SMR-reaktorit - ydinvoiman nouseva tulevaisuus?

04.11.2024

Ydinvoima on säilyttänyt asemansa Suomen energiantuotannon peruspilarina myös 2020-luvulla. Vaikka siihen kohdistuneet investoinnit eivät olekaan aina saaneet jakamatonta kannatusta, ydinvoiman kiistaton etu on ollut, ettei sen avulla tuotetun sähkön tuotantoprosessissa vapaudu lainkaan hiilidioksidipäästöjä.

Ydinvoiman tuotanto perustuu atomiytimien sidosenergian vapautumiseen hallituissa fissioreaktioissa, jolloin ydinpolttoaineen sisältämä energiamäärä on tavanomaisiin polttoaineisiin verrattuna erittäin suuri. Tämä tekee ydinvoimasta suhteessa hyvinkin kannattavan sähköntuotannon lähteen.

Nykyaikaiset ydinvoimalat ovat suuria laitoksia, jotka palvelevat yhdellä kertaa isoa osaa suomalaisista ja maamme teollisuudesta. Häiriöt tuotannossa näkyvät välittömästi sähkön hinnassa ja ihmisten sähkölaskuissa, sekä pahimmillaan sähkön riittävyydessä.

Teknologian kehittyminen on mahdollistanut myös pienoiskokoisten SMR-voimaloiden (Small Modular Reactor) kehittämisen. Niiden myötä ydinvoimaa olisi mahdollista sijoittaa suoraan asutuskeskusten tai teollisuuslaitosten läheisyyteen.

Uudet teknologiat herättävät helposti kysymyksiä: mitä hyötyä tekniikalla saavutetaan ja liittyykö siihen riskejä? Päätimme kysyä asiasta suoraan Lappeenrannan teknillisen yliopiston energiatekniikan professori Juhani Hyväriseltä.

Kuvituskuva SMR-reaktorista (ChatGPT)

Professori Juhani Hyvärinen, mitä ovat SMR-voimalat?

"SMR-reaktori on kooltaan perinteisiä ydinvoimaloita merkittävästi pienempi. Niiden toimintaperiaate perustuu samoihin reaktioille, kuin nykyisin käytössä olevissa kevytvesireaktoreissa, joita ovat esimerkiksi Olkiluodon ja Loviisan kaltaiset ydinvoimalat. Reaktorit tuottavat samalla tavalla lämpöä fissioreaktiolla, ja saatu reaktiolämpö muunnetaan sähköksi taikka hyödynnetään suoraan teollisissa prosesseissa.

SMR-voimalat ovat kuitenkin suunniteltu modulaarisiksi, mikä mahdollistaa niiden sarjatuotannon, vähentää logistisia haasteita sekä helpottaa niiden käyttöönottoa ja asentamista. Reaktorit voidaan tällöin mitoittaa eri käyttötarkoituksiin vastaamaan kulloistakin käyttötarvetta. Myös niiden turvallisuus on perinteistä voimalaa parempi, sillä reaktio voidaan pysäyttää käytännössä heti häiriön ilmetessä, lisäksi pieni reaktori on helpompi jäähdyttää kuin suuri.

Yleisesti ottaen SMR:t voivat tuottaa lämpöä muutamista kymmenistä megawateista (MW) aina noin 1.000 MW:iin asti. Vertailun vuoksi Olkiluoto 3:n lämpöteho on 4.300 MW, sähkön tuotantokapasiteetti on enimmillään noin 1.600 MW, ja koko Suomen huippukulutus on korkeimmillaan ollut noin 15.000 MW."

Mihin SMR-voimalaa voidaan käyttää?

''SMR-voimalat soveltuvat teollisuuden vaatimiin erilaisiin energiatarpeisiin erityisesti prosesseissa, joissa energiaa tarvitaan ympäri vuorokauden. Yhtä lailla reaktoreita voidaan sijoittaa muiden prosessien läheisyyteen, jolloin SMR-reaktorit tarjoavat niille tueksi toimintavarmuutta vakauttavan vähäpäästöisen ratkaisun vähentäen prosessien riippuvuutta paikallisesta sähköverkosta.

Koska SMR-reaktorit kykenevät säätämään tehoa joustavasti ja jotkut myös varastoimaan energiaa, voidaan niillä vakauttaa muun ohella myös yleistä huoltovarmuutta. Luonnollisesti reaktoreilla voidaan tuottaa sähköä kaikenlaisiin, myös yksityisiin tarpeisiin, mutta yhtä lailla on pohdittu myös pienreaktoreiden hyödyntämistä kaukolämpöjärjestelmissä. Tällöin lämmitysjärjestelmämme ei enää riippuisi polttamisesta, varsinkaan maakaasusta taikka hiilestä, ja myös lämmityksemme olisi sähkön lailla puhdasta.''

Ovatko SMR-voimalat turvallisia?

''SMR-reaktoreita voidaan puoltaa nimenomaan niiden turvallisen ja helposti hallitavan prosessin vuoksi. Reaktorin sisältämän radioaktiivisen aineen määrä on sitä pienempi mitä pienempi on reaktorin lämpöteho. Monet SMR:t hyödyntävät yksinkertaistettuja turvallisuusratkaisuja, joiden toiminta on monimutkaisia järjestelmiä luotettavampaa, mikä vähentää ydinvoimaan liittyviä riskejä. Reaktoreiden pieni koko ja modulaarisuus mahdollistavat reaktoreiden sijoittamisen maan alle, joka tarjoaa niille luonnollisen suojan esimerkiksi luonnonkatastrofeja vastaan. Maan alla ne kestäisivät jopa äärimmäisiä uhkia, kuten terroritekoja ja sotilaallisia hyökkäyksiä. Siten ne ovat turvallisempia verrattuna esimerkiksi nykyisiin, suuriin ydinvoimaloihin.

Pienissä reaktoreissa polttoaine myös vaihdetaan harvemmin, mikä lisää energian tuotannon varmuutta ja minimoi häiriöihin liittyviä riskejä. Reaktoreiden koossa ja sijoituspaikan valinnassa varmistetaan, ettei lähialueen ihmisille voi missään olosuhteissa aiheutua säteilyaltistusta, joka ylittäisi sallitut turvalliseksi arvioidut rajat."

Mikä on nähdäksenne SMR-voimaloiden mittavimmat hyödyt sekä sen tulevaisuus?

"Mittavin hyöty tulee tehokkuuden ohella ydinvoiman hiilineutraalisuudesta. Suomessa sähkö on jo lähes täysin puhdasta, mutta sen sijaan lämmöntuotannon ja teollisuuden päästöt ovat edelleen merkittäviä. SMR:ien avulla myös näistä sektoreista voitaisiin saada täysin päästöttömiä. SMR-voimaloita voidaan myös sijoitella suuria ydinvoimaloita helpommin eli hajauttaa ympäri Suomea, mikä parantaa huolto- ja sähkövarmuutta entisestään. Vaikka SMR-teknologiaa vielä kehitellään, voivat ne tulevaisuudessa olla nykyistäkin tärkeämpi ratkaisu energiakriisin keskellä."

Lopuksi

SMR-voimaloissa on paljon potentiaalia. Aika näyttää, mikä merkitys SMR-voimaloilla tulee olemaan siirryttäessä kohti päästöttömiä energian- ja lämmöntuotannon muotoja. Ennen pienreaktoreiden laajempaa käyttöönottoa tarvitaan sekä ydinenergialain että ydinalan luvitus- ja valvontakäytäntöjen mittavaa kehittämistä, jotta niiden hajautettu käyttö ja riittävä turvallisuus pystyttäisiin varmistamaan kohtuullisin kustannuksin. Käytetystä tekniikasta riippumatta minkä tahansa tuotantolaitoksen turvallisuus ja siihen liittyvät riskit arvioidaan aina tapauskohtaisesti reaktorin ja sen sijoituspaikan kontekstin perusteella.