Neljännen sukupolven ydinvoimaloiden vertailu

Abstract

Ilmastonmuutoksen ja lisääntyvän energiantarpeen vuoksi uusia sekä kestäviä energiaratkaisuja tarvitaan. Vaikka ydinvoima on osin kiisteltykin energiantuotantomuoto, voi se toimia ratkaisuna. Tällä hetkellä on kehitteillä kuusi neljännen sukupolven ydinvoimalatyyppiä, jotka ovat turvallisempia, taloudellisesti kannattavampia ja ympäristöystävällisempiä kuin aiempien sukupolvien ydinvoimalat. Tässä työssä esitellään ja vertaillaan neljännen sukupolven ydinvoimaloita ja pohditaan, mikä olisi potentiaalisin vaihtoehto. Neljännen sukupolven ydinvoimalat ovat erittäin korkean lämpötilan reaktori (VHTR), natriumjäähdytteinen nopea reaktori (SFR), kaasujäähdytteinen nopea reaktori (GFR), lyijyjäähdytteinen nopea reaktori (LFR), ylikriittisessä paineessa toimiva vesijäähdytteinen reaktori (SCWR) ja sulasuolareaktori (MSR). VHTR käyttää korkeita lämpötiloja, mikä mahdollistaa tehokkaan tavan tuottaa sähköä tai prosessilämpöä. SFR käyttää jäähdytysaineenaan nestemäistä natriumia. GFR puolestaan käyttää jäähdytysaineenaan kaasua, yleensä heliumia. LFR on hyvin samanlainen kuin SFR, mutta se käyttää jäähdytysaineenaan lyijyä. SCWR voidaan kehittää nykyisistä vesijäähdytteisistä reaktoreista. Se käyttää jäähdytysaineenaan ylikriittistä vettä. Viimeisenä voimalatyyppinä on MSR, joka on vaihtoehdoista kunnianhimoisin. Se käyttää polttoaineenaan ja jäähdytysaineenaan sulaa suolaa. Ensimmäinen ydinvoimaloiden vertailuperiaate on polttoaine. Nopeat reaktorit käyttävät suljettua polttoainekiertoa, eli kaikki käytetty polttoaine ei mene suoraan loppusijoitukseen, vaan sitä hyödynnetään uudelleen polttoaineen valmistuksessa. Pääsääntöisesti neljännen sukupolven ydinvoimalat käyttävät polttoaineenaan uraania tai sen sekoitetta. Poikkeuksena on MSR, joka käyttää sulasuolaa polttoaineenaan. Ydinvoimaloiden kehityskohteita vertailtaessa materiaalien kehitys nousee kaikilla ydinvoimalatyypeillä esiin. Hyvien turvallisuusominaisuuksien lisäksi ydinvoimaloilla on vielä riskejä, jotka niiden tulee selättää tai pienentää. Käytettävät polttoaineet sekä vallitsevat olosuhteet aiheuttavat voimaloiden rakenteisiin korroosiota, mikä voi aiheuttaa vaaratilanteita. Korroosio onkin yleisin ja monelle neljännen sukupolven ydinvoimalalle suurin riski turvallisuuden kannalta. Vertailun tuloksena saadaan potentiaalisimmaksi vaihtoehdoksi sulasuolareaktori eli MSR. Sen polttoainemuoto sekä turvallisuusominaisuudet vaikuttavat kaikista potentiaalisimmilta tarkastelun perusteella. MSR:n sulasuolapolttoaine on kestävä sekä turvallinen vaihtoehto. Reaktorin edut turvallisuuden kannalta taas ovat polttoaineen jatkuva prosessointi sekä onnettomuuden sattuessa mahdollisuus tyhjentää polttoainevarasto.