Neljännen sukupolven fissioreaktorit



Samankaltaiset tiedostot
PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2016

Torium voimala energian uinuva jättiläinenkö? Esitys Tampereen Ruutiukoissa syyskuun Matti Kataja

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2018

Ydinvoima ja ydinaseet Markku Anttila Erikoistutkija, VTT

Ydinvoiman mahdollisuuksista maailman energiapulaan

Neljännen sukupolven reaktorit ja mallinnuksen haasteet

Kehittyneet polttoainekierrot Laskennallinen polttoainekiertoanalyysi. KYT2014 puoliväliseminaari Tuomas Viitanen, VTT KEPLA-projekti

Energia- ja ilmastopolitiikan infografiikkaa. Elinkeinoelämän keskusliitto

Tulevaisuuden ydinpolttoainekierrot. Markku Anttila

Ydinvoima puhdasta ja turvallista energiaa

GEN4FIN SAFIR2014 seminaari

Onko päästötön energiantuotanto kilpailuetu?

Toimintaympäristö: Fortum

Kohti päästöttömiä energiajärjestelmiä

Ydinvoima kaukolämmön tuotannossa

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2018

Virtaussimulaatioseminaari teollisuuden puheenvuorot: virtaussimulaatiot, merkitys ja kehitystarpeet

Pienet modulaariset ydinreaktorit

Sähkövisiointia vuoteen 2030

Ydinvoiman tulevaisuus meillä ja maailmalla

Integroitu bioöljyn tuotanto. BioRefine loppuseminaari Jukka Heiskanen Fortum Power and Heat Oy

Energiasektorin globaali kehitys. Parlamentaarinen energia- ja ilmastokomitea

AIRIA BioHAT UUSI VOIMALAITOSKONSEPTI. Reijo Alander TTY

Keinot pääp. Kolme skenaariota

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2017

Energia ja luonnonvarat: tulevaisuuden gigatrendit. Johtaja Tellervo Kylä-Harakka-Ruonala, EK

Fortum Otso -bioöljy. Bioöljyn tuotanto ja käyttö sekä hyödyt käyttäjälle

Ydinvoima tulevaisuutta vai menneisyyttä?

VTT-R TUTKIMUSRAPORTTI. COSI6 VTT:llä. Luottamuksellisuus:

Infrastruktuuritarpeet energia-alalla Riitta Kyrki-Rajamäki Lappeenrannan teknillinen yliopisto

Etanolin tuotanto teollisuuden sivuvirroista ja biojätteistä. Kiertokapula juhlaseminaari St1Biofuels / Mika Anttonen

Hajautetun energiatuotannon edistäminen

KATSAUS YDINVOIMALAITOSTEN RAKENTAMISEEN MAAILMALLA

Aurinkosähkö ympäristön kannalta. Asikkala tutkimusinsinööri Jarmo Linjama Suomen ympäristökeskus (SYKE)

MÄDÄTEPÄIVÄ PORI Biokaasulaitokset. Riihimäki Yhtiöt Oy Markku Riihimäki

Biomassavoimalaitokset yleistyvät Euroopassa. Jouni Kinni ClimBus-ohjelman päätösseminaari Helsinki

Valtakunnallinen energiatase ja energiantuotannon rakenne Suomessa

Voiko teknologia hillitä ilmastonmuutosta? Climbus-päättöseminaari Jorma Eloranta Toimitusjohtaja, Metso-konserni

Aalto-yliopisto, Teknillisen fysiikan laitos PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet Harjoitus 1, mallivastaukset Syksy 2016

Ydinvoima ja Innovaatiot

ENERGIA JA ITÄMERI -SEMINAARI Energiayhteyksien rakentaminen ja ympäristö

Uusiutuvasta metsäbiomassasta polttonesteeksi Suomesta bioöljyn suurvalta -seminaari Toimitusjohtaja Timo Saarelainen

Energiaopinnot Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa Maija Leino

Energiajärjestelmän haasteet ja liikenteen uudet ratkaisut

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2017

Liikenteen ja lämmityksen sähköistyminen. Juha Forsström, Esa Pursiheimo, Tiina Koljonen Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

Sovelletun fysiikan laitoksen tutkimus- ja yritysyhteistyö osana yhteiskäyttölaboratoriota

Mullistaako liuskekaasu energiamarkkinat? Energiateollisuuden kevätseminaari , Oulun kaupunginteatteri Tiina Koljonen, VTT

Kivihiilen merkitys huoltovarmuudelle 2010-luvulla

Tulevaisuuden energiateknologiat - kehitysnäkymiä ja visioita vuoteen ClimBus-ohjelman päätösseminaari kesäkuuta 2009 Satu Helynen, VTT

Lähienergialiiton kevätkokous

Energia ja kemianteollisuus Maailman energiavarat, tuotanto ja käyttö

Kaasujäähdytteinen nopea reaktori Virtauskanavan painehäviö CFD-laskennalla

Suomi kehittyneiden biopolttoaineiden kärjessä UPM Lappeenrannan biojalostamo. Ilmansuojelupäivät Stefan Sundman UPM Sidosryhmäsuhteet

Liikennepolttoaineet nyt ja tulevaisuudessa

Kotimaisen energiantuotannon varmistaminen reunaehdot ja käytettävissä olevat vaihtoehdot ja niiden potentiaalit

Kestävää energiaa maailmalle Voiko sähköä käyttää järkevämmin?

PVO-INNOPOWER OY. Tuulivoima Suomessa ja maailmalla Tuulta Jokaiselle, Lapua Suunnitteluinsinööri Ari Soininen

Turveliiketoiminnan tulevaisuus ja 2020 jälkeen

Biopolttoaineiden ympäristövaikutuksista. Kaisa Manninen, Suomen ympäristökeskus Uusiutuvan energian ajankohtaispäivät

Kotimainen kokonaistoimitus sahateollisuuden tarpeisiin. Jussi Räty, MW Power Suomen Sahat Bioenergiaseminaari 2009

Vart är Finlands energipolitik på väg? Mihin on Suomen energiapolitiikka menossa? Stefan Storholm

Kiertotaloustoimet erilaisissa arvoketjuissa I Ilkka Hippinen, Motiva Oy

Ajankohtaista energia- ja ilmastopolitiikassa

METSÄBIOMASSAN KÄYTTÖ SÄHKÖN JA KAUKOLÄMMÖN TUOTANNOSSA TULEVAISUUDESSA Asiantuntijaseminaari Pöyry Management Consulting Oy

Vesihuoltolaitosten vaikutus ilmastonmuutokseen

Teollisuus- ja palvelutuotannon kasvu edellyttää kohtuuhintaista energiaa ja erityisesti sähköä

Todentaminen - tausta

Polttokennoteknologian tarjoamat mahdollisuudet suomalaiselle kulkuneuvo-, kone- ja elektroniikkateollisuudelle 02-11/2001

Fossiiliset polttoaineet ja turve. Parlamentaarinen energia- ja ilmastokomitea

Biodiesel Tuotantomenetelmien kemiaa

Kaupalliset pienen kokoluokan kaasutus CHP laitokset

Mistäuuttakysyntääja jalostustametsähakkeelle? MikkelinkehitysyhtiöMikseiOy Jussi Heinimö

Matkalle puhtaampaan maailmaan. Jaakko Nousiainen, UPM Biopolttoaineet Puhdas liikenne Etelä-Karjalassa

Maapallon kehitystrendejä (1972=100)

Pohjoismaiden johtava sähkö- ja lämpöyhtiö

Suomalainen osaaminen ja tulevaisuuden painopisteet Kiinteistö- ja Rakennusalan tietotekniikassa. Näkemyksiä, kommentteja keskustelun pohjaksi

Energia- ja ympäristöhaasteet

Riittääkö öljy ja millä hinnalla? Kansantaloudellinen Yhdistys Economicum Paavo Suni

Ydinpolttoainekierto. Kaivamisesta hautaamiseen. Jari Rinta-aho, Radiokemian laboratorio

ENERGIAMURROS. Lyhyt katsaus energiatulevaisuuteen. Olli Pyrhönen LUT ENERGIA

Ajankohtaista Fortumissa. ATS syysseminaari Jukka Päivärinta, henkilöstö- ja liiketoimintajohtaja, Loviisan voimalaitos

Ilmastonmuutoksen hillinnässä korostuu uusi teknologia ja kansainvälinen ilmastoyhteistyö

Fortumin Energiakatsaus

Ydinvoimalaitoksen polttoaine

Euroopan ja Suomen kaasumarkkinat

Puun (metsäbiomassan) käyttö nyt ja tulevaisuudessa

Suomen rakennettu ympäristö vuonna Bio Rex Miimu Airaksinen, VTT

TVO:n kuulumiset ja OL4

Vesivoima Suomessa ja vaelluskalojen palauttaminen jokiin. Ympäristöakatemia

Ilmastokaaos vai uusi teollinen vallankumous?

Energy Visions 2050 Globaali energia ja ilmastotulevaisuus skenaarioita vuoteen 2050

Uusi ejektoripohjainen hiilidioksidin talteenotto-menetelmä. BioCO 2 -projektin loppuseminaari elokuuta 2018, Jyväskylä.

Transistori. Vesi sisään. Jäähdytyslevy. Vesi ulos

Suomalainen erotus- ja transmutaatiotekniikan tutkimus

Nopeat ydinreaktorit. Fast nuclear reactors

Uuraisten energiatase Keski-Suomen Energiatoimisto/ Benet Oy

BIOENERGIAN HYÖDYNTÄMINEN LÄMMITYKSESSÄ. Lämmitystekniikkapäivät Petteri Korpioja. Start presentation

Gasum Petri Nikkanen 1

ENKAT hanke: Biokaasutraktorin vaikutus biokaasulaitoksen energiataseeseen ja kasvihuonekaasupäästöihin

Transkriptio:

Neljännen sukupolven fissioreaktorit Jarmo Ala-Heikkilä, opettava tutkija Aalto-yliopiston teknillinen korkeakoulu Teknillisen fysiikan laitos Aalto University School of Science and Technology Department of Applied Physics http://www.aalto.fi

Sisällysluettelo Miksi? - Tarvitaanko ydinvoimaa? Mitä? - Neljäs sukupolvi? (Gen-IV) Missä? - Tutkimus maailmalla ja meillä? Milloin? - Rakennusaikataulu?

Tarvitaanko ydinvoimaa? Yksi energiantuotantomuoto muiden joukossa Päästötöntä sähköntuotantoa Suuret laitokset, korkea käyttökerroin => perusvoimantuotanto Mahdollisuus sähkön ohella prosessilämmön ja kaukolämmön tuotantoon Juba

Mtoe Tarvitaanko ydinvoimaa? Maapallon väestö kasvaa, elintaso kasvaa =>energiankulutus kasvaa Ilmastonmuutos uhkaa, fossiiliset polttoaineet arvokkaita raakaaineita Siirrytään vety- ja sähkökäyttöisiin ajoneuvoihin - Molemmat polttoaineet täytyy valmistaa 18 000 16 000 14 000 12 000 10 000 Muut uusiutuvat Ydin Biomassa Kaasu 8 000 6 000 4 000 2 000 Hiilil Öljy 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 Lähde: IEA World Energy Outlook 2006, perusskenaario

Ydinvoiman käyttö vedyn tuotannossa Kangas&Auterinen, VTT

Riittääkö ydinvoimaa?

Ydinvoiman sukupolvet OECD/NEA, Kansainvälinen 4. sukupolven foorumi (GIF): - Teknologiatiekartta julkaistu 2002 (http://www.gen-4.org) Generation V Fusion 2060? GEN4FIN

Gen-IV-tavoitteet Kestävä kehitys - Kestävä energiantuotanto, uraanin riittävyyden varmistaminen, ydinjätteen määrän ja eliniän minimointi Turvallisuus ja luotettavuus - Sydänvaurioiden estäminen, laitosalueen ulkopuoliset turvatoimet tarpeettomiksi Taloudellisuus - Elinkaaren kokonaiskustannusetu, taloudelliset riskit muiden energialähteiden tasolle Ydinaseiden leviämisen estäminen - Ydinmateriaalin asekäytön hankaloittaminen, laitosten paremmat turvatoimet

Gen-IV-vaihtoehdot Kuusi laitostyyppiä valittu tarkempaan tutkimukseen: 1. Kaasujäähdytteinen nopea reaktori GFR 2. Erittäin korkean lämpötilan reaktori VHTR 3. Ylikriittisellä vedellä jäähdytetty reaktori SCWR 4. Natriumjäähdytteinen nopea reaktori SFR 5. Lyijyjäähdytteinen nopea reaktori LFR 6. Sulasuolareaktori MSR Eri vaihtoehdot ovat eri kehitysvaiheissa.

Kaasujäähdytteinen nopea reaktori GFR Pääpiirteet: Jäähdyte helium Ulostulolämpötila 850 C Sähköntuotanto kaasuturbiinilla Korkea hyötysuhde Suljettu polttoainekierto, uuden polttoaineen hyötö Aktinidien polttomahdollisuus, toriumin käyttömahdollisuus Haasteita: Materiaalien kestävyys Jälleenkäsittelyn prosessit ja hyväksyntä GIF

Erittäin korkean lämpötilan reaktori VHTR Pääpiirteet: Jäähdyte helium Avoin polttoainekierto Ulostulolämpötila yli 1000 C Lämmöntuotanto vetytehtaaseen tai hiilen kaasutukseen Myös sähköntuotanto mahdollista Haasteita: Materiaalien kestävyys Yhdistäminen vetytehtaaseen GIF

Ylikriittisellä vedellä jäähdytetty reaktori SCWR Pääpiirteet: Jäähdyte ylikriittinen vesi (ei kiehu) Ulostulolämpötila 550 C Avoin polttoainekierto Korkea hyötysuhde (44%) Hyvä taloudellisuus hyötysuhteen ja yksinkertaisen rakenteen ansiosta Päätehtävä sähköntuotanto Haasteita: Rakennemateriaalit Virtauksen säilyttäminen sydämessä GIF

Natriumjäähdytteinen nopea reaktori SFR Pääpiirteet: Jäähdyte natrium-metalli Ulostulolämpötila 550 C Matala paine reaktoriastiassa Kolmannen kierron työaine vesi tai CO 2 Päätehtävä sähköntuotanto Suljettu polttoainekierto, uuden polttoaineen hyötö Aktinidien polttomahdollisuus Haasteita: Natriumvuotojen hallinta Negatiivisen lämpötilatakaisinkytkennän varmistus GIF

Lyijyjäähdytteinen nopea reaktori LFR Pääpiirteet: Jäähdyte sula lyijy (tai Pb-Bi) Suljettu polttoainekierto Aktinidien polttomahdollisuus Ulostulolämpötila 550-800 C Vedyn tuotanto mahdollista Kolme eri kokoluokkaa: akkureaktori (50-150 MWe), keskikokoinen (300-600 MWe), suuri (1200 MWe) Päätehtävä sähköntuotanto Haasteita: Teräksen korroosio lyijyssä Pumppujen kestävyys GIF

Sulasuolareaktori MSR Pääpiirteet: Jäähdyte ja polttoaine (U, Pu, Th, Na, Zr) fluoridiseoksena Polttoaineen koostumusta voidaan muokata Suljettu polttoainekierto Päätehtävä aktinidien polttaminen ja sähköntuotanto Ulostulolämpötila yli 700 C Matala paine reaktoriastiassa Haasteita: Polttoaine ja fissiotuotteet reaktorin ulkopuolella Kemialliset erotusprosessit Ylläpito GIF

Gen-IV-tutkimuksen yleiset haasteet Taloudellisuus - Kypsät markkinat vs. kehittyvät markkinat - Prototyyppien kalleus - Vedyntuotannon yhdistäminen Turvallisuus, ydinmateriaalin leviämisen esto - Yleinen uskottavuus Polttoainehaasteet - Materiaalien kehittäminen (oksidi, nitridi, karbidi, metalli) - Suljetun polttoainekierron toteuttaminen - Toriumin hyödyntäminen Rakennemateriaalien kehittäminen - Korkeat käyttölämpötilat - Kova neutronispektri - Hankalat jäähdytemateriaalit (Pb, SCW) - Valmistus- ja kokoonpanomenetelmät

Gen-IV-tutkimus Suomessa Kansainvälistä yhteistyötä Isot ydinvoimamaat vetureina (Japani, Kiina, Ranska, USA, Venäjä) NOMAGE4: pohjoismainen verkosto (http://nomage4.org) GEN4FIN: suomalainen tutkimusverkosto (http://virtual.vtt.fi/virtual/gen4fin/) Suomen Akatemian rahoittama NETNUC-projekti 2008-2011 (LTY, TKK, VTT) Esimerkkejä NETNUC-aiheista: - Rakennemateriaalien tutkimus - SCWR:n lämmönsiirron mallinnus - Biojalostamo-konseptikehitys - Torium-polttoainekierto - HTR-reaktorin CFD-mallinnus

Gen-IV-tutkimus Suomessa: rakennemateriaalit ylikriittisessä vedessä Sami Penttilä, VTT

Gen-IV-tutkimus Suomessa: torium-polttoaine painevesireaktorin hilassa Jaakko Kuopanportti, TKK

Gen-IV-tutkimus Suomessa: torium-polttoainekierron ominaisuuksia Toriumin etuja uraaniin verrattuna: Resurssit 2-3 kertaa suuremmat Korkea sulamispiste, parempi lämmönjohtavuus Ei synny pitkäikäisiä transuraaneja Hyötö mahdollinen termisellä spektrillä U-232 auttaa proliferaation estossa Toriumin haittapuolia: Vaatii suljettua kiertoa, ei testattu teollisuusmittakaavassa U-232 vaatii parempia suojauksia jälleenkäsittelyssä Polttoaineen hinta ei kilpailukykyinen (vielä?) Mahdollistaa proliferaation tuottamalla U-233:a

Toteutusaikataulu Nopeita Gen-IV-reaktoreita (natrium-, lyijy-, kaasujäähdytteellä) rakennettu aiemmin, samoin sulasuola-prototyyppi (MSR) Natriumjäähdytteinen reaktori SFR lähimpänä toteutusta: - Käynnissä BN-600 Venäjällä, Monju Japanissa - Suunnitteilla ASTRID demoreaktori Ranskassa (tavoite 2020) Kakkosvaihtoehtona Ranskassa kaasujäähdytteinen GFR, Venäjällä lyijyjäähdytteinen LFR (tavoite 2025) Ylikriittisen vesireaktorin SCWR konseptia kehitetään EU-projektina (HPLWR2) sekä EU-Kiina-akselilla Erittäin korkean lämpötilan reaktorilla VHTR haasteelliset tavoitelämpötilat - Perustuu HTR-teknologiaan josta on kokemusta Sulasuolareaktori MSR vaatii vielä kehitystä Gen-IV-reaktoreiden prototyyppien rakentaminen 2020- ja 2030-luvuilla? Kaupalliset versiot 2040- ja 2050-luvuilla?

Yhteenveto Kaikkia energiantuotantovaihtoehtoja tarvitaan tulevaisuudessa, myös ydinvoimaa 4. sukupolven fissioreaktorit lupaavat: - Polttoaineen riittävyyttä - Taloudellisuutta - Turvallisuutta - Ydinjätteen minimointia Tutkimushaasteita riittää: - Polttoaine - Rakennemateriaalit (HUOM! synergia fuusion kanssa) - Neutroniikan mallinnus - Lämmönsiirron mallinnus - Turvallisuusanalyysit

Kiitos mielenkiinnostanne! Kysymyksiä?