LUT testaa, miten tulevaisuuden kaukolämpöreaktorin turvallisuus varmistetaan

Jos pienydinreaktori joskus tuottaisi lämpöä Kuopion kaukolämpöverkkoon, sen pitäisi selviytyä myös tilanteesta, jossa kaikki ulkoinen sähkö katoaa. Kysymys voi kuulostaa poikkeukselliselta, mutta ydintekniikassa juuri tällaisia tilanteita varten turvallisuutta suunnitellaan ja testataan.

LUT-yliopiston Lappeenrannan kampuksella rakennetaan vuosina 2025–2026 kaksi koelaitteistoa pienreaktorien turvallisuuden tutkimista varten. Toinen niistä mallintaa suomalaisen Steady Energyn LDR-50-kaukolämpöreaktorin passiivista jälkilämmönpoistoa. Toinen puolestaan liittyy ranskalaiseen reaktoriteknologiaan ja hätäjäähdytystankin toimintaan.

Kokeet ajoittuvat vuosiin 2026–2027, ja niiden tulokset kartuttavat tietoa pienreaktorien turvallisuudesta. Kuopion Energia seuraa alan kehitystä osana omaa selvitystyötään tulevaisuuden lämmöntuotannon vaihtoehdoista.

LUT:n projektitutkija Joonas Telkkä kuvaa testauksen ydintä yksinkertaisesti: kokeissa selvitetään, miten reaktorin jälkilämpö voidaan siirtää turvallisesti pois myös häiriötilanteessa.

 -Testataan tämä passiivinen, ikään kuin itsestään tapahtuva lämmönsiirto tämmöisessä häiriötilanteessa, Telkkä sanoo.

Tässä yhteydessä passiivinen viittaa järjestelmiin, joiden toiminta ei riipu ulkoisesta sähköstä, pumpuista tai siitä, että valvomossa oleva ihminen ehtii tehdä oikean toimenpiteen oikealla hetkellä.

  -Reaktori hyödyntää fysiikan lakeja: painovoimaa, veden tiheyseroja ja lämmön siirtymistä kuumasta kylmään, Telkkä tiivistää.

Yksinkertaisempi laitos, rajatumpi tehtävä

Kaukolämpöä tuottava pienreaktori eroaa perinteisestä ydinvoimalasta jo tehtävänsä puolesta. Steady Energyn LDR-50 on matalassa lämpötilassa toimiva kaukolämpöreaktori: sen tarkoitus ei ole tehdä sähköä, vaan lämpöä kaukolämpöverkkoon. LDR-50:n lämpöteho on 50 megawattia, kun esimerkiksi Olkiluoto 3:n nimellinen lämpöteho on 4 300 megawattia.

Telkän mukaan pieni koko vaikuttaa myös turvallisuusprofiiliin. Kun teho on pienempi, radioaktiivista polttoainetta on vähemmän kuin suuressa reaktorissa, ja mahdollisten häiriöiden seuraukset ovat lähtökohtaisesti rajatummat.

Ydinturvallisuuden ja näiden järjestelmien tarkoitus on pohjimmiltaan se, että pidetään säteily ja radioaktiiviset aineet laitoksen sisällä, Telkkä sanoo.

Kuopion Energian tuotantojohtaja Peter Seppälä lähestyy aihetta energiayhtiön näkökulmasta. Hänen mukaansa pienydinvoima on yksi vaihtoehto tilanteessa, jossa Kuopion nykyinen suurempi yhteistuotantolaitos lähestyy elinkaarensa loppua 2030-luvun puolivälissä.
-Päätöksiä ei tarvitse tehdä heti, mutta selvitystyö on aloitettava ajoissa.

Mitä tapahtuu, jos sähköt katoavat?

Telkkä kertoo, että Lappeenrannan testeissä tarkastellaan niin sanottua station blackout -tilannetta eli ulkoisen sähköverkon menetystä. Tällaisessa tilanteessa reaktori pysäytetään pikasululla: säätösauvat putoavat painovoiman avulla reaktorisydämeen ja fissioketjureaktio sammuu.

Pysäytys ei kuitenkaan tarkoita, että lämpö katoaisi heti. Ydinpolttoaineeseen syntyneet radioaktiiviset hajoamistuotteet tuottavat jälkilämpöä myös reaktorin sammuttamisen jälkeen. Siksi lämmön poistaminen on turvallisuuden kannalta keskeistä.

Steady Energyn konseptissa reaktori on sijoitettu suojarakennukseen, jota ympäröi suuri vesiallas. Kun jälkilämpöä syntyy, lämpö siirtyy ensin reaktorista suojarakennuksen veteen ja edelleen suojarakennusta ympäröivään altaaseen. Lappeenrannan koelaitteistossa juuri tätä lämmönsiirron ketjua mallinnetaan pienemmässä mittakaavassa.

Koelaitteisto ei ole oikea reaktori eikä siinä käytetä ydinpolttoainetta. Sen tehtävänä on tuottaa kokeellista tietoa siitä, miten turvallisuusjärjestelmät käyttäytyvät olosuhteissa, joita oikeassa laitoksessa halutaan hallita.

Testaus tuottaa tietoa myös päätöksenteolle

LUT:n hankkeessa tutkitaan Steady Energyn LDR-50-kaukolämpöreaktorin passiivista jälkilämmönpoistoa. Tutkimus on osa eurooppalaista EASI-SMR-yhteistyöhanketta, jossa yliopistot, tutkimusorganisaatiot ja teollisuus testaavat teollisuudessa kehitteillä olevien pienreaktorikonseptien, kuten LDR-50:n ja NUWARDin, ominaisuuksia ja turvallisuutta. Samalla tuotetaan kokeellista dataa laskentamallien kelpoistamiseen ja käyttöönoton edellytysten arviointiin.

Kokeista saatavaa tietoa voidaan verrata laskentamallien ennusteisiin. Kun mallit kuvaavat todellisuutta luotettavammin, niitä voidaan käyttää reaktorisuunnittelun ja turvallisuusarvioinnin tukena.

Kuopion Energialle testaus ei vielä tarkoita investointipäätöstä. Seppälä korostaa, että yhtiö haluaa pitää pienydinvoiman mukana vaihtoehtona siihen asti, kun päätöksiä tulevaisuuden lämmöntuotannosta on pakko tehdä.

Mitään vaihtoehtoa en halua suosia tai nostaa yli muun, mutta pienydinvoima on aidosti mukana sinne asti, kun päätös pitää tehdä. Päätöksen pitää pohjautua parhaaseen senhetkiseen tietoon, Seppälä sanoo.

Taustalla on energiantuotannon murros. Kuopion Energia selvittää pienydinvoiman lisäksi muun muassa hukkalämpöjen, lämpöpumppujen, sähkökattiloiden ja nykyäänkin käytössä olevan polttamiseen perustuvan tuotannon mahdollisuuksia. Seppälän mukaan tulevaisuuden kannalta voisi olla järkevää, jos käytössä olisi joustavia tuotantomuotoja eikä kaikkia ratkaisuja rakennettaisi yhden tuotantomuodon varaan.

Asukkaiden kysymyksiin vastataan avoimesti

Pienydinvoiman erityispiirre kaukolämmössä on, että laitoksen olisi edullista sijaita kohtuullisen lähellä kaupunkia ja olemassa olevaa lämpöverkkoa. Telkän mukaan syy on kaukolämmön peruslogiikassa: pitkien kaukolämpöputkien rakentaminen voi tehdä kokonaisuudesta vaikean ja kalliin.

Siksi turvallisuuskysymykset eivät ole vain teknisiä, vaan myös paikallisia. Kuopiossa ympäristövaikutusten arvioinnissa tarkastellaan kahta sijaintivaihtoehtoa, joista toinen sijaitsee kaupungin pohjoispuolella ja toinen eteläpuolella.

Seppälä kertoo, että lähialueen asukkaita ja asiakkaita halutaan kuulla ja osallistaa. Kuopion Energia on järjestänyt tilaisuuksia ja valmistelee lokakuulle asukasiltaa, jossa teemoina ovat turvallisuus, teknologia ja ympäristövaikutukset.

-Haluamme tiedottaa yleisöä mahdollisimman avoimesti, Seppälä sanoo.

Seppälän mukaan yleisessä keskustelussa ei ole näkynyt voimakasta huolestuneisuutta, vaikka asukastilaisuuksissa turvallisuuteen liittyviä kysymyksiä on esitetty. Yhtiön teettämässä mielipidekyselyssä ydinvoima nousi vastaajien ykkösvaihtoehdoksi tulevaisuuden lämmitysmuotojen suhteen Kuopiossa.

Ensimmäiset tulokset haetaan ennen päätöksiä

Lappeenrannan kokeissa tarkastellaan projektitutkija Telkän mukaan kahta vaihetta: mahdollisen sähkökatkostilanteen alkua sekä myöhempää vaihetta, jossa suojarakennuksen vesi on lähellä kiehumispistettä. Hän ei halua arvioida tarkasti, miten yksittäinen testisarja vaikuttaa Steady Energyn mahdolliseen käyttöönottoaikatauluun.

Telkkä sanoo kuitenkin, että kokeet ovat merkittävä ensimmäinen vaihe ennen laajemman mittakaavan testausta. Hänen henkilökohtainen arvionsa on, että ensimmäiset kaukolämpöä tuottavat pienreaktorit voisivat olla käytössä 2030-luvulla, realistisemmin vuosikymmenen jälkimmäisellä puoliskolla.

Kuopiossa aikataulu kytkeytyy ennen kaikkea siihen, milloin nykyisen tuotantorakenteen seuraaja on valittava. Seppälä arvioi, että ratkaisuja joudutaan tekemään noin neljän–viiden vuoden kuluttua, jotta uusi tuotantotapa olisi käytettävissä 2030-luvun puolivälin tarpeisiin.

Siihen asti pienydinvoima on Kuopion Energialle selvityksessä oleva vaihtoehto muiden rinnalla. Turvallisuuden uskottavuus rakentuu vaiheittain: laboratoriokokeissa, luvituksessa, viranomaisarvioissa ja siinä, miten avoimesti paikallisille ihmisille kerrotaan, mitä ollaan suunnittelemassa ja miksi.

Teksti: Mikko Kääriäinen

Kuva: FHEASIK-koelaitteisto mallintaa suomalaisen Steady Energyn kehittämän LDR-50-kaukolämpöreaktorin passiivista jälkilämmönpoistojärjestelmää.