Pienistä ydin­voimaloista puhutaan jo vakavasti – grafiikka kertoo, miten lämpöä tuottava ydin­voimala toimisi

Teollisuushalliin mahtuva ydinvoimala voisi lämmittää kokonaisen pikkukaupungin. Etäältä valvottu laitos ei tarvitsisi edes työntekijöitä.

25.1. 2:00 | Päivitetty 25.1. 12:06

Paljon pienempi ja selvästi yksinkertaisempi.

Siinä lyhyesti uudenlaisen kaukolämpöä tuottavan ydinvoimalan idea. Sellaisen, jonka Teknologian tutkimuskeskus VTT toivoo rakentuvan Suomeen vain seitsemässä vuodessa.

Viime viikolla uutisoitiin, että voimalan sijoituspaikaksi kaavaillaan suomalaista pikkukaupunkia. Sijoituspaikasta ja reaktorimoduulien määrästä riippuen se voisi tuottaa kaukolämpöä noin 20 000–80 000 ihmiselle.

Ensimmäisen laitoksen olisi tarkoitus olla esittelylaitos, joka kuitenkin toimisi kaupallisilla ehdoilla. Sen perusteella samanlaisia voimaloita olisi helppo rakentaa lisää niin Suomeen kuin ulkomaillekin.

Vain seitsemän vuoden aikataulu voi kuulostaa kunnianhimoiselta. Etenkin kun sitä vertaa esimerkiksi Olkiluodon kolmosreaktoriin, jonka rakentamisen periaatepäätöksestä on jo yli 20 vuotta.

VTT:n ydinenergian tutkimusalueen vetäjä Tommi Nyman vakuuttaa kuitenkin, että aikataulu on täysin toteuttavissa.

”Suurimmat kysymykset liittyvät kaavoitukseen ja lupa-asioihin. Teknisesti en usko aikataulun olevan ongelma.”

Tämä johtuu kaukolämpövoimalan luonteesta. Toisin kuin uusinta tekniikkaa hyödyntävä Olkiluoto, uusi pienydinvoimala on aiempiin verrattuna riisutumpi.

Suunniteltua kaukolämpövoimalaa voidaan kuvata pelkistetysti vedenlämmittimeksi.

Sen reaktoriyksikkö on suurin piirtein pystyyn nostetun linja-auton kokoinen, ja se on täynnä vettä.

Reaktorin energiantuotanto perustuu samaan neutronien ylläpitämään ketjureaktioon kuin perinteisissäkin ydinvoimalaitoksissa.

Pohjalla on rikastetusta uraanista koostuvia polttoainesauvoja, joiden ydinreaktiota ohjataan sauvoilla jotka estävät neutronien kulkua. Tästä teknologiasta on yli 60 vuoden kokemus.

Reaktion teho on noin 50 megawattia. Vertailun vuoksi esimerkiksi Olkiluoto 3:n lämpöteho on täydessä toiminnassa 4 300 megawattia. Yhden reaktorimoduulin teho on siis reilu sadasosa isosta reaktorista.

Viidenkymmenen megawatin teho riittää kuitenkin lämmittämään säiliön veden noin 150 asteeseen.

Kuuma vesi kohoaa säiliössä ylöspäin. Paineesta johtuen vesi pysyy kuitenkin nestemäisenä eikä höyrysty.

Kuuma vesi ohjataan reaktorikammiosta lämmönvaihtimeen, jossa se lämmittää kaukolämpöputkiston vettä.

Yksi reaktorimoduuli riittäisi tuottamaan kaukolämpöä noin 10 000–20 000 ihmisen tarpeisiin.

Voimalan sisäinen kierto on kuitenkin suljettu, eikä reaktorissa olevaa vettä siis päädy kaukolämpöverkkoon.

Se ei pysähdy, vaikka voimalaan tulisi sähkökatko.

Lämmön vaihduttua vesi viilenee. Viileä vesi valuu takaisin reaktorin pohjalle uudelleen lämmitettäväksi.

Lämpöön perustuva kierto ei tarvitse ulkoista energiaa tai pumppuja. Se ei siis pysähdy, vaikka voimalaan tulisi sähkökatko. Sen sijaan lämmön siirto kaukolämpöverkkoon vaatii sähköä, mutta sähkön katketessa kierto yksinkertaisesti pysähtyy.

Reaktori toimii yhdellä polttoainelatauksella noin kaksi vuotta, minkä jälkeen kolmannes polttoainenipuista vaihdetaan tuoreisiin.

Tätä varten tilaan tulisi polttoaineenvaihtokone, joka käsittelee polttoainesauvoja kuten isoissa voimalaitoksissa.

Käytetty ydinpolttoaine pitäisi varastoida samaan tapaan kuin muissakin voimaloissa nykyisin, ensin jäähdytysaltaisiin ja lopulta loppusijoituspaikkoihin. Pienestä reaktorista jätettä syntyy suunnilleen samassa suhteessa kuin suuremmistakin. Sen käsittely voitaisiin tehdä nykyisissä laitoksissa.

Toisin kuin ydinvoimalat yleensä, kaukolämpövoimala ei siis tuottaisi lainkaan sähköä.

Näin se ei tarvitse turbiineja eikä muita sähköntuotannon järjestelmiä. Kokonaisuutena laitos onkin sangen yksinkertainen.

Sen turvajärjestelytkin ovat pääosin passiivisia. Reaktori on tarkoitus upottaa suureen vesialtaaseen.

Tähän on kaksi syytä. Ensinnäkin vesi on hyvä säteilysuoja. Se pysäyttää ydinreaktiossa syntyvät neutronit ja gammasäteilyn. Normaalisti vesialtaan pinnalla ei ole lainkaan säteilyä. Jo noin metrin etäisyydellä reaktorista gammasäteilyn taso on merkittävästi madaltunut.

Lisäksi vesi toimii viilentävänä lämpönieluna, mikäli vesi reaktorissa alkaisi vian takia kuumeta liikaa.

Sen sijaan voimakasta sähkömagneettista säteilyä, niin sanottua gammasäteilyä, allas ei pysäytä. Pienestä reaktorin koosta johtuen gammasäteily ei yllä altaan ulkopuolelle.

Kun reaktori toimii normaalisti, sen ympärille riittää noin metrin suuruinen suojavyöhyke.

Pahimmassakin onnettomuudessa, eli reaktorin ytimen sulaessa, turvavyöhykkeeksi riittää noin 200 metriä suuntaansa, Nyman arvioi.

”Pahimmassa onnettomuustilanteessa syntyvä radioaktiivinen päästö olisi noin kaksi prosenttia Olkiluoto 3:n kaltaiseen suureen reaktoriin verrattuna.”

Ihan kerrostalon kellariin tällaista laitosta ei silti voitaisi sijoittaa.

Käytännössä sopiva paikka olisi teollisuusalueen kaltainen aidattu alue. Yhden reaktorin vaatima rakennus olisi parikymmentä metriä leveä ja pitkä halli.

Käytännössä reaktoreita voisi olla viisasta rakentaa samaan tilaan useampia. Esimerkiksi neljä reaktoria tarvitsisi noin 70–100 metriä pitkän tilan, joka muistuttaisi teollisuusrakennusta.

Koska laitos olisi yksinkertainen, ei sen kustannuskaan olisi valtava. Nyman arvioisi kahden reaktorimoduulin eli 100 megawatin voimalan maksavan noin 100–150 miljoonaa euroa.

Käyttökustannukset olisivat halpoja, jopa niin halpoja, ettei voimalaa luultavasti kannattaisi ajaa alas edes kesäisin, vaikka lämpöä ei juuri tarvittaisi,

Sijainti kannattaa kuitenkin pohtia huolella.

”Lämmön siirrossa kaukolämpöverkossa syntyy aina hävikkiä. Mitä lähemmäs voimala saadaan käyttäjiä, sitä tehokkaampi se olisi.”

Nykyinen lainsäädäntö ei tätä mahdollista. Ydinvoimaloiden turvamääräykset on kirjoitettu isoja voimaloita ajatellen, minkä takia niiden ympärille vaaditaan kilometrien suoja-alueet.

”Tässä kohden lainsäädäntö pitäisi muuttaa huomioimaan uusien pienreaktoreiden erityispiirteet. Vastaavan kokoisia tutkimusreaktoreita on maailmalla rakennettu ihan kaupunkien keskustaan.”

Henkilökuntaa pienvoimala tarvitsisi alkuvaiheessa samoihin rooleihin kuin suurempikin voimala, ehkä noin 10–15 henkeä. He valvoisivat vuorotyönä, että kaikki toimii kuten on suunniteltu.

Pidemmällä tähtäimellä Nyman visioi kuitenkin, että yhdestä etävalvomosta voisi valvoa useampaa voimalaa. Tämä tarkoittaisi, että laitos voisi periaatteessa olla jopa täysin miehittämätön käyttönsä aikana.

Miten turvallisuus sitten järjestettäisiin? Miten autio voimala voitaisiin suojata vaikka terrorismia vastaan?

”Vartiointi on oma kysymyksensä, jota täytyy vielä pohtia”, Nyman vastaa.

Voimalasta voidaan kuitenkin tehdä bunkkerimainen tila, jonne pääsy ei helppoa. Maan alle kaivettuihin reaktoreihin ei pääse esimerkiksi törmäämällä lentokoneella tai autolla.”

Seuraa ja lue artikkeliin liittyviä aiheita

Luitko jo nämä?

Osaston luetuimmat