Ydinreaktori on kuin mikä tahansa vettä kuumentava energialähde. Ydinreaktoreilla tuotettiin kaukolämpöä jo 1970-luvulla mm. Ruotsissa ja Liettuassa. Nykyisin ydinkaukolämpöä käytetään mm. Venäjällä, Kiinassa ja Slovakiassa.

— Ydinreaktoriin perustuva kaukolämmön tuottaminen muistuttaa keskitettyä kaukolämmön tuottamista, jolloin lämmönlähde on joku suurikokoinen sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitos tai lämpökeskus, Lindroos toteaa.

Ydinkaukolämpö 2020-luvulla on kuitenkin jotain muuta. Ensinnäkään tarkoituksena ei ole tuottaa sähköä lämmön ohessa. 2020-luvun ydinkaukolämpö perustuu teholtaan pienikokoisiin modulaarisiin reaktoreihin: ns. SMR-reaktoreihin.

Ideana on kehittää SMR-reaktoreista globaali massatuote, jolla olisi kansainvälinen standardi. Tämä nopeuttaisi reaktoreiden käyttöönottoa. Ajatus poikkeaa melkoisesti nykyisin käytössä olevista suuren kokoluokan ydinvoimalaitoksista, jotka on yleensä räätälöity asiakkaan mukaan.

Lämpöreaktori on yksinkertaisempi

— Pelkästään sata-asteista vettä kaukolämpöverkkoon keittävä ydinreaktori toimii alhaisemmalla paineella, jolloin turvallisuusratkaisut ovat yksinkertaiset. Tämä vaikuttaa laitoksen hintaan, Lindroos kertoo.

— Jos samalla laitoksella haluttaisiin tuottaa myös sähköä, on laitosta käytettävä korkeammassa kuumuudessa. Silloin laitos toimii myös korkeammassa paineessa ja turvallisuusratkaisut ovat sen mukaisia. Tällainen laitos on myös kalliimpi.

Periaatteessa ydinkaukolämpöä on myös nykyisin käytössä olevien ydinvoimalaitosten lämpimien lauhdevesien hyödyntäminen kaukolämpöverkossa. Tämä on kuitenkin monessa mielessä eri asia kuin pienten ydinreaktoreiden käyttäminen kaukolämmön tuotannossa.

Suuret ydinvoimalaitokset on rakennettu sähköntuottamista varten. Ne sijaitsevat kaukana asutuskeskuksista, jolloin lämpimien lauhdevesien hyödyntämistä varten olisi rakennettava pitkä putki. Olennaista on kuitenkin se, että ydinvoimalaitosten lauhdevesien lämpötila on vain 40 astetta. Kaukolämpöverkossa veden lämpötilan pitäisi olla noin sata astetta.

Lauhdeveden lämpötila voidaan nostaa ennen kuin se päästetään kaukolämpöverkkoon. Tämä on enemmän kuin tavalla, kun kaukolämpöyhtiöt hyödyntävät erilaisia teollisuuden hukkalämpöjä. Toimenpide kuitenkin heikentää hankkeen kannattavuutta — lämpötilan nostaminen, eli "priimaaminen" on ylimääräinen kuluerä.

Suomessa Loviisassa ja Olkiluodossa sijaitsevien ydinvoimalaitosten lämpimät lauhdevedet ohjataan mereen. Loviisan ydinvoimalaitoksen lauhdevesien hyödyntämistä pääkaupunkiseudun kaukolämmityksessä on tutkittu pariin otteeseen, mutta tämä ei ole johtanut käytännön toimiin.

Tämä saattaa johtua siitä, että samasta ilmansuunnasta — tosin hieman lähempää — on tarjolla muutakin hukkalämpökuormaa. Todennäköisempää on, että Kilpilahdessa sijaitsevan Nesteen öljynjalostamon hukkalämpöjä ryhdytään käyttämään pääkaupunkiseudun kaukolämpöverkoissa.

Laitoskauppaan kaukolämpö mielessä

Pelkästään kaukolämmön tuotantoa varten rakennettu ydinreaktori voidaan suunnitella puhtaasti kaukolämmön tuotannon näkökulmasta.

— Oleellista on laitoksen säädettävyys, koska kaukolämmön tarpeen ero kesän ja talven välillä voi olla jopa kymmenkertainen, Lindroos toteaa.

— Kaukolämmön tuottamista varten suunnitellun SMR-reaktorin säädettävyys vastaa nykyisin käytössä olevien lämpökattiloiden säädettävyyttä. Tässä mielessä ydinreaktorin käyttö kaukolämmön tuotannossa ei poikkea käytössä olevista perusrutiineista.

Ydinreaktori on kuitenkin kallis investointi. Sille pitäisi saada mahdollisimman paljon käyttötunteja vuoden aikana. Hintaan vaikuttaa myös se, kuinka kuumaa vettä ydinreaktorilla halutaan tuottaa.

— Jos esimerkiksi tyydytään tuottamaan maksimissaan vain 90-asteista vettä, kattaisi tällaisen reaktorin tuottama kaukolämpö Etelä-Suomen olosuhteissa yli 95 prosenttia vuotuisesta energian tarpeesta. Kovimmilla pakkasilla verkkoon olisi syötettävä kuumempaa vettä, mutta tällöin veden lämpötilaa voitaisiin nostaa esimerkiksi erillisillä lämpökattiloilla, Lindroos toteaa.

Kuinka paljon ydinreaktorilla tuotettu kaukolämpö sitten maksaisi.

— Tähän ei vielä kukaan osa vastata tarkasti, koska kaukolämmön tuotantoon tarkoitetut ydinreaktorit ovat vasta kaupallistumisen kynnyksellä. Nykytietämyksen perusteella hinta asettuisi haarukkaan 20—40 euroa megawattitunnilta.

Minne ydinkaukolämpö sopisi?

Suomessa on yli 400 kaukolämpöverkkoa, mutta verkot ovat hyvin erilaisia. Ydinkaukolämpö ei sovi kaikenlaisiin verkkoihin. Siksi VTT on simuloinut laskennallisin menetelmin ydinkaukolämmön soveltuvuutta suomalaisiin verkkoihin. Laskennassa on syynätty kaikki kaukolämpöverkot. Laskennan pohjalla on vuoden 2017 toteutunut kaukolämmön käyttö.

Vaikka kesän ja talven välinen kysyntäero voi olla kymmenkertainen, on kaukolämpöä tuotettava vuoden jokaisella tunnilla. Kaukolämpöjärjestelmällä hoidetaan myös kaukolämpöverkkoon liitettyjen kiinteistöjen lämpimän käyttöveden tarve.

Todennäköisimmin kaukolämpöverkkoon liitetty ydinreaktori hankitaan tuottamaan peruskuormaa. Tämä tarkoittaa sitä, että reaktoria käytetään mahdollisimman paljon. Tähän kannustaa sen kallis hinta. Muilla tuotantomuodoilla täydennettäisiin kysynnässä tapahtuvia muutoksia.

Yleensä peruskuormaa tuottavat laitokset käyvät vuodessa vähintään 3000 tuntia. VTT:n simulaatiossa perusolettamuksena kuitenkin on, että ydinreaktori tuottaisi lämpöä vähintään 4000 tuntia vuodessa. Toisena suureena simuloinnissa käytetään reaktorin tehoa.

Jos reaktorin tehoksi valitaan 25 megawattia ja sen halutaan tuottavan lämpöä vähintään 4000 tuntia Suomessa, voitaisiin suomalaisiin kaukolämpöverkkoihin asentaa yhteensä 47 tällaista reaktoria. Suurimpien kaukolämpöyhtiöiden verkkoihin 25 megawatin reaktoreita mahtuisi useampia, jolloin lämmöntuotantoa voidaan myös hajauttaa.

Kun reaktorin teho tuplataan 50 megawattiin, supistuu reaktoreiden määrällinen potentiaali puoleen samalla käyttöaikaoletuksella. Sadan megawatin tehoisia reaktoreita olisi järkevää rakentaa enää vajaat 20 kappaletta, jos niiden oletetaan käyvän 4000 tuntia vuodessa.

Käyttötuntien kasvattaminen ei vaikuta sopivuuteen yhtä radikaalisti. Jos 25 megawatin ydinreaktorin oletetaan käyvän vähintään 5000 tuntia vuodessa, voitaisiin niitä sovittaa noin 40 kappaletta suomalaisiin kaukolämpöverkkoihin. Vielä 8000 tunnin käyttöaikavaatimuksen jälkeen 25 megawatin laitoksia voitaisiin asentaa 15 kappaletta.

Realismin lisääminen auttaa

Simulointiin saadaan hitunen realismia, kun kaukolämmön toteutunutta käyttöä tarkastellaan useamman vuoden aikasarjoina. Tosin kaukolämmön tulevan käytön kehittyminen on arviopeliä ja ennustamista. Erityisen haasteellista arvioinnista tekee kiinteistöjen energiankäytössä tapahtuvat muutokset.

Miten nopeasti rakennuskanta uudistuu? Tämä on olennaista tietoa, koska uudet kiinteistöt käyttävät selvästi vähemmän energiaa kuin vanhat. Entä kuinka voimallisesti energiatehokkuusremontit vaikuttavat vanhojen kiinteistöjen energian käyttöön. Entä kuinka paljon asiakkaat hankkivat omia lämpöä tuottavia järjestelmiä — esimerkiksi lämpöpumppuja tai aurinkokeräimiä.

Samalla kaukolämpöyritykset investoivat myös muihin lämmöntuotantomuotoihin. Ainakin osittain ne ovat vaihtoehtoja ydinkaukolämmölle tai supistavat ydinreaktoreille ajatellun lämpötehon määrää. Esimerkiksi yhdyskuntajätteitä poltetaan yhä useammin suurten kaupunkien liepeille syntyvissä jätteenpolttolaitoksissa, kun jätteitä ei enää läjitetä kaatopaikoille. Jätteiden polttaminen tuottaa runsaasti kaukolämpöverkkoon sopivaa lämpöä.

Myös teollisuuden hukkalämmöt päätyvät yhä useammin kaukolämpöverkkoihin kiertotalouden hengessä. Lisäksi geoterminen lämpö kutkuttelee monen investointeja suunnittelevan mieltä.

Kaikki tämä vaikuttaa ydinkaukolämmön asemaan ja kannattavuuteen. VTT on ottanut tämän huomioon jatkosimuloinneissaan ja leikannut oletetusta kaukolämmön vuosikysynnästä kymmenen prosenttia pois. Vaikutus on melkoinen.

Uudessa asetelmassa vähintään 4000 tuntia vuodessa lämpöä tuottavia 25 megawatin tehoisia reaktoreita ei kannattaisikaan rakentaa enää kuin korkeintaan 21 kappaletta — yli puolet vähemmän kuin ensimmäisessä simuloinnissa. Käyttötuntivaatimuksen kiristäminen 6000 tuntiin pudottaa potentiaalisten reaktoreiden määrän jo kahdeksaan kappaleeseen.

Tehon nostaminen taas ei vaikuta yhtä radikaalisti kuin ensimmäisessä simulaatiossa. Vähintään 4000 tuntia käyviä 50 megawatin tehoisia reaktoreita kaukolämpöverkkoihin mahtuisi 14 kappaletta ja 200 megawatin tehoisiakin vielä neljä.

Simulointi heittää hehtaarille

Pienten modulaaristen ydinreaktoreiden kaupallistumista joudutaan vielä odottamaan — ja niiden lopullinen hintakin on ainakin osaksi vielä arvoitus. Suomalaisen energiatoimialan visioissa niiden oletetaan olevan käytössä aikaisintaan kymmenen vuoden päästä. Kansainvälisen ilmastopolitiikan terävöityminen voi kuitenkin vauhdittaa reaktoreiden kaupallistumista.

— Fossiilisista polttoaineista luopuminen edellyttää nopeaa sopeutumista. Suomessa kivihiilen käyttö energiantuotannossa loppuu jo vuonna 2029. Lisäksi turpeen ja maakaasun käyttöä pitäisi vähentää reilusti 2030-luvulla, Lindroos muistuttaa.

Suomalaisittain muutos on melkoinen. Kun samanlaisia muutoksia tapahtuu pitkin maailmaa, kasvavat myös odotukset pieniä ydinreaktoreita kohtaan.

Pienten ydinreaktoreiden kanssa kaukolämpöyritysten sieluista kisaavat biomassan käytön lisäämiseen perustuvat tuotantomuodot, lämpöpumput, aurinkolämpö, hukkalämpöjen kasvava hyödyntäminen, lämmön varastointi ja hiilidioksidin talteenottotekniikat. Kaikkien käyttöön liittyy epävarmuuksia ja yllätyksiä. Siksi asetelma on kutkuttava.

Ydinenergian käyttöön liittyy vahvasti hyväksyttävyys ja ennakkoluulot. Monissa maissa ydinenergian käyttöä ohjataan myös lainsäädännöllä.

teksti Petri Sallinen / Scanstockphoto