Energiatekniikka

Tuulivoima on energiantuotantomuoto, jota kehitetään jatkuvasti. Tehokkaampia voimaloita kehitettäessä kaikilla parametreillä on merkitystä, kun turbiinia valitaan. Yhdessä Vattenfallin kaikkien aikojen suurimmassa sijoituksessa uusiutuvaan energiaan valittiin Siemens Gamesan 8 MW:n turbiinit kolmeen uuteen tuulivoimapuistoon, jotka ovat Kriegers Flak Itämerellä sekä Vesterhav Syd ja Nord Pohjanmerellä.

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 halut 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.

Näin tuulivoima toimii

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).

Tuulivoimapuistot

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.

Tuulivoima vaatii vähintään 3,4 m/s tuulennopeuden

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.

Tulevaisuuden tuulivoimala

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.

Tuulivoimaa rakennetaan enemmän merelle

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.

Painopiste luotettavuudessa

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. 

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.

Mikä on HYBRIT?

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.

Fossiilivapaa teräksen valmistus vuonna 2035

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.

Perinteinen teräksenvalmistusprosessi verrattuna HYBRIT-menetelmään

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.

HYBRIT-projekti on jaettu kolmeen vaiheeseen

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.

Rahoitus

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.

Vety – tärkeä komponentti monilla sektoreilla

Energiamurroksessa on tähän asti keskitytty sähköntuotannon uusiutuviin vaihtoehtoihin. Nyt on tullut aika päästä eroon hiilidioksidipäästöistä myös muilla sektoreilla, muun muassa lämmityksessä, kuljetusalalla ja teollisuudessa, missä HYBRIT on hyvä esimerkki.

Lisää vetyprojekteja

Meneillään on myös muita projekteja, joissa vedyllä voi olla tärkeä rooli matkalla kohti fossiilittomuutta. Esimerkki sellaisesta projektista on Vattenfallin ja Preemin yhteistyöhanke, jonka tavoitteena käyttää vetyä uusiutuvien polttoaineiden tuottamiseen suuressa mittakaavassa. Hankkeen avulla on mahdollista edistää nettonollapäästötavoitetta sekä teollisuudessa että kuljetussektorilla.
Toinen esimerkki on yhteistyö Cementan kanssa. Hankkeen nimi on CemZero. Projektin tavoitteena on kehittää sähköistetty, nollapäästöinen sementin tuotanto. 

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.

Miten aurinkokennot toimivat

Kun auringonsäteet osuvat aurinkokennoihin, aurinkokennon etu- ja takaseinän välille syntyy sähköinen jännite. Kytkemällä johto kennon etu- ja takasivun välille muodostetaan tasavirta. Jotta sähköä voidaan käyttää esimerkiksi kiinteistössä, käytetään vaihtosuuntaajaa, joka muuttaa tasavirran vaihtovirraksi.

Aurinkokennojärjestelmä muuntaa noin 15 % auringon säteilyenergiasta sähköksi. Aurinkokennojärjestelmää ei ole kytketty mihinkään akkuun, eikä se siksi voi varastoida sähköä. Sen sijaan ylijäämäsähkö syötetään sähköverkkoon, ja se voidaan myydä Vattenfallille, joka vuorostaan myy sen edelleen muille sähkönkäyttäjille.

Aurinkopaneelit eivät edellytä aktiivista kunnossapitoa, koska niissä ei ole liikkuvia osia, joihin voi tulla vika. Aurinkopaneeleita ei tarvitse puhdistaa, koska lika vaikuttaa niiden tehoon hyvin vähän. Aurinkopaneelit ovat äänettömiä ja vaativat minimaalista kunnossapitoa.

Aurinkopaneelit eivät varastoi sähköä

Niin kauan kuin aurinko paistaa aurinkopaneeleihin, saat energiaa. Kun aurinko ei enää paista paneeleihin, energian tuotanto loppuu. Aurinkopaneeleilla ei voi varastoida ylijäämäsähköä, mutta paneeleja voidaan täydentää akuilla, jolloin energiaa on käytettävissä myös auringon laskettua. Ylijäämäsähköä on mahdollista myös myydä. Syöttämällä ylijäämäsähkö sähköverkkoon se voidaan myydä sähköyhtiölle, joka vuorostaan myy sen edelleen muille sähkönkäyttäjille.

Energianvarastointiratkaisuja

Aurinkoenergian etuna on, että sähköä tuotetaan päiväsaikaan, jolloin sähköä tarvitaan eniten. Haluamme kuitenkin pystyä käyttämään aurinkoenergiaa myös pimeinä vuorokaudenaikoina. Teknisestä näkökulmasta korkeita käyttöhuippuja energiaverkossa tulisi välttää erittäin aurinkoisina (ja tuulisina) päivinä. Tämä onnistuu luotettavilla ja edullisilla energian varastointiratkaisuilla, jotka ovat olennaisia aurinkoenergian onnistumisen kannalta.

Chalmersin tutkijaryhmä on äskettäin luonut molekyylin, joka voi varastoida aurinkoenergiaa lähes 18 vuotta. Seuraava vaihe projektissa on tekniikan siirtäminen suurempaan mittakaavaan.

Tulevaisuudessa energiaa varastoidaan varmaankin monella eri tavalla. Kyseessä voi olla hajautettu ratkaisu kodissasi, sähköautossasi, tai keskitetty ratkaisu, esimerkiksi aurinkovoimapuiston akku tai hiilineutraalia ammoniakkia käyttävä ”superakku” lähellä tuulivoimapuistoa tai voimalaitosta. Akkutekniikka menee nopeasti eteenpäin, ja se on on vain yksi monista käyttöalueista.

Entistä edullisempaa sähköä aurinkoenergialla

Kehittynyt teknologia ja alentuneet tuotantokustannukset tekevät aurinkoenergiasta entistä kilpailukykyisempää. Aurinkoenergialla odotetaan olevan ratkaiseva rooli tulevaisuuden energiamaisemassa.

Siitä lähtien, kun aurinkokennojen kehittäminen alkoi, tuotantokustannukset ovat laskeneet tasaisesti. 

Aina kun aurinkokennojen tuotantokapasiteetti kaksinkertaistuu, kustannukset laskevat noin 20 prosenttia. Tätä ilmiötä kutsutaan ”Swansonin laiksi”, ja sen vaikutus on ollut, että keskihinta huippuwattia (watt-peak, W_p) kohden on laskenut 70-luvun 100 dollarista nykyään selvästi alle yhden dollarin. Tämän seurauksena aurinkovoimasta on tullut käyttökelpoista suurelle yleisölle. ja se on otettu kaupalliseen käyttöön.

Koska tämän kehityksen ennustetaan jatkuvan tulevina vuosikymmeninä, on odotettavissa, että aurinkoenergian kustannukset laskevat edelleen. Jokainen kustannusten alentuminen kiihdyttää tekniikan käyttöönottoa, mikä puolestaan painaa hintoja alemmas. Nämä vaikutukset tukevat toisiaan.

Kansainvälisen energiajärjestön arvion mukaan vuoteen 2050 mennessä keskimääräiset kustannukset ovat laskeneet 5-8:aan Yhdysvaltain senttiin/kWh, mutta jo nyt aurinkoenergiaa tuotetaan halvemmalla joissakin (aurinkoisissa) paikoissa ympäri maailmaa. Joka tapauksessa voimme olla varmoja siitä, että aurinkoenergia on yksi tärkeimmistä energialajeista tulevaisuudessa. 

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.

Painevesireaktori

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.

Kiehutusvesireaktori

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.

Useita esteitä ja turvajärjestelmiä

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.

Turvasuodatin antaa lisäsuojaa

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.

Ydinjätteen loppusijoitus

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.

Eri ratkaisuja eri maissa

Jokainen maa huolehtii omasta ydinjätteestään. Erityyppisiä ratkaisuja käytetään eri maissa ja loppusijoitus on edennyt eri tahtiin. 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.

Neljännen sukupolven ydinvoima

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.

Vesivoima on taloudellisesti houkuttelevaa ja 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.

Tasapainottava voima

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.

Miten vesivoima vaikuttaa ympäristöön?

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 elinkaarianalyyseja (LCA) jo yli 20 vuoden ajan. Näitä elinkaarianalyyseja on hiottu vuosien kuluessa, ja pystymme nyt tarjoamaan asiakkaillemme tarkemman analyysin ympäristökuormituksestamme ympäristöselosteen (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.