Ydinvoima tulevaisuutta vai menneisyyttä?

Transkriptio

1

2 Ydinvoima tulevaisuutta vai menneisyyttä? Energiailta Ylivieskassa Prof. Juhani Hyvärinen LUT, Nuclear Engineering

3 Menneisyys Nykyisyys Tulevaisuus Johtopäätöksiä

4 Ydinvoiman toinen tuleminen on alkanut 2000-luvulla Ensimmäinen tuleminen, Toinen tuleminen, 2005 Lähde: OECD/IEA World Energy Outlook Tällä 10% maailman sähköstä on ydinsähköä; osuus oli parhaimmillaan 16 % kun muuta (hiili-)tuotantoa oli vähemmän kuin nyt Energiailta, Ylivieska 4

5 Ydinvoimalaitosten teknologinen kehitys I: Varhaiset prototyypit II: Kaupalliset reaktorit III: Uuden sukupolven reaktorit SMRt IV seuraava sukupolvi (GEN4) MW 500 MW 1400 MW MW Magnox 1956 Shippingport 1957 Dresden 1959 Rheinsberg EBR RBMK 1963 PWR ja BWR (mm. Olkiluoto 1,2) VVER (PWR) (mm. Loviisa 1,2) CANDU AGR AES-2006 AP1000 APR1400 EPR CAP1400 (Hualong One) MW Toshiba 4S mpower NuScale Hyperion Terrapower Holtec MW SCWR VHTR SFR LFR GFR MSR Energiailta, Ylivieska 5

6 Turvallisuusvaatimusten kehittyminen Friends come and go, but enemies accumulate Turvallisuussuunnittelussa tarkasteltavia asioita on kertynyt vuosien mittaan yhä enemmän ja enemmän Kypsille teknologioille, kuten kevytvesireaktorit, lista on jo varsin kattava. Ei kuitenkaan voida taata etteikö vieläkin voisi ilmetä jotain olennaista uutta. Reaktorin jäähdyttäminen, jos sattuu suuri jäähdytevuoto Reaktorin tehon hallinta, stabiilisuus Terrorismi Luontaiset sisäiset uhat Reaktorisydämen sulamisen hallinta Luonnonkatastrofit, pitkä poikkeustilanne Reaktorin jäähdyttäminen, jos sattuu pieni vuoto tai muu häiriö Energiailta, Ylivieska 6???

7 Menneisyys Nykyisyys Tulevaisuus Johtopäätöksiä

8 Ydinreaktorit maailmassa 31 maassa yhteensä 448 kaupallista reaktoria sähköntuotannossa (marraskuu 2017) [ Vaikka ydinvoiman tuotanto on lisääntynyt, muu sähköntuotanto on lisääntynyt vielä enemmän, erityisesti Kiinan ja Intian hiilivoimalaitostuotannon takia Yhteiskapasiteetti noin MW sähkötehoa Yhteensä n käyttövuotta Yli käyttövuotta myös 220 laivareaktorilla (enimmillään 150 laivaa) Lisäksi 56 maassa 284 tutkimusreaktoria Energiailta, Ylivieska 8

9 Maailman ydinvoimalaitokset Energiailta, Ylivieska 9

10 Ydinvoiman % osuus sähköntuotannosta 2015 Lähde: IAEA PRIS Energiailta, Ylivieska 10

11 Ydinvoiman korvaaminen ei onnistu ilman hiilidioksidipäästöjen lisäystä Sähköntuotanto Japanissa kuukausittain, 1/2007-1/ Energiailta, Ylivieska 11

12 Sähkön kulutus ja tuotanto Suomessa 2016 Kulutus Tuotanto [Fingrid.fi Sähkömarkkinat Kulutus ja tuotanto] Energiailta, Ylivieska 12

13 Sähkön hankinta 2016 (viikkokeskiteho) [Energiateollisuus] Energiailta, Ylivieska 13

14 Sähkön nettohankinta Suomessa 2016 (85,1 TWh) [Energiateollisuus] Energiailta, Ylivieska 14

15 Eri energiamuotojen käyttökertoimia Käyttökerroin = Tarkasteluajassa tuotettu energia / (Energia joka tuotettaisiin, jos ajettaisiin koko jakso täydellä teholla) Tyypillisiä kokemusperäisiä vuotuisia käyttökertoimia alla. Tuotantom uoto 10 TWh:n vuodessa tuottamiseen tarvittava asennettu teho Mikä käyttökertoimen määrää Ydinvoima 0, MW Vuosihuollot ja polttoaineen vaihto Hiilivoima 0,4.. 0,9 Tuulivoima (maalla) Käyttökerroin Aurinkopaneeli MW Kustannusoptimointi, polttoaineen hinnan kautta 0, MW Sää 0, MW Auringon asema taivaalla Energiailta, Ylivieska 15

16 Vähiten hiilidioksidia tuottavat EU-maat Ranska, Ruotsi, Belgia = ydinvoiman osuus suuri, % Ajantasaista päästö- ja tuotantorakennetietoa ks Sähkön kulutus ja tuotanto on oltava joka hetki tasapainossa Kulutus vaihtelee vuorokaudenajan, vuodenajan ja ulkoilman lämpötilan mukaan Tuuli- ja aurinkosähkö riippuvat voimakkaasti säästä, vuorokaudenajasta ja vuodenajasta Tasapaino haetaan säädettävällä tuotannolla. vesivoimalla (Tanska Norja) hiilidioksidipäästöt eivät vähene myös hiili- (Saksa) tai ydinvoima (Saksa, Ranska) voivat säätää Energiailta, Ylivieska 16

17 Ydinreaktorin tehon säätöä Ranskassa (käyttöjakso n. 14 kk) [OECD/ NEA; EdF] % P N Energiailta, Ylivieska 17

18 Ydinreaktorien säätöä Saksassa: E.ONin reaktoreiden tehot yhtenä päivänä [OECD/ NEA; E.ON] Energiailta, Ylivieska 18

19 Energiamurros käytännössä Varastokapasiteetti Saksassa hiilivoiman osuus pysyy suurena, koska sähköverkon tehotasapainon ylläpitämiseksi säätökykyinen tuotanto joustaa; varastointi on hyvin vähäistä Kulutus ei juuri jousta, koska päivällä ollaan kaikki yhdessä hereillä ja töissä Uudet uusiutuvat tuuli ja aurinko vaihtelevat sään mukana tasaustarve kasvaa Kuva viikolta 43/2017 [ Energiailta, Ylivieska 19

20 Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus on ratkaistu Posiva sai rakentamisluvan loppusijoituslaitokselle syksyllä 2016, loppusijoitustoiminta alkaa noin 2024 Ruotsissa SKB:n loppusijoituslaitoksen lupakäsittely on myös käynnissä Posiva, Olkiluoto SKB, Forsmark Energiailta, Ylivieska 20

21 Menneisyys Nykyisyys Tulevaisuus Johtopäätöksiä

22 Sähkön tuotantorakenne nykyisillä energiapolitiikan linjauksilla (ml. hiilidioksidipäästöjen vähennykset) Lähde: OECD/IEA World Energy Outlook Suomi 2014 ~80 TWh Energiailta, Ylivieska 22

23 Sähkön tuotantorakenteen ennakoitu kehitys [OECD/IEA World Energy Outlook 2014] Energiailta, Ylivieska 23

24 Uusiutuvien ja maakaasun käyttö kasvaa nopeimmin, mutta myös ydinvoima ja hiili Maailman energiankulutus polttoaineittain, biljoonaa kilowattituntia [EIA, International Energy Outlook 2011] Historia Ennusteet Hiili Maakaasu Ydinvoima Vesivoima Muut uusiutuvat Nestemäiset Energiailta, Ylivieska 24

25 Ydinvoimaa rakennetaan globaalisti Lähde: OECD/IEA World Energy Outlook GW = 1000 MW Energiailta, Ylivieska 25

26 Tällä hetkellä rakenteilla mm. EPR 4300 MWth, 1600 MWe Olkiluoto 3, Suomi Flamanville 3, Ranska Taishan 1,2, Kiina AES MWth, 1200 MWe Leningrad II 1-2, Venäjä (myös muita, yhteensä 7) Ostrovets 1,2, Valkovenäjä Akkuyu 1-4, Turkki AP MWth, 1100 MWe Sanmen 1-2 ja Haiyang 1-2, Kiina Vogtle 3-4, Yhdysvallat VC Summer 2-3, Yhdysvallat Fig: Areva Fig: Rosatom Fig: Westinghouse Energiailta, Ylivieska 26

27 Julkisuudessa esitettyjä kustannusarvioita Projekti Teknologia Rak. alkoi / Kaupall. käyttö Kustannusarvio Hinta ( /kw) Lungmen 1-2 GE ABWR 1999 / 201? 9,6+ G$ Olkiluoto 3 Areva EPR 2005 / ,5 G Flamanville 3 Areva EPR 2007 / ,5 G Barakah 1-4 KHNP APR / G$ Paks II (2 yksikköä) Vogtle 3-4 Hinkley Point C (2 yksikköä) Rosatom AES-2006 Westinghouse AP ? / G / G$ Areva EPR 2019 / ,3 G Huom: ilmoitettu kustannus sisältää eri projekteissa erilaiset laajuudet, luvut eivät välttämättä ole suoraan vertailukelpoisia. Ne antavat kuitenkin suuntaa Energiailta, Ylivieska 27

28 Kustannus / kw Suuruuden ekonomia Todellisuudessa näyttää käyvän näin mm. koska projektien aikataulut venyvät rahoituskustannukset lähtevät lapasesta Uskomus, että samalla tavalla varustelluissa reaktoreissa isompi on aina edullisempi kuin pienempi: teho ~ koko 3 mutta rakenteiden massa ~ koko 2 MW net Energiailta, Ylivieska 28

29 Kuka tulevaisuudessa rakentaa ydinvoimalaitoksia Länsimaiset laitostoimittajat Areva ja Westinghouse ovat pahoissa talousvaikeuksissa EPRiä ja AP1000-laitosten määrä jää pieneksi Aasialaiset laitostoimittajat erityisesti kiinalaiset ja korealainen jakavat markkinan, venäläisten kanssa Länsimaissa (USA, UK, Kanada) mielenkiintoa ns. pieniä modulaarisia reaktoreita (SMR, Small Modular Reactor) kohtaan suuria odotuksia sarjatuotannon eduista Energiailta, Ylivieska 29

30 Venäläinen AES Energiailta, Ylivieska Kuva: Rosatom 30

31 Korealainen APR1400 (Arabiemiraatit) 1400 MWe painevesireaktori [WNN] Energiailta, Ylivieska 31

32 Kiinalainen 1500 MWe painevesireaktori, passiiviset turvallisuusjärjestelmät CAP1400 [SNTPC] Westinghousen AP1000-laitoksen suurennettu kopio Markkinoivat kuitenkin täysin kiinalaisena laitoksena Energiailta, Ylivieska 32

33 Kiinalainen 1100 MWe painevesireaktori, aktiiviset turvallisuusjärjestelmät Hualong One [SNTPC] Perustuu Westinghousen 1980-luvun malliin, jonka ranskalaiset toivat Kiinaan Energiailta, Ylivieska 33

34 Cost / kw Pienuuden ekonomia Tarpeeksi pieni reaktori on mahdollista tehdä paljon yksinkertaisemmilla varusteilla kuin iso hyppäyksenomaiset kustannussäästöt mahdollisia, mutta kilpailukyky on vielä todistamatta käytännössä Edullisia kokoluokkia MW net Energiailta, Ylivieska 34

35 Pienet modulaariset reaktorit Kokoluokka ja tekniset ratkaisut laivareaktoreista siis koeteltua painevesitekniikkaa kokoluokka MWe; polttoaine samanlaista kuin isoissa reaktoreissa sarjatuotanto, tehdasvalmistus lyhyt rakentamisaika NuScale-laitos (kuva) on Yhdysvalloissa viranomaisen tyyppihyväksyntäkäsittelyssä Energiailta, Ylivieska 35

36 Tulevaisuuden laitostyyppejä Heliumjäähdytetty kuulakekoreaktori [CNEC/Tsinghua University-INET]: luontaisesti turvallinen, voi tuottaa hyvin kuumaa lämpöä, n. 900 C Energiailta, Ylivieska 36

37 Venäläinen hyötöreaktori BN800 Käynnistyi 2015 Kykenee tuottamaan enemmän polttoainetta kuin käydessään kuluttaa Kevytvesireaktorit käyttävät luonnonuraanin energiasisällöstä noin 1 %; hyötöreaktori voisi nostaa osuuden ~80 %:iin uraanista muodostuisi käytännössä loppumaton luonnonvara Energiailta, Ylivieska 37

38 Energiaraaka-aineiden riittävyys Nykyisellä kulutustavalla ensin loppuu öljy, sitten maakaasu. Uraania riittää vuosikymmeniä näiden jälkeenkin. [OECD/IEA World Energy Outlook 2014] Energiailta, Ylivieska 38

39 Mitä uraani maksaa Raakauraanin ( yellowcake ) hinta [OECD/NEA Red Book 2016] Energiailta, Ylivieska 39

40 (TWh) Sähkön tuotantorakenteen kehitys Suomessa SÄHKÖN HANKINTA, TWh 100 FH 1 90 LO 1, 2 käytöstäpoisto 80 Nettotuonti LO 1,2 + OL 1,2 OL 3 Tuontia tai lauhdevoimaa Lauhdevoima Ydinvoima Yhteistuotanto, kaukolämpö Yhteistuotanto, teollisuus Tuuli- ja aurinkovoima Vesivoima Sähkön kulutus Ilmasto- ja energiastrategia, Energiailta, Ylivieska 40

41 Menneisyys Nykyisyys Tulevaisuus Johtopäätöksiä

42 Ydinvoimalla on paikkansa maailmassa Vilkkain rakentaminen käynnissä kehittyvissä maissa: Kiina, Intia, Lähi-Itä Kilpailukykyinen vaihtoehto, välttämätön osa sähköjärjestelmää, jos halutaan vähentää hiilidioksidipäästöjä pitää järjestelmä tasapainossa, vaikka levottomia uusia uusiutuvia (tuulta ja aurinkoa) lisätään Myös teknologista kehitystä on näkyvissä: pienet modulaariset reaktorit ja hyötöreaktorit lähestyvät kaupallista valmiutta Energiailta, Ylivieska 42

43 Thank you!