Suomalaisen ydinenergiaosaamisen ja teknologian yhteismarkkinointi FinNuclear

Suomalaisen ydinenergiaosaamisen ja teknologian yhteismarkkinointi FinNuclear www.fi nnuclear.fi

Julkaisija: Prizztech Oy ISBN 978-952-67160-0-8 Kannen kuva: Marko Mikkola Kehitys Oy 2008

SUOMALAISEN YDINENERGIAOSAAMISEN JA TEKNOLOGIAN YHTEISMARKKINOINTI toim. Jouko Koivula FinNuclear-hanke Prizztech Oy

ESIPUHE Uusien ydinvoimalaitosten rakentamishankkeita on maailmalla vireillä runsaasti. Rakentamisaktiviteetti on vuosikymmeniä ollut alhaisella tasolla, ja se on johtanut pulaan sekä alan osaavista henkilöresursseista että komponenttivalmistajista. Näistä syistä voitaneenkin todeta, että suomalaisilla alan teknologialla ja yrityksillä on lähtökohtaisesti hyvät edellytykset menestyksellisesti osallistua ydinenergian renessanssiin maailmalla. Prizztech Oy on käynnistänyt yhteistyössä teollisuuden, tutkimusyhteisöjen sekä Työ- ja elinkeinoministeriön kanssa FinNuclear -projektin suomalaisen ydinenergiaosaamisen ja -teknologian vientimahdollisuuksista. Tässä raportissa tarkastellaan ydinydinenergian markkinatilanteen kehitystä maailmanlaajuisesti, selvitetään suomalaisten yritysten osallistumisedellytyksiä ja mielenkiintoa sekä mahdollisia lähtökynnystä madaltavia toimintamalleja. Selvitystyö sisältyy Tulevaisuuden energiateknologiat-klusteriin ja on osana vuosille 2007 2013 ajoittuvaa kansallista osaamiskeskusohjelmaa. FinNuclear-projekti on myös jatkoa KTM:n ydinenergianeuvottelukunnan 1992 käynnistämälle FinnFusion-projektille, jossa on selvitetty teollisuuden osallistumisedellytyksiä kansainväliseen ITER-reaktorihankkeeseen. Selvitystyötä on koordinoinut FinNuclear hankkeen ohjausryhmä, jonka puheenjohtajana on toiminut prof. Jorma Routti sekä jäseninä DI Iiro Andersson (Prizztech), DI Jorma Aurela (TEM), TkT Martti Kätkä (Teknologiateollisuus), DI Rauno Mokka (TVO), TkL Ami Rastas, TkT Rauno Rintamaa (VTT), DI Risto Salo (Hollming), DI Tero Taulavuori (Outokumpu), TkT Harri Tuomisto (Fortum), sekä sihteerinä TkL Jouko Koivula (Prizztech). Raportin laatimiseen ovat osallistuneet TkT Pertti Aaltonen, TkT Liisa Heikinheimo, prof. Hannu Hänninen, DI Leena Jylhä, TkT Pentti Kauppinen, TkL Jouko Koivula, TkL Jussi Manninen, TkT Eija Karita Puska, TkL Ami Rastas, prof. Jorma Routti, TkT Jari Tuunanen, DI Pekka Vainio, DI Juhani Vanhala, TkT Timo Vanttola ja TkT Seppo Vuori. 4

TIIVISTELMÄ Maailmalla on meneillään ydinenergian renessanssi. Uusia laitoshankkeita on käynnistetty tai ollaan käynnistämässä monissa maissa. Myös joitakin keskeytyksissä olleita laitosprojekteja on aloitettu uudelleen. Lisäksi vanhoja laitoksia modernisoidaan. Tässä tilanteessa on tullut esiin maailmanlaajuinen pula ydinvoimalaitoskomponenttien valmistuskapasiteetista ja osaavista henkilöresursseista. Suomessa on erinomaiset kokemukset ydinenergian hyödyntämisestä, mikä on myös kansainvälisesti laajalti tunnustettu. Maassamme on ydinenergia-alan osaamista, jota on kertynyt olemassa olevien kotimaisten laitosyksikköjen käytöstä, kunnossapidosta ja modernisoinneista, ydinjätehuollosta, Olkiluoto 3-projektista, ulkomaisista projekteista sekä laadukkaasta alan tutkimuksesta ja koulutuksesta. Resurssit ovat kuitenkin hajallaan eri organisaatioissa ja lukumääräisesti rajallisia. Isoihin toimituskokonaisuuksiin pääsemiseksi olisikin suositeltavaa muodostaa konsortioita, jotka voivat koostua useiden toimialojen toimijoista. Vastaavista organisaatioista on lukuisia esimerkkejä maailmalla. Tietyt veturiyritykset ovat myös laatineet laitostoimittajien kanssa Supply Chain -sopimuksia. Tällaisiin sopimuksiin kannattaisi myös suomalaisten isompien toimijoiden pyrkiä ja tuoda toimintaan mukaan omat verkostoyrityksensä. Yhteinen toimialakohtainen markkinointiorganisaatio puolestaan voisi luoda yhteyksiä voimalaitostoimittajiin, tehdä markkinointi- ja ennakointityötä sekä pyrkiä löytämään tarjolla oleviin hankkeisiin kattavia suomalaisia toimittajakonsortioita. Suomalaisen yhteistyön käynnistämiseksi ehdotetaan perustettavaksi kansallinen ydinenergia-alan toimialaryhmä, joka sopisi esimerkiksi Teknologiateollisuus ry:n piiriin. Toimialaryhmään tulisi kuulua muidenkin alojen yrityksiä. Toimialaryhmä voisi pyrkiä aktiivisesti toteuttamaan suomalaisia tavoitteita päästä mukaan ydinenergia-alan liiketoimintaan kotimaassa ja ulkomailla. Prizztech Oy:n hallinnoima FinNuclear-ohjelma voisi vastata toimialaryhmän operatiivisista toiminnoista ainakin toistaiseksi ja välittömästi alkaa toteuttaa ydinenergia-alan toimijoille yhteisiä tukipalveluja. Näitä olisivat mm. hanketiedotus tulevista projekteista, niiden toteutuskuvioista ja aikatauluista, suomalaisen osaamisen yhteismarkkinointi, markkinoiden ja alan trendien seuranta, kontaktien välittäminen, yhteisten t&k -hankkeiden koordinointi sekä ydinvoima-alan verkostoitumistapahtumien järjestäminen. Kuvattu malli olisi ydinenergia-alasta kiinnostuneille yrityksille lähtökynnystä alentava ja edullinen alalle pääsemisen muoto, koska FinNuclear toiminta sisältyy vuoteen 2013 asti kansalliseen Osaamiskeskusohjelmaan, jolla on oma rahoituspohjansa. FinNuclear -ohjelman puitteissa käynnistyneistä tukitoiminnoista voitaisiin myöhemmin muodostaa pysyvä kansallinen ydinenergia-alan yhteistyöorganisaatio. Tällaisia organisaatioita on jo toteutettu muualla maailmassa. Ydinenergia-alalla on odotettavissa kymmenien vuosien kysyntää, jonka markkina-arvo on satoja miljardeja euroja. Näiden tosiasioiden sekä kotimaisen osaamisen valossa on täysin realistista olettaa, että ydinenergian markkinoista lohkeaa siivuja myös suomalaisille, mikäli asiaan halutaan tarttua. 5

SISÄLTÖ 1. JOHDANTO... 8 1.1. Ydinenergian renessanssi... 8 1.2. Ydinenergian näkymät... 9 1.3. Selvityksen tavoitteet... 11 2. YDINENERGIAN NYKYTILANNE JA TULEVAISUUDEN NÄKYMÄT... 13 2.1. Energian ja sähkön kulutusnäkymät... 13 2.2. Energian ja sähkön tuotantomuotojen (muu kuin ydinenergia) arvioitu kehitys... 14 2.3. Ilmastomuutos... 16 2.4. Ydinenergian osuus sähkön tuotannossa... 18 2.5. Ydinenergia muussa kuin sähkön tuotannossa... 21 2.6. Kansalliset ydinenergiaohjelmat... 21 2.7. Ydinvoimalaitosten hankintamallit... 27 2.8. Ydinvoimalaitostoimittajat... 28 2.9. Nykyiset ydinvoimalaitostyypit... 30 2.10. Tulevaisuuden ydinvoimalaitostyyppien kehitysohjelmat... 33 2.11. Polttoainehuolto... 34 2.12. Ydinvoimalaitosten materiaalit... 35 2.12.1. Materiaalistandardit... 35 2.12.2. Ydinvoimalaitosten materiaalivalinnat... 36 2.12.3. Uusien reaktorityyppien materiaalivalintoja... 40 2.12.4. Materiaalitekniikan koulutus- ja tutkimustarve... 42 2.12.5. Reaktorimateriaalien haasteet tulevaisuudessa... 43 2.13. Komponenttien valmistuskapasiteetti... 44 2.14. Ydinvoimalaitosten modernisoinnit... 44 2.15. Ydinlaitosten käytöstäpoisto... 45 2.16. Kansalliset ydinjäteohjelmat... 51 3. SUOMEN YDINENERGIAOSAAMISEN NYKYTILANNE... 53 3.1. Lainsäädäntö ja viranomaisvalvonta... 53 3.1.1. Ydinlaitoskomponenttien turvallisuusluokitus... 58 3.2. Tutkimus- ja kehitys... 59 3.2.1. Ydinenergiatuotantoa tukeva t&k... 59 3.2.1.1. Tutkimuksen resurssit... 61 3.2.1.2. Tutkimusohjelmat ja hankkeet... 63 3.2.2. T&k-toiminnan hyödyntäminen... 73 3.2.3. Ydinjätehuolto... 75 3.2.4. Käytöstäpoisto... 76 6

3.3. Ydinvoimalaitosten käyttö, kunnossapito ja tekninen tuki... 76 3.3.1. Käyttö... 77 3.3.2. Kunnossapito... 77 3.3.3. Tekninen tuki... 77 3.3.4. Alan suomalaisyritykset... 78 3.4. Ydinvoimalaitoshankkeen käynnistäminen... 80 3.5. Ydinlaitosten rakentaminen ja laitevalmistus... 82 3.5.1. Alan suomalaisyrityksiä... 83 3.6. Palvelutoiminta ydinlaitosten rakentamisessa... 88 3.6.1. Konsultointitehtäviä ydinenergiahankkeissa... 88 3.6.2. Konsultointialan suomalaisia yrityksiä... 95 4. SUOMALAISTEN TAHOJEN OSALLISTUMISMAHDOLLISUUDET YDINENERGIAHANKKEISIIN... 100 4.1. Keskeinen osaamiskapasiteetti ja kiinnostus... 101 4.2. Palveluliiketoiminta... 101 4.3. Laitevalmistus ja rakentaminen... 102 5. OSALLISTUMISVALMIUKSIEN LISÄÄMINEN... 104 5.1. Kansainvälisiä esimerkkejä valmiuksien lisäämisestä... 104 5.2. Organisoituminen yritystasolla... 105 5.3. Organisoituminen toimialatasolla... 107 5.3.1. Uusien yritysyhteistyörakenteiden edistäminen... 109 5.3.2. Markkinointi ja kansainvälinen näkyvyys... 109 5.3.3. Koulutustoiminta... 110 5.3.4. Kehityshankkeet... 110 5.4. Osallistumisen malleja... 112 5.4.1. Laitoshankkeet... 112 5.4.2. Alan tutkimusohjelmat... 113 6. SUOSITELTUJA JATKOTOIMENPITEITÄ... 115 REFERENSSIT... 117 LIITTEET... 119 AKRONYYMIT... 142 YKSIKÖT... 145 7

1. JOHDANTO 1.1. Ydinenergian renessanssi Ydinenergian mittava ja nopeasti kasvava käyttö sähkön tuotantoon on nousemassa uudelleen merkittäväksi ja todennäköiseksi vaihtoehdoksi monissa maissa, niin ydinenergiaa jo tuottavissa kuin monissa uusissakin maissa. Sattuvasti tätä kuvataan nimellä ydinenergian renessanssi eli uudelleen syntyminen. Hallitun ydinenergian kehitystä runsas puoli vuosisataa sitten pidettiin aikanaan eräänä merkittävimpinä tieteellisenä ja teknologisena saavutuksena. Ydinenergian käyttö energiantuotantoon käynnistyi nopeasti useissa maissa ja tulevaisuuden mielikuvat runsaasta ja edullisesti energialähteestä sävyttivät tulevaisuuden odotuksia. Polttoainevarojen riittävyydestä ei tarvinnut kantaa huolta, koska näköpiirissä oli suhteellisen nopea siirtyminen uraania melko tehottomasti hyödyntävistä ensimmäisen sukupolven reaktoreista lähes sata kertaa tehokkaampiin hyötöreaktoreihin ja pian myös aurinkoa hehkuttavan fuusioenergian valjastaminen ehtymättömäksi energialähteeksi. Energian hinnan arveltiin laskevan jopa niin alhaiseksi, ettei sen käyttöä tarvinnut mitata ja laskuttaa ja turvallisuus- ja ympäristöongelmat arvioitiin luotettavasti ratkaistaviksi. Nämä ruusuiset tulevaisuuden kuvat eivät sellaisenaan toteutuneet, mutta ydinenergian osuus energian tuotannosta kasvoi monissa teollistuneissa maissa merkittäväksi ja sähkön tuotannosta Suomessakin jopa yli kolmannekseen ja eräissä maissa valtaosaan sähkön tuotannosta. Korkeat investointikustannukset ja vaativa teknologia rajoittivat ydinenergian rakentamisen lähinnä vauraimpiin ja korkeatasoisen teknologian maihin. Kasvava kehitysura katkesi reaktorionnettomuuksiin Three Mile Island laitoksella Yhdysvalloissa ja Tsernobyl voimalassa Neuvostoliitossa, joista jälkimmäinen aiheutti ihmisuhreja ja radioaktiivisen laskeuman laajoille alueille. Vaikka menetykset olivat moniin tavanomaisiin energialähteisiin, kuten kivihiilikaivosten onnettomuuksiin verrattuina pienempiä, oli poliittisen laskeuman merkitys paljon vaikuttavampi. Monissa maissa säädettiin ydinenergian rakennuskieltoja ja taloudelliset ja hallinnolliset esteet pysäyttivät rakennusprojektit muuallakin. Tänään ydinenergian rakennuskiellot ja rajoitukset ovat monissa maissa poistumassa ja odotettavissa on myös monia uusia maita ydinenergian käyttäjinä. Tähän kehitykseen vaikuttavat monet seikat niin ydinenergian alalla kuin laajemmat energia-, ympäristö- ja turvallisuuskysymykset. Huolimatta ydinvoimalaitosten markkinoiden hiipumisesta ydinteknologinen tutkimus- ja kehitystyö on jatkunut kaiken aikaa sekä esiin tulleiden ongelmien ratkaisemiseksi että uusien ydinenergian käyttömahdollisuuksien avaamiseksi. Tämä työ tapahtuu laajan kansainvälisen yhteistyön puitteissa, mikä nopeuttaa kehitystyötä ja lisää tulosten luotettavuutta. Yllä mainittujen onnettomuuksien jälkeen toteutunut hyvä turvallisuus- ja käytettävyystilanne on ollut keskeinen edellytys hyväksyttävyyden saavuttamiselle ja säilyttämiselle. Fissioenergian uusien käyttöalueiden kehitys tosin on osoittautunut pitkäjänteistä työtä vaativaksi ja fuusioenergian valjastaminen on yhä vuosikymmenien tutkimus- ja kehitystyön takana. Mutta juuri aikajänteiden pituuden vuoksi senkin kehitystyössä on syytä edetä mahdollisimman nopeasti. Merkittävämmin kuin ydinenergian omat kehitysohjelmat sen kasvaneeseen kiinnostavuuteen ovat kannustaneet ja edelleen kannustavat yleisemmät energia- ja ympäristökysymykset. Tietoisuus fossiilisten polttoaineiden rajallisuudesta ja erityisesti öljyn ja maakaasun nopeasti nousseet markkinahinnat kannustavat etsimään niille vaihtoehtoja. Valtaosa maailman energiankäytöstä ja sen kasvusta pohjautuu kuitenkin yhä 8

fossiilisiin polttoaineisiin ja korostuvat ympäristöongelmat asettavatkin näiden käytölle rajat varantojen riittävyyttä nopeammin. Hiilidioksidin ja muiden kasvihuonekaasujen päästöjen kasvu uhkaa muuttaa maapallon ilmastoa ihmisten elinolosuhteita ja luontoa vaarantavalla tavalla. Valtaosa näistä päästöistä aiheutuu energian tuotannosta ja käytöstä ja siksi hiilidioksidittomien energialähteiden käyttöönotto on välttämätöntä. Auringon energiaan pohjautuvat uusiutuvat energialähteet, niin aurinkosähkö ja aurinkolämpö, tuuli- ja aaltoenergia kuin biomassa ja biopolttoaineet sekä ydinenergia, niin fissio- kuin fuusiovoima tarjoavat tähän mahdollisuuksia. Mikään niistä ei yksin riitä, vaan kaikkia tulee kehittää ja käyttää olosuhteiden sallimissa puitteissa. Edellä mainitut seikat perustelevat ydinenergian uuden kasvuvaiheen. Sen on tapahduttava säätäen tiukat turvallisuusnormit ja varmistaen hyvän käytettävyyden kautta taloudellinen toiminta. Suomen kokemukset pienenä maana, jolla on tuorettakin kokemusta ydinvoimalaitoksen rakentamisesta ja jossa ydinvoimalaitosten käytettävyys on jatkuvasti maailman huippua, voivat olla arvokkaita onnistuneen käytännön malleja niin monille uusille ydinenergiamaille kuin toimivia ratkaisuja etsiville ydinenergian käyttäjille. Näiden kokemusten kartoittamiseen ja hyödyntämiseen tähtää tämä raporttimme. 1.2. Ydinenergian näkymät Marraskuussa 2006 julkaistun World Energy Outlookin mukaan nykyinen noin 370 GWe ydinsähkökapasiteetti tulee kasvamaan 40 % nykyisestä vuoteen 2030 mennessä. Tämä tarkoittaa noin 50 uuden ydinvoimalaitosyksikön tilaamista seuraavan 15 vuoden aikana ja näiden lisäksi noin 100 yksikön tilaamista vuoteen 2030 mennessä. Eriasteisia ydinvoiman rakentamissuunnitelmia on noin 30 sellaisessa maassa, joissa ei tällä hetkellä ole ydinvoimaa. Myös useissa länsimaissa ja Itä-Euroopan maissa on virinnyt kaavailuja uusien ydinvoimalaitosten rakentamiseksi. Esimerkiksi USA:ssa on julkistettu noin 30 ydinvoimalaitoshanketta. Niissä rakentamistyöt alkaisivat 2010-luvun alkupuolella lähiaikoina käynnistettävien luvitusprosessien jälkeen. Mikäli kaavaillut ydinvoimaohjelmat käynnistyvät suunnitellussa aikataulussa ja laajuudessa, on näköpiirissä huomattava kysyntä ydinvoimaosaamisesta ja teknologiasta maailmanlaajuisesti. Uudet ydinvoimamaat tarvitsevat tietoa siitä, miten ydinvoimaohjelma tarvittavine infrastruktuureineen voidaan käynnistää. Ydinvoimalaitos koostuu suuresta määrästä erilaisia sekä ydinteknologisia että tavanomaisia komponentteja, joista varsinkin ensiksi mainittujen valmistuskapasiteetti tulee todennäköisesti muodostumaan erääksi pullonkaulaksi. Myös ydinvoima-alaa tuntevista henkilöresursseista tulee olemaan pulaa. Eräillä kansainvälisillä ohjelmilla ollaan varautumassa ydinvoiman hyödyntämiseen pitemmällä tähtäimellä. Niiden puitteissa ollaan selvittämässä ja kehittämässä seuraavan sukupolven reaktorityyppejä (Kuva 1.1). Pidemmällä tähtäimellä toteutuvassa fuusioteknologiassa tullaan hyödyntämään osin samoja kehitystuloksia kuin tulevissa ydinvoimalaitoksissakin, esim. sähkön- ja lämmöntuotannon uusia ratkaisuja ja korkealämpötilakäyttöön soveltuvia materiaaleja. Ranskaan rakennetaan maailmanlaajuisessa yhteistyössä fuusioenergiaan tähtäävää koereaktoria, ITER. Tähän viiden miljardin euron kokonaisinvestointiin liittyy suprajohteiden lisäksi esimerkiksi huippuosaamista vaativaa mittaus- ja diagnostisointitekniikkaa, elektronisuihkutekniik- 9

kaa ja hiukkaskiihdyttimiä ja yli 20 000 tonnia erityisesti ITERiin kehitettyä ruostumatonta terästä reaktorin päärakennemateriaalina. Kuva 1.1 Ydinvoimatekniikan kehityssuunniksi (Gen IV) on määritelty polttoaineen entistä vaikeampi hyödyntäminen ydinaseisiin, perusenergian taloudellisuus, jätteiden minimointi ja aktiivinen turvallisuus (Idaho National Laboratory). Suurin osa ydinenergian kehitysohjelmista painottaa teknillisiä ratkaisuja taloudellisuuden ja turvallisuuden varmistamiseksi. Kuitenkin ehkä vaativin tehtävä on luottamuksen palauttaminen poliittisten päättäjien ja kansalaisten keskuudessa. Näissä kysymyksissä lainsäädännölliset ja hallinnolliset kysymykset ovat avainasemassa. Suomessa ydinenergian rakentamista ja turvallisuusvalvontaa koskeva lainsäädäntö määrittelee selkeästi eri organisaatioiden oikeudet ja velvollisuudet. Viime kädessä eduskunnan tehtävänä on päättää onko ehdotettu ydinlaitos yhteiskunnan kokonaisedun mukainen. Tämän määrittely edellyttää itse laitoshankkeen lisäksi energia- ja ympäristökysymysten ja vaihtoehtojen laaja-alaista tarkastelua. Päätöksen ollessa myönteinen tämä käytäntö turvaa pitkäaikaisten investointien järkevän hyödyntämisen ilman useissa maissa nähtyjä nopeita politiikkamuutoksia, jotka pudottavat pohjan pois investoinneilta. Rakennusvaiheen ja käytön aikaisen turvallisuus- ja ympäristövalvonnan tulee perustua tiukkoihin normeihin ja ansaita vankkumaton luottamus. On myös tärkeää, että ydinjätteiden loppusijoitukseen ja laitosten käytöstä poistoon varataan energiantuotannon tuloista riittävät tutkimusresurssit ja taloudelliset voimavarat hyväksyttävien ratkaisujen rakentamiseen. Tänään Suomi on yksi harvoja maita, joissa ydinjätehuoltoon ja käytöstä poistoon on paneuduttu lainsäädännöllisesti, teknillisesti ja taloudellisesti tyydyttävällä tavalla. 10

1.3. Selvityksen tavoitteet Suomessa on erinomaiset kokemukset ydinenergian käytöstä. Nykyiset laitokset ovat turvallisuutensa ja tuotantotulostensa puolesta huippuluokkaa maailmassa. Ensimmäisenä länsimaana Suomessa on myös pystytty käynnistämään uusi ydinvoimalaitoshanke ja suunnitellaan useamman uuden yksikön rakentamista pitkän tauon jälkeen. Myös ydinjätehuollon järjestelyt Suomessa ovat pisimmällä maailmassa. Näistä syistä Suomella on erinomainen maine ydinvoiman tuloksellisessa hyödyntämisessä. Ottaen huomioon ydinvoimaosaamisen ja teknologian kasvavan kysynnän maailmalla on tarpeen selvittää, miten Suomen kokemuksia ja osaamista voitaisiin tehokkaasti hyödyntää myös kaupallisessa mielessä. Selvitys palvelee myös varautumista Suomen seuraavien ydinvoimalaitosyksikköjen rakentamiseen. Lisäksi selvityksestä olisi hyötyä suunniteltaessa suomalaisten tahojen osallistumista seuraavan sukupolven reaktoreiden kehitystyöhön. Selvityksen lähtökohtana on Tulevaisuuden energiateknologiat ohjelma 1 (Kuva 1.2). Se keskittyy teollisuuteen, joka valmistaa energian tuotannossa, käytössä ja jakelussa tarvittavia koneita ja laitteita sekä yrityksiin, jotka tuottavat alalle palveluita. Tällä alueella kansainvälisen liiketoiminnan kasvumahdollisuudet ovat merkittävät. Kuva 1.2. Tulevaisuuden energiateknologiat ohjelman ydinvoiman käyttöön liittyvät komponentit, FinNuclear ja FinnFusion. 1 Prizztech Oy on osallisena valtakunnallisessa, Työ- ja elinkeinoministeriön (TEM) hallinnoimassa ja pääosin EU:n aluekehitysrahaston (EAKR) rahoittamassa osaamiskeskusohjelmassa Perusenergiat ja materiaalitekniikka-nimisellä hankkeellaan. Se on osa Tulevaisuuden energiateknologiat klusteria, johon Prizztechin lisäksi kuuluu neljä muuta uudistuvaan energiateknologiaan suuntautunutta osaamiskeskusta. 11

Suomessa toiminta on organisoitu siten, että viidestä energiaan keskittyvästä osaamiskeskuksesta muodostuu klusteri. Taustalta löytyy lukuisa joukko maamme eturivin energiateknologiayrityksiä sekä oppilaitoksia ja tutkimuslaitoksia. Klusterin visiona on, että vuonna 2013 suomalaisella energiateknologiaklusterilla on merkittävä kansainvälinen asema energiateknologian kasvavilla markkinoilla. Klusterin kasvua vauhdittavat tällöin teollisuuslähtöiset tutkimus-, kehitys- ja koulutusympäristöt. Ydinenergian uudet maailmanlaajuiset rakennushankkeet edustavat satojen miljardien investointeja yksittäisten laitosten maksaessa miljardeja euroja. On selvää että näiden hankkeiden toteuttaminen onnistuu vain suurten kansainvälisten yritysten ja konsortioiden toimesta. Euroopassa on kestänyt vuosikymmeniä yhdistää vahvimmat voimavarat ja kehittää moderni European Power Reactor, jollainen on nyt rakenteilla Suomessa. Mutta myös pienillä ja edistyksellisillä mailla voi ja tulee olla rooli näiden hankkeiden toteuttamisessa. Esimerkiksi lentokoneteollisuudessa yhteinen European Airbus Industries on onnistunut yhdistämään suunnittelu- ja valmistusvahvuudet maailmanlaajuisessa kilpailussa. Selvityksessä tarkastellaan erilaisia toimintamalleja suomalaisen osaamisen kansainväliseksi hyödyntämiseksi. Se pohjautuu alan yritysten arviointeihin ja kiinnostukseen parhaiden mallien löytämiseksi. Selvityksen tekoon ovat osallistuneet alan keskeiset yritykset Suomessa ja tehty yrityskartoitus kattaa vielä paljon suuremman joukon. 12

2. YDINENERGIAN NYKYTILANNE JA TULEVAISUUDEN NÄKYMÄT 2.1. Energian ja sähkön kulutusnäkymät Energian ja sähkön käytön tulevasta kehityksestä on tehty arvioita useitten tahojen toimesta. Tässä selvityksessä on käytetty lähteenä viimeisimpiä kansainvälisten organisaatioiden julkaisemia arvioita /1-2, 4-8/. Maailman energian kulutuksen (Kuva 2.1A) on arvioitu kasvavan 55 % aikavälillä 2005-2030 keskimääräisen vuosikasvun ollessa 1,8 % /1/. Kasvu selittyy väestön lisääntymisen ohella elintason noususta erityisesti kehitysmaissa. Huomattava osa kasvusta tapahtuukin OECD:n ulkopuolisissa Aasian maissa. Kiina ja Intia kattavat yhdessä noin 45 % koko primäärienergian kulutuksen kokonaiskasvusta. Esimerkiksi Kiinan vuotuiseksi keskimääräiseksi energian kulutuksen vuosikasvuksi vuoteen 2015 saakka arvioidaan 5,1 %. Kiina ohittaakin USA:n maailman suurimpana energian kuluttajana vuoden 2010 paikkeilla. A B Kuva 2.1. Energian (A) ja sähkön (B) kulutusten arvioitu kehitys maailmassa /2/. Sähkön kulutus (Kuva 2.1B) kasvaa primäärienergian kulutusta nopeammin. Vuotuisen kulutuksen arvioidaan olevan vuonna 2030 runsaat 30000 TWh, mikä on lähes kaksinkertainen verrattuna nykyiseen arvoon. Kasvu on voimakkainta OECD:n ulkopuolisissa maissa ollen keskimäärin 3,5 prosenttia vuodessa /2/. Myös OECD-maissa sähkön kulutus jatkaa kasvuaan. Keskimääräisen vuosikasvun vuoteen 2030 saakka arvioidaan kuitenkin jäävän 1,3 %:iin. Kasvu johtuu sähkön lisääntyvästä käytöstä pääasiassa kotitalouksissa (lämmitys, ilmastointi, kotitalouskoneet, jne.) ja erilaisissa julkisissa ja kaupallisissa palveluissa (sairaalat, toimistot, ostoskeskukset, jne.). 13

2.2. Energian ja sähkön tuotantomuotojen (muu kuin ydinenergia) arvioitu kehitys Fossiiliset polttoaineet säilyttävät hallitsevan aseman maailman primäärienergian lähteenä (Kuva 2.2A). Ne kattavat 84 % energian kulutuksen lisäyksestä aikavälillä 2005-2030. Öljy pitää asemansa suurimpana energialähteenä, vaikka sen osuuden koko primäärienergiasta arvioidaan pienenevän 35 %:sta 32 %:iin. Öljyn päiväkulutuksen vuonna 2030 arvioidaan olevan 116 miljoonaa barrelia, mikä on 37 % suurempi vuoden 2006 vastaavaan arvoon verrattuna. Öljyvarantojen arvioidaan riittävän kattamaan kulutuksen kasvun edellyttäen, että tarvittaviin investointeihin ryhdytään. Öljyn tuotanto jatkaa keskittymistään OPEC-maihin. Sen seurauksena OPECin osuus öljyn tuotannosta kasvaa 42 %:sta 52 %:iin aikavälillä 2005-2030. Öljyn tuotanto OPECin ulkopuolissa maissa lisääntyy vain hitaasti kasvun perustuessa pääasiassa ei-konventionaalisiin lähteisiin (esim. Kanadan öljyhiekkaesiintymät). On epävarmaa, pystytäänkö uutta öljyntuotantokapasiteettia rakentamaan ehtyvien lähteiden korvaamisen ja lisäkulutuksen kattamisen edellyttämässä tahdissa. Tämä tekee öljyn hintakehityksen arvioinnin hankalaksi. Mahdollisuutta öljyn hintatason pysyvään nousuun ei voida sulkea pois. Maakaasun osuuden arvioidaan kasvavan 21 %:sta 22 %:iin primäärienergiasta aikavälillä 2004 2030. Kaasun kulutus lisääntyy keskimäärin 1,9 % vuodessa. Öljyn hinnan nousu myötävaikuttaa kaasun enenevään käyttöön teollisuudessa ja sähkön tuotannossa. Lisäksi kaasun käytöllä päästään parempiin hyötysuhteisiin ja pienempiin hiilidioksidipäästöihin verrattuna muihin fossiilisiin polttoaineisiin. Kaasun hinnassa on suuria alueellisia eroja johtuen hyödynnettävissä olevista varannoista ja etäisyydestä loppukulutuspisteisiin. Kalleinta kaasu on Yhdysvalloissa ja halvinta Venäjällä sekä Lähi-idässä. A B Kuva 2.2. Energian (A) ja sähkön (B) tuotantojen arvioitu kehitys tuotantomuodoittain maailmassa /2/. Öljyyn ja kaasuun liittyvää epävarmuutta lisää se, että kyseiset varannot ovat jakautuneet varsin epätasaisesti maapallolla. Lisäksi huomattava osa varannoista on poliittisesti epävakaissa maissa. Kivihiilen kulutuksen kasvuksi arvioidaan 75 % aikavälillä 2005-2030, mikä nostaa kivihiilen osuuden 25 %:sta 28 %:iin primäärienergiasta. Kiinan ja Intian osuus on neljä viidesosaa kasvusta. OECD-maissa hiilen käyttö lisääntyy vain vähän kasvun keskittyessä lähinnä Yhdysvaltoihin. Kivihiiltä on huomattavasti enem- 14

män kuin öljyä ja kaasua. Lisäksi kivihiilivarannot ovat jakautuneet tasaisemmin maapallolla. Huomionarvoista kuitenkin on, että tulevaisuudessa eniten kivihiiltä kuluttava maa Kiina on vuoden 2007 alkupuolelta lähtien joutunut turvautumaan tuontiin. Sen oma kivihiilituotanto ei riitä enää kattamaan omaa kulutusta. Sähkön tuotannossa (Kuva 2.2B) arvioidaan kaasun osuuden kasvavan 20 %:sta 24 %:iin ja kivihiilen osuuden 41 %:sta 45 %:iin aikavälillä 2004-2030. Näistä fossiilisista polttoaineista ympäristö- ja ilmastotekijät puoltaisivat kaasun käytön lisäämistä sähköntuotannossa. Pääasiassa kaasun korkean hinnan vuoksi turvaudutaan kuitenkin useissa maissa kivihiilen lisääntyvään käyttöön. Vesivoiman ja muiden uusiutuvien sähköntuotantomuotojen (tuulivoima, aurinkoenergia, aalto- ja vuorovesienergia, geoterminen energia sekä biomassojen polttoon perustuva energiantuotanto) käytön arvioidaan lisääntyvän keskimäärin 1,9 % vuodessa aikavälillä 2004 2030. Kasvuvauhti on sama kuin maakaasulla. Uusiutuvien energialähteiden osuuden koko primäärienergian tuotannosta arvioidaan lisääntyvän 7 %:sta vuonna 2004 noin 8 %:iin vuonna 2030. Huomattava osa uusiutuvien sähköntuotantomuotojen kasvusta tulee mittavista vesivoimaprojekteista OECD:n ulkopuolisissa Aasian maissa (lähinnä Intia ja Kiina) sekä Keski- ja Etelä-Amerikassa. OECDmaissa ei vesivoimaa voida enää rakentaa sanottavasti lisää, koska hyödynnettävissä olevat varat on jo lähes kokonaan otettu käyttöön. Vain Kanadassa ja Turkissa voi vesivoiman mittavampi rakentaminen tulla kysymykseen. Uusiutuvista sähköntuotantomuodoista kasvaa tuulivoima nopeimmin. Kasvuun vaikuttavat yhteiskunnan tukitoimet useissa maissa. Tuulivoiman suurimpana heikkoutena on sen riippuvuus tuulien vaihtelusta, mikä rajoittaa tuulivoiman osuutta koko sähköverkon kapasiteetissa. Energian tuotannon infrastruktuuri-investointeihin arvioidaan tarvittavan noin 20 biljoonaa USD aikavälillä 2005-2030 /6/. Sähköpuolen investoinnit ovat noin 11 biljoonaa USD, mistä summasta 46 % arvioidaan tarvittavan voimalaitosten rakentamiseen (Kuva 2.3). Kuva 2.3. Energian tuotannon infrastruktuuri-investoinnit maailmassa 2005-2030 /6/. 15

2.3. Ilmastomuutos Ihmisen toiminnoista peräisin olevien kasvihuonekaasujen vuoksi maapallo kaappaa aikaisempaa enemmän aurinkoenergiaa. Tällä on vaikutusta ilmastoon. Ilmastomuutoksen alkamisesta on useimpien säätieteilijöiden mukaan havaittavissa selviä merkkejä /3/. Esimerkiksi 12 vuoden ajanjaksolla 1995-2006 lukeutuu 11 vuotta 12 lämpimimmän vuoden joukkoon vuoden 1850 jälkeen. Mikäli ilmastonmuutosta ei kyetä hillitsemään, voivat seuraukset olla katastrofaalisia. Näitä ovat esimerkiksi helleaallot, meren pinnan kohoaminen, tuhoisat myrskyt, kuivuus ja kulkutautien leviäminen. Laajat alueet voivat muuttua asuinkelvottomiksi, mistä seuraisi mittavia väestön siirtymisiä. Ilmastomuutoksen kannalta merkittävin kasvihuonekaasu on hiilidioksidi. Sen pitoisuus ilmakehän alaosassa on noussut ennen teollistumista vallinneesta arvosta 280 ppm nykyiseen arvoon 380 ppm. Fossiilipolttoaineiden käyttö energian tuotannossa aiheuttaa nykyisin noin 70 % kaikista kasvihuonekaasupäästöistä. Energian tuotannon päästöjen vähentäminen on haasteellista, koska energian tarve samanaikaisesti kasvaa vääjäämättä väestön lisääntymisen ja korkeampaan elintasoon pyrkimisen seurauksena (Kuva 2.4). Ongelmaan ei ole yhtä ainoata ratkaisua. Tarvitaan useita toisiaan tukevia keinoja. Näistä merkittävimpiä ovat energian tuotannon ja käytön tehostaminen, siirtyminen päästöttömiin tai vähäpäästöisiin energiantuotantomuotoihin sekä hiilidioksidin talteenotto ja varastointi (carbon capture and storage, CCS). Kuva 2.4. Energian tuotannon kasvihuonekaasupäästöt alueittain /6/. Päästöttömistä ja vähäpäästöisistä energiantuotantomuodoista voivat lähivuosikymmeninä tulla kyseeseen uusiutuvat energialähteet (vesivoima, aurinkoenergia, tuulivoima, aaltoenergia, geoterminen energia ja biopolttoaineet) ja ydinenergia. Uusiutuvien energialähteiden hyödyntäminen riittävässä laajuudessa ja riittä- 16

vän nopeasti näyttää ongelmalliselta. Tämän vuoksi ydinenergialla on tärkeä merkitys ilmastomuutoksen hillinnässä. Kuvassa 2.5 on esitetty eri sähköntuotantomuotojen kasvihuonekaasupäästöt tuotettua kilowattituntia kohden huomioonottaen koko tuotantoketju (elinkaari). CCS fossiilipolttoaineisiin perustuvassa energian tuotannossa näyttelee ydinenergian ohella merkittävintä roolia ilmastomuutoksen hillinnässä. Aihetta tutkitaan eri puolilla maailmaa. Lupaavin ja taloudellisesti edullisin menetelmä lienee hiilidioksidin sijoittaminen tyhjennettyihin kaasu- ja öljyesiintymiin. Hiilidioksidin talteenotto merkitsee joka tapauksessa huomattavaa lisäystä fossiilipolttoaineilla tuotetun energian hintaan. Kuva 2.5. Eri sähköntuotantomuotojen kasvihuonekaasupäästöt Kansainvälinen yhteistyö ilmastomuutoksen tieteelliseksi selvittämiseksi aloitettiin vuonna 1988, jolloin World Meteorological Organisation (WMO) ja United Nations Environmental Programme (UNEP) asettivat kansainvälisen ilmastopaneelin (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC). IPCC julkaisi neljännen arviointiraporttinsa /3/ vuonna 2007. Ensimmäinen YK:n puitteissa tehty sopimus UN Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) astui voimaan 1994. Se sisälsi sitoumuksen kasvihuonekaasujen päästöjen stabiloimiseksi vuoden 1990 tasolle vuoteen 2000 mennessä. Ensimmäiset UNFCCC-osapuolien väliset kokoukset (COP 1, COP 2 ja COP 3) johtivat sopimukseen ns. Kioto-pöytäkirjasta vuonna 1997. Sen mukaan sopimusmaat sitoutuivat pienentämään kasvihuonekaasupäästöjään 5,2 %:lla vuoden 1990 tasosta ajanjaksoon 2008-2012 mennessä. Kioto-pöytäkirja astui voimaan vuonna 2005, kun Venäjä ratifioi sen. Tällöin täyttyivät voimaan astumiselle asetetut ehdot: vähintään 55 maata oli ratifioinut pöytäkirjan ja kyseisten maiden kasvihuonekaasupäästöt olivat vähintään 55 % koko maailman päästöistä. 17

Vaikka Kioto-pöytäkirjan ratifioineet maat ovat sitoutuneet vaikuttamaan omiin päästöihinsä, pöytäkirja sallii tiettyjen joustomekanismien soveltamisen. Niitä on kolme: päästökauppa, yhteistoteutus ja puhtaan kehityksen mekanismi. Kioto-pöytäkirjaan sisältyvät toimenpiteet ovat riittämättömiä ilmastomuutoksen pysäyttämiseksi. Huomattavasti tiukempia rajoituksia tarvitaan. Niistä on viimeksi keskusteltu UNFCCC:n puitteissa Balilla vuoden 2007 lopulla pidetyssä kokouksessa, jossa oli edustettuina 192 valtiota. Useitten valtioitten edustajilla oli kokoukseen mennessään lähtökohtana IPCC:n esittämä tarve rajoittaa kasvihuonekaasupäästöjä 25-40 %:lla katastrofaalisen ilmastomuutoksen välttämiseksi. Tällaisista rajoituksista ei kuitenkaan päästy sopimukseen lähinnä Australian, Japanin, Kanadan ja Yhdysvaltain vastustuksen vuoksi. Sen sijaan sovittiin jonkinlainen road map tuleville neuvotteluille. Kioto-jakson jälkeisiä päästörajoituksia koskevat neuvottelut eivät tule olemaan helppoja. Eräs ongelma on kehitysmaille asetettavat vaatimukset. Useat kehittyneet maat, erityisesti Yhdysvallat, haluavat myös kehitysmaille tiukat päästörajoitukset. Kehitysmaat puolestaan viittaavat siihen tosiasiaan, että niiden päästöt asukasta kohti laskettuna ovat huomattavasti pienemmät kuin kehittyneissä maissa. EU:n piirissä vahvistettiin vuonna 2007 strategia, jonka mukaan EU:n kasvihuonekaasujen päästöjä pienennetään 20 %:lla vuoteen 2020 mennessä. Edelleen sovittiin tavoitteesta rajoittaa päästöjä 30 %:lla, mikäli EU:n ulkopuoliset kehittyneet maat sitoutuvat vastaaviin päästörajoituksiin. Ydinenergian kohtelu UNFCCC-yhteyksissä on ollut mielenkiintoinen. Ensimmäisissä neuvotteluissa sitä ei otettu lainkaan huomioon. Viimeisimmissä IPCC- ja UNFCCC-yhteyksissä ydinenergia on jo kelpuutettu lähes tasaveroiseen asemaan muiden päästöttömien energian tuotantomuotojen joukkoon. Tämän positiivisen kehitystrendin jatkuvuus on todennäköistä, kun tiedostetaan laajemmin muiden päästöttömien tuotantomuotojen rajallisuus ja keskeneräisyys sekä ilmastomuutoksen hillitsemiseksi tarvittavien toimenpiteiden kiireellisyys. 2.4. Ydinenergian osuus sähkön tuotannossa Ensimmäiset ydinvoimalaitokset otettiin käyttöön 1950-luvun lopulla. Kaupallisen läpimurron jälkeen oli ydinvoimalaitosten rakentaminen vilkasta 1970- ja 1980-luvuilla. Rakentamistahti hidastui kuitenkin oleellisesti 1980-luvun lopulla. Laantuminen johtui muun muassa seuraavista syistä: - uuden sähköntuotantokapasiteetin tarpeen väheneminen länsimaissa, - fossiilipolttoaineiden kilpailukyvyn lisääntyminen, - TMI:n ja Tshernobylin onnettomuuksien aiheuttama ydinvoiman vastustus. Kansainvälisen atomienergiajärjestön (IAEA) tilastojen mukaan oli vuoden 2007 lopulla maailmassa käytössä 439 ydinvoimalaitosyksikköä yhteisteholtaan runsaat 370 GWe yhteensä 30 maassa (Kuva 2.6) ja rakenteilla 34 yksikköä yhteisteholtaan 27 GWe yhteensä 13 maassa. Ydinenergialla tuotettiin vuonna 2006 sähköä 2660 TWh, mikä kattoi 15 % koko maailman sähkön kulutuksesta kyseisenä vuonna ollen samaa suuruusluokkaa kuin vesivoiman tuotanto. Ydinenergian osuus maailman sähköntuotannosta on pysynyt lähes vakiona 1980-luvun puolivälistä lähtien. Vaikka uusia ydinvoimalaitosyksiköitä ei ole rakennettu ko- 18

vin paljon, on käynnissä olevien laitosten käyttö tehostunut niin, että ydinenergiatuotanto on lisääntynyt tasatahtiin sähkön kulutuksen kasvun kanssa. Kuva 2.6. Käytössä olevien ydinvoimalaitosten lukumäärä eri maissa vuoden 2007 lopussa (Lähde IAEA). Arvioita maailman ydinenergiakapasiteetin tulevasta kehityksestä on esitetty muun muassa International Atomic Energy Agency n (IAEA) /4/, ja World Nuclear Association in (WNA) /5/ toimesta. IAEA julkaisee vuosittain ennusteen, joka sisältää low - ja high -arviot (Kuva 2.7). Viimeisimmän ennusteen /4/ mukaan alempi arvio ydinenergiakapasiteetiksi vuonna 2030 on 447 GWe, mikä on 20 % suurempi kuin nykyinen kapasiteetti. IAEA:n ylempi arvio on 679 GWe, mikä merkitsisi runsaan 80 %:n lisäystä nykyiseen kapasiteettiin. Alempi arvio perustuu oletukseen, että uusia laitoksia nyt meneillään olevien tai lopullisesti päätettyjen rakennusprojektien lisäksi ei rakenneta ja että nykyisin käynnissä olevia laitoksia poistuu käytöstä niiden saavutettua suunnitellun käyttöikänsä. WNA:n low - ja high -skenaariot antavat ydinenergiakapasiteetiksi 285 GWe ja 730 GWe vuonna 2030. Todennäköisimpänä toteutuma-arviona WNA pitää referenssiskenaarion tulosta 529 GWe. Ydinenergian lisärakentamisessa on huomattavia alueellisia eroja. Tämä käy ilmi kuvasta 2.8. Ei-OECDmaihin Aasiassa, lähinnä Kiina ja Intia, ennustetaan suurinta ydinenergiakapasiteetin lisäystä. Uusia ydinvoimalaitoksia tarvitaan kapasiteettilisäystä vastaavaa määrää enemmän, koska tarkasteltavana ajanjaksona poistuu ikääntyviä ydinvoimalaitoksia. 19

Kuva 2.7. Maailman ydinenergiakapasiteetin toteutunut ja arvioitu kehitys (IAEA). Kuva 2.8. Ydinenergiakapasiteetti vuosina 2004 ja 2030 /2/ 20