Ydinvoiman käyttökohteet

Wikipedia

Ydinvoimaa käytetään hyvin vaihtelevissa käyttötarkoituksissa voimalaitoksista sukellusveneisiin, satelliiteista majakoihin. Ydinpolttoaineen suuri energiasisältö mahdollistaa toisaalta suurten energiamäärien tuottamisen pienillä materiaalivirroilla tai toisaalta sallii pitkäkestoisen energiantuotannon ilman tarvetta lisätä polttoainetta.

Sisällysluettelo 1 Ydinvoimalaitokset 2 Merenkulku 3 Avaruuslennot 4 Vedenpuhdistus 5 Lämmitys 6 Ydinaseriisunta 7 Lähteet

[muokkaa] Ydinvoimalaitokset

Katso myös: Ydinvoima ja ydinvoiman historia

Ydinvoima EU:ssa Osuus sähköntuotannosta
Ranska	78 %	Liettua	72 %
Belgia	55 %	Slovakia	55 %
Ruotsi	52 %	Slovenia	38 %
Unkari	34 %	Saksa	32 %
Tšekki	31 %	Suomi	27 %
Espanja	23 %	Britannia	19 %
Hollanti	3,8 %

Ydinvoimalaitoksia pidetään teollisuusmaiden jatkuvaan, mittakaavaltaan suureen sähkönkulutukseen sopivana energiamuotona, sillä jo varsin pienellä määrällä voimalaitoksia ja suhteellisen vähäisellä polttoainemäärällä voidaan kattaa teollisuusmaan sähköntarve miltei kokonaan tai osa siitä. Esimerkiksi Ranskassa 78% kaikesta sähköstä tulee jo ydinvoimasta ja ydinvoiman tuotantoa pyritään edelleen kasvattamaan. Koska sähkömarkkinoilla voimalaitosten ajojärjestyksestä tavallisesti muotoutuu sellainen, että kulutuksen laskiessa ensimmäisinä alas ajetaan kalliiden muuttuvien kustannusten voimalaitokset, suhteellisen edullista sähköä tuottavia ydinvoimaloita käytetään yleensä miltei tauotta. Ydinvoimalan tuotantoa voidaan toki myös säätää ja niin myös paljon ydinsähköä tuottavissa maissa yleisesti tehdään.

1950-luvun jälkeen ydinvoimaloiden määrä on kasvanut huomattavasti. Vuoteen 1964 mennessä maailmassa oli 14 reaktoria kytkettynä sähköverkkoon, vuonna 1970 81 reaktoria, vuonna 1975 jo 167, vuonna 1985 365 ja vuonna 1999 428. Ydinvoimalla tuotetaan tätä nykyä noin 16 % maailman sähköstä [1] ja 6,5 % kaikesta energiasta [2].

Maailman ydinvoimajärjestön WNA:n mukaan ([3]) 25. toukokuuta 2005 maailmassa oli 439 ydinvoimareaktoria 30 maassa ja niiden yhteenlaskettu sähköteho oli 366 GW. Uusia voimalaitosreaktoreita oli rakenteilla 25, suunnitteilla 39 ja ehdotettu 73. Kaikesta maailman sähköstä noin 16% tuotetaan ydinvoimalla – mikä tekee ydinvoimasta vesivoiman veroisen maailman toiseksi merkittävimmän kasvihuonekaasupäästöttömän sähköenergianlähteen. Kaikesta tuotetusta energiasta ydinvoimalla tuotetaan noin 7%. Tuotantoon kulutettiin noin 68 tuhatta tonnia uraania. Tämä määrä mahtuisi kuutioon, jonka särmät ovat 15 metriä pitkät. Laskennallisesti siis koko maailman sähkönkulutus voitaisiin kattaa 400 tuhannella uraanitonnilla vuodessa, mikä mahtuisi kuutioon jonka särmät ovat 30 metriä pitkät.

Kevytvesireaktori (hidastinaineena tavallinen vesi) on selvästi yleisin voimalaitoskäytössä, niitä on yhteensä 355, joista 263 painevesireaktoreita ja 92 kiehutusvesireaktoreita. Seuraavaksi yleisin on CANDU-reaktori, joita on 38. Loput 46 ovat harvinaisempia reaktorityyppejä.

[muokkaa] Merenkulku

Maailman merillä kulkee kymmenittäin ydinkäyttöisiä laivoja, joista suurin osa on sukellusveneitä. Sukellusveneelle ilmaa kuluttamaton, jopa vuosikymmeniä samalla polttoaineella käyvä voimanlähde sopii hyvin. Ydinvoimalla käyvät myös useimmat Yhdysvaltain laivaston lentotukialukset, sekä Ranskan FS Charles de Gaulle, ja Venäjän Kirov-luokan risteilijät. Ydinvoiman tulo merille on mahdollistanut monia aiemmin ilmeisen mahdottomia suorituksia, kuten sen että sekä sukellusveneellä että jäänmurtajalla on saavutettu maantieteellinen pohjoisnapa.

Ydinkäyttöisten alusten reaktorit suunnitellaan yleensä toimimaan vuosia tai vuosikymmeniä alkuperäisellä, telakalla tehdyllä latauksella. Jos laivan käyttöikää halutaan jatkaa polttoaineen keston yli, lataus voidaan uusia, mutta monesti laiva poistetaan vanhuuttaan käytöstä ennen sitä.

Ydinkäyttöisiä rahti- ja matkustajalaivoja on myös rakennettu. Yhdysvaltain prototyyppialuksen NS (Nuclear Ship) Savannahin, Saksan NS Otto Hahnin ja Japanin NS Mutsun oli tarkoitus olla kokonaisen rauhanomaisen ydinmerenkulun aikakauden edelläkulkijoita, mutta ydinvoimavastaisuuden yleistyttyä (katso ydinvoimakeskustelu) ydinmerenkulku on jäänyt lähinnä sotilaskäyttöön. (Simpson, 1995)

Poikkeuksena on Pohjoinen jäämeri, jonka vaativissa olosuhteissa ydinvoimanlähteen edut suhteessa dieselkäyttöisiin aluksiin ovat suuremmat kuin muilla merialueilla. Alueen jäänmurtajat ja Jäämeren suurin rahtilaiva NS Sevmorput ovat ydinkäyttöisiä. Jäämerellä on myös ydinkäyttöisiä majakoita, jotka saavat tehonsa isotooppiparistosta.

Yhteensä maailman merillä on ydinkäyttöisille aluksille tähän mennessä kertynyt 12000 reaktorinkäyttövuotta (WNA: [4]).

[muokkaa] Avaruuslennot

Kauas suuntautuvilla avaruuslennoilla käytetään yleisesti ydinvoimaa, sillä muut voimanlähteet ovat vähemmän kestäviä, suurikokoisempia, vaikeammin ennustettavia tai kuluttavat enemmän polttoainetta. Tavallisin ydinenergianlähde avaruudessa on niin sanottu isotooppiparisto eli RTG (radiothermoelectric generator). Niitä on useimmissa syvälle aurinkokuntaan matkustavissa avaruusluotaimissa ja monilla planeettalennoilla. RTG perustuu radioaktiivisen aineen, usein plutoniumin, hajoamisessa syntyvän lämmön hyödyntämiseen termosähköisen jännitteen luomisessa. Isotooppiparistoja on käytetty mm. Apollo-kuulennoilla ja Cassini-luotaimessa.

Myös ydinreaktoreita käytetään avaruudessa ja sellainen soveltuu myös raketin voimanlähteeksi. Neuvostoliitto lähetti kiertoradalle useita RORSAT-satelliitteja, joiden tutka saa energiansa ydinreaktorista. Yhdysvallat on kehittänyt ydinkäyttöisiä raketteja ja sellaista on myös kokeiltu avaruudessa Snapshot-lennolla 1965. NASAn projekti Prometheuksen tarkoituksena on kehittää ydinraketti tuleviin planeettojen välisiin lentoihin. Historiallisesti Orion-projekti pyrki samaan tavoitteeseen jokseenkin erilaisella tekniikalla. (Simpson, 1995)

[muokkaa] Vedenpuhdistus

Ydinvoimalaitos tuottaa suuria määriä energiaa. Koska kaikki ydinreaktorin lämpö ei ole muunnettavissa sähköksi, merkittävä osa energiasta täytyy johtaa lämpönä ympäristöön: vesistöön tai jäähdytystorneihin. On luonteva ajatus, että meren rannalla toimiva ydinvoimalaitos käyttää osan energiastaan suolanpoistoon. Toistaiseksi vedenpuhdistus ydinvoimalla keskittyy meriveden puhdistukseen, mutta samantapaisella prosessilla on mahdollista myös kuumentamalla steriloida makeaa vettä. Nykyisin ydinkäyttöisen vedenpuhdistuksen merkitys on vähäinen koko maailman mittakaavassa, mutta paikallisesti sillä tuotetaan merkittäviä määriä puhdasta vettä.

Suuren lämmöntuotantonsa takia ydinvoiman tiedetään soveltuvan vedenpuhdistukseen ja sitä on tähän tarkoitukseen myös käytetty. Kaspianmeren rannalla Aqtaw'ssa Kazakstanissa toimi vuodesta 1972 vuoteen 1999 BN-350 -tyyppinen hyötöreaktorivoimala, joka tuotti 135 MW sähköä ja 3320 tonnia puhdasta vettä tunnissa. Japanissa on kymmenkunta suolanpoistolaitosta, jotka saavat käyttöenergiansa painevesireaktoreista. Näille reaktoreille on kertynyt yhteensä 100 vuotta reaktorinkäyttökokemusta.

Intiassa Madrakseen suunnitellaan demonstraatiolaitosta, jonka kahdella reaktorilla on tarkoitus tuottaa runsaat 5000 tonnia puhdasta vettä päivässä. Hanke toimii prototyyppinä suuremmille 45 000 tonnin päivätuotantoon kykeneville laitoksille. Kiinassa tutkitaan mahdollisuutta tuottaa 160 000 tonnia puhdasta vettä päivässä ydinvoimalla Yantain alueella. Venäjällä rakennetaan lautoilla siirrettävää KLT-40 -reaktoria vedenpuhdistukseen.

[muokkaa] Lämmitys

Yhtä lailla kuin vedenpuhdistukseen, ydinreaktorin ylijäämälämpö soveltuu kaukolämmöksi. Tässä tarkoituksessa ydinvoimaa on käytetty Kanadassa, Venäjällä ja eräissä Itä-Euroopan maissa. Ruotsalainen ABB suunnitteli yksinomaan kaukolämmitykseen tarkoitetun kaupunkireaktorin, jonka käyttöönottoa suunniteltiin Pohjoismaissa (Choppin et al., 2002). Myös Loviisan ydinvoimalan lämmön hyödyntämistä kaukolämpönä Pääkaupunkiseudulle on ehdotettu, mutta hanketta ei ole pidetty kannattavana. Ydinvoiman vastustus (katso ydinvoimakeskustelu) on sittemmin lopettanut lähes kaikki hankkeet ydinvoiman käyttämiseksi lämmityksessä, joka sinällään on hyvin ristiriitaista sillä ydinvoiman hukkalämmön talteenotolla pystyttäisiin vähentämään alueellisesti merkittävä määrä lämmityksestä tulevia päästöjä lisäämättä ydinpolttoaineen käyttöä.

[muokkaa] Ydinaseriisunta

Pääartikkeli: Ydinaseriisunta

Vaikka ydinvoimalan polttoaine ei sovellukaan sellaisenaan käytettäväksi ydinaseissa, koska sen rikastusaste on vain 3–5% ja vaikka rikastaminen onkin teknisesti vaativa ja hankalasti toteutettava prosessi, on sitä vastoin varsin helppoa laimentaa ydinräjähteiden materiaaleja n. 90% siten, että ne voidaan hävittää ydinreaktorin polttoaineena. Tällä hetkellä ydinaseriisuntasopimusten mukaisesti ydinräjähteitä hävitetään aktiivisesti Yhdysvalloissa ja Venäjällä. Yhdysvaltojen sähköntuotannosta noin 10% on peräisin hävitettävistä ydinaseista saatavasta ydinpolttoaineesta, mikä vastaa noin puolta maan kaikesta ydinsähköstä. Ilman luotettavaa tapaa tuhota ydinasemateriaaleja ydinaseriisunnan käytännön toteutus olisi vaikeaa tai miltei mahdotonta. Ydinaseista saatavan MOX-polttoaineen käyttäminen voimalaitoksissa on kohdannut vastustusta eri järjestöiltä (katso ydinvoimakeskustelu). (Hore-Lacey, 2003)

[muokkaa] Lähteet

• Choppin et al.: Principles of Nuclear Power, 19. luku kirjasta Radiochemistry and Nuclear Chemistry, MA, USA, 2002, ISBN 0-7506-7463-6
• Simpson, J.: Nuclear Power from Underseas to Outer Space, American Nuclear Society, La Grange Park, IL, USA, 1995, ISBN 0-89448-559-8
• Hore-Lacey, Ian: Nuclear Electricity, Melbourne, Australia, 2003, ISBN 0-9593829-8-4