Milline tuumareaktor Eestile valida?

Aruteludes tuumaenergia teemal jääb Eestis tihti puudu tegeliku olukorra mõistmisest. Meie vähest kogemust silmas pidades ei pane see imestama. Seepärast on põhjust kirjeldada üht tuumareaktorit ja tutvustada selle arengulugu. Artikli autor on selleks valinud Eesti jaoks sobida võiva Kanada reaktori CANDU6.

CANDU6 kasutab kütuseks 380 kütusekanalis oleva loodusliku uraani isotoopi U₂₃₅, mille rikastusaste on 0,7% (kergveereaktoritel U₂₃₅ 5%). Kuuemeetristes rõhtsates kütusekanalites on kaksteist poolemeetrist kütusekimpu, milles igas on 35 kütusepulka. Kütusekanaleid ümbritseb külm (70 °C) raske vesi (D₂O) − aeglusti (ingl moderator), mille ülesanne on vähendada tuumade lõhenemisel vabanevate neutronite kiirust 30 000 kilomeetrilt 3 kilomeetrile sekundis. Seda on vaja selleks, et kiire neutron põrkuks U₂₃₅-tuumast kõrvale, aeglane neutron aga lipsab tuuma, muudab selle ebastabiilseks ning lõhustab. Kergveereaktoris toimub neutronite aeglustamine tavalise veega, aga kuna kergvee vesinikutuumas on vaid prooton (neutronit ei ole), absorbeerib ta neutroneid. Kütuse rikastusaste peabki olema kõrgem, sest neutronivoog on väiksem.

Raske vee puhul tuleb arvestada veel seda, et sellele aeglustile lisatakse neutronvoo reguleerimiseks täpsetes kontsentratsioonides neutroneid absorbeerivat boorhapet. CANDU6-s muutub D₂O ise täiendavaks neutroniallikaks, sest gammakiirgusfootonitel jätkub energiat selleks, et lüüa raske vesiniku tuumast neutron välja (tavalise vesiniku tuumas neutronit ei ole). See „footonneutronite“ allikas muutub oluliseks, kui reaktoris tekib piisav kogus gammakiirgust emiteerivaid U-235 lõhenemisjääke.

Soojusvahetussüsteemis liigub raske vesi läbi kütusekanalite ja üle tuumade lõhenemisest kuumenenud kütusekimpude, viies 310 kraadini kuumutatud vee auruturbiini, kus energia kandub auru tootmiseks edasi kergele veele. Kütusekanalid koosnevad tsirkooniumi- ja nioobiumisulamist torust, tsirkooniumist ümbristorust ning ümbristoru ja kütusekanali vahelisest isolaatorgaasist (CO₂ ). Nagu märgitud, on kütusekanaleid ümbritseva raske vee temperatuur vaid 70 °C.

CANDU6-reaktoril on ainuomased aurugeneraatorid ja auruvoog. Aur paneb pöörlema auruturbiinide rootorid ning need omakorda elektrigeneraatorid. CANDU6-reaktori üks eripära on ka see, et auruturbiini pöörlemissagedus on väiksem kui kergveereaktori omal ning seetõttu on auruturbiini töökindlus väga suur – ette on tulnud vaid üksikuid kulumisest tingitud purunemisi. Üks erinevus kergveereaktorist on veel see, et CANDU6 puhul on turbiini minev aur kuivem ning see vähendab turbiini erosiooniohtu.

CANDU6 viimases arenduses on mitu täiendust, mis on tõstnud jaama võimsuse 720 MW-lt 750 MW-ni:

• installeeritud on jahutusveevoolu täpsust parandav ultraheli-vooluhulgamõõtur (ultrasonic flow meter);
• arendatud on auruturbiini niiskuseemaldit (moisture separator reheater);
• optimeeritud on reaktori ja aurugeneraatori soojustsüklit;
• vähendatud on turbiini ja generaatori auruleket;
• muudetud on kondensaatori vaakumsüsteemi opereerimiseks madalamal kondensaatorirõhul.

Kui reaktori mingis osas hakkab temperatuur tõusma, tagavad CANDU6 ohutuse kõigepealt vedrumehhanismiga koobaltist kontrollvardad ja oma raskuse jõul reaktorisse langevad kaadmiumist seiskamisvardad. Seejärel lisatakse soojuskandjasse neutroneid neelavat „mürki“ – boorhappelahust. Seda tehakse survemahutites oleva surveheeliumi jõul, mitte pumpadega. Kolmandas etapis, kui reaktori jahutus lakkab töötamast, rakendub reaktori tuuma avariijahutus. Süsteem hakkab siis reaktori tuuma automaatselt jahutama kerge veega, mis lisaks kontroll- ja seiskamisvarrastele neutroneid „neelab“.

Reaktoreid CANDU6 on arendatud juba 1945. aastast peale ning neid on ehitatud 28 tükki. Reaktorite ehitamine ja opereerimine ning pika töötsükli kestel toimunud lahtivõtmine ja uuendamine on andnud rohkesti õppimisvõimalusi. Kaks suurt Euroopa elektritootjat on kinnitanud, et nende ametlike arvutuste kohaselt on CANDU6-tüüpi reaktori kapitalikulu kW kohta kõige väiksem (EPR-iga võrreldes 25–30%). CANDU6-l on muude reaktoritüüpidega võrreldes kolm strateegilist eelist: ei nõua uraani rikastamist, talle kõlbab juba kergveereaktorites kasutatud kütus ning mõningate täienduste korral võib kasutada tooriumkütust.

Suvalistel, põhimõtteliselt uutel reaktoritüüpidel tulevikku tõenäoliselt ei ole, sest puudu jääb empiirilistest kogemustest. Iga reaktoriga on käinud kaasas oluline õppimistsükkel ning kõiki reaktoreid on oluliselt täiendatud ning sellega arvestataval määral (10–30 MW ulatuses) suurendatud elektritootmist. Seega pole Eesti tuumajaamast rääkides põhjust kaaluda IV põlvkonna reaktoreid, millest ükski ei saa lähema 10 aasta jooksul reaalseks majanduslikuks variandiks.

Praegu maailmas ehitatavad või ehitada kavatsetavad reaktorid on eelkõige ABWR, AP-1000, EPR, CANDU6 ja VVER-1000. Kõik need on vaid oma perekonna esindajad. Näiteks EPR-i eellased olid Saksamaa reaktorid Konteiner ja osalt ka Prantsusmaa N4-tüüpi reaktorid. Kõikide keevveereaktorite „isa“ on General Elecric’u BWR-tüüpi reaktor, millest Jaapani Hitachi on arendanud oma, USA GE– ning Prantsusmaa Areva– versiooni. Westinghouse’i AP1000 kaudne eellane oli System 80.

Reaktori ehitamise äririsk

Elektri tootmine, selle rahastamise tagamine ja reaktorite ehitamine on suur äri, mille lahutamatu osa on risk. Suure määramatusega käib kaasas ka suur risk ning suur potentsiaalne rahaline kahju, sest ligi 80% tuumaenergia hinnast on seotud tuumajaama ehitamis- ja finantseerimiskuludega.

Seega kujutab iga arvestatav tehniline, regulatiivne või poliitiline määramatus endast tõsist riski, s.o suurendab tõenäosust, et projekti ei hakata ellu viima või selle finantseerimine on kallis. Iga täiesti uut tüüpi tuumareaktori puhul arvestatakse eelmise sajandi kogemustele tuginedes kuludega, mis on arvutuslikest 30–50% suuremad. Rohkem kui poolte praegu maailmas ehitatavate reaktorite puhul ei ole suudetud tähtaegadest ega eelarvest kinni pidada. See kehtib ka Olkiluotos ja Flamaville’s ehitatava EPR-reaktori kohta, mis on küll uudne ja turvaline, kuid ilmselt liiga suur ja väga kallis ning käib meile tehniliselt kindlasti üle jõu. Vene reaktorid VVER-1000 ja VVER- 440 ehitatakse küll tähtajaks ning, nagu kinnitavad nendega tutvunud Euroopa praktikud, on heal tehnilisel tasemel, kuid on päris kindel, et Eesti ei soovi end sellises vallas Venemaaga siduda.

Kui rääkida praktikast, siis Westinghouse on kogu oma tähelepanu pööranud 1100 MW võimsusega reaktori AP-1000 realiseerimisele ja seda ka Euroopas. Kuna tegemist on modulaardisainiga, läheb moodulite konstrueerimiseks vaja keskset asukohta, eeldatavasti saab selleks Suurbritannia. AP-1000 tundub olevat ka Saksa energiaettevõtete RWE ja E. ühiskontserni eelisreaktor. Tõenäoliselt hakkab Westinghouse lähikümnendil kuskil maailmas siiski ehitama reaktorit IRIS. Samas ei suju reaktorite IRIS ja ka AP-1000 kooskõlastamine USA tuumaenergiat reguleeriva NRC-ga (Nuclear Regulatory Commission) sugugi libedalt. Asjatundjad on väitnud, et Westinghouse’i jaoks on arvestatav takistus Euroopa ja USA sarrusterasestandardite erinevus: Euroopas on ehitussarruse terasvarraste standardikohane jämedus 35, USA-s aga 50 mm.

Eesti jaoks võib AP-1000 olla päris sobiv reaktor, kuid tuleb oodata, kas seda hakatakse Euroopas üldse ehitama ning mis hinnaga seda suudetakse teha. Paraku ei saa esimene AP-1000 Euroopas ja Ameerikas valmis enne 2016. aastat, mis on Eestis otsuse langetamise seisukohast vist liiga hilja. Reaktoreid CANDU6 on viimase kümne aasta jooksul ehitatud mitu, seejuures tähtaegadest ning eelarvest kinni pidades. Viimasel asjaolul on erakordselt suur kaal.

Asjalik oleks ka valida keevveereaktorid ABWR, mida Jaapanis on viimasel kümnendil edukalt ehitatud, ka eelarvest ja tähtajast kinni pidades, ent need on meie jaoks pisut suured. Veidi väiksema, Areva ehitatava 1200 MW Kerena keevveereaktori kohta pole paraku lõplikke ehitusjooniseid ega ka ühtki juba valmis ehitatud reaktorit. Euroopa energiakontsernide arvates on selle tegelikku ehitusmaksumust seetõttu võimatu hinnata. Igal juhul oleks võõrastav vaadata suurte jahutustornide ehk gradiiride fotosid mõnes Eesti ajakirjandusväljaandes, sest on ju meil, nagu ka Soomes ja Rootsis, piisavalt merepiiri ja võimalusi auruturbiinidest väljuvat auru mereveega jahutada.

Artikli autoril õnnestus hiljaaegu osaleda Londonis esinduslikul konverentsil, kus räägiti tuumaenergia finantseerimisest. Kuna tuumajaam nõuab 13–40 miljardi krooni suurust investeeringut, siis arvatakse, et Euroopas suudavad neid ehitada vaid väga suure bilansiga ja täna juba tuumajaamu opereerivad energiafirmad. Selles nimekirjas on vähem kui kümme nime. Pealegi on laenuandja või võlakirjade ostja jaoks iga ehitusetapi välisfinantseerimise eeltingimus maailmatasemel erikindlustus, mis hindaks rangelt firma ja ka riikliku tuumaenergia regulaatori pädevust. Ilma kindlustuseta ei rahasta tuumajaama ehitust ükski võlakirja ostev fond ega pank, täpselt nagu majaostugi puhul. Paraku ei täida Eesti peamine energiaettevõte Eesti Energia üksi nii bilansi võimsuse kui tehnilise usaldusväärsusega tuumajaama projekti rahastamiseks vajalikke tingimusi.

Eestil õnnestuks oma tuumajaam ehitada vaid välispartneri abil, kellel on juba tuumajaama opereerimise kogemus ning kes on osalenud ka mõne tuumajaama ehitamisel ja puutunud kokku selle praktilise poolega. Praegu tundub, et Eesti jaoks oleks tehniliselt ja majanduslikult sobivaim reaktor CANDU6.

Artikli autor on KALEV KALLEMETS

Artikkel ilmus ajakirjas Keskkonnatehnika 5/2009 lk 24–25

Esifoto: Atomic Energy of Canada Limited / Wikimedia Commons