Sedamööda, kuidas rohepööre tuure kogub, energiahinnad muudkui kerkivad, põlevkivienergeetika on põlu all, tuulepargid aga ei valmi ega valmi, pääseb järjest rohkem kalevi alt välja Eestisse tuumaenergia toomise idee.
Juba mõnda aega tegeleb Eestisse tuumajaama rajamise projektiga agaralt Fermi Energia OÜ. Pikaajalise projekti esimesed aastad on kulunud eeskätt uuringute ja teostatavusanalüüside koostamisele koostöös erinevate rahvusvaheliste ekspertidega. Tehtud tööde raames on käsitletud väga palju erinevaid tuumaenergeetikaga seonduvaid teemasid alates litsentseerimisest ja jäätmetest kuni asukoha ja tehnoloogiani. Analüüside tulemusena on kaardistatud erinevaid lahendusi ja lähenemisi uuritud väljakutsete lahendamisel. Tänaseks on üsna selge, et väike moodulreaktor (VMR) on Eesti energiavarustuse tagamiseks täiesti reaalselt teostatav ja tegelikult ka kättesaadav tehnoloogia, mis pealegi aitaks lahendada juba eos üsna puntrasse jooksvaid kliimaeesmärke aastateks 2030 ja 2050.
Ühe olulise teemana tegeleb Fermi Energia praegu just Eesti oludesse sobiliku VMR-i väljavalimisega. Õigemini eeltööga õigel ajal tulevikus valiku tegemiseks. Kaalukausil on viis mõnevõrra erinevat tehnoloogiat. Kusjuures oluline valikukriteerium on see, et Eestisse rajatav reaktorimudel oleks kõigepealt valmis ehitatud ning praktikas oma toimivust ja arendusmeeskonna lubadusi tõestanud kas siis USA-s, Kanadas või Suurbritannias. Seda suuresti sellepärast, et väikseimgi ootamatus oleks välistatud. Samal ajal on Fermi Energial võimalik esimeses käimasolevas rajamisprojektis sisuliselt kaasa lüüa, õppida ja end maksimaalselt ette valmistada. Ei saa märkimata jätta ka vajadust, et Eesti riigil oleks välja valitava reaktori „kodumaaga“ püsivalt head suhted.
Nn väike moodulreaktor (inglise keeles Small Modular Reactor, SMR) on rahvusvahelise definitsiooni järgi kuni 300 MW elektrilise võimsusega tuumareaktor. „Väike” tähendab siinkohal seda, et VMR-i võimsus ja ka mõõtmed on võrreldes tänapäeval valdavalt kasutuses olevatest reaktoritest (1000+ MW) oluliselt väiksemad. Nii jäävad erinevate tootjate VMR-id oma võimsuse poolest paarikümne ja 300 MW vahemikku, mõni üksik on ka veidi suurem.
Otsitakse Eesti jaoks parimat
Sõnaühendis sisalduv „moodul” tähendab seda, et väiksemate mõõtmete tõttu on võimalik jaamas vajalikke komponente ja süsteeme toota stabiilses ja kontrollitud tehasetingimustes palju suuremal määral, kui seda seni on tehtud. Sellist modulaarsust on võimalik rakendada nii jaama hoonete, ruumide kui ka reaktorikomponentide osas. Ehitusplatsil toimuks sisuliselt siis jaama kokku monteerimine ja minimaalsel määral ehitustöid, mida tehasesse viia pole võimalik, nagu näiteks vundamendi ettevalmistus. Protsess sarnaneks rohkem meile tuttava tehase- ehk moodulmaja ehitusega. Nagu majade ehitamise puhul on leitud, võimaldab selline lähenemine vähendada ehitusaega, kulusid ning samal ajal parandada kvaliteeti. Võti seisneb erinevate määramatuste ehk „üllatuste“ maksimaalses vähendamises.
Fermi Energia (ja tegelikult ka rahvusvahelise energiatööstuse) hinnangul on just väikesed moodulreaktorid see tehnoloogia, mida lähitulevikus suurte tuumajaamade asemel aina rohkem rakendama hakatakse.
Fermi Energia tegevjuht Kalev Kallemets märgib, et ehkki VMR elektrijaamad on oma tööpõhimõttelt küll tuumajaamad, erinevad nad nii ehituselt, ohutuselt kui ökonoomikalt 20. sajandil ehitatud suurtest ja ülikeerukatest tuumajaamadest.
„Ja põhiline erinevus seisneb selles, et on õpitud seniste suurte tuumajaamade tehnoloogiat n-ö kokku pakkima. Lihtsustatult öeldes oskame saavutada sama tulemuse tunduvalt väiksemate mõõtmetega. Sellest tulenevalt ka palju madalamate kuludega, efektiivsemalt ja ohutumalt,” selgitab ta. „VMR-id on kordi, lausa kümneidkordi väiksemad seni töötavatest aatomielektrijaamadest. Need võtavad vähem ruumi ja kasutavad vähem ehitusmaterjale nii tervikuna kui võimsusühiku kohta, kuid annavad ikkagi palju CO2-vaba puhast elektrienergiat ilmast ja aastaajast sõltumata.”
Tähelepanu disainile
Maailmas on arenduses üle 50 erineva VMR-disaini ja kõiki neid projekte tõenäoliselt lõpuni ei arendata. Fermi Energia eesmärk on erinevaid tugevamaid arendusi lähemalt uurides saada aimu, millised reaktoridisainid võiksid kõige paremini sobida Eestis kasutamiseks. Selleks jälgitakse neid arenguid pidevalt ning sedamööda, kuidas projektid edenevad, analüüsitakse ja võrreldakse omavahel eeskätt just neid, mis arendus- ja litsentseerimisetappides kõige tugevamalt edasi liiguvad.
Praegu on Fermi Energias erilise tähelepanu all viis VMR-i disainilahendust. Kusjuures – jaama disainist rääkides peavad mitmed reaktoriarendajad tehnilise tipptaseme ja loomulikult erakordse ohutuse kõrval oluliseks ka silmailu. Arvestatakse jaama sobivust ümbritsevasse olustikku, miljöösse, maastikule või isegi linnaruumi. Arvestades asjaolu, et tuumajaamal praktiliselt puudub elukeskkonda kahjustav saaste, ning see, mis tekib, viiakse jaamast välja väga selgete ja põhjalike reeglite järgi, võib tuumajaam tulevikus, kui inimesed niisuguse mõttega harjuvad, tõesti sobida kasvõi kesklinna. Näiteks nagu bussijaam või kaubamaja. Siiski nähakse Fermi Energias esialgu potentsiaalsemaid asukohti tiheasustusest veidi eemal, täpsemalt neljas piirkonnas Lääne- ja Ida-Virumaal.
Ehkki kena arhitektuur võib möödakäijale emotsionaalsest küljest olulisim olla, on arendajatel siiski lisaks vormile ikkagi käsil töö ka jaama sisu ehk tehnoloogiliste nüansside kallal. Iga elektrijaama peamine ülesanne on toota elektrit. Sellel maastikul toimubki reaktoriarendajate ja nende tehnoloogiate vahel suurim konkurents – kuidas muuta tuumaenergia võimalikult soodsaks ja toime- ning tulevikukindlaks.
Reaktoritehnoloogiad, millele Fermi Energia oma analüüsides keskendub, on välja sõelutud mitmete teostatavuse analüüside käigus. Lõplik tehnoloogia valik tehakse projekti hilisemas faasis, kui esimesed VMR-id on eelmainitud riikides valmis ehitatud ja neile pandud arvukad ootused täitunud. Uute VMR-ide esmaprojektid, isegi kui tegemist on aastakümneid kasutusel olnud tehnoloogiate väiksemate versioonidega, ongi mõistlik rajada riikides, kus olemas nii juba tuumajaamasid käitavad pikaaegse kogemusega energiaettevõtted kui ka tehnoloogiate hindamiseks võimekad regulaatorid.
Jäätmed maapõue sisse?
Tuumajaama rajamise planeerimisega kaasnev teema on kahtlemata selle ohutuse tagamine. Emotsionaalse poole pealt ka kohaliku rahva hirm, kas ja kuidas seda ohutust suudetakse tagada. Sestap kuulub iga tuumajaama planeerimise juurde ka jäätmekäitluskava välja töötamine. Tuumaenergeetikas on jäätmevaldkond aga väga erinev sellest, millega igapäevaselt oleme harjunud.
Fermi Energia kütusetsükli juht, reaktorifüüsika doktor Merja Pukari ütleb, et kõigepealt lähtub erinevus asjaolust, et tuumkütus on suhteliselt kallis materjal ja sisaldab endas väga palju energiat, millest tuumajaamad kasutavad ära vaid mõne protsendi. Ülejäänu jääb kasutatud kütusesse ning seda on võimalik pärast ümbertöötlemist uuesti kasutusse võtta.
„Seega muutub kasutatud tuumkütus jäätmeks alles siis, kui on langetatud otsus, et sellega me enam midagi muud peale lõppladustuse ehk lihtsustatult öeldes maha matmise ei tee. Selle hetkeni on tegu lihtsalt tuumamaterjaliga,“ selgitas Merja Pukari. „Kasutatud tuumkütuse ümbertöötlemisega tegeleb arvestatavas mahus näiteks Prantsusmaa. Ümbertöötlemine on siiski täiendav protsess. Ja kuigi tuumajaama kuludest moodustab kütusega seotu vaid kümnendiku, tuleb jäätmekäitluse mudeli ehk valdkondlikus terminoloogias suletud või avatud kütusetsükli valik teha Eesti võimalusi arvestades.“
Eestisse planeeritava VMR-i puhul on tänaste teadmiste järgi kõige tõenäolisem jäätmete paigaldamine süvapuuraukudesse. Kuna väiksemast jaamast väljub ka väiksem kogus kasutatud kütust, siis sobib Eestile ka väiksemamahuline jäätmekäitluse lahendus. Meie oludes võimaldab seda jäätmete viimine kristalliinse aluskivimi sisse (Eestis algab umbes 200 meetri sügavusel settekivimite all), keskmiselt 1,5 km sügavusele.
Selleks puuritakse esmalt vertikaalselt alla, kuid mitmesaja meetri kuni kilomeetri sügavusel maakeeli graniidi sees pööratakse puuri ots horisontaalseks, isegi veidi ülespoole nurgaga. Sellel on omad tehnilised põhjused, mis välistavad, et miljoniaastase radioaktiivse lagunemise protsessi ajal midagi kahjulikku maapinnale jõuaks.
USA ettevõte Deep Isolation on välja töötanud sobiva lahenduse ka tuumajäätmete lõppladustuseks maa alla, kus radioaktiivsuse väljumise takistamiseks on juba olemas looduslikud tõkked. Süvapuuraugu radioaktiivsete ainete hoidlana kasutamise kõige suurem oht seondub seismilise ebastabiilsusega. Maavärin liigutab maakoore kihte ja mitmesaja meetri sügavusele ladustatud tuumakraam võib välja lekkida.
Maa-alune hoidla odavam
Seda, millistel tingimustel ja kuhu Eestis süvapuurauk ja sellega kaasnevad lõppladustust võimaldavad tehnoloogiad rajada, on uurinud Deep Isolation koostöös inseneribürooga Steiger. Eesti geoloogilist ja klimaatilist olukorda uurides leiti, et kõige sobilikumad piirkonnad säärase tuumajäätmete ladestuskoha maapõue puurimiseks oleksid kohad, kus kristalliinne aluskivim on maapinnale lähemal – ennekõike Põhja-Eestis. Lõuna pool on settekivimite kiht paksem ning see tähendaks, et aluskivimini jõudmiseks tuleks puurida oluliselt sügavamale.
Tõsi, pooleteise kilomeetri sügavusele ulatuvaid puurauke pole Eestis varem puuritud. Siiani on need piirdunud umbes 700 meetriga, aga tehnoloogia on võimalik kohale tuua ülelahe naabritelt.
Uuringu koostajad märgivad, et kuna konkreetse tehnoloogiaga VMR pole Eesti jaoks veel välja valitud, ei saa nad jäätmehoidla maksumuse osas kuigi detailseks minna. Rehkendati välja, et VMR-ile vajaliku süvapuuritud hoidla maksumus tuleks ca 69% odavam kui suurem, kaevandamise teel rajatav hoidlatüüp. Kahe reaktori puhul oleks sääst juba 76%.
Uuringust tuleb välja, et just tuumakütuse jäätmete käitlemise moodusest sõltub VMR-i ehitamise ja ekspluatatsiooni maksumus. Nimelt arvestatakse tuumaenergeetikas elektrihinna sisse kõik kaasnevad kulud alates maakide kaevandamisest kuni jäätmete ümbertöötlemise ja lõppladustamiseni ja jaama ehitusest kuni dekomisjoneerimiseni. Väikereaktoriga tuumajaama hind jääb umbes 1 miljardi euro suurusjärku.
Tuumajaama jäätmed – tülikas, kuid siiski väärtuslik materjal
Tuumajaama jäätmekäitluse logistika koosneb lihtsustatult kokku võttes kolmest osast – kasutatud kütuse hoiustamisest jaamas kasutatud kütuse basseinis, vaheladustus ning lõppladustus.
Sellele võib lisanduda näiteks jäätmete ümbertöötlemine uueks tuumkütuseks või mõnel muul eesmärgil. Näiteks jäätmete mahu vähendamiseks madala ja keskmise radioaktiivsuse tasemega jäätmete puhul.
Kasutatud tuumkütuse eripära on kõrge radioaktiivsuse tase. Radioaktiivsus on nähtamatu, aga mitte tundmatu. Sajandi jooksul on seda teadlaste poolt põhjalikult uuritud ning välja töötatud normid ja töömeetodid radioaktiivsete materjalidega ümber käimiseks nii, et see käitlejale ega ümbritsevale keskkonnale ohtu ei kujuta.
Kasutatud tuumakütuse koostud tõstetakse reaktorist välja ning asetatakse reaktori kõrval olevasse veega täidetud basseini. Reaktor asub kogu aeg veega täidetud ruumis ning selle kohal on vett piisavalt, et kütusevarda saaks välja tõsta ja jahutusbasseini asetada ilma, et sellest lähtuv kiirgus kedagi ohustaks. Kasutatud tuumkütuse radioaktiivsuse tase on reaktorist välja võttes suhteliselt kõrge, kuid langeb kiiresti. Selle aja jooksul on kõige ohutum ja praktilisem lasta kasutatud kütusevarrastel „jahtuda” enne edasist käitlust.
Pärast esmast hoiustamist tuumajaamas on kasutatud tuumkütuse radioaktiivsuse tase langenud piisavalt, et seda võiks hoiustada spetsiaalses vahelaos. Radioaktiivsed materjalid suletakse spetsiaalsesse varjestatud anumasse ning viiakse vahelattu, kus kiirgustase aastate jooksul veelgi alaneb.
Praegu hoiustatakse valdavat osa maailma kasutatud tuumkütusest just vaheladudes. Tegemist on siiski väga väärtusliku ja ümbertöödeldava materjaliga, mida on võimalik taaskasutada teatud tüüpi tuumareaktorites. Umbes kümnendiku oma tuumkütusest taaskasutab Prantsusmaa MOX-kütusena.
Kõige viimaseks tuumajäätmete ladustamise etapiks on lõppladustus. Kuigi algsest tasemest oluliselt madalam, on kasutatud tuumkütuse radioaktiivsus elusorganismidele kahjulik veel väga pikka aega. Seetõttu tuleb välistada jäätmete kokkupuude biosfääriga väga pikaks ajaks.
Kuna maakoore teatud osades on aluskivimid püsinud muutumatuna miljardeid aastaid ning on seda veel vähemalt sama kaua, siis on parim koht tuumjäätmetele sügaval maa all. Soomes paljandub kristalliinne aluskivim (rahvakeeli graniit) maapinnal. Eestis on see paarisaja meetri sügavusel settekivimite all. Põhja-Eestis lähemal, Lõuna-Eestis sügavamal.
Kristalliinsesse aluskorda lõppladustuse rajamine on käsil nii Soomes kui Rootsis. Seal rajatakse hoidlad umbes 450 meetri sügavusele. Soomes ja Rootsis on suured tuumajaamad ja rohkem kasutatud kütust, seega sobib neile suurem lõpphoidla.
Samas arvatakse, et järgmise generatsiooni reaktorite arenguga võib kasutatud kütus muutuda väga kvaliteetseks ja taskukohaseks ressursiks. Sellepärast ei maksa otsust lõppladestuse osas teha uisapäisa, eriti kui selleks puudub reaalne vajadus.
Moodultuumajaam – odav, kiire ja tõhus
VMR-i kasuks rääkivad asjaolud:
- standardiseeritud komponendid;
- reaktor valmib tehases;
- jaama valmimise aeg on lühem võrreldes platsil ehitamisega;
- eeldatavalt kulub töödeks ka vähem ehitusmaterjali;
- tarvitusel on väiksem kogus tuumakütust.
Kuna tuumajäätmete lõppladestusjaama rajamine on kallis, siis püüavad riigid esialgu uurida, kas matmisele on ehk paremaid alternatiive. Sestap mitmel pool jäätmeid praegu kogutakse spetsiaalsetesse hoidlatesse.
VMR-i ehituse maksumus peaks jääma miljardi euro piiresse.
Allikas: Fermi Energia
Artikkel ilmus 2021. aasta ajakirja TööstusEST energeetika erinumbris. Kõik artiklid loetavad siin.
Ajakirja trükiversioon jõuab kõikide Eesti tööstusettevõteteni:
