Ydinvoima – hiilidioksidipäästötöntä energiaa

Ydinvoima on energiantuotantomuoto, jossa ydinreaktiosta saatavaa lämpöä käytetään luomaan korkeapainehöyryä, joka turbiinin läpi johdettuna tuottaa sähköä.

Sähköntuotantoprosessi aloitetaan käyttämällä polttoaineena uraania. Uraani on raskas ja heikosti radioaktiivinen alkuaine, jonka kemiallinen merkki on U ja järjestysluku 92. Luonnossa uraani koostuu kolmesta isotoopista. Ne ovat ²³⁸U (99,28 %), ²³⁵U (0,71 %) ja ²³⁴U (0,005 %). Vain isotoopin ²³⁵U atomiytimillä on luontainen kyky fissioon, kun niitä pommitetaan neutroneilla.

Uraanin tuottaminen polttoaineeksi on monivaiheinen prosessi. Luonnonvaraista uraania kaivetaan kallioperästä ja rikastetaan samalla tavalla kuin malmeja. Uraanirikaste muunnetaan kaasumaiseen muotoon ja sitä väkevöidään erityisissä väkevöintilaitoksissa, jotta ²³⁵U-osuutta voidaan lisätä. Se muunnetaan kiinteäksi uraanioksidiksi ja puristetaan sitten polttoainetableteiksi. Tabletit pakataan polttoainesauvoihin, jotka kootaan reaktoreissa käytettäviksi polttoainepanoksiksi.

Polttoainesauvoilla saadaan aikaan ydinfissioreaktio, jossa raskas atomi jakautuu kahdeksi tai useammaksi kevyemmäksi atomiytimeksi vapaan neutronin osuessa siihen. Reaktiossa vapautuu myös 2–3 neutronia, jotka voivat aiheuttaa uusia fissioita ja saada aikaan ketjureaktion.

Painevesireaktorissa (PWR, Pressurised Water Reactor), kuten Loviisan voimalaitosyksiköt, paine on tyypillisesti 120-160 bar. Korkea paine estää reaktorisydämen läpi virtaavan fissioreaktiossa vapautuvan energian kuumentaman veden kiehumisen reaktoripainesäiliössä. Painevesilaitoksessa on kaksi erillistä kiertopiiriä, primääripiiri, jossa kiertää reaktorisydämen läpi pumpattava vesi, ja sekundääripiiri, jossa turbiinille johdettava höyry tuotetaan.

Energia siirtyy reaktorista primääripiirin paineistetun 300-330 °C:seen lämmenneen veden mukana erillisiin höyrystimiin, joissa energia siirtyy sekundääripiirin veteen, joka höyrystyy. Kehittynyt höyry (260-295 °C ja 45-78 bar) johdetaan turbiinille. Höyrystimissä jäähtynyt primääripiirin vesi pumpataan puolestaan takaisin reaktoripainesäiliöön.

Turbiinin jälkeen höyry johdetaan lauhduttimiin, joissa se tiivistyy takaisin vedeksi kylmän meriveden jäähdyttämänä. Painevesilaitoksessa vesi pumpataan lauhduttimista takaisin höyrystimiin. Jäähdytyksessä käytetty merivesi johdetaan lämmenneenä takaisin mereen. Painevesilaitoksen periaatteellinen toimintakaavio on esitetty alla.

Pääosin ydinvoimaa käytetään sähkön tuottamiseen, mutta ydinreaktion aikaansaamaa lämpöä voidaan myös käyttää talojen lämmittämiseen asutuskeskuksissa (kaukolämpö).

Loviisan voimalaitoksen tuottamaa sähköä käytetään perusvoimana, keskeytyksettömänä ympärivuotisena energianlähteenä. Loviisan voimalaitos tuottaa vuosittain sähköä valtakunnan verkkoon yhteensä noin 8 terawattituntia (TWh), mikä vastaa noin 13 % maamme sähköntuotannosta.

Loviisan ydinvoimalaitoksen turvallisuus perustuu Fortumin vankkaan osaamiseen sekä laitteiden ja toimintojen erittäin korkeaan luotettavuustasoon. Useat toinen toisiaan varmistavat rinnakkaistoiminnot ja rakenteiden laatu ovat osa kaiken varalle rakennettujen turvallisuusjärjestelmien kokonaisuutta.

Voimalaitoksen järjestelmälliset huollot ja modernisoinnit pitävät huolen siitä, että laitteistot pysyvät ajan vaatimuten mukaisella tasolla. Vuosina 2014 - 2018 toteutettiin voimalaitoksen historian laajin investointiohjelma, jolla varmistetaan laitoksen turvallinen, luotettava ja kannattava sähköntuotanto käyttölupien loppuun saakka.

Uraanipolttoaineen osuus Fortumin omaan energiantuotantoon hankituista polttoaineista on noin 20 %. Uraani on raskas ja lievästi radioaktiivinen alkuaine (kemiallinen merkki U, järjestysnumero 92). Luonnossa esiintyvä uraani koostuu kolmesta isotoopista, jotka ovat 238U (99,28 %), 235U (0,71 %) ja 234U (0,005 %). Ainostaan isotoopin 235U ytimet ovat sellaisia, että ne halkeavat kun niihin kohdistetaan neutroneja ja samalla vapautuu energiaa ja uusia neutroneja. Tätä ketjureaktiota hyödynnetään ydinvoimalaitoksissa.

Uraanipolttoaineen valmistus on monivaiheinen prosessi. Luonnonuraani louhitaan kallioperästä ja rikastetaan muiden malmien tapaan. Uraanirikaste muutetaan kaasumaiseen muotoon ja väkevöidään 235U:n pitoisuuden nostamiseksi erityisissä väkevöintilaitoksissa. Väkevöity uraani muutetaan kiinteäksi uraanioksidiksi, joka puristetaan polttoainepelleteiksi. Polttoainepelletit pakataan tiiviisiin polttoainesauvoihin, jotka kootaan reaktorissa käytettäviksi polttoaine-elementeiksi.
Uraanimalmin louhinta ja rikastaminen ovat verrattavissa mihin tahansa kaivostoimintaan. Uraanin radioaktiivisuuden vuoksi sivukiven ja rikastusjätteiden käsittelyyn ja varastointiin kiinnitetään kuitenkin erityistä huomiota ympäristövaikutusten minimoimiseksi. Uraanin isotooppiväkevöinti tapahtuu nykyään sentrifugeilla. Tämä menetelmä kuluttaa vain murto-osan (alle 1%) siitä sähköstä mitä kaasudiffuusioon perustuva menetelmä aikoinaan tarvitsi.

Loviisan voimalaitoksen polttoaine hankitaan venäläiseltä TVEL:ltä kokonaistoimituksena, joka kattaa koko ketjun raakauraanin hankinnasta polttoainenippujen valmistukseen. Arvioimme säännöllisesti ydinpolttoainetoimittajiemme laatu-, ympäristö- sekä terveys- ja turvallisuuden hallintajärjestelmiä sekä ydinpolttoainenippujen valmistusta. Asiantuntijamme käyvät myös säännöllisesti arvioimassa polttoainetoimittajan uraanikaivoksen toimintoja Venäjällä.

Polttoaine kuljetetaan voimalaitokselle elementteinä. Tuore polttoaine ei ole radioaktiivista eikä sen kuljettaminen vaadi erityistoimia. Reaktorista poistettu käytetty ydinpolttoaine on korkea-aktiivista ydinjätettä, jota säilytetään aluksi valvotuissa olosuhteissa voimalaitoksella. Loviisan voimalaitoksen käytetty polttoaine loppusijoitetaan aikanaan Posivan rakenteilla olevaan loppusijoitustilaan Olkiluodossa.