvittavaa osaamista että sertifikaatteja myös ydinlaatuisten painekomponenttien valmistamiseen. Tahti vastaisi karkeasti yhden Olkiluoto 3 -kokoisen (1,6 GWe) reaktorin valmistumista joka vuosi. Tämä on täsmälleen sellainen vauhdinmuutos, jota yhteiskunnan syvä dekarbonisaatio vaaditussa aikataulussa tarvitsee.
Ja..
Potentiaali pääomakustannusten madaltamiseen on merkittävä, arviolta jopa 50 % paikalleen rakentamiseen verrattuna ja jopa 75 % verrattuna viimeaikaisiin FOAK-hankkeisiin Euroopassa ja Yhdysvalloissa.
Seminaarin avauspuheen piti Kirsty GoganLucid Catalystistä. Hän kertoo laajemminkin energian-, polttoaineen- ja kemikaalituotantolaitosten telakkavalmistuksen mahdollisuuksista maailmalla.
Toisena puhujana kuultiin selvityksen tekijän, Rauli Partasen tiivistelmä selvityksen sisällöstä ja lopputuloksista.
Fennovoima perustettiin 6.6.2007 – tasan 15 vuotta sitten. Tarkoituksena oli rakentaa ydinvoimala Pyhäjoelle, Hanhikiven niemelle. Aluksi yhtenä suurosakkaana oli myös saksalainen energiajätti E.ON. Vaihtoehdot laitostoimittajiksi olivat Toshiba ja Areva. Vuonna 2012E.ON vetäytyi hankkeesta. Seuraavana vuonna laitostoimittajaksi valikoituikin venäläinen Rosatom, jonka suomalaiselle tytäryhtiölle RAOS Voima Oy:lle siirtyi kolmasosa Fennovoiman omistuksesta. Samana vuonna hyväksyttiin eduskunnassa täydentävä periaatepäätös laitostoimittajan vaihtumisen johdosta.
Kuva 1. Fennovoiman perustamisen jälkeen maailmalla rakennetut ydinvoimalat.
Heti 2015 alkoivat valmistelevat työt laitosalueella, vaikka laitoksen suunnitelmat saati niiden hyväksynnät STUK:issa eivät olleet vielä valmiita.
2016 turbiinitoimittajaksi valikoitui GE Steam Power Systems (Entinen Alstom Arabelle) Turbiinin valmistus aloitettiin ja roottorien takeet valmistuivat Japanissa 2020, josta ne kuljetettiin 2021 koneistettaviksi Ranskaan.
24.2.2022 Venäjä aloitti sodan Ukrainaa vastaan. Muu maailma reagoi nopeilla ja massiivisilla talouspakotteilla Venäjää vastaan. Keskustelu Fennovoiman tulevaisuudesta alkoi lähes välittömästi.
23.3.2022 Maaliskuussa elinkeinoministeri Mika Lintilä ilmoitti, että rakentamisluvan myöntäminen Fennovoiman ydinvoimalahankkeelle on ”täysin mahdotonta” nykytilanteessa.
2.5.2022 Fennovoima ilmoitti purkaneensa Rosatomin kanssa tehdyn sopimuksen vedoten toimittajan merkittäviin viivästyksiin sekä kyvyttömyyteen hankkeessa. Tiedotteessa mainitaan myös Ukrainan sodan pahentaneen hankkeen riskejä.
Nyt Fennovoiman täyttäessä 15 vuotta, ollaan palattu lähtöruutuun. Käynnissä oleva projektia ei ole, ja periaatepäätöskin on kumoutunut.
Mitä seuraavaksi
Fennovoima ei ole ilmoittanut jatkoaikeistaan mitään. Yhtiöllä on Pyhäjoella pitkälle valmisteltu, ydinvoimala-alueeksi kaavoitettu alue, jonka hylkääminen tuntuisi hullulta ja johtaisi kaiken jo investoidun rahan menettämiseen.
Kuva 2. Havainnekuva BWRX-300 pienydinvoimalaista. Teho 300 MW.
Oma ajatukseni on, että koska sähkön tarve tulevaisuudessa kuitenkin lisääntyy paljon, Pyhäjoen projektia pitäisi jatkaa toisen laitostoimittajan kanssa. Olkoonkin, että Olkiluoto 3 meni aikataulun osalta niin päin seiniä kuin olla ja voi, se on nyt valmis ja toinen samanlainen laitos voidaan rakentaa varmasti puolessa siitä ajasta, mikä OL3:een kului, ellei nopeamminkin. Kaikki suunnitelmat ovat jo valmiina ja STUK on ne kertaalleen hyväksynyt. Osa laitoksen suunnittelusta on tosin uudistettu, joten ihan suoraan hyväksyntään tätäkään tuskin saisi, mutta todennäköisesti kuitenkin nopeammin kuin muut laitosvaihtoehdot.
Toinen mielenkiintoinen mahdollisuus voisi olla useampi pieni SMR-laitos. Esimerkiksi 300 MW:n GE Hitachin BWRX-300 on jo lähes valmiiksi suunniteltu. Se perustuu aiemmin yhdysvalloissa lisensoituun 1520 megawattiseen ESBWR-laitokseen, josta monet BWRX-300:n osat on otettu suoraan tai pienennettynä.
Kanadaan on suunnitteilla neljän BWRX-300 -yksikön kompleksi yhteisteholtaan 1200 MW, jonka hinnaksi arvioidaan 4,8 miljardia dollaria. Tämä alittaa selvästi Hanhikivi 1:n hinta-arvion. Etuja neljällä 300 MW yksiköllä vertattuna yhteen yli tuhannen megawatin yksikköön on useita.
Rahoituksen löytäminen pienelle yksikölle on helpompaa kuin isolle.
Kun ensimmäinen yksikkö valmistuu, se alkaa tuottaa kassavirtaa, jolla voidaan rahoittaa seuraavan yksikön rakentamista.
Useampi pienempi yksikkö voidaan huoltaa yksi kerrallaan, eikä tuotantoa koskaan tarvitse keskeyttää kokonaan.
Kaikki yksiköt tuskin koskaan ajautuvat häiriöön samanaikaisesti. Tämä helpottaa huomattavasti kantaverkon hallintaa, josta yhden ison yksikön putoamiseen varautuminen ei ole ihan yksinkertaista.
Kaiken kaikkiaan, pienemmän projektin riskit ovat pienempi ja helpommin hallittavia.
Jostain syystä Suomeen on ajautunut näitä epäonnisia ydinvoimalahankkeita. Fennovoiman olemassa olon aikana maailmaan on rakennettu 56 kpl uutta ydinvoimalaa (Kuva 1.). Nykyiset suuret laitosratkaisut ovat kalliita, eikä yksityisen rahan löytyminen niihin näin pienessä maassa ole helppoa. Hiilettömän ja säästä riippumattoman energian tuotannon lisääminen on kuitenkin niin tärkeää ja valtakunnallisesti merkittävä, että tässä poikkeuksellisessa tilanteessa valtion pitäisi ehkä tulla avuksi Fennovoiman jatkumisen turvaamiseksi. Ei välttämättä taloudellisesti, vaan takaamalla mahdollisimman nopean ja viivytyksettömän poliittisen käsittelyn tarvittaville lupahakemuksille.
Alla olevalla videolla Christer Dahlgren GE Hitachilta esittelee BWRX-300 laitoksen. Video on kolmen vuoden takaa ja suunnitelmat ovat sittemmin edenneet ja joiltain osin hieman muuttuneet.
Fennovoiman hanke meni odotetusti nurin. Valitettava tapaus, koska sääriippumatonta hiiletöntä sähköä ja muuta energiaa tarvitaan tähän maahan paljon lisää. Kansanedustaja Heikki Vestmankertoi kannattavansa hankkeen toteuttamista länsimaisella pienydinvoimalla.
Toimitusvarma ja kohtuuhintainen sähkö tulee turvata, kun piuhat ja putket Venäjään katkotaan. On oikein, että Fennovoima irtaantuu Venäjän valtiollisesta Rosatomista. Pyhäjoen ydinvoimalle on kuitenkin tarve. Todennäköisesti nopein ja joustavin tapa pystyttää tilalle länsimainen ydinvoimala on tehdä se usealla SMR-yksilöllä, Vestman sanoo.
Ilahduttavaa nähdä poliitikoilta tällaisia järkeviä kannanottoja energia-asioissa!
Tähän kohteeseen soveltuisi erinomaisesti esimerkiksi GE Hitachi BWRX-300, sähköteholtaan 300 MW:n kiehutusvesireaktoriin perustuva modulaarinen pienydinvoimala, eli SMR (=Small Modular Reactor). BWRX:n suunnittelun perustana on käytetty jo aiemmin suunniteltua ja Yhdysvaltain ydinturvallisuusviranomaisen NRC:n sertifioimaa 1520 MWe ESBWR-laitosta. Monet BWRX:n komponentit ovat sellaisenaan tai pienemmäksi skaalattuna lainattu suoraan ESBWR:stä. Esimerkiksi polttoaineniput ovat muuten samanlaisia, mutta lyhyempiä.
Kuva 1. GE Hitachi BWRX-300, havainnekuva.
Laitoksen turvallisuus perustuu luonnonvoimiin, joiden ylläpitämiseen ei tarvita sähköä, eikä mitään aktiivisia laitteita. Reaktorin päällä sijaitseva vesiallas riittää hätäjäähdytykseen viikon ajaksi, jonka jälkeen siihen on tuotava lisää vettä, ihan vaan tankkiautoilla, tai vaikka ämpäreillä, jos ämpäreitä ja kantajia löytyy riittävästi. Mikään ei sinänsä estä rakentamasta allasta suuremmaksikin, mutta tuon on ajateltu olevan riittävän iso.
Tiistaina 3.5.2022 Ilta-Sanomat julkaisi artikkelin, jossa haastateltavana oli Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan professori Peter Lund. Lundin kommenteissa oli useita räikeitä asiavirheitä, joista muutkin ovat ehtineet huomauttamaan. Asia antsaitsee tulla perusteellisesti ruodituksi, joten päätin katkaista blogitauon ja kirjoittaa.
Virheet alkavat artikkelin ingressistä:
Pienydinvoimalat eivät ole turvallisia, eikä niillä voi korvata Fennovoima-hanketta, sanoo Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan professori Peter Lund.
En tiedä, onko tuo suoraan Lundin sanoma lause, vai onko se toimittajan päättelyä Lundin lausunnoista. Toistaiseksi tarjolla olevat pienydinvoimalat toimivat samalla periaatteella kuin isot voimalat, joten ne ovat lähtökohtaisesti yhtä turvallisia kuin isot laitokset. Käytännössä vaadittu turvallisuustaso voidaan pienessä reaktorissa saavuttaa helpommin kuin isossa. Reaktori on turvallinen käyttää silloin, kun se on oikein suunniteltu ja valmistettu, ja kun sen jäähdytys kaikissa tilanteissa on varmistettu. Isoissa laitoksissa jäähdytettävät tehot ovat suuria, pienissä pieniä, jolloin jäähdytys on helpompi varmistaa esimeriksi painovoimaan perustuvalla luonnonkierrolla ja altaassa valmiiksi olevan veden haihtumisella. Monet, ellei useimmat pienreaktorisuunnitelmat, käyttävät passiivista hätäjäähdytystä, jossa ei tarvita yhtään liikkuvaa osaa, eikä sähköä, eikä mitään toimenpiteitä käyttöhenkilökunnalta.
Toinen ingressin lause, ”eikä niillä voi korvata Fennovoima-hanketta” ei teknisesi ottaen myöskään pidä paikkaansa. Fennovoiman kaavaileman yhden 1200 MWe tilalle tarvittaisiin 4 kpl 300 MWe laitosta. Alkupääoman tarve on oleellisesti pienempi, koska rakentamisen voisi aloittaa yhdestä yksiköstä, joka valmistuttuaan alkaa tuottaa kassavirtaa seuraavan yksikön rahoittamiseksi. En ole talousasiantuntija, mutta kaupunkilaisjärjellä ajatellen tämän olisi taloudellisesti jopa helpompi toteuttaa kuin yksi iso yksikkö. Ontario Power Generation julkisti viime vuoden lopussa pyrkivänsä rakentamaan neljä BWRX-300 -yksikköä. Hinnaksi on arvioitu 4000 $/KW, jolloin yhden laitoksen hinta olisi vähän yli miljardi euroa. Neljä yksikköä yhteensä reilu neljä miljardia, mikä näyttäisi alittavan Fennovoiman viimeisimmän kustannusarvion.
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.
Jätän sanomatta mielipiteeni oman kannanottonsa pönkittämisestä oppiarvoaan korostamalla. Arvatenkin jokaisella on tästä oma mielipiteensä. Argumentointivirheenä lienee kyse lähinnä auktoriteettiin vetoaminen, vaikka kyseessä onkin oma (oletettu) auktoriteetti.
Luonnollisesti pienydinvoima on turvallista, koska suurydinvoimakin on. Muistin virkistämiseksi tämä kaavio, jossa on eri energiamuotoja vertailtu ilmastopäästöjen ja aiheutuneiden kuolemantapausten näkökulmasta.
Kuva 2. Eri energiamuotojen päästöt ja aiheutetut kuolemantapaukset.
Ydinvoima on molemmilla mittareilla täysin verrattavissa esim. tuulivoimaan, joka kuitenkin tuntuu olevan professorin suosiossa.
Ydinvoima ei ole teknisesti erityisen vaikeaa rakentaa. Yksin Ranskassa valmistui kiivaimman rakentamisen aikaan kolme uutta laitosta vuodessa.
Kuva 3. Ranskan ydinvoimaloiden rakentamisajat.
Tähän rakennusnopeuteen päästiin valmistamalla useita laitoksia samoilla piirustuksilla. Samaa sarjavalmistuksen metodia on tarkoitus käyttää pienydinvoiman kohdalla valmistamalla mahdollisimman täydellisiä moduuleita tehdasolosuhteissa. Monet teollisuuden tuotteet, esimerkiksi tavalliset liikennelentokoneet, ovat teknisesti vähintään yhtä ”vaikeita”, elleivät ”vaikeampia” rakentaa kuin ydinvoimalat.
Lundin mukaan pienydinreaktorit ovat vielä kehitysvaiheessa, eivätkä ne ole vielä kaupallisesti kypsää teknologiaa.
Edellä mainitulla Kanadan hankkeella on jo ihan vakaa tavoite rakentaa ensimmäinen yksikkö ennen vuotta 2028. Olemme aivan kaupallisen kypsyyden kynnyksellä. Kiinnostusta samaa laitostyyppiä kohtaa on ainakin Virossa, Ruotsissa ja Puolassa. Itse pidän jokseenkin varmana, että juuri tätä laitostyyppiä tullaan rakentamaan useita kappaleita eri puolille maailmaa.
Pienreaktoreiden edullisuutta selittää myös se, että suunnitelmien mukaan niissä ei tarvittaisi yhtä laajoja turvajärjestelmiä kuin nykyisissä isoissa ydinvoimaloissa.
Kuten ylempänä todettiin, pienen reaktorin riittävä jäähdytys on toteutettavissa pienemmillä, jopa pelkästään luonnonvoimiin perustuvilla järjestelmillä. Jos asiaa haluaa verrata johonkin arkipäiväiseen ilmiöön, niin ajatellaanpa mitä eroa on nuotiolla ja juhannuskokolla. Toisen voi sammuttaa ämpärillisellä vettä, toiseen tarvitaan paloauto. Kynttilän voi sammuttaa puhaltamalla, vaikka kyse on edelleen samasta kemiallisesta palamisreaktiosta. Koolla on väliä.
Muun muassa ydinvoimaloiden turvallisuutta säätelevät lait ovat kuitenkin pienreaktorien rakentamisen tiellä. Kansanedustajat ovatkin vaatineet lakien muuttamista, jotta pienydinvoimaloiden rakentaminen voidaan käynnistää.
Tämä pitää paikkansa sikäli, että vaikka laki ei ole pienreaktorien rakentamisen esteenä, niin siltä edellytetään aivan samaa, yhtä laajaa ja samat kriteerit täyttävää luvitusprosessia ja periaatepäätöstä kuin isoiltakin. Käytännössä tämä muodostaa toimijoille niin ison riskin ja suuret kulut, että vain harvat tahot ovat valmiita ne hyväksymään. Ydinenergialaki kaipaa pikaista päivitystä, jotta pienydinvoimaprojekteja saadaan käyntiin ja tekniikan mahdollisuuksia päästään höydyntämään. Toivottavaa olisi saada jonkinlainen, mielellään kansainvälinen tyyppihyväksymiskäytäntö, jossa yhdessä maassa sertifioitua laitosta ei tarvitse erikseen sertifioida muualla, vaan niitä voidaan rakentaa kaikkialla. Tällainen käytäntö on esim. ilmailussa, jossa yhdessä maassa kansainvälisen käytännön mukaisesti hyväksytty lentokone on lennettävissä missä päin Maapalloa tahansa.
Lund sanoo nähneensä pienydinvoimaloiden suunnitelmia jo opiskeluaikanaan, eikä luota pienreaktoreiden kehittäjien vakuutuksiin niiden turvallisuudesta.
Ei kehittäjien vakuutuksiin pidäkään luottaa, vaan turvallisuus on kyettävä osoittamaan saman suunnittelu- ja mallinnuskäytännön mukaisesti kuin isojen laitosten kohdalla tehdään.
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.
Jäähdytyskierto voidaan toteuttaa luonnonkierrolla tai pakkokierrolla. Isojen laitosten tehot ovat niin isoja, että luonnonkierron teho ei riitä. Silloin tarvitaan pumppuja. Pienen reaktorin kohdalla tehotkin ovat pienempiä, jolloin luonnonkierto riittää hyvin. Hyvä esimerkki tästä on NuScale Powerin SMR, joka perustuu painevesireaktoriin. Siinä ei ole pääkiertopumppuja lainkaan, vaan reaktorin täysi lämpöteho 250 MWt siirtyy sydämestä ensiöpiirin veteen ja edelleen höyrystimiin luonnonkierrolla. Sammutetun reaktorin jälkilämpöteho on n. 7% täydestä tehosta, joten on ihan selvä, että sekin teho saadaan siirrettyä sydämestä lämpönieluna toimivaan vesialtaaseen ilman pumppuja. Tämän on todennut myös NRC, joka on jo hyväksynyt NuScalen ilman pumppuja toteutetun reaktorin jäähdytysjärjestemän riittäväksi ja toimivaksi, jopa ilman varmennettua sähkönsyöttöä. Video havainnollistaa, miten tämä toimii.
Lund muistuttaa, että esimerkiksi yhdysvaltalaisen NRC-ydinvoimaviranomaisen mukaan pienreaktoreihin liittyy vielä merkittäviä turvallisuuskysymyksiä.
Jokainen suunnitelma on tietenkin omanlaisensa, mutta nämä kaksi pisimmällä olevaa suunnitelmaa, BWRX-300 ja NuScale tulevat selvimään NCR:n vaatimuksista. Mihin Lund tässä väitteessään mahtaa viitata, ei käy tekstistä ilmi.
Pienydinvoimaloissa on riisuttu reaktori, sillä niissä on vähemmän turvalaitteita. Viranomainen on huomauttanut, etteivät ne läpäise vaatimuksia, Lund sanoo.
Toinen väite, joka ei perustu yhtään mihinkään. Vai löytyykö tälle lähdettä? Se, miksi vähemmän turvalaitteita riittää pienemmille reaktoreille, käytiin jo tuolla aiemmin tekstissä läpi.
RIISUTUT pienydinreaktorit eivät Lundin mukaan välttämättä edes jäisi pieniksi. Yksi alalla toimivista yrityksistä on Rolls-Royce, jonka kehittämä reaktori on Loviisan luokkaa.
– Eli tullaan takaisin isompaan kokoluokkaan. Tällöin turvanormit pitää ottaa huomioon, Lund sanoo.
Turvanormit pitää aina ottaa huomioon, ei reaktorin koko siihen vaikuta. Turvanormit pitää ottaa huomioon ihan kaikessa muussakin teollisessa toiminnassa. Mitä väliä sillä reaktorin koollakaan lopulta on, jos vaaditut normit pystytään täyttämään yksinkertaisella, sarjatuotantona tehtaassa valmistettavalla laitteistolla? SMR:n tavoitteena on hyödyntää tehtaassa tapahtuvan sarjavalmistuksen tehokkuutta. Rolls-Roycen suunnitelmissa on 470 MWe laitos, jota itse kutsuvat SMR:ksi, vaikka SMR:n ylärajana pidetäänkin 300 MWe. Monille asiakkaille tuo on varmasti juuri sopiva kokoluokka. Rolls-Royce on aiemmin suunnitellut ja valmistanut kaikki kuninkaallisen laivaston sukellusveneiden reaktorit, joten osaamista ja kokemusta kyllä löytyy.
Ajatushan oli se, että kokoa pienentämällä kustannukset alenisivat, mutta näyttää siltä että siten kustannukset vain kasvavat.
Jälleen tyhjä väite. Se on totta, että vielä emme tiedä mihin SMR:n kustannukset tarkalleen asettuvat, mutta yksikkökustannus on joka tapauksessa isoja laitoksia pienempi, ja rahoituskulut ja riskit sen myötä myös pienempiä.
Pienydinreaktoreita on jo käytössä esimerkiksi joissakin ydinsukellusveneissä ja lentotukialuksissa. Niistä ei Lundin mukaan kuitenkaan ole malliksi kaupalliseen energiatuotantoon.
– Sotilaallisissa ratkaisuissahan hinnalla ei ole väliä. Turvallisuudestakaan emme täysin tiedä, vaikka jotain tietoja venäläisten onnettomuuksista onkin saatu, Lund sanoo.
Selvitin jokunen vuosi sitten kaikki julkisista lähteistä löytyvät marine-reaktorit, joita on 50-luvulta lähtien käytetty sukellusveneissä, lentotukialuksissa, jäänmurtajissa ja onpa muutama kauppalaivakin rakennettu. Näitä pieniä reaktoreita on rakennettu yli 800 kpl, eli enemmän kuin isoja! Ne eivät oleellisesti eroa siviilikäyttöön suunnitelluista SMR:stä. Yli 800 kpl on minusta enemmän kuin vain ”joissain ydinsukellusveneissä…”.
En ihmettelisi lainkaan, jos valtio lähtisi tukemaan hanketta, sillä Suomen ilmastopolitiikka perustuu vahvasti Fennovoiman toteutumiseen.
Oma mielipiteeni asiasta on, että valtion pitäisi tulla asiassa Fennovoimaa vastaa niin, että yhdessä selvitettäisiin, millä tavalla hanketta voitaisiin laitostoimittajaa vaihtamalla jatkaa. Valtion rahaa hankkeessa ei ole ollut, eikä sitä välttämättä tarvittaisi nytkään. Ymmärrän täysin, jos osakkaita hirvittää lähteä uudelleen hakemaan periaatepäätöstä ja tekemään koko sitä massiivista prosessia, mikä on jo kahteen kertaan tehty. Osa osakkaista jättäytyy varmasti pois koko hankkeesta, osaa hanke edelleen kiinnostaa, ja siksi tässä olisi todella herkullinen paikka tuollaiselle pienelle, 300 MWe yksikölle. Sen valmistuttua nähtäisiin sitten, kuinka paljon muita kiinnostuneita tahoja löytyy rahoittamaan toista yksikköä, ja montako niitä lopulta rakentusi. Aivan varmasti investorien haaliminen ensimmäiselle 300 MWe yksikölle on helpompaa kuin mitä se oli 1200 MWe yksikölle.
Valtion rooli tässä olisi edistää hanketta siten, että tarvittavat luvitukset, poliittiset käsittelyt yms. sujuisivat mahdollisimman kitkatta ja nopeasti. Se olisi koko Suomen etu. Nykyisessä tilanteessa on entistä tärkeämpää varmistaa sekä energiatuotannon omavaraisuus, että päästöjen vähentäminen, ja siihen tarvitsemme runsaasti uutta hiiletöntä energiantuotantoa.
Median olisi todella syytä katsoa peiliin ja löytää joku luotettavampi haastateltava kuin Peter Lund, joka saa suhteettoman paljon medianäkyvyyttä, vaikka hänen lausuntonsa on enemmän tai vähemmän puuta ja heinää.
…jos halutaan. Mistäkö tiedän? Koska se on tehty ennenkin. Aloitetaanpa alusta.
Otto Hahn ja Fritz Strassmann havaitsivat vuonna 1939, että uraanin pommittaminen neutroneilla tuottaa bariumia. Tämän perusteella Lise Meitner ja Otto Frisch esittivät samana vuonna, että uraaniydin halkeaa kahteen lähes yhtä suureen osaan. Täysin uusi ilmiö, uraaniatomin fissio, oli näin keksitty.
Kuva 1. Chicago Pile-1.
Ilmiön mahdollisuudet ymmärrettiin varsin nopeasti tämän jälkeen. Enrico Fermi teki kuuluisan Chicago Pile-1 -kokeensa vuonna 1942. Kokeessa todistettiin, että hallittu fissio on mahdollista aikaansaada. Seuraavana vuonna rakennettiin Chicago Pile-2 ja -3.
Ensimmäinen sähköä tuottanut reaktori, Experimental Breeder Reactor I, rakennettiin Idahoon 1951. Se oli nopea hyötöreaktori, joka tuotti sähköä neljään 200 watin lamppuun. Ei paljon, mutta se todisti, että tekniikalla voidaan tuottaa sähköä. EBR-I:n tärkeämpi saavutus oli kuitenkin todistaa oikeaksi teoria, jonka mukaan hyötöreaktori on mahdollista rakentaa ja saada toimimaan.
Ensimmäinen käytännön sovellus, ydinsukellusvene Nautilus, laskettiin vesille 1954. Alus jatkoi palveluskäytössä aina vuoteen 1980, jonka jälkeen se museoitiin.
Kuva 2. Nautilus.
Vuonna 1953 Yhdysvaltain laivaston ydinsukellusveneprojektin vetäjää, amiraali Hyman Rickoveria pyydettiin rakentamaan yksi sukellusveneen koneisto kuivalle maalle. Potkurikoneiston tilalle luonnollisesti asennettiin sähköä tuottava turbogenerattori. Syntyi yksi maailman ensimmäisistä ydinvoimaloista, Shippingport Atomic Power Station. Laitoksen rakentaminen kesti 32 kuukautta ja se aloitti toimintansa 1957. Laitos suljettiin vuonna 1982 ja on sittemmin jo purettu maan tasalle ja alue on vapautettu muuhun käyttöön ilman rajoituksia. Näin todistettiin samalla, että voimala on mahdollista purkaa. Shippingportissa demottiin myös toriumin käyttäminen polttoaineena.
Tässä oli lyhyesti kuvattuna Yhdysvalloissa toteutunut kehityspolku. Samaan aikaan kehitystä tapahtui Neuvostoliitossa, jossa ensimmäinen voimala, vain viiden megawatin Obninsk kytkettiin ensimmäisen karran verkkoon jo vuonna 1954. Isossa Britanniassa Calder Hall vihittiin käyttöön 1956.
Yhdysvaltain kehityspolku:
1939 – fissio keksitään 1942 – ensimmäinen koereaktori, Chicago Pile-1 rakennetaan 1951 – ensimmäinen sähköä tuottanut reaktori, EBR-I rakennetaan 1953 – Shippingport tilataan 1954 – ensimmäinen käytännön sovellus, sukellusvene Nautilus lasketaan vesille 1957 – Shippingport valmistuu
Näiden lomassa muualla:
1954 – Obninsk Neuvostoliitossa, Moskovan lähellä valmistuu 1956 – Calder Hall Isossa Britanniassa vihitään käyttöön
Yhdisvalloissa oli myös Borax-testisarja jossa valmistettiin muutamia kiehutusvesilailaitoksia pääasiassa testikäyttöön. Sarjan kolmas versio vuonna 1955 tuotti jonkin aikaa pari megawattia sähköä paikalliseen sähköverkkoon.
Opitaan historiasta
Kuva 3. Shippingportin voimalan paineastian asennus 1956.
Itse ilmiön keksimisestä ensimmäiseen käytännön sovellukseen, sukellusvene Nautilukseen, kului siis aikaa vain 15 vuotta. Shippingportin laitos tilattiin vuonna 1953 ja se valmistui neljä vuotta myöhemmin.
Shippingportin voimala perustui alun perin sukellusveneen voimalähteeksi kehitettyyn painevesireaktoriin, joka yhä nykyäänkin on eniten käytetty tekniikka. Aikaa laitoksen tilauksesta käyttöönottoon tarvittiin neljä vuotta.
Shippingportin koko oli nykymittapuun mukaan pieni, vain 60 megawattia sähköä, mutta se oli juuri samaa kokoluokkaa kuin nykyiset suunnitteluasteella olevat SMR-voimalat.
Verrattuna 50-luvun suunnittelu- ja valmistustekniikkaan, meillä on nykyään käytettävissä erittäin kehittyneet CAD-ohjelmistot ja kaikki tarvittavat muut mallinnusmenetelmät ja tehokkaat tietokoneet, joilla vastaavan laitoksen suunnittelu onnistuu nopeammin kuin silloin. Sekä materiaali- että valmistustekniikka ovat kehittynyeet huimasti, ja monia tarvittavia osia, kuten polttoaine-elementtejä moiseen laitokseen saa ”valmiina kaupasta”. Mitään perussuunnittelua ei enää tarvita. Periaatteessa riittää, että päätetään millainen laitos halutaan rakentaa, suunnitellaan se, ja sen jälkeen rakennetaan.
Amiraali Ricover 50-luvulla tarvitsi siihen neljä vuotta aikaa. Jos nyt päätämme rakentaa vaikkapa jonkin kaupungin kaukolämmitykseen kytkettävän, pelkkää lämpöä tuottavan fissiosovelluksen, se on teknisesti aivan hyvin tehtävissä neljässä tai viidessä vuodessa. Puheet siitä, että SMR-tekniikka olisi käytettävissä lämmityksen CO2-päästöjen vähentämiseen vasta hiilikiellon jälkeen joskus 2030-luvulla, ovat kerta kaikkiaan potaskaa. Niin voi kyllä ollakin, jos tähän mahdollisuuteen ei uskota ja tyydytään vain puuhastelemaan jotakin ja katsomaan mitä muut tekevät.
Jos sen sijaan päätetään, että kaikkinainen polttaminen kaupunkiemme lämmittämisessä lopetetaan mahdollisimman nopeasti, ensimmäinen SMR-lämpölaitos saadaan valmiiksi ja toimimaan noin viidessä vuodessa. Se voidaan tehdä, koska se tehtiin jo yli 60 vuotta sitten.
Suomalaiset hankkeet
Kuva 4. VTT:n kaukolämpö-SMR vuonna 2021.
Tekniikka osataan Suomessa. Meneillään on kaksikin hanketta lämpölaitoksen suunnittelemiseksi.
Varsinkin VTT:n konseptin mukaisen laitoksen koko rakentaminen voidaan tehdä Suomessa. LUT on vähän eksoottisempi. Kanava-tyyppinen reaktori on valmistattava zirkoniumista, eikä siihen löydy valmiiksi osaamista Suomesta. Täysin vastaavaa ei itse asiassa ole tehty missään aiemmin, vaikkakin rakenne muistutaa jonkin verran kanadalaista CANDU:a. Sen sijaan VTT on periaatteessa aivan samanlainen kuin maailman kaikki muutkin kevytvesilaitokset, pienemmällä paineella ja lämpötilalla vain, mikä tekee rakenteesta huomattavasti kevyemmän ja yksinkertaisemman.
Polttoainetta meillä ei valmisteta, eikä tarvetta siihen ei olekaan, koska valmistajia maailmalla on useita ja polttoaineen tarve on hyvin vähäinen. Esimerkiksi VTT:n moduulin lämpötehoksi on kaavailtu 50 MW, mikä on vain noin 1% (yksi prosentti!) Olkiluoto 3:n lämpötehosta. Polttoaineen tarve on lähes suorassa suhteessa tehoon, samoin kuin monet muutkin suunnitteluun vaikuttavat lähtökohdat.
Suomalaisen säästä riippumattoman ja polttoon perustumattoman kaukolämpölaitoksen rakentaminen on vain ja ainoastaan tahdosta kiinni. Teknisesti se voidaan toteuttaa helposti tämän vuosikymmenen puolella, koska vastaava on tehty ennenkin. Meillä on jo julistettu ilmastohätätila, joten nyt olisi aika toimia sen mukaisesti. Siis NYT, eikä vasta 30-luvulla.
Tätä kuvaa on minulle esitetty muutamankin kerran keskusteluissa, joissa ihmisperäisen ilmastonmuutoksen todenperäisyyttä on yritetty kiistää. Katsokaamme tarkemmin, mistä kuvassa on kysymys.
Kuva 1.
Kuvan mukaan siis vain yksi GISS-mittaussarja osoittaa lämpenevää vuosina 2015-2019 muiden osoittaessa viilenevää. Noh, katsotaan ensin, onko kuva totta. Ladataan datat ja tehdään oma kuva.
Kuva 2.
Siltähän tuo näyttää. Ainoa, mikä tuossa kasvaa on sarja no. 11: Mantereet 2m korkeudella – GISS – https://data.giss.nasa.gov/gistemp/tabledata_v3/GLB.Ts.txt. Huomataan kuitenkin, että lineaarisen trendin alku- ja loppupisteen välillä on eroa vain n. 0,15 °C.
Mitähän tapahtuu, jos tarkasteluväliä muutetaan. Katsotaan vaikka vuosia 2014-2018.
Kuva 3.
Nyt vain kaksi mittaussarjaa, 9 ja 16, näyttävät viilenevää, loput lämpenevää. Vuosina 2012-2016 kaikki 16 sarjaa näyttävät lämpenevää.
Kuva 4.
Vuosina 2010-2014, kahdeksan aikasarjaa näyttää viilenevää, toiset kahdeksan lämpenevää.
Kuva 5.
Kuvista 2-5 voidaan päätellä, että viiden vuoden trendistä ei voida päätellä juuri mitään. Tarkasteluväliä vaihtamalla, saadaan ihan millaisia tuloksia halutaan. Merkittävänä ilmastotrendinä pidetään yleisesti 30 vuoden aikajaksoa. Otetaan siis seuraavaksi 30 vuotta tähän samaan tarkasteluun, vuodet 1989-2019.
Kuva 6.
Kaikki sarjat näyttävät tällä aikavälillä selkeästi lämpenevää. Katsotaan sama vielä vuosikeskiarvoina.
Kuva 7.
Kaikki mittaussarjat seuraavat kutakunkin samanlaista trendiä ja kaikkien suunta on ylöspäin. Se miksi sarjat eivät ole yhteneviä, johtuu useastakin asiasta. Ensinnäkin, ne edustavat eri alueiden mittauksia, kuten artikkelin lopussa olevasta lähdeluettelosta nähdään. On omat sarjat ylemmälle troposfäärille, alemmalle troposfäärille, globaalille pintamittauksille, mantereille, sekä merenpinnalle. Eri sarjat käyttävät eri mittausasemia ja eri mittausmenetelmiä. Kaikki sarjat ilmaisevat anomaliaa, eli poikkemaa jostain vertailujaksosta, joka on erilainen eri sarjoille. Lisäksi datan käsittelyssä voi olla eroja, jotka tuottavat vähän erilaisia tuloksia. Tämä ns. adjusointi on välttämätöntä, koska ajan saatossa mm. mittausasemien sijanti, mittalaitteet sekä lämpötilojen vuorokautiset kirjausajankohdat ovat muuttuneet. Adjusoinneista voi lukea täältä.
Kuva 1. ei näin ollen kerro yhtään mitään ilmaston tilasta, muutoksesta, muutoksen suunnasta tai ylipäätään mistään muustakaan.
Miksi tästä pitää kirjoittaa juuri nyt? Koska tänään on se päivä, jolloin kaikki Suomen ilmastohörhöt kokoontuvat omaan tieteenvastaiseen hömppä-seminaariinsa Helsingin messukeskukseen. Siellä he vahvistavat omia harhaluulojaan ja poistuvat tilaisuudesta tyhmempinä kuin sinne saapuessa. Seminaarin puhujalista ei tietenkään pidä sisällään ainoatakaan meteorologia tai muuta varsinaista ilmastotutkijaa, sellaista, joka ymmärtäisi ilmakehässä säähän ja ilmastoon vaikuttavia ilmiöitä sekä ihmisperäisten kasvihuonekaasujen vaikutusta niihin. Ei myöskään aerosolifyysikkoa, jotka tutkivat aerosolien käyttäytymistä ilmakehässä ja niiden vaikutusta ilmastoon. Eikä voikaan olla, koska Suomesta ei löytyne sellista ao. tutkijaa, joka kiistäisi ihmisperäisen ilmastonmuutoksen ja sen vakavuuden. Ei, vaihtoehtoista totuutta levittämään pitää puhujat kaivaa esiin jostain muualta, ja ainahan niitä löytyy, aiheeseen kuin aiheeseen.
Ei tämä ole ainoa hörhö-seminaari, ei edes Suomessa. Rajatiedon messut on jo vakiinnuttanut asemansa Suomalaisessa huuhaa-skenessä. Litteeään Maahan uskovat hengenheimolaiset ovat järjestäneet jo ainakin kaksi konferenssia, viimeisimmän vuonna 2019. Ongelmaksi on muodostumassa myös Suomessa etenkin Pohjanmaalla kannatusta saanut rokotevastaisuus. Lapset jätetään rokottamatta, jolloin vanhat jo kertaalleen voitetut lastentaudit alkavat uudelleen levitä. Facebook on tietenkin oikea runsaudensarvi. Sieltä löytyy ryhmiä esim. evoluution vastustajille sekä uusimpana villityksenä 5G-salaliittoteoreetikoille. 5G-verkkoja vastustettiin jo ennen koronaa, mutta nyt on myös esitetty, että 5G aiheuttaa koronaa. Tai että sen tarkoitus nimenomaan on sairastuttaa ihmiset.
Nämä tieteenvastaiset ilmastokerhot menevät hienosti samaan kategoriaan kaikkien muiden huuhaa-uskomusten kanssa. Osa niistä on vaarattomia, osa vaarallisia, ja eittämättä tieteenvastaisten näkemysten levittäminen ilmastonmuutoksesta on yksi kaikkein vaarallisimpia meidän aikamme harhaoppeja, koska sillä on suora vaikutus ilmastonmuutoksen vastaisiin toimiin ja niiden prioriteettiin politiikassa.
Kuva 1. on esimerkki siitä, joskus taitavastikin tuotetusta materiaalista, jolla tätä harhaoppia levitetään. Tämä nimenomainen esimerkki on suhteellisen työläs tuottaa, niin työläs, että harva viitsii sen itse tehdä ja tutkia tarkemmin, mitä data oikeastaan kertoo ja mitä ei. Kuva 1. ei sano suoraan mitään, mutta antaa ymmärtää ja saatteena keskusteluissa on paljon muutakin tarinaa, jolla lukijat yritetään saada uskomaan humpuukiin. Osa materiaalista on tuotettu oman vankkumattoman harkauskon puitteissa, mutta osa on varmuudella tehty ihan tahallaan siten, että tekijä valehtelee johtaakseen tietoisesti herkkäuskoisia harhaan. Uskon ja väitän, että kuva 1. on nimenomaan tahallista harhaanjohtamista, valehtelua. Kuva tekijä on yksi seminaarin puhujista.
Olkiluoto 3:n pitkäksi venähtänyttä rakennusprojektia käytetään tämän tästä esimerkkinä siitä, miten hidasta ja kallista ydinvoimalan rakentaminen on. Kukaan ei kuulemma tiedä, kauanko se kestää ja mitä se maksaa. Mutta Suomi ei ole koko maailma, eikä Olkiluoto ainoa lajissaan. Katsotaan siis mitä muualla tapahtuu.
Maailmalla on jo valmistunut50 muuta ydinvoimalaa, joiden rakentaminen on aloitettu Olkiluoto 3:n aloittamisen jälkeen. Ne ovat:
Niiden yhteisteho on 48 993 MW ja keskimääräinen rakentamisaika on ollut kuusi vuotta ja viisi kuukautta. Olkiluoto 3:lla se tulee olemaan yli kuusitoista vuotta. Laitosten rakentamisajat näkyvät tässä kaaviossa, rakentamistöiden alkamisesta siihen hetkeen kun ne on otettu kaupalliseen käyttöön.
Punainen – aika rakentamisen aloituksesta ensimmäiseen reaktorin kriittisyyteen
Keltainen – aika ensimmäisestä kriittisyydestä ensimmäiseen verkkoon tahdistamiseen
Vihreä – aika ensimmäisestä verkkoon tahdistamisesta kaupallisen käytön alkuun
Kiinassa on rakennettu kaksi OL3:a vastaavaa Arevan EPR-laitosta. Taishan-1 rakennustyöt aloitettiin lokakuussa 2008, Taishan-2 huhtikuussa 2009. Taishan-1 on jo kaupallisessa käytössä, rakentaminen kesti yhdeksän vuotta. Taishan-2 on tahdistettiin verkkoon ensimmäisen kerran 23.6.2019, mutta syystä tai toisesta se ei ole vielä kaupallisessa käytössä.
Monia laitoksia maailmalla on rakennettu alle viidessä vuodessa. Ennätys lienee Japanin HAMAOKA-4 , jonka rakentaminen kesti kolme vuotta ja kahdeksan kuukautta. Kyseessä on 1092 MW:n kiehutusvesilaitos.
Olkiluoto 3:n käyttäminen todistamaan ydinvoiman rakentamisen hitautta on näin ollen samanlaista kirsikanpoimintaa kuin ilmastoskeptikoiden yritykset todistaa lämpenemisen päättyneen vetoamalla muutaman vuoden viilenevään trendiin pidemmän aikavälin trendin ollessa kiistatta lämpenevä.
Rakenteilla olevia laitoksia
Toinen kaavio näyttää kaikki rakenteilla olevat laitokset.
Nähdään, että Olkiluoto 3 ei kuitenkaan ole tällä hetkellä pisimpään rakenteilla ollut laitos, vaan se on vasta kahdeksannella sijalla. Kauemmin rakenteilla ovat olleet:
Syitä näiden hankkeiden viivästymisiin voi käydä lukemassa esim. Wikipedia-artikkeleista linkkien takaa. Intian PBRE – Prototype Fast Breeder Reactor, on Intian omaa suunnittelua oleva hyötöreaktorin prototyyppi.
Katsotaan vielä erikseen kaikkien kuvassa 1. olevien laitosten rakentamisajat vuosissa.
Näyttää siltä, että rakennusaika on joko selvästi alle kuusi, tai sitten selvästi yli kuusi vuotta. Kiinan kauimmin kestäneet projektit ovat kaksi EPR:ää sekä muutama AP-1000, mikä on siksi mielenkiintoista, että AP-1000 on suunniteltu nopeasti rakennettavaksi, minimoimalla laitteiden lukumäärää ja koostamalla se mahdollisimman valmiiksi rakennetuista moduuleista.
Kiinan omaa suunnittelua olevat laitokset rakentuvat kaikki noin viidessä vuodessa, mitä voitaneen pitää realistisena tavoitteena mille tahansa järkevästi suunnitellulle isolle ydinvoimallalle.
.jpg)
Gaia 
