Ydinvoimalaitoksen tehonsäätö ja siihen liittyvä regulaatio

Abstract

Ydinvoima on nykypäivän sähköntuotannossa yksi keskeisimpiä tuotantomuotoja. Se tarjoaa suuren tuotantokapasiteetin sekä ympäristölle puhdasta sähköntuotantoa ilman suoria kasvihuonekaasupäästöjä. Perinteisesti laitoksia on ajettu tasakuormalla poikkeamatta tehotasoista esimerkiksi verkon vaatimuksiin. Nykypäivänä kuitenkin uusiutuvien energialähteiden osuus sähköverkossa on kasvanut niin paljon, että sään vaihteluista aiheutuvat muutokset sähköverkossa luovat insentiivin myös ydinvoimalaitoksille joustaa tuotantoaan verkon tarpeiden mukaisesti etenkin maissa, joissa ydinvoiman osuus sähköntuotannosta on suurta. Joustava ajo ei kuitenkaan ole yksinkertaista ja siihen liittyy merkittäviä laitoskohtaisia ja lainsäädännöllisiä rajoitteita.

Tässä työssä pyritään tutkimaan näitä seikkoja sekä esittelemään joustavaan ajoon liittyvää tutkimusta. Työ on laadittu kirjallisuuskatsauksena, joka nojautuu kansainvälisiin ja kansallisiin tutkimuksiin, viranomaisten ohjeisiin sekä alan kirjallisuuteen. Keskeisinä lähteinä käytettiin Kansainvälisen atomienergiajärjestön (IAEA), OECD:n ydinenergiajärjestön (NEA) ja Säteilyturvakeskuksen (STUK) julkaisuja.

Keskeisenä aiheesta tuli ilmi, että nykyiset ydinvoimalaitokset kykenevät joustavaan tehonsäätöön, mutta sen toteutus ja laajuus vaihtelevat suuresti reaktoritypin ja -sukupolven mukaan. PWR-reaktorit ovat hitaampia säätää, BWR-reaktorien nopeampi säätö rasittaa laitosrakenteita. Merkittävä tekninen haaste on myös nopeiden tehonvaihteluiden aiheuttama mekaaninen rasitus polttoainesauvoille, mikä voi johtaa polttoainejärjestelmän rakenteiden vaurioitumiseen. Taloudellisesti joustava käyttö myös rajoittaa laitoksen optimaalista sähköntuotantoa, jolloin aiheutuu suuria päivittäisiä kustannuksia. Kustannukset kuitenkin voidaan kattaa, jos sähkön markkinahinta nousee riittävästi säätöjen jälkeen. Suomessa tehonsäätöä ei säädellä yleispätevällä lailla, vaan STUK on antanut laitoskohtaiset ohjeet kullekin Suomen laitosyksikölle, mitä tulee noudattaa.

Työn tulokset antavat kokonaiskuvan ydinvoimalaitosten tehonsäätömahdollisuuksista, niihin liittyvistä teknisistä ja taloudellisista rajoitteista sekä regulaatiosta. Ne osoittavat, että ydinvoima voi hyvin toimia joustavana osana verkkoa, mutta sen toteutus turvallisesti vaatii tarkkaa suunnittelua ja jatkuvaa kehitystyötä.