Pienreaktoritkaukolämmöntuotannossa

Kaukolämpöpäivät 29.8. Vaasa

Ville SahlbergResearch Scientist

20/08/2019 VTT – beyond the obvious

20.8.2019 VTT – beyond the obvious 2/68

SMRpienreaktori

”SMALL”

MODULAR

REACTORSErittäin monimuotoinen kokoelma

erilaisia teknologioita ja

lähestymistapoja

Iso-Britannia:Kehittyneidenmodulaaristen reaktorientuki-instrumentti•Rolls Royce yksi aktiivisistatoimijoista

YhdysvallatNuScale -SMR lisensointiprosessissa•Arvio: EnsimmäinenNuScale valmiina 2026

Kanada:Useita reaktorikonseptejalisensointiputkessa•Tähtää pienreaktori-hubiksi

Venäjä:Siirrettävä lauttareaktoriAkademik Lomonosov

• rakennettu•Ei vielä käytössä

Kiina:HTR-PM: Kahdenreaktorin laitos (200 MWe) korkeanlämpötilan reaktori

•rakennettu•Ei vielä käytössä

Kaukolömpöreaktoriendemonstraatioita•Lukuisiapienreaktorikonsepteja

•Kunnianhimoinenaikataulu

Etelä-KoreaSMART -pienreaktorilaitos

Ranska:Ranskalainen pienreaktoriakehittävä konsortiomuodostettu

Osa kehitteillä olevista pienreaktoreista

listattuna

4/68Lähteet:https://www.world-nuclear-news.org/Articles/NuScale-SMR-enters-first-manufacturing-phase - http://world-nuclear-news.org/Articles/Romania-to-explore-NuScale-SMR-deployment - http://www.world-nuclear-news.org/NN-China-Saudi-Arabia-

agree-to-build-HTR-2001164.html - http://world-nuclear-news.org/Articles/Russia-gets-operating-licence-for-floating-plant - https://www.researchgate.net/figure/Manufacture-of-the-HTR-PM-reactor-pressure-vessels-by-the-Shanghai-Electric-

Corporation_fig1_301827952

20/08/2019 VTT – beyond the obvious

Pienreaktorit jalämpö

Pienreaktorien käyttökohteet

20.8.2019 VTT – beyond the obvious 6/68

Suolanpoisto

(desalinaatio)

Kaukolämpö

Sähkö

Teollisuuden

prosessi-

lämpö

Vedyn

tuotanto

Sähköverkon

tuki Off-grid

sovellukset

Tutut Uusien alueiden valtaus

Kaukolämpö ja ydin

21/08/2019 VTT – beyond the obvious

Ydinkaukolämpö• Ei mitenkään uusi asia

• Saanut uutta tuulta alleen maailmalla

Maailmalla 51 reaktoria tuottaa tai

on tuottanut ydinkaukolämpöä

Usein pieni osuus koko tuotannosta lämmöksi.• Lähikylien lämmitys

Kuva: http://www.world-nuclear-news.org/Articles/CNNC-completes-design-of-district-

heating-reactor

Lähde: IAEA-TECDOC-1184: Status of non-electric nuclear heat applications:

technology and safety

Pienreaktorien edut lämmöntuotannossa

Lämpö

• Hankalaa siirtää → paikallinen tuotanto tarpeen

• Passiiviset järjestelmät avaavat keskustelun siitä,

mihin pienreaktoreja voi sijoittaa

• Pienempi koko ↔ rajallinen kysyntä

• Ei tarvetta gigawateille gigawattien perään tehoa

Matalia lämpötiloja voidaan tuottaa kevyemmin komponentein

• Kaukolämpöreaktorit

• Matalammat paineet, matalammat lämpötilat → halvempi hinta?

21/08/2019 VTT – beyond the obvious 8/68

20/08/2019 VTT – beyond the obvious

Pienreaktori-tyyppejämaailmalla

Yhdysvallat: NuScale

21/08/2019 VTT – beyond the obvious 10/68

Lupaavin pienreaktoritoimittaja: NuScale Power

1-12 reaktorimoduulia samassa laitoksessa

200 MWth per moduuli, ~300 C höyrynä

57 MWe (net) per moduuli

Lämmön ja sähkön tuotantojen suhde

säädettävissä CHP-tuotannossa• 50-150 MWth + 15-45 MWe per CHP moduuli

Kuva: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diagram_of_a_NuScale_reactor.jpg

Yhdysvallat: NuScale

21/08/2019 VTT – beyond the obvious 11/68

Lisensointiprosessissa• Tähtää lisensoinnin valmistumiseen 2021

• Eteneminen tällä hetkellä etuajassa

Ensimmäinen laitos suunniteltu Idahoon• Arvioitu valmistuminen 2026

Lähde: https://www.nuscalepower.com/benefits/diverse-applicationsKuva: https://www.world-nuclear-news.org/Articles/NuScale-SMR-enters-first-

manufacturing-phase

Kiina: tarve puhtaalle kaukolämmölle

Pohjois-Kiina lämmitetään

kaukolämmöllä

• Hiili-CHP -laitoksia

• Haasteita:

• Paikalliset ilmansaasteet

• Sähköverkon pullonkaulat

yhdistettynä kasvaneeseen

tuulivoiman määrään

Tarve puhdistaa lämmöntuotanto

21/08/2019 VTT – beyond the obvious 12/68

Image from W. Xiong et al., Energy Vol 81, 1 March 2015, Pages

274-285

Kiina: Kaukolämpöreaktorien kilpailuNykyinen energian nelivuotissuunnitelma sisältää ”demonstration of concept”

DHR-400CNNC

HAPPY200SPICRI

NHR200-IICGN

400 MWth allasreaktori

• Tuottaa 90 C vettä

kaukolämpöverkkoon

• Ensimmäinen laitos

arvioitu valmistuvan

2021

200 MWth reaktori

• Tuottaa 110 C vettä

kaukolämpöverkkoon

200 MWth CHP reaktori

• NHR200:n suunnittelu on

uusittu useita kertoja viime

vuosikymmeninä

• Soveltuvuustutkimus

ensimmäisestä laitoksesta

käynnissä21/08/2019 VTT – beyond the obvious

Kiina: DHR-400

21/08/2019

VTT – beyond the obvious

14/68

Nuclear heating station

Main building

Reactor pool

Reactor core

Urban heating system

Heating adjustment

boiler

Building with

heating supply

Heat exchanger

Kuva: Liu Xingmin, ”Deep-pool Low-temperature Heating Reactor (DHR)”

Technical Meeting on Deployment of Non-Electric Applications Using Nuclear Energy for Climate Change Mitigation

Kanada: Konseptien monimuotoisuus

Vendor Name of design and cooling typeElectrical capacity

(MWe)Applied for

Terrestrial Energy Inc. IMSR Integral Molten Salt Reactor 200Phase 1

Phase 2

NuScale Power, LLCNuScale Integral

Pressurized Water Reactor60 per module Phase 2*

Ultra Safe Nuclear Corporation /

Global First Power

MMR-5 and MMR-10 High Temperature

Gas5-10

Phase 1

Phase 2

Westinghouse Electric Company,

LLC

eVinci Micro Reactor Solid core and heat

pipes

Various outputs up to

25 MWePhase 2*

LeadCold Nuclear Inc. SEALER Molten Lead 3 Phase 1

Advanced Reactor Concepts Ltd. ARC-100 Liquid Sodium 100 Phase 1

URENCO U-Battery High-Temperature Gas 4 Phase 1

Moltex Energy Moltex Energy Stable Salt Reactor 300 Series Phase 1 and 2

SMR, LLC. (A Holtec International

Company)SMR-160 Pressurized Light Water 160 Phase 1

StarCore Nuclear StarCore Module High-Temperature Gas 14 Series Phase 1 and 2

21/08/2019 VTT – beyond the obvious 15/68Lähde: http://nuclearsafety.gc.ca/eng/reactors/power-plants/pre-licensing-vendor-design-review/index.cfm

21/08/2019 VTT – beyond the obvious

Pienreaktoritosanakokonaisuutta

VTT 2018 17

Kaukolämpöjärjestelmässä

reaktoreilla rooli peruskuorman

täyttämisessä• CHP: hyödyntää sähkön hintapiikit

säätämällä lämmön ja sähkön

suhdetta. Lämpövarastoilla on

tällöin suuri rooli.

Syrjäyttää polttamista

A techno-economic assessment of NuScale and DHR-400 reactors in a district heating and cooling gridTomi J. Lindroos, Esa Pursiheimo, Ville Sahlberg & Ville Tulkki Energy Sources, Part B: Economics, Planning, and Policy

Valmistajien

valmius toimittaa

riittävän valmis

paketti

Käyttötarkoitus?

Haasteet

VTT 2018

Pienreaktorit

Loppukäyttäjien

valmius,

ymmärrys

mahdollisuuksista

ja rajoitteista

Kuka on

loppukäyttäjä?

Yleinen

hyväksyttävyys

Soveltuvuus

systeemiin,

lainsäädäntö,

säädökset

Usein sanotaan ettei vielä valmis…

Teknologian valmiuden osalta riskit pienenevät

• DHR-400 pitäisi olla käynnissä 2021

• NuScale lisenssi 2020/2021, käynnissä 2026

• Vaatimus tuotteen valmiusasteesta riippuu myös loppukäyttäjästä

• Projekti vs. tuote

Varsinkin ydinenergian osalta aikaa vievät

• Yleisen hyväksyttävyyden varmistava yhteiskunnallinen keskustelu

• lisensointi, kaavoitus ja luvat eri vaiheissa

Haluaako yhteiskunta mahdollistaa ydinlämmön käytön?

21.8.2019 VTT – beyond the obvious 19

20/08/2019

Ville Sahlberg

ville.sahlberg@vtt.fi

+358 40 648 7138

@VTTFinland

@400Megawatts

www.vtt.fi