.png?width=1278&height=853&name=Medium%20Screen%2072%20DPI-Vattenfall_Horns_rev_3_wind_farm_7613%20(1).png)
Mitä energiasiirtymällä tarkoitetaan? Viime aikoihin asti energiasiirtymän keskiössä ovat olleet uusiutuvat energialähteet, mutta nyt on otettu askel kohti fossiilivapautta myös muilla aloilla.
Alta voit lukea kaiken, mitä tarvitsee tietää energiasiirtymästä sekä energiatekniikan projekteista, jotka mahdollistavat energiasiirtymän.
Luku 1
Siirtyminen fossiilivapaaseen yhteiskuntaan on yksi suurimmista haasteista, koska fossiilisten polttoaineiden käyttö tuottaa maan keskilämpötilaan kielteisesti vaikuttavia kasvihuonekaasuja.
Energiasiirtymä-termiä käytetään kuvaamaan siirtymää nykyisestä fossiilipolttoainevaltaisesta yhteiskunnasta yhteiskuntaan, joka on vapaa fossiilisista polttoaineista kuten hiilestä ja öljystä ja jossa luotetaan uusiutuviin energialähteisiin kuten tuuli-, vesi- ja aurinkovoimaan.
Fossiiliset polttoaineet ovat olleet tärkeässä roolissa kehityksessämme. Länsimainen maailma on rakentanut yhteiskuntia ja kasvattanut hyvinvointia öljyn, hiilen ja kaasun avulla 1800-luvun suuren teollistumisen jälkeen. Ratkaisut, jotka aikoinaan katsottiin erinomaisiksi, ovat tulleet kalliiksi elämää uhkaavan ilmastonmuutoksen, ympäristön tuhoamisen ja negatiivisten terveysvaikutusten muodossa. Nyt huomio on suunnattu energiasiirtymään, jotta kasvihuonekaasupäästöjen aiheuttamaa kielteistä vaikutusta ilmastoon voidaan hidastaa.
Suomessa astui vuonna 2015 voimaan ilmastolaki, joka päivitettiin 2022. Ilmastolaki luo pohjan Suomen kansalliselle ilmastotyölle. Laki edellyttää, että Suomen kasvihuonekaasupäästöt vähenevät vuoden 1990 tasosta 60 prosenttia vuoteen 2030 mennessä, 80 prosenttia vuoteen 2040 mennessä ja 90-95 prosenttia vuoteen 2050 mennessä. Lisäksi ilmastolakiin on kirjattu Suomen tavoite olla hiilineutraali vuonna 2035 ja hiilinegatiivinen tämän jälkeen.
Teollisuudessa ja kuljetussektorilla on meneillään useita projekteja nykyisten fossiilisten polttoaineiden käytön lopettamiseksi. Sähköistäminen on ainoa vaihtoehto, joka suuremmassa mittakaavassa voi korvata fossiiliset polttoaineet energiavaltaisissa prosesseissa. Alempana käymme läpi joitakin näistä projekteista.
Lue lisää sähköistyksestä ja tulevaisuuden energiamarkkinoista:
>Jos emme onnistu sähköistämisessä, emme onnistu siirtymässä vähähiiliseen yhteiskuntaan
Luku 2
Turvallisen tulevaisuuden luomiseksi meille kaikille ja planeetallemme meidän on siirryttävä fossiilivapaaseen energiaan ja lopetettava fossiilisten polttoaineiden, kuten hiilen, öljyn ja kaasun käyttö. Investoinnit uusiutuvaan energiaan, energiatehokkuuteen ja kuljetussektorin sähköistämiseen viitoittavat tietä ilmastoneutraalin yhteiskunnan rakentamiseksi.
Luku 4
Yhä useammat yritykset pyrkivät hiili- tai ilmastoneutraaliuteen. Mitä se käytännössä tarkoittaa?
Yleisesti hiilineutraaliudella (carbon neutrality) tarkoitetaan sitä, että tuotetaan vain sen verran hiilidioksidipäästöjä kuin niitä pystytään sitomaan.
Usein hiilineutraalisuuteen liittyy paitsi päästöjen vähentäminen toiminnan energiatehokkuutta parantamalla myös jäljelle jäävien päästöjen kompensointi erilaisin keinoin, kuten päästömaksujen ja ympäristön tilaa parantavien investointien avulla.
Joissakin yhteyksissä samasta asiasta puhuttaessa käytetään myös termiä ilmastoneutraalisuus (climate neutrality), jolla halutaan korostaa myös muiden kasvihuonekaasujen kuin hiilidioksidin ilmastovaikutuksen huomioimista.
Käytännössä näitä termejä käytetään kuitenkin usein synonyymeinä,
ja hiilineutraalisuus on kirjallisuudessa ja yleiskielessä yleisemmin käytetty.
Suomi on ilmoittanut tavoittelevansa hiilineutraaliutta vuoteen 2035 mennessä. Tämä tarkoittaa, että voimme päästää ilmaan hiilidioksidia vain sen verran kuin hiilinielumme, kuten metsät ja suot, sitovat.
Lue yrityksestä, joka on ottanut askeleen kohti ilmastoneutraaliutta:
> Koko arvoketju tärkeä Boschille
Luku 5
Vedyllä on suuri merkitys pohdittaessa vaihtoehtoja hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi. Vetyä voidaan tuottaa täysin fossiilivapaasti, mutta toistaiseksi tietyt haasteet ovat edelleen olemassa.
Vetyä voidaan käyttää moniin eri tarkoituksiin – ajoneuvojen polttoaineena, syöttämällä sitä maakaasuverkkoon tai teollisten prosessien raaka-aineena jalostamoissa, terästehtaissa, lannoitteiden tuotannossa ja monilla muilla toimialoilla. Keskipitkällä aikavälillä vetyä voidaan käyttää sekä nestemäisten polttoaineiden synteesiin että polttoaineena voimalaitoksissa.
Vedyn valmistaminen on suhteellisen yksinkertainen prosessi, jossa käytetään vettä ja sähköä. Elektrolyysilaitteistossa vesi jaetaan vedyksi ja hapeksi. Niin sanotuilla polttokennoilla vedyn kemiallinen energia muunnetaan sähköksi. Kun vety ja happi muunnetaan polttokennoissa, syntyy ainoastaan tavallista vettä. Koska vedyn tuottamiseen tarvitaan suuri määrä sähköä, on erittäin tärkeää, että käytetty sähkö on fossiilivapaata.
Tällä hetkellä sähkön käyttäminen vedyn valmistamiseen tulee hyvin kalliiksi. Teknologian on siis kehityttävä, ja edellytykset tähän ovat hyvät.
Lue lisää Viisi kysymystä vetytaloudesta Suomessa - asiantuntija vastaa
Luku 6
Teräksellä on tärkeä rooli nykyaikaisessa yhteiskunnassa, ja teräksen kysynnän odotetaan kasvavan maailman väestömäärän noustessa. Teräksentuotanto aiheuttaa kuitenkin merkittäviä hiilidioksidipäästöjä. Terästeollisuuden osuus globaaleista hiilidioksidipäästöistä on noin 7 prosenttia. Nämä päästöt on saatava pienemmiksi, jotta voisimme hillitä ilmastonmuutosta.
HYBRIT on SSAB:n, LKAB:n ja Vattenfallin yhteinen hanke, jonka tavoitteena on ottaa käyttöön fossiilivapaa teräksentuotantoprosessi vuoteen 2035 mennessä. HYBRIT tulee sanoista Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology. Tämä on suurin muutos teräksentuotannossa yli 1000 vuoteen, ja saattaa poistaa terästeollisuuden päästöt lähes kokonaan.
Vuonna 2016 Vattenfall, SSAB ja LKAB käynnistivät HYBRIT-teollisuushankkeen, ja seuraavana kesänä nämä kolme yhtiötä perustivat yhteisyrityksen. Tavoitteena on saavuttaa fossiilivapaa teräksentuotantoprosessi vuoteen 2035 mennessä. Se tarkoittaa, että perinteisesti teräksentuotannossa käytettävät hiili ja koksi korvataan vedyllä. Näin teräksenvalmistusprosessissa syntyy vettä hiilidioksidin sijaan. Tuloksena on fossiilivapaa teräksenvalmistustekniikka, joka ei käytännössä aiheuta lainkaan hiilidioksidipäästöjä.
Masuuni on perinteisesti ollut rautatehtaan sydän ja se on ollut valtamenetelmä raudan valmistuksessa. Perinteisessä prosessissa raudasta ja hapesta koostuva rautamalmi muutetaan pelkäksi raudaksi poistamalla happi rautamalmista masuuneissa. Masuuneissa rautamalmiin lisätään hiiltä, joka toimii "liimana" ja johon happi tarttuu ja muodostaa hiilidioksidia. Raudan lisäksi prosessista muodostuu paljon hiilidioksidia.
HYBRIT-menetelmässä ”liimana” käytetään vetyä koksin ja hiilen sijaan. Tuloksena on vettä hiilidioksidin sijaan. Käytettävä vety valmistetaan fossiilivapaalla sähköllä.
Vetyä voidaan helposti tuottaa vedestä ja sähköstä elektrolyysilaitoksessa ja sitä voidaan käyttää moniin eri tarkoituksiin – ajoneuvojen polttoaineena, maakaasuverkossa tai raakamateriaalina teollisissa prosesseissa jalostamoissa, terästehtaissa, lannoitetuotannossa ja monilla muilla aloilla. Keskipitkällä aikavälillä sitä voidaan käyttää sekä vetypohjaisena synteettisenä polttoaineena että voimalaitosten polttoaineena.
2016 - 2017 Ennakkotutkimukset
Vuonna 2016 käynnistettiin esitutkimus, jonka tarkoituksena oli valmistella tutkimusprojektin perusdataa. Vuoden 2018 alussa tutkimusvaihe päättyi ja tutkimus esiteltiin.
2018-2024 Toteutettavuustutkimus ja pilottilaitoskokeilut
Kaksi pilottilaitosta, toinen Luulajaan ja toinen Malmbergetiin, rakennetaan uraauurtavan tekniikan kehittämiseksi.
Ensi vaiheessa on tarkoitus verifioida pienimuotoisissa laboratoriokokeissa saadut tulokset mittakaavassa, joka vastaa pitkälti tulevaa teollista prosessia. Se on edellytys, jotta paremmin ymmärretään, mitä tapahtuu yhteenkytketyssä teollisessa järjestelmässä ja miten tehokas tuotantoprosessi luodaan.
Yhdessä laitosyksikössä tutkitaan metodeja, joilla valmistetaan terästä vedyn avulla kivihiilen sijaan. Tämäntyyppinen prosessi on ilmaston kannalta suotuisa, koska prosessissa syntyy vesihöyryä hiilidioksidin sijaan. Vedyn valmistuksessa tarvitaan puolestaan merkittäviä määriä sähköä, ja tässä Vattenfallin asiantuntemus astuu kuvaan.
Toisessa pilottiyksikössä on tarkoitus kehittää fossiilivapaa tekniikka rautamalmipellettien tuottamiseksi mahdollisimman ilmastofiksulla tavalla.
Pilottivaiheen on suunniteltu päättyvän vuonna 2024.
2025 - 2035 Demonstraatiovaihe
Testejä suoritetaan kymmenen vuoden ajan demonstraatiolaitoksessa. Vuoden 2035 tavoitteena on, että teräksen tuotanto on toiminnassa ja kaupallisesti kannattavaa.
Investoinnit nousevat 1,4 miljardiin kruunuun. Suurimmasta osasta rahoitusta vastaa HYBRIT-hankkeen kolme partneriyritystä. Ruotsin energiaviranomaiset ovat myöntäneet projektille 528 miljardin kruunun tuen, mikä on suurin viranomaissatsaus kautta aikojen.
Lue lisää HYBRIT-hankkeesta:
> Fossiilittoman terästuotannon yhteistyö etenee suunnitelmien mukaan
> Fossiilivapaa teräs vaatii nopeaa lupakäsittelyä
-2-1.png?width=1240&height=568&name=Medium%20Screen%2072%20DPI-Vattenfall_aviation_aeral_view_airplane_224698511%20(1)-2-1.png)
Luku 8
Lentoliikenteen osuus maailman hiilidioksidipäästöistä on 2-3 prosenttia. Siksi fossiilittoman polttoaineen kehittäminen on tärkeää energiasiirtymälle ja lentoteollisuudelle. Vattenfall on aloittanut yhteistyön SAS:n, Shellin ja LanzaTechin kanssa tutkiakseen mahdollisuutta kehittää synteettistä sähköpolttoainetta.
Synteettinen sähköpolttoaine on kestävän lentopolttoaineen, SAF (Sustainable Aviation Fuel), muunnos. Synteettisen sähköpolttoaineen tuotannossa käytetään ainoastaan fossiilitonta sähköä, vettä ja kierrätettyä hiilidioksidia.
Lentopäästöt alemmas sähköpolttoaineen avulla
Uusi teknologia vähentää lentoliikenteen päästöjä merkittävästi
Luku 10
Pienet modulaariset ydinreaktorit voivat olla ratkaisevia tulevaisuuden puhtaan energian järjestelmän turvaamisessa, kansainvälisen energianeuvoston IEA:n mukaan. Ydinvoima tuottaa energiaa, mutta tarjoaa myös tärkeitä sähköjärjestelmän palveluita olemalla suunniteltava ja säädeltävä energiamuoto.
SMR eroaa nykyisistä suurista ydinvoimaloista pääasiassa kooltaan. Siinä missä perinteinen ydinreaktori tuottaa 1 000–1 500 megawattia, MW, yksikköä kohden, SMR tuottaa suuruusluokaltaan 50–300 MW. Pienemmän koon myötä myös investointikustannukset ovat huomattavasti alhaisemmat ja laitoksen sijoittaminen on joustavampaa. SMR voidaan esimerkiksi asentaa suoraan terästehtaan, vetytehtaan tai akkuvalmistajan yhteyteen. Turvallisuus on myös erilaista. Toisin kuin nykyisissä suurissa reaktoreissa, SMR:llä on niin kutsuttu passiivinen turvajärjestelmä. Jos tapahtuu onnettomuus, reaktori jäähdyttää itsensä ilman ulkoista sähkönsyöttöä.
SMR käsittää eri teknologioita, joilla on vaihteleva tekninen kypsyysaste. Osa on kehitysvaiheessa, mutta on olemassa myös täysin kehitettyjä teknologioita, jotka muistuttavat nykyisiä kevytvesireaktoreita pienemmässä mittakaavassa. Useissa maissa teknologia on valmis toteutettavaksi, ja Venäjällä on jo yksi SMR-reaktori käytössä. Vattenfall on vähemmistöosakkaana virolaisessa Fermi Energia -yhtiössä, joka tähtää SMR-reaktorien rakentamisen aloittamiseen vuonna 2030.
Lue lisää:
> Tulevaisuuden pienet ydinreaktorit ovat jo täällä
> SMR lisää tuuli- ja aurinkoenergian käyttömahdollisuuksia
> Tärkeä askel kohti uutta ydinvoimaa Ruotsissa
.png?width=1240&height=828&name=Medium%20Screen%2072%20DPI-Vattenfall_Horns_rev_3_wind_farm_7613%20(1).png)
Luku 11
Tanskan vesille pystytetyissä uusissa tuulivoimaloissa roottorin halkaisija on vaikuttavat 167 metriä. Ne ”piirtävät” ilmaan ympyrän, joka on 18 prosenttia toimittajan aiempien voimaloiden siipiväliä suurempi. Tämä kokoero vastaa lähes puolen jalkapallokentän pinta-alaa. Jos haluat tietää lisää Kriegers Flakista, lue tämä artikkelimme.
Näissä tuulivoimapuistoissa alkaa vuosien 2020 ja 2022 välillä pyöriä yhteensä 113 uutta tuulivoimalaa, ja yhdessä Horns Rev 3 -tuulivoimapuiston kanssa, jota Vattenfall rakentaa parhaillaan Pohjanmerellä, nämä kolme puistoa tulevat tuottamaan lähes 1 400 MW uutta uusiutuvaa kapasiteettia. Niiden energiantuotanto vastaa sähkömäärää, joka riittää lähes 1,5 miljoonan kotitalouden energiankulutuksen kattamiseen.
Vattenfall investoi yhteensä yli 20 miljardia Tanskan kruunua kiihdyttääkseen kestävän energiantuotannon kehitystä Tanskassa vuoteen 2022 mennessä. Energia-alan organisaation Dansk Energin mukaan tuulivoima tulee muutaman vuoden kuluttua kattamaan 60 prosenttia Tanskan sähkönkulutuksesta. Se on merkittävä lisäys vuoden 2017 tilanteeseen, jolloin lukema oli 45 prosenttia.
Tuulivoimalat muuntavat tuulen sähköksi. Ne sijoitetaan usein ryhmiin, ns. tuulivoimapuistoihin, joko maalle tai avomerelle. Tuuli pyörittää turbiinin lapoja ja napaa, jotka muodostavat roottorin. Turbiiniakseli on kytketty tornin yläosassa olevaan generaattoriin. Roottorin ja generaattorin välissä on tavallisesti vaihdelaatikko, joka muuntaa roottorin hitaan pyörimisnopeuden generaattorille suotuisaksi, suuremmaksi pyörimisnopeudeksi.
Automaattisen järjestelmän ansiosta turbiini kääntyy tuulen suuntaan. Näin tuulta voidaan hyödyntää tuulensuunnasta riippumatta. Roottorin lavat valmistetaan yleisimmin hyvin kestävästä lasikuituvahvistetusta muovista ja joskus myös vahvistetusta hiilikuidusta. Roottorin siivissä on sisäänrakennettu salamasuoja (UV-valo).
Suuri tuulivoimapuisto voi koostua useasta sadasta yksittäisestä tuuliturbiinista, jotka kytketään yhteen sähkönsiirtojärjestelmään. Tuulivoimapuiston turbiinien etäisyyden on oltava 4–10 roottorinhalkaisijaa, tuuliolosuhteista riippuen. Tällä tavoin minimoidaan tehohävikit.
Merellä sijaitsevat tuulivoimalaitokset on liitetty sisäisellä verkolla offshore -muuntaja-asemaan, jossa jännitettä kasvatetaan sähkön siirron tehostamiseksi pitkien etäisyyksien päähän. Muuntaja-asemasta sähkö johdetaan maalla sijaitsevaan käyttökeskukseen ja siitä edelleen sähköverkkoon.
Kun ei tuule tai tuulee liian kovaa, tuulivoimalat eivät tuota sähköä. Tuulennopeuden kasvaessa (noin 4 m/s), turbiini käynnistyy automaattisesti. Täysi teho saavutetaan, kun tuulen nopeus on noin 12–14 metriä sekunnissa. Voimakkaalla tuulella (yli 25 m/s) turbiini pysäytetään tarpeettoman kulumisen ehkäisemiseksi.
Jotta tuulivoimapuisto olisi kannattava, vaaditaan hyvät tuuliolosuhteet. Kun mahdollinen sijoituspaikka on löydetty, tehdään perusteellinen tutkimus maantieteellisestä alueesta, olemassa olevista teistä, sähköverkoista, asuinrakennusten läheisyydestä, kasvistosta ja eläimistöstä sekä mahdollisista alueista, joihin on rajoitettu pääsy. Joskus paikallisten asukkaiden hyväksynnän saaminen uuden tuulivoimapuiston rakentamiselle voi olla kaikkein suurin haaste.
Tutkimus- ja kehitystyö suuntautuu lähinnä tuulivoimapuistojen optimointiin ja niiden luotettavuuden, ympäristöystävällisyyden ja käyttöasteen parantamiseen.
Tekniikka on kehittynyt suuresti sen jälkeen, kun ensimmäiset tuulivoimalat rakennettiin 1970-luvun lopussa. Nykyisin siivet ovat 16 kertaa suurempia ja tuulivoimapuistot tuottavat 100 kertaa enemmän sähköä.
Yhtenä syy turbiinien koon kasvuun on tuulivoimatuotannon suuntautuminen yhä enemmän merelle. Merelle rakentamisen etuna on, että merellä tuulee enemmän ja ristiriidat paikallisten asukkaiden kanssa ovat vältettävissä.
Tutkimus- ja kehitystyö suuntautuu lähinnä tuulivoimapuistojen optimointiin ja niiden luotettavuuden ja kustannustehokkuuden parantamiseen. On myös projekteja, joissa pyritään vähentämään tuulivoimalaitosten riippuvuutta huollosta ja helpottamaan asennusta. Huollon ja tietojenkäsittelyn standardisointi ja digitalisointi tulee myös olemaan tärkeää.
Tärkeänä haasteena on tehdä tuulivoimaloista luotettavia. Tuuliturbiinin käyttöaika on noin 20 vuotta, ja ollakseen kannattava sen pitää tuottaa sähköä suurimman osan tästä ajasta. Kaikki häiriöt pitää minimoida. Kaikki korjaukset ja vaihdot vähentävät käyttöaikaa ja vaikuttavat suoraan kannattavuuteen.
Laaja tutkimus kohdistuu myös tulevaisuuden sähköverkkoihin, sillä lisääntynyt sähköntuotanto tuulivoimalla asettaa uusia vaatimuksia verkolle. Tuulivoimapuistojen rakentaminen ja käyttö edellyttävät erittäin korkeiden turvallisuusstandardien noudattamista.
Luku 12
Ydinvoimalassa syntyy energiaa atomiytimen haljetessa. Prosessia kutsutaan fissioksi, ja se lämmittää vettä, jolloin muodostuu höyryä. Höyry pyörittää turbiinia, joka puolestaan käyttää sähköä tuottavaa generaattoria.
Fissio tapahtuu reaktorissa. Prosessin aikana uraaniatomiytimet halkeavat atomiin törmäävien neutronien aiheuttamana. Kun atomiydin halkeaa, se lähettää liikkeelle uusia neutroneja, jotka voivat halkaista uusia atomiytimiä. Näin syntyy ketjureaktio.
Ydinpolttoaineena käytetään yleensä uraanin isotooppia U-235. Prosessin hallitsemiseksi käytetään erityyppisiä säätösauvoja vapautuvien neutronien absorboimiseksi siten, että fission vauhti hidastuu tai fissio keskeytyy kokonaan.
Ydinreaktorityyppejä on useita, mutta yleisimpiä ovat painevesi- ja kiehutusvesireaktorit.
Reaktori sisältää vettä ja uraania. Kun uraaniatomit hajoavat, vesi lämpenee 325 °C:een. Korkeaa painetta reaktorin sisällä säädellään paineastian avulla, ja se estää veden kiehumisen.
Reaktorista lämmin vesi siirretään höyrygeneraattoriin, joka on suuri lämmönvaihdin. Höyryä muodostuu, koska paine on täällä pienempi, ja höyry johdetaan seuraavaksi turbiiniin. Höyryn paine saa turbiinin siivet pyörimään. Turbiini käyttää sähköä tuottavaa generaattoria. Sen jälkeen höyry johdetaan lauhduttimeen, joka koostuu lukuisista pienistä putkista. Putkien läpi pumpataan merivettä, ja kohdatessaan kylmät putket höyry kondensoituu ja muuttuu jälleen vedeksi. Merivesi pumpataan takaisin mereen, missä se on keskimäärin 10 °C lämpimämpää kuin lauhduttimeen mennessään.
Vesi pumpataan höyrygeneraattorista takaisin reaktoriin, missä se jälleen lämpiää. Vesi kiertää reaktorissa siis suljetussa kierrossa siten, että höyrygeneraattorin vesi tai jäähdytykseen käytettävä merivesi eivät kumpikaan joudu kosketuksiin reaktorin sisällä olevan veden kanssa.
Reaktori sisältää vettä ja uraania. Uraaniatomien haljetessa vapautuu energiaa, joka saa reaktoriastiassa olevan veden kiehumaan ja höyrystymään. Höyry johdetaan edelleen turbiiniin. Höyryn paineen johdosta turbiinin siivet alkavat pyöriä. Turbiini käyttää höyrygeneraattoria, joka tuottaa sähköä. Sähkö kuljetetaan voimajohtoja pitkin käyttäjille.
Kun höyryn energia on siirtynyt turbiiniin, se siirretään edelleen lauhduttimeen, joka koostuu ohuista putkista. Putkien läpi pumpataan merivettä, ja kun höyry kohtaa putken ulkopinnan, se jäähtyy ja kondensoituu, eli siitä tulee vettä. Merivesi pumpataan takaisin veteen, missä se on 10 °C lämpimämpää kuin silloin, kun se otettiin sisään.
Lauhduttimesta tuleva vesi pumpataan takaisin reaktoriin, missä se jälleen lämpiää, jolloin alkaa uusi kierto. Reaktorijärjestelmässä oleva vesi muodostaa suljetun kiertokulun, eikä merestä otettava jäähdytysvesi siksi joudu koskaan kosketuksiin reaktorista peräisin olevan höyryn kanssa.
Fissioprosessin aikana reaktorissa syntyy ionisoivaa säteilyä. Jotta säteilystä ja radioaktiivisista aineista ei aiheutuisi haittoja ympäristölle, voimaloissa on käytössä useita toisistaan riippumattomia esteitä ja turvajärjestelmiä.
Itse polttoaine on yksi este, koska keraamiset uraanipelletit liukenevat heikosti veteen ja ilmaan (verrattuna siihen, että veteen liuotettaisiin tiiliskivi). Se myös sitoo radioaktiivisia aineita. Pelletit sulavat vasta 2 800 °C:n lämpötilassa.
Uraanipelletit on suljettu kapseliputkiin, jotka on valmistettu zirkaloy-nimisestä metalliseoksesta, jolla on hyvin reaktorikäyttöön sopivat ominaisuudet. Putket ovat täysin kaasutiiviitä.
Kolmannen esteen muodostavat reaktoriastia ja siihen kuuluva putkisto. Reaktoriastia on valmistettu 15 - 20 cm paksusta teräksestä ja painaa noin 400 tonnia.
Reaktoria ympäröi reaktorin suojarakenne, joka muodostuu metrin paksuisesta betonista ja valetusta, kaasunpitävästä teräslevystä.
Viides este on itse rakennus, joka on rakennettu kestämään suuria voimia sekä sisältä että ulkoa päin.
Esteiden lisäksi käytössä on useita turvajärjestelmiä reaktorin sydämen jäähdyttämiseksi ja radioaktiivisten aineiden leviämisen estämiseksi.
Vaikka kaikki turvajärjestelmät lakkaisivat toimimasta, radioaktiivisuus ei saa levitä ympäristöön. Siksi käytössä on erikoissuodattimia, jotka huolehtivat vähintään 99,9 prosentista radioaktiivisia aineita.
Jos paine reaktorikuoren sisällä nousee liian suureksi, joudutaan ehkä päästämään kaasuja ja höyryjä suodattimeen. Suodattimen tärkein tehtävä on radioaktiivisten hiukkasten ja radioaktiivisen jodin päästöjen minimoiminen.
Sen jälkeen höyry ja kaasut pestään suodatinaltaassa, niin sanotussa neutralointiyksikössä. Radioaktiiviset hiukkaset jäävät neutralointiyksikön veteen, kun taas puhdistetut kaasut päästetään ulos kivisuodattimen kautta.
Käytetty ydinpolttoaine pitää varastoida eristettynä erittäin pitkäksi ajaksi. Radioaktiivinen jäte jaetaan tavallisesti kolmeen luokkaan: matala-aktiiviseen, keskiaktiiviseen ja korkea-aktiiviseen jätteeseen.
Matala-aktiivinen jäte on riittävän turvallista, jotta sitä voidaan käsitellä tavallisena jätteenä, kun se on lajiteltu ja pesty. Se koostuu lähinnä esimerkiksi käytetyistä suojavaatteista ja suodattamista.
Keskiaktiivinen jäte pitää eristää ja säteilysuojata noin 500 vuoden ajan, ennen kuin sitä voidaan pitää vaarattomana jätteenä.
Korkea-aktiivinen jäte koostuu käytetystä ydinpolttoaineesta. Sen tyyppinen jäte muodostaa vain noin viisi prosenttia ydinjätteen kokonaismäärästä, mutta se vastaa 99 prosentista säteilyä. Korkea-aktiivista jätettä on vain 5 % ydinjätteistä, mutta ne sisältävät 95 % ydinjätteiden radioaktiivisuudesta. Ydinpolttoaineen säteilyn eristämiseen tarvitaan useita metrejä vettä tai useita desimetrejä terästä. Radioaktiivisten aineiden puoliintumisajat (aika, jossa radioaktiivisen materiaalin radioaktiivisuus pienenee puoleen alkuperäisestä) vaihtelevat äärimmäisen paljon – alle sekunnista miljooniin vuosiin – ja jäte pitää eristää erittäin pitkäksi aikaa. Jotkut laskelmat osoittavat, että jätettä on varastoitava vähintään 100 000 vuotta.
Jokainen maa huolehtii omasta ydinjätteestään. Erityyppisiä ratkaisuja käytetään eri maissa ja loppusijoitus on edennyt eri tahtiin. Suomessa Posiva Oy vastaa käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksesta.
Ruotsissa valittu ratkaisu on sijoittaa käytetty ydinpolttoaine ensi vaiheessa syvälle vesialtaisiin vähintään 30 vuodeksi, kunnes säteily on vähentynyt noin 90 prosenttia. Sen jälkeen käytetty ydinpolttoaine toimitetaan edelleen geologiseen loppusijoitukseen. Jäte suljetaan suojakapseleihin, joiden materiaalina on muun muassa kupari ja rauta. Bentoniittisaven ympäröimät kapselit sijoitetaan sitten kivikammioihin tai tunneleihin, jotka on porattu 400-1000 metrin syvyyteen.
Useat maat ovat valinneet samanlaiset strategiat kuin Ruotsi, ja vastaavantyyppistä loppusijoitusta suunnitellaan useille alueille, mutta sitä ei ole vielä otettu käyttöön. Joissakin muissa maissa on kuitenkin edelleen epäselvää, miten loppusijoitus tullaan järjestämään.
Sukupolven I reaktorit kehitettiin 1950-luvulla. Kun reaktorit 1970- ja 80-luvuilla kasvoivat ja standardisoitiin, ryhdyttiin puhumaan sukupolvesta II. Nykyiset reaktorit, joissa on modernimmat laitokset ja parempi turvallisuus, luetaan usein sukupolveen III tai III+.
Seuraavan sukupolven ydinvoimaa kutsutaan sukupolveksi IV. Termi viittaa ydinvoimajärjestelmään, joka voi tuottaa rajoittamattoman määrän kestävää energiaa jättämättä pitkäaikaista jätettä
Ydinpolttoainetta voidaan käyttää huomattavasti tehokkaammin käyttämällä polttoaine yhä uudelleen. Menetelmää, jolla ydinpolttoaine hyödynnetään kokonaan, kutsutaan polttoainekierroksi ja se tarkoittaa, että uutta polttoainetta luodaan uraanista, joka nykytekniikalla ei ole käyttökelpoista.
Järjestelmän on myös oltava taloudellisesti kilpailukykyinen verrattuna nykypäivän ydinvoimaan ja muihin energialähteisiin. Suunnitteluvaatimuksiin kuuluu, että sekä itse reaktori että muut tilat on suunniteltava niin, että vakavat onnettomuudet eivät voi vaikuttaa niihin.
Toinen vaatimus on, että halkeamiskelpoista materiaalia ei ole mahdollista ohjata aseiden tuotantoon. Halkeamiskelpoisen materiaalin laadun pitää olla riittävän korkea reaktoreissa käytettäväksi mutta liian heikko aseiden valmistukseen.
Vattenfall on mukana pienydinvoimalan esitutkimuksessa Virossa. Siitä voit lukea täältä.
Luku 13
Tiedemiehet, tutkijat ja yritykset työskentelevät maailmanlaajuisesti tehdäkseen tulevaisuuden aurinkoenergiasta parempaa, halvempaa ja helppokäyttöisempää. Aurinkokennojen hyötysuhde paranee jatkuvasti. Nykyiset kaupalliset aurinkokennot pystyvät sitomaan 18–20 % auringonvalosta.
Aurinkokennojen hyötysuhde on parantunut tasaisesti siitä lähtien, kun niitä alettiin kehittää, ja suuntaus jatkuu positiivisena myös tulevaisuudessa. Lisäksi aurinkoenergian käyttötapa jokapäiväisessä elämässämme laajenee uusien teknologioiden ja sovellusten kehittymisen myötä.
Nykyään aurinkokennoja on yksinkertaisissa esineissä, kuten taskulampuissa ja repuissa. Tulevaisuudessa saatamme nähdä aurinkoenergian tuotantoa teillä, vesialtailla ja jopa lentokoneissa.
Alankomaissa on meneillään SolaRoad-projekti, jossa tutkitaan aurinkoenergiaa absorboivan ja sähköksi muuntavan tien pinnan kehittämistä. Kun aurinkosäteet osuvat tien pintaan, ne absorboituvat aurinkokennoihin ja muuntuvat sähköksi. Tavoitteena on luoda tien pinta, joka toimii suurena aurinkopaneelina. Tuotettua sähköä voitaisiin käyttää muun muassa sähköautoissa, katuvalaistuksessa ja kotitalouksissa. Yksi monista haasteista projektissa on se, että tien pinnan on oltava läpinäkyvä auringonvalolle ja likaa hylkivä, samalla kun sen on oltava kestävä ja turvallinen ajaa.
Toinen aurinkokennoja koskeva projekti on käynnissä Yhdysvalloissa, jossa tutkijat alkavat lähestyä ratkaisua pitkäkestoisten taipuisien aurinkokennojen kehittämiseksi. Tällaiset kennot voisivat olla hyödyllisiä tilanteissa, joissa tarvitaan matalaa, jatkuvaa jännitettä, esimerkiksi tekstiileissä ja ikkunoissa.
Aurinkokennot on valmistettu piistä, joka on puolijohde, eli se päästää sähköä lävitseen. Kennot muuttavat auringon säteilyenergian sähköenergiaksi.
Kun fotoni, joista auringon säteilemä energia koostuu, osuu kennoon, negatiivisesti varautuneet elektronit irtoavat atomeistaan ja alkavat virrata vapaasti. Tätä kutsutaan valosähköiseksi ilmiöksi. Negatiivisesti varautuneet elektronit ja niiden jälkeensä jättämät aukot muodostavat sähkökentän, minkä seurauksena aurinkokennoihin kytkettyihin virtajohtimiin muodostuu sähkövirtaa. Sähkövirta ei kuitenkaan sellaisenaan ole käytettävissä, ennen kuin invertteri eli vaihtosuuntaaja muuttaa tasavirran vaihtovirraksi.
Aurinkokennot vaativat hyvin vähän huoltoa, koska niissä ei ole liikkuvia osia, jotka voivat mennä rikki. Paneelien puhdistamista ei tarvita, koska lika vaikuttaa niiden tehokkuuteen vain vähän. Sähköntuotanto on täysin äänetöntä ja vaatii vain vähän huoltoa.
Niin kauan kuin aurinko paistaa aurinkopaneeleihin, saat energiaa. Kun aurinko lakkaa paistamasta paneeleihin, energiantuotanto loppuu. Aurinkopaneelit eivät tarjoa mahdollisuutta varastoida käyttämätöntä sähköä, mutta paneeleita voidaan täydentää akustoilla, jotta energiaa olisi käytettävissä myös auringon laskettua. On myös mahdollista myydä ylijäämäsähköä. Syöttämällä ylijäämäsähkön sähköverkkoon sitä voidaan myydä sähköyhtiölle, joka puolestaan myy sähköä eteenpäin asiakkailleen.
Yksi aurinkoenergian eduista on sen tuottaminen aikana, jolloin käytämme eniten energiaa, eli päiväsaikaan. Samalla haluamme voida käyttää aurinkoenergiaa myös vuorokauden pimeinä tunteina. Teknisestä näkökulmasta meidän on vältettävä korkeita piikkejä energiaverkossa erittäin aurinkoisina (ja tuulisina) päivinä. Luotettavat ja kustannustehokkaat energian varastointiratkaisut edistävät tätä ja ovat siten olennaisia aurinkoenergian menestyksen kannalta.
Äskettäin Chalmersin tutkijaryhmä on luonut molekyylin, joka voi varastoida aurinkoenergiaa jopa 18 vuoden ajan. Seuraava askel hankkeessa on onnistua toteuttamaan teknologiaa suuremmassa mittakaavassa.
Tulevaisuudessa energiaa varastoidaan todennäköisesti monin eri tavoin. Ehkä hajautetussa ratkaisussa, esimerkiksi kodissasi tai sähköautossasi tai keskitetyssä ratkaisussa, kuten akussa aurinkoenergiapuistossa tai ”superakussa”, joka on hiilineutraalia ammoniakkia lähellä tuulivoimapuistoa tai voimalaitosta. Akkujen kehitys etenee nopeasti, ja tämä on vain yksi monista käyttöalueista.
Parantuneen teknologian ja kustannusten alenemisen myötä aurinkoenergia muuttuu kilpailukykyisemmäksi. Aurinkoenergian odotetaan näyttelevän ratkaisevaa roolia tulevaisuuden energiamaisemassa. Siitä lähtien, kun aurinkokennojen kehitys alkoi, tuotantokustannukset ovat jatkuvasti laskeneet.
Kun aurinkokennojen tuotantokapasiteetti kaksinkertaistuu, kustannukset laskevat noin 20 prosenttia. Tätä havaintoa kutsutaan "Swansonin laiksi", ja vaikutus on johtanut siihen, että keskihinta wattia kohti (watt-peak, Wp) on laskenut 1970-luvun sadasta Yhdysvaltain dollarista alle yhteen dollariin, mikä on tehnyt aurinkoenergiasta saavutettavaa suurelle yleisölle ja kaupalliselle käytölle.
Kun tätä kehitystä suunnitellaan eteenpäin tuleville vuosikymmenille, voimme odottaa aurinkoenergian kustannusten jatkavan laskuaan. Jokainen kustannusten lasku nopeuttaa teknologian käyttöönottoa, mikä puolestaan johtaa muun muassa hintojen laskuun. Molemmat vaikutukset vahvistavat toisiaan.
Kansainvälinen energiajärjestö odottaa, että keskimääräiset kustannukset vuoteen 2050 mennessä olisivat laskeneet 5–8 Yhdysvaltain senttiin kWh:ta kohti, mutta tällä hetkellä aurinkoenergiaa tuotetaan jo alle tämän summan joissakin (aurinkoisissa) paikoissa ympäri maailmaa. Joka tapauksessa voimme olla varmoja siitä, että aurinkoenergia tulee olemaan yksi tärkeimmistä energiamuodoista tulevaisuuden energiamaisemassa.
Luku 14
Vesivoima on toimitusvarmaa, ja sen hiilidioksidipäästöt ovat erittäin vähäiset. Joustavalla vesivoimalla on tärkeä merkitys energiajärjestelmässä, joka yhä suuremmassa määrin koostuu tuuli- ja aurinkovoimasta. Vattenfallilla on vuosisataiset perinteet vesivoimatuotannosta.
Vesivoimalaitoksia voidaan käyttää sekä perusenergian tuottamiseen (jatkuvasti tarvittavan sähkön tuottamiseen) että säätövoimaksi (sähköntuotantoon, jolla voidaan nopeasti vastata kysynnän muutoksiin).
Sähkön ongelma on, ettei sitä voida suuressa määrin varastoida. Vettä sen sijaan voidaan. Patoaltaat vesivoimaloiden vieressä ovat kuin suuria akkuja. Energiaa voidaan varastoida niinä vuodenaikoina, jolloin veden virtaus on suurta ja sähkönkulutus matalalla, ja käyttää sitten, kun sen kulutus on korkeimmillaan.
Joustava vesivoima voi tarjota varastoaltaitaan valtavana "vihreänä" akkuna sekä Pohjoismaihin että kansainvälisesti. Pohjoismaiden vesivoimaloiden varastoaltaissa on 50 % Euroopan vesivoiman varastoinnin kokonaismäärästä, mikä tuo ainutlaatuista joustavuutta kaikille tarvittaville aikaväleille - sekunneista kuukausiin - ja tarjoaa lisäksi kantaverkon vakauspalveluja Pohjoismaissa.
Vesivoima on EU:n johtava uusiutuva energialähde, eikä siitä aiheudu juuri lainkaan ilmastoon tai ympäristöön vaikuttavia päästöjä koko tuotantovaiheen aikana. Päästöjä syntyy kuitenkin voimalaitosten rakentamisen ja kunnossapidon yhteydessä. Niiden seuraamiseksi Vattenfall on tehnyt elinkaarianalyysejä (LCA) jo yli 20 vuoden ajan. Näitä elinkaarianalyysejä on hiottu vuosien kuluessa, ja pystymme nyt tarjoamaan asiakkaillemme tarkemman analyysin ympäristökuormituksestamme ympäristötuoteselosteen (EPD) muodossa.
Olemme mukana monissa hankkeissa, joilla pyritään vähentämään vesivoiman negatiivisia vaikutuksia ekosysteemeihin ja luonnon monimuotoisuuteen pyrkimyksenä ekologisen edun maksimointi samalla, kun minimoidaan vaikutus sähköntuotantoon. Näiden toimien joukossa on tutkimuksia kalojen vaelluksesta alavirtaan Ruotsin Älvkarlebyn-tutkimuslaitoksessamme, toimia lohen ja meritaimenen vaelluksen parantamiseksi Stornorrforsin vesivoimalan alueella sekä uusien keinojen kehittäminen kalojen houkuttelemiseksi kalareiteille varmistamalla tehokkaat kulkureitit.
-1-1%20(1).png?width=600&height=450&name=Large%20Screen%2072%20DPI-Vattenfall_brand_aerial_sthlm_city_center%20(1)-1-1%20(1).png)
Päästöjen hallinta on tärkeä kysymys yrityksille ja organisaatioille, koska se...
.png?width=600&height=400&name=Medium%20Screen%2072%20DPI-Vattenfall_Horns_rev_3_wind_farm_7613%20(1).png)
Mitä energiasiirtymällä tarkoitetaan? Viime aikoihin asti energiasiirtymän...
Kun huomio kohdistuu ilmastomuutokseen ja siihen liittyviin haasteisiin, joita...