Reaktorien huollon ja rakenteiden yhtäaikaisella suunnittelulla pienennetään fuusiovoimaloiden kustannuksia

12.8.2013

 
VTT:llä merkittävä rooli tulevaisuuden fuusioreaktorien huollon kehittämisessä

VTT:n tutkimustulosten mukaan tulevien fuusiovoimaloiden käyttöastetta voidaan parantaa merkittävästi, jos voimalaitoksen etähuoltojärjestelmän suunnittelu tehdään osana reaktorin muuta suunnittelua. Huoltojen kesto voidaan minimoida reaktorin mahdollisimman yksinkertaisella rakennesuunnittelulla. Näin reaktorin rakentamisen ja käytön aikaiset kustannukset pienenevät. VTT on ollut vuodesta 1995 mukana kahdessa hankkeessa, joiden tavoitteina on rakentaa täysimittainen fuusioreaktori ja kaupallistaa fuusion käyttö energiantuotannossa.

Fuusiota valjastetaan energiantuotantoon kansainvälisissä ITER- ja DEMO (DEMOnstration Power Plant) -hankkeissa. VTT:llä on ollut hankkeissa merkittävä rooli reaktorien kriittisimpien osien etähuoltojärjestelmien kehittämisessä.

ITER on rakenteilla oleva koereaktori, jossa testataan sen valmistuttua eri teknologioiden ja materiaalien soveltuvuutta fuusioreaktorien käyttöön. DEMO perustuu ITER:n onnistumiselle. Se tulee toimimaan kaupallisen fuusiovoimalaitoksen prototyyppinä.

VTT selvitti yhdessä Euroopan fuusioenergiatutkimusta koordinoivan EFDA:n kanssa, miten ITER-hankkeessa suunniteltu huolto ja laitteet soveltuvat DEMO-reaktoriin ja miten ITER:ssä ilmenneitä ongelmia voidaan välttää DEMO-reaktorissa.

Tutkimuksen tuloksena syntyneen konseptisuunnitelman mukaan fuusioreaktorin huolto tulee suunnitella riittävän aikaisin vuorovaikutuksessa muun suunnittelun kanssa. Kun etähuollon ja rakenteen suunnittelu tehdään rinnakkain, vältytään suurilta yhteensovittamista hankaloittavilta virheiltä. Rakennusaikana ilmaantuvia muutostarpeita ilmenee vähemmän, ja valmiin voimalan huollonaikainen seisottaminen vähenee. Näin kustannukset pienenevät paitsi rakennusvaiheessa myös valmiissa voimalaitoksessa.

ITER:n testien yhteydessä on havaittu useita ongelmallisia huoltotilanteita. Esimerkiksi huoltolaitteiden asennuksia ja niiden tarvitsemien kulkuaukkojen mitoitusta ei ole tarpeeksi huomioitu alkuperäisessä suunnittelussa. Tämä on rajoittanut käytettävissä olevia vaihtoehtoja etähuollon toteuttamiseksi.

DEMO:n huoltovaatimukset ovat ITERiä tiukemmat, sillä tavoitteena on kaupallinen, toimiva reaktori. ITER:ssä havaitut huollon ongelmat ja pitkät huoltoseisokit aiheuttaisivat merkittäviä lisäkustannuksia. Lähtökohtana DEMO-reaktorin suunnittelussa on ollut huollon keston minimointi moduloimalla rakenteita ja tekemällä niistä mahdollisimman yksinkertaisia.

Fuusiosta energiaa

Fuusion valjastaminen energiantuotantoon on haastavaa mutta houkuttelevaa, sillä se toisi ratkaisun ihmiskunnan energiaongelmiin. Fuusioenergiassa reaktion karkaaminen ei ole mahdollista, eikä se tuota radioaktiivista käytettyä polttoainetta.

ITER-hankkeen tavoitteena on rakentaa täysmittainen koefuusioreaktori, osoittaa fuusioenergian teknistieteellinen toteutettavuus ja saavuttaa korkea fuusioteho. Kyseessä on jo 1980-luvulla alkanut, yksi kaikkien aikojen kunnianhimoisimmista tieteellisistä hankkeista. Hankkeeseen osallistuvat EU:n lisäksi Venäjä, Japani, Kiina, Intia, Etelä-Korea sekä Yhdysvallat.

ITER-reaktori on rakenteilla Ranskan Cadaracheen, ja sen on määrä valmistua vuonna 2020. VTT ja Tampereen teknillinen yliopisto (TTY) osallistuvat Ranskaan rakennettavan fuusiolaitoksen kriittisimpien osien huollon kehittämiseen. VTT perusti vuonna 2005 yhdessä TTY:n kanssa Tampereelle ROViR -keskuksen, jossa VTT:llä on täysmittakaavainen malli tulevan ITER-reaktorin pohjaosasta. VTT on ainoa maailmassa, jolla on käytännön kokemusta nykyisten huoltolaitteiden toiminnasta ITER-reaktorin divertorialueella. Divertori on reaktorikammion alaosa, ”nielu”, johon kammiosta poistuvat hiukkaset ohjataan.

Fuusioreaktorien huollossa etäoperoinnilla ja virtuaalitekniikoilla on keskeinen sija, sillä reaktorien sisäosia voidaan muun muassa säteilyn ja ahtauden takia huoltaa vain kauko-ohjatusti. VTT:n rooli etähuollon suunnittelussa ja testauksessa on tärkeä, sillä huollon epäonnistuminen voi johtaa reaktorin toiminnan pitkäaikaiseen pysähtymiseen.

Ota yhteyttä
Asiakaspalvelu
Sähköpostiinfo@vtt.fi
Puhelin020 722 7070
Avoinna arkisin klo 9.00 - 11.00 ja 12.00 - 15.00