Ydin- ja aurinkoenergian yhteistuotanto: Pienen modulaarisen kevytvesireaktorin yhdistäminen keskittävään aurinkovoimaan

Abstract

Pienellä modulaarisella ydinreaktorilla (SMR) tarkoitetaan alle 300 MW:n teholla toimivaa ydinreaktoria. SMR:ien modulaarisen rakenteen vuoksi niillä on hyvät mahdollisuudet sarjatuotantoon ja nopeaan kokoamiseen ja käyttöönottoon. Suurin osa nykyisistä pienydinreaktoreista – kuten myös perinteisistä suuremmista ydinvoimalareaktoreista – ovat malliltaan kevytvesireaktoreita, jotka toimivat melko alhaisissa lämpötiloissa ja paineissa, mikä johtaa niiden alhaiseen käyttöhyötysuhteeseen.

Keskitettävä aurinkovoima (CSP) on auringon säteilyenergiaa keräävä sähkön- tai lämmöntuotantotekniikka. CSP-laitoksessa auringonvalo heijastetaan erilaisten linssien tai peilien avulla vastaanottimeen ja saadaan otettua talteen laitoksessa käytettävään TES-lämmönvarastointijärjestelmään. Kuten muissakin aurinkoenergiajärjestelmissä, myös CSP:ssä suurin ongelma sen lisäämisessä suurella kapasiteetilla sähköverkon infrastruktuuriin on auringon säteilyenergian sääriippuvuus ja siitä aiheutuva tuotannon katkonaisuus.

Työn tarkoituksena on selvittää, millaisia mahdollisuuksia olisi yhdistää edellä mainitut energiantuotantomuodot hybridijärjestelmäksi. Tällainen laitos tarkoittaa ydin- ja aurinkoenergian yhdistettyä energiantuotantoa, jolla pyritään hyödyntämään molempien tuotantomuotojen vahvuuksia ja pienentämään heikkouksien vaikutusta. Ydin- ja aurinkoenergian hybridilaitoksessa ydinreaktorihöyry tulistetaan korkeampaan lämpötilaan CSP-laitoksella kerätyn ja varastoidun lämpöenergian avulla ja näin saavutetaan korkeampi hyötysuhde kuin itsenäisesti toimivalla ydinreaktorilla. Ydin- ja aurinkoenergian yhdistäminen toimivaksi hybridijärjestelmäksi vähentää kokonaislaitoksen sääriippuvuutta verrattuna itsenäiseen CSP-laitokseen ja lisää täten mahdollisuuksia kasvattaa aurinkosähkön kapasiteettia energiajärjestelmässämme.

Tässä kandidaatintyössä selvitetään, millaisia mahdollisuuksia tällaisella ydin- ja aurinkoenergian hybridilaitoksella voisi käytännössä olla: millaisia hyöty- ja haittapuolia voisi ilmetä, millaisia vaikutuksia erilaisilla valinnoilla laitoksen suunnittelu- ja käyttöönottovaiheessa on laitoksen tehoon ja kuinka kyseiset energiantuotantomuodot voivat täydentää toisiaan.

Ydin- ja aurinkoenergian yhteistoiminta eli hybridisaatio on vielä melko vähän tutkittu aihe, mikä tarkoittaa, että lähdetietoja on vain rajoitetusti saatavilla ja kaikki työssä esitetyt mahdollisuudet ja teoriat ovat teoreettisen tutkimuksen tulosta. On kuitenkin olemassa myös konkreettisia suunnitelmia yhdistää ydin- ja aurinkoenergia hybridijärjestelmäksi mahdollisimman korkean lämpöhyötysuhteen saavuttamiseksi. Kirjallisuuskatsauksen perusteella todetaan, että kevytvesireaktorin alhainen hyötysuhde voidaan parantaa käyttämällä CSP-laitoksen keräämää lämpöenergiaa ydinreaktorihöyryn lisätulistukseen.

Tämä kandidaatintyö on toteutettu kirjallisuuskatsauksena ja työssä käytetyt lähteet ovat erilaisia tieteellisiä artikkeleita, oppikirjoja ja yritysten raportteja.