Ydinvoiman kuormanseuranta

Ville Tulkki – 27.6.2018

Suomen Ilmastopaneeli julkaisi 21.6. muistion paneelin näkemyksistä pitkän aikavälin päästövähennystavoitteen asettamisessa huomioon otettavista seikoista. Tällaiset ilmaston parissa vaikuttavien tahojen lausunnot ovat ammatin puolesta mielenkiintoisia, sillä varsinkin aiemmin ydinvoima on ollut vaikea aihe. Joko sitä ei ole mainittu sanallakaan tai sitten hyvin anteeksipyydellen. Mutta muutosta on ilmassa, ja Ilmastopaneelikin tunnustaa ydinvoiman roolin tulevaisuudessa. Sana ydinvoima esiintyy muistiossa kolmasti: ensimmäiseksi huomiossa että Suomelle hyvä verrokkimaa on Ruotsi sähköntuotantopaletin samankaltaisuuden vuoksi, ja toiset kaksi seuraavassa kappaleessa (muistion sivu 7):

Ilmastopolitiikan tueksi tuotetut vähähiilistä energianjärjestelmää koskevat skenaariot ovat vanhentuneet ja konservatiiviset. Ne olisi syytä uudistaa pikimmiten. Esimerkiksi käytetyt energian tuotantoa ja energiajärjestelmää koskevat kuvaukset ja laskelmat tulee uudistaa. Tulevia muutossuuntia edustavat muun muassa kaukolämpöön liittyvät uudet ratkaisut, kuten hajautettu lämmöntuotanto, tai lämmön tuotannon sähköistyminen. Myös koko sähköntuotantorakenne muuttuu. Paitsi että vaihtelevan tuotannon osuus kasvaa edelleen myös ydinvoiman rooli kasvaa merkittävästi. Jo nyt kirjallisuus antaa viitteitä siihen, että ydinvoiman tuotanto voi joustaa ja täten mahdollisesti jouduttaa tuuli- ja aurinkovoiman markkinoille tuloa. Tulevissa matalahiilisen yhteiskuntaan liittyvissä tiekarttatarkasteluissa on painotettava aiempaa enemmän uusien teknologioiden valmistumisen ja käyttöönoton aikataulun realistisuuden arviointia erityisesti Suomen olosuhteissa. Erillisen tarkastelun ansaitsee innovaatioiden rooli tulevaisuudessa: energiajärjestelmän syvällinen murros, raskaan teollisuuden, erityisesti teräksen ja sementin valmistuksen, saaminen hiilivapaaksi, ruuan tuotannon vallankumous, asumisen ja liikkumisen uudet ekologiset ratkaisut.

Itse olen työssäni viime aikoina pyrkinyt sekä selvittämään ydinvoiman mahdollisuuksia nimenomaan kaukolämmön ja teollisuuden lämmönkäytön tuottamiseen ydinvoimalla sekä jakamaan tästä tietoa. Tästä jatkossa enemmän, sillä vaikka ylläolevassa Ilmastopaneeli roolittaa ydinvoiman vain sähköntuotannon osaksi niin sillä on paljon annettavaa myös sähköntuotannon ulkopuolella. Nämä vain eivät ole tunnistettuja esimerkiksi juuri Ilmastopaneelin vanhentuneiksi kritisoimissa skenaarioissa. Esimerkiksi kansainvälisen energiajärjestön IEAn Energy Technologies Perspectives 2017 toteaa ydinvoiman lämpökäytöstä että se on hyvin lupaava mahdollisuus tehokkaisiin ilmastotoimiin. Sitä vain ei ole otettu IEAn skenaarioissa huomioon koska sille ei ole malleja. Mutta jätän nyt tämän aiheen tulevaan kirjoitukseen, sillä haluaisin kommentoida Ilmastopaneelin toteamusta

Jo nyt kirjallisuus antaa viitteitä siihen, että ydinvoiman tuotanto voi joustaa 

ja sen implikaatioita.

Usein kuulee väitettävän että ydinvoima on “joustamatonta” sähköntuotantoa. Tällä annetaan ymmärtää että jatkossa ydinvoiman rooli on enemmän tien tuke vaihtelevatuottoisten uusiutuvien lisäämiselle eikä soveltuva tulevaisuuden sähköverkkoon. Tällaiset väitteet ovat ongelmallisia sekä raamituksen vuoksi että sen takia että se nyt vain ei pidä paikkaansa. Raamitus on ongelmallinen sillä voi kysyä mikä on tavoitteemme, ilmastonmuutoksen hillintä vai uusiutuvan energiantuotannon osuus. Ja taas teknisesti ydinvoimalat on voitu rakentaa – ja monesti rakennettukin – joustavaa sähköntuotantoa varten. Joten ilmastonmuutoksesta huolestuneelle insinöörille on hyvin vaikeaa ymmärtää miksi ihmeessä tällaista väitettä levitetään.

Silloin kun nyt käynnissä olevia ydinvoimaloita suunniteltiin ja rakennettiin, uskottiin laajalti että ydinvoimasta voisi tulla valtaosa käyttämästämme sähköstä. Tämän vuoksi ydinvoimaloihin suunniteltiin hyvät kuormanseurantaominaisuudet. Kovin monessa maassa tätä ydinvoiman suurta osuutta ei koskaan saavutettu, ja verkon tasapainottamiseen käytetään joko vesivoimaa tai kalliimpia polttoaineita käyttäviä laitoksia. Tämä kuitenkaan ei ole ollut mahdollista Ranskassa, jossa ydinvoimalla tuotetaan noin 80% sähköstä. Ranskassa ydinvoimalat rutiininomaisesti sekä osallistuvat verkon tasapainottamiseen että laskevat tehojaan verkon kuorman laskiessa esimerkiksi viikonloppuisin.

Ranskalainen ydinvoima
Ranskalaisen ydinvoimalan teho kuormanseurantasyklin aikana. Lähde OECD/NEA.
Saksalainen ydinvoima
Saksalaisten ydinvoimaloiden kuormanseurantaa yhden vuorokauden aikana. Lähde OECD/NEA.

Käytännössä ydinvoimaloiden kuormanseuranta tehdään nykyisin liikuttamalla neutroneita kaappaavia säätösauvoja (paine- ja kiehuvesilaitokset) tai reaktorin läpi virtaavan veden määrää muuttamalla (kiehuvesilaitokset). Koska säätösauvat poistavat neutroneita reaktorista, vaikuttaa tämä säätö reaktorin tehoprofiiliin tehden siitä epäoptimaalisen. Säätöön käytetään niin kutsuttuja harmaita sauvoja, jotka eivät absorboi niin voimakkaasti neutroneita kuin reaktorin sulkemiseen käytettävät mustat sauvat. Säätösauvojen valintakin on eri tavoitteiden välistä kaupankäyntiä: monimutkaisilla säätökuvioilla voidaan saada tehokas reaktorin säätö – mutta sillä hinnalla että reaktorin säätö muuttuu monimutkaisemmaksi.

Ydinreaktorin tehoa muuttaessa täytyy ottaa erinäisiä reunaehtoja huomioon. Ydinreaktorin tehon säätö on oma taiteenlajinsa takaisinkytkentöineen. Polttoaineessa ei teho saa muuttua liian nopeasti liian paljon tai vaarana on yksittäisten polttoainesauvojen hajoaminen. Pitkäaikaiset pysymiset eri tehotiloilla ehdollistavat polttoainetta kulloinkin pidettyyn tilaan, ja niiden jälkeen muutokset pitää tehdä hitaasti. Myös tehon muuttuessa tulee varmistaa ettei minkään nipun kohdalla mennä kalvokiehuntaan. Tämä on tila jossa kuuman polttoainesauvan ympärille muodostuu höyrykalvo joka toimii lämmöneristeenä, täten nostaen suojakuoriputken ulkolämpötilaa. Mikään näistä ei ole este kuormanseurannalle, vaan ne ovat reaktorin ajon suunnittelussa huomioitavia asioita.

Viimeisen vuoden aikana on julkisuudessa ollut kirjoituksia siitä miten ydinvoimalat eivät todennäköisesti sovellu kuormanseurantaan. Tästä esimerkkinä on annettu Brokdorfin ydinvoimalassa tapahtunutta useamman polttoainenipun voimakasta oksidoitumista, jonka syytä ei ole toistaiseksi julkaistu. Kansainvälisessä mediassa on siteerattu Saksan viranomaisen tukiorganisaatiota, jonka mukaan kuormanseurantaoperaation vaikutusta oksidoitumiseen ei voi sulkea pois, ja saksalaisen ministerin päätelmää että tästä seuraa se ettei ydinvoima sovi kuormanseurantaan. Nämä väitteet kuitenkin jättävät huomiotta sen, että kuormanseurantaa on tehty ydinvoimalla jo vuosikymmeniä. Kuten aiemmin kirjoitin, yksittäisiin polttoainevaurioihin voi olla monia syitä, eikä ole tavatonta että tapahtuneen juurisyytä selvitetään pitkään. Kuormanseurannan lisäksi Brokdorfissa oli muutama vuosi aiemmin nostettu reaktorin tehoa, Saksassa oli uraaniveron takia ajettu reaktoreita hyvin epätavallisesti, joskus virheitäkin sattuu. Mikä tahansa näistä voi olla syy tälle yksittäistapahtumalle – ennen virallista lausuntoa emme tiedä.

Ydinvoiman kuormanseuranta on tehtävissä. Sen haluttavuus riippuu muista sähköverkon ja muiden tuotantomuotojen reunaehdoista. Nykyisellään sitä tehdään joko kun vaihtoehtoja ei ole (Ranska) tai poliittisilla päätöksillä vaikutetaan voimallisesti sähköntuotantoon (Saksa). Tällä hetkellä kukaan ei voine täysin varmasti sanoa millainen tulevaisuus sähköntuotannon suhteen on. Suomen Ilmastopaneelin ajatus siitä että ydinvoiman sähköntuotannon joustaminen mahdollistaa suuremman vaihtelevatuottoisten uusiutuvien osuuden on ajatuksena yleinen, mutta jättää huomiotta ehkä tärkeimmän yksityiskohdan: mikä on tavoitteena? Jos tavoitteena on vain uusiutuvien osuuden maksimointi, vielä joustavampia ja halvempia tapoja on kuten kaasumoottorit. Tosin tällöin joko joudutaan nojaamaan paljon fossiilisiin polttoaineisiin tai yli-investoimaan uusiutuvien kapasiteettiin – silti pitäen varalla polttoon pohjautuvaa varakapasiteettia jota vain ei käytetä. Viimeisin oli kyseessä Wärtsilän viime viikkoina paljon puhutussa selvityksessä, jossa lopulta Wärtsilän skenaario pohjautui tuulivoiman tuotantoylimäärään ja fossiilikapasiteetin varuillaoloon. Oletukset hinnoista olivat osittain kyseenalaisia, ja julistetut erot päästöissä juontuivat siitä että tuulivoimaskenaariossa oletettiin lämmityksen hoituvan lämpöpumpuilla ja ydinvoimaskenaariossa turpeella. Missä nyt ei ole mitään mieltä jos vain sähköntuotannon vaihtoehtoja vertaillaan.

Jos kuitenkin otamme ilmastonmuutoksen tosissaan, niin sähköntuotannossa ei voida nojata fossiilisiin polttoaineisiin. Tällöin useiden tutkimusten mukaan ydinvoima on oleellinen osa tuotantopalettia. Vaikka yksittäisten voimaloiden tuottaman sähkön hintavertailussa tuulivoima on nykyisellään halvinta uutta tuotantokapasiteettia, puhuttaessa koko systeemistä niin uusiutuvilla kuin ydinvoimallakin on nouseva systeemikustannus ja siten jonkinlainen kannattava osuus järkevästä kokonaisuudesta. Kuinka suuri osa riippuu myös paikallisista oloista kuten sähköverkosta sekä vesivoiman ja muiden sähköntuotantomuotojen saatavuudesta.

Jopa viime vuosina usein täysin uusiutuvaa energiantuotantoa perustelemaan käytetty Lappeenrannan teknillisen yliopiston 100%Renewable Finland 2050 -tutkimus näyttää ydinvoiman systeemihyödyt. LUTin selvitys olettaa voimakkaasti alenevat uusiutuvien ja varastoinnin hinnat ja nousevat ydinvoiman hinnat, ja silti selvityksessä oletetuilla vuonna 2050 rakennettavalla paletilla täysin uusiutuva verkko on vain hieman halvempi kuin verkko jossa on ydinvoimaa mukana. Hinta- ja teknologiaoletuksia ei varioitu, joten vuoteen 2050 ennustettaessa tulevia epävarmuuksia ei käsitelty. Vaikka olettaisimme mallinnuksen oletukset oikeiksi, niin sen perusteella jos haluamme toimia ennen vuotta 2050 ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi on ydinvoimalla roolinsa osana energiapalettia. Suurempi kysymys onkin miksi kyseistä julkaisua käytetään usein perustelemaan tämänhetkistä politiikkaa – siihen vetoavien olisi hyvä edes tutustua auktoriteettina käyttämäänsä tutkimukseen.

Joka tapauksessa on hyvin positiivista että Suomen Ilmastopaneeli on muistiossaan todennut sekä uusiutuvien energianlähteiden että ydinvoiman yhä kasvavan roolin ilmastonmuutoksen hidastamisessa. Yksityiskohdilla on kuitenkin myös merkitystä. Ydinvoiman sähköntuotannon joustavuus tai joustamattomuus on yksi aihe josta on ollut paljon porua mutta vähän villoja – varsinkin kun se on niin haluttaessa teknisesti toteutettavissa.

Mainokset

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

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

Google photo

Olet kommentoimassa Google -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 )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s