Kiina käynnistää ensimmäisen ydinvoimalaitoksen yhteistuotantohankkeen AP1000-laitoksessa
Kiina on käynnistänyt ensimmäisen kaupallisen ydinvoimalaitoksensa yhteistuotantohankkeen, jossa käytetään kahta vastikään toiminnassa ollutta AP1000-reaktoria Haiyangin ydinvoimalassa 700 000 neliömetrin asuintalojen lämmittämiseen.
Shandong Nuclear Power Co. (SDNPC), joka on State Power Investment Corp:n tytäryhtiö. (SPIC) ja Haiyangin voimalan omistaja, ilmoitti 15. marraskuuta, että Shandong Haiyangin ydinenergialämmitysprojektin ensimmäinen vaihe otettiin virallisesti käyttöön.
Tiedot siitä, miten Haiyang tuottaa lämpöä, ovat epäselviä. Yleensä ydinvoiman yhteistuotantoprosessissa jäähdytysaine ottaa talteen reaktorisydämessä tapahtuvan fission vapauttaman lämpöenergian. Tämä energia muunnetaan yleensä sähköenergiaksi turbiinigeneraattorin avulla, mutta kun lämpö on osa loppukäyttöä, sitä voidaan käyttää suoraan kaukolämpöön ja -jäähdytykseen, prosessihöyryyn, suolanpoistoon, vedyn tai teräksen valmistukseen.
Haiyangin lämpöhankkeelle suunnitellaan laajaa laajennusta
Kansainvälinen atomienergiajärjestö (IAEA), joka on julkaissut tämän vuoden syyskuussa ohjeistuksen ydinenergian yhteistuotannosta, toteaa, että yhteistuotanto ei ole uusi asia, vaikka kiinnostus sitä kohtaan onkin kasvussa. Noin 43 ydinreaktoria eri puolilla maailmaa tuottaa kaukolämpöä, joista suurin osa on Itä-Euroopassa ja Venäjällä; noin 17, Japanissa, Kazakstanissa ja Yhdysvalloissa, suolaa suolanpoistoon; ja teollisia ei-sähköisiä sovelluksia on saavutettu seitsemässä reaktorissa Kanadassa, Saksassa, Intiassa ja Sveitsissä.
Kokonaisuudessaan ydinvoiman yhteistuotantohankkeista eri puolilla maailmaa on tähän mennessä kertynyt lähes 750 toimintavuoden kokemus – mikä on verrattavissa siviiliydinvoiman 17 000 reaktorivuoden kokemukseen. Nykyisin kaukolämpöä tuottavien reaktoreiden lämpöteho vaihtelee IAEA:n mukaan 5 MWth:sta 240 MWth:iin. IAEA:n mukaan hajautetun lämpötehon kokonaismäärä on noin 5 000 MWth, mikä vastaa alle 5 prosentin keskimääräistä energiavientiä. ”Tämä tarkoittaa, että vaikka reaktori toimisi yhteistuotantotilassa, reaktorin ensisijainen tuotos on edelleen sähköenergia”, se selitti.
Haiyangin hanke on tärkeä kahdesta syystä: Siinä hyödynnetään hiljattain rakennettujen kolmannen sukupolven reaktoreiden – ensimmäisten tähän mennessä valmistuneiden AP1000-reaktoreiden – energiaa, ja sen onnistuminen toimii mallina ydinenergian monipuolistamiselle ja ”puhtaan” lämpöenergian laajentamiselle Kiinassa, jossa on 45,6 GW asennettua ydinvoimakapasiteettia ja rakenteilla on vielä 11 GW.
Ensimmäisessä vaiheessa hanke tuottaa lämpöä ydinvoimalan työntekijöiden asuntolaan ja joihinkin asuinalueisiin Haiyangissa, joka on noin 658 000 asukkaan rannikkokaupunki Shandongin maakunnassa Itä-Kiinassa. Aikataulua ei ole annettu, mutta SDNPC:n mukaan myöhemmässä vaiheessa tehdään muutoksia yksiköihin 1 ja 2, jotta lämmityskapasiteettia voidaan laajentaa 30 miljoonaan neliömetriin.
SPIC puolestaan suunnittelee rakentavansa Haiyangiin vielä neljä yksikköä, mutta niissä on tarkoitus käyttää AP1000-mallin paikallista standardointia, joka tunnetaan nimellä CAP1000. Vaikka yksiköt 3 ja 4 saivat rakennusluvan joulukuussa 2015 ja rakentamisen oli määrä alkaa vuonna 2017, mitään edistystä ei ole vielä raportoitu. Haiyangin voimalan yksikkö 1 aloitti toimintansa lokakuussa 2018, ja yksikkö 2 seurasi tammikuussa sen jälkeen, kun se oli viivästynyt laitteisto-ongelmien ja Fukushiman onnettomuutta seuranneen kolmen vuoden moratorion vuoksi. Haiyangin yksiköt 1 ja 2 toimivat tällä hetkellä ”turvallisesti ja vakaasti”, SDNPC sanoi ja lisäsi, että se odottaa voimalan vuotuisen sähköntuotannon nousevan 20,6 TWh:iin vuonna 2019, mikä riittää kattamaan noin kolmanneksen Shandongin provinssin vuotuisesta asumistarpeesta.
Jos suunnitellut yksiköt valmistuvat, Shandong Haiyangin ydinenergialämmitysprojekti voisi tarjota yli 200 miljoonan neliömetrin lämmityskapasiteetin eli noin 100 kilometrin lämmityssäteen. Tämä tarkoittaa ”noin 6,62 miljoonan tonnin vuotuisia säästöjä tavanomaisen kivihiilen kulutuksessa”. Tällä hetkellä hanke säästää 23 200 tonnia hiiltä, SDNPC sanoi. Yhtiö ennustaa, että vuoteen 2030 mennessä Haiyang ja muut ”puhtaan energian lämmitysmenetelmät” voisivat korvata kaikki hiilikattilat Jiaodongin niemimaalla.
Haiyangin menestys voitaisiin ottaa käyttöön myös muilla alueilla, sanoi Shandongin maakunnan apulaiskuvernööri Ling Wen hankkeen ”tarkkailukokouksessa” ja asiantuntijaseminaarissa ”ydinenergian kokonaisvaltaisesta hyödyntämisestä”, jonka kansallinen energiahallinto (NEA) järjesti Haiyangissa 28. marraskuuta. NEA:n apulaisjohtaja Liu Baohua totesi tilaisuudessa myös, että ydinlämmityshankkeen virallinen käyttöönotto on tärkeä osa maan uutta kansallista energiavarmuusstrategiaa, jossa korostetaan ydinenergian monipuolistamista. Hän kehotti edistämään aktiivisesti hankkeesta saatujen ”arvokkaiden kokemusten” hyödyntämistä.
Kokouksessa keskusteltiin muun muassa hankkeesta, jossa ydinvoimaa voitaisiin soveltaa meriveden suolanpoistoon. SDNPC ilmoitti 12. lokakuuta kumppanuudesta Haiyangin kunnanhallituksen ja Zhonglian Energyn kanssa ydinlämmitys- ja suolanpoistohankkeita varten. Ilmoituksen mukaan kumppanit ovat jo tehneet toteutettavuustutkimuksen laajamittaisesta suolanpoiston esittelyhankkeesta.
Tilaisuudessa olleet virkamiehet totesivat myös, että lämmityshanke ei lisää SPIC:n taloudellista taakkaa. Yksityiskohdat kustannuksista ovat myös epäselviä. IAEA:n mukaan lämmönsiirto ja -jakelu edellyttävät tyypillisesti alkuinvestointia, mutta se huomauttaa, että ”monissa tapauksissa tuloksena on halvempaa energiaa kuluttajalle”. Se lisää: ”Kuoletusten jälkeen ydinreaktorin hukkalämpö on halvin lämmön muoto.”
Miksi ydinvoiman yhteistuotanto on juuri nyt niin kuumaa
IAEA laati ohjeellisen raporttinsa sen perusteella, että kiinnostus ydinvoiman sähkön ja lämmön yhteistuotantoon on kasvanut voimakkaasti – sekä nykyisten tuottajien että pienten ja keskisuurten reaktoreiden (300 megawatin ja 700 megawatin välillä olevien reaktoreiden kehittäjien taholta – joidenkin keskeisten etujen vuoksi.
Ensisijainen niistä on se, että yhteistuotanto ottaa talteen hukkalämmön – ja se voi nostaa ydinvoimalan energiatehokkuuden 80 prosenttiin. ”Tyypillinen hyötysuhde lämmön muuntamisessa sähköksi on 33 prosenttia. Näin ollen noin kaksi kolmasosaa fissioenergiasta päätyy ilmakehän tai jäähdytysveden lämmittämiseen”, selitetään. ”Yhteistuotanto mahdollistaa hukkalämmön osittaisen tai jopa koko hukkalämmön hyödyntämisen.” Tämä voisi tarjota ydinenergian tuottajille potentiaalisesti tuottoisan tulonlähteen, laajemman asiakaskunnan ja parempaa joustavuutta, koska sen avulla voidaan vaihtaa näiden kahden tuotoksen välillä markkinasignaalien ja kysynnän mukaan.
Jopa toinen etu, jota IAEA korostaa, on se, että yhteistuotanto voisi vähentää ydinjätteen määrää, ja se toteaa: ”Suuremman energiamäärän hyödyntäminen fissiota kohti yhteistuotantomuodossa … vähentää tuotetun jätteen määrää energiayksikköä kohti”.
Merkittävää on, että IAEA toteaa, että ydinvoimalaitoksen turvallisuus ei riipu yhteistuotantolämpölaitoksen toiminnallisesta suorituskyvystä, mutta se huomauttaa, että ”mahdollinen radioaktiivisuuden siirtyminen järjestelmän kautta päälämmönsiirtolinjaan asti” on erityinen huolenaihe. ”Hyvä käytännön keino estää radioaktiivisen kontaminaation pääsy esimerkiksi lämmönsiirtojärjestelmään on eristää reaktorin primäärisilmukka fyysisesti pääsiirtolinjasta”, se neuvoo. ”Tämä tehdään ilmeisesti painevesireaktorissa (PWR), koska sekundäärisilmukka on jo eristetty suljettu silmukkajärjestelmä, joka toimii esteenä epäpuhtauksille. Kiehutusvesireaktorissa (BWR) tarvittaisiin kuitenkin ylimääräinen vesikierto turbiinin ulostulossa olevan lämmönvaihtimen/lauhduttimen ja päälämmönsiirtolinjan (MHT) väliin.”
IAEA toteaa kuitenkin, että toistaiseksi ydinlämpöä käyttävissä kaukolämpöjärjestelmissä ”ei ole havaittu mitään merkittävää ongelmaa, joka liittyisi lämmön talteenottoon ydinvoimalasta”. Esteitä kohtaavat yleensä vanhemmat järjestelmät, jotka voivat kärsiä suurista lämpöhäviöistä tuotannossa, kuljetuksessa, jakelussa ja loppukäytössä. Raportissa todetaan kuitenkin, että yhteistuotantoa voidaan lisätä olemassa oleviin laitoksiin, ja sen arvion mukaan olemassa oleva laitos voisi saada kustannuksensa takaisin viidessä vuodessa, jos se muutetaan kaukolämmön tuotantoon, riippuen laitospaikasta, reaktorityypistä ja loppukäyttäjien läheisyydestä. Yleisesti ottaen ”ydinvoiman lämpöä voidaan toimittaa kuuman veden muodossa jopa 150 kilometrin päähän kilpailukykyisin kustannuksin ja alle kahden prosentin tappiolla”, todetaan raportissa.
Kertomuksessa todetaan kuitenkin, että yhteistuotanto on houkuttelevampaa uusissa pienissä ja keskisuurissa ydinreaktoreissa, koska näissä reaktoreissa on parannettuja turvallisuusominaisuuksia, ne vaativat usein pienemmät investoinnit, niihin kohdistuu pienempiä taloudellisia riskejä ja ne voidaan sijoittaa helpommin lähemmäs lopullisia loppukäyttäjiä.
Kevytvesireaktorit soveltuvat ehkä parhaiten kaukolämpöön ja suolanpoistoon niiden alhaisen käyttölämpötila-alueen vuoksi, kun taas lyijyjäähdytteiset nopeat reaktorit (550 C), sulasuolareaktorit (700 C-800 C), kaasujäähdytteiset nopeat reaktorit (850 C) ja erittäin korkean lämpötilan reaktorit (900 C-1000 C) soveltuvat paremmin teollisuuden prosessilämmöntuotantoon ja vedyn tuotantoon sekä suolanpoistoon ja kaukolämpöön, kun niitä käytetään sähkön ja lämmön yhteistuotantojärjestelminä, todetaan.
Mahdollisten muiden kuin sähköisten sovellusten valikoima, joita ydinvoiman yhteistuotantolaitokset voisivat hyödyntää, on myös laaja. Näitä ovat muun muassa korkean lämpötilan höyryn tuotanto teollisuusprosesseja ja vedyn tuotantoa varten. Ne voisivat ”ensinnäkin parantaa heikkolaatuisia öljyvaroja, kuten öljyhiekkaa, ja samalla kompensoida metaanin höyryreformointiin liittyviä hiilidioksidipäästöjä; toiseksi tukea biomassaan, hiileen tai muihin hiililähteisiin perustuvien synteettisten nestemäisten polttoaineiden laajamittaista tuotantoa; ja kolmanneksi toimia suoraan ajoneuvojen polttoaineena, todennäköisesti polttokennoja käyttäen”, IAEA sanoo. Virasto toteaa, että se on ryhtynyt toimiin auttaakseen jäsenvaltioita tutkimaan näitä mahdollisuuksia perusteellisesti.
-Sonal Patel on POWERin vanhempi apulaistoimittaja (@sonalcpatel, @POWERmagazine)
.