Posivalle maailman ensimmäinen ydinpolttoainekapselin siirto- ja asennusajoneuvo

Ydinpolttoainekapselin siirto- ja asennusajoneuvo – melkein kuin Transformers-robotti

Ydinjätehuollon asiantuntija Posiva Oy vastaa omistajiensa Teollisuuden Voiman ja Fortumin käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksesta ja siihen liittyvistä tutkimuksista. Yhtiö rakentaa parhaillaan Eurajoella käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituslaitosta Olkiluodon peruskallioon noin 430 metrin syvyyteen. Comatec vastaa käytetyn ydinpolttoaineen siirtoon tarkoitetun kapselin siirto- ja asennusajoneuvon (KSAA) suunnittelusta, valmistuksen valvonnasta, käyttöönotosta, projektinjohdosta ja hankinnoista.

Posivan ohjelmapäällikkö Jarkko Stenfors tekee tiivistä yhteistyötä Comatecin kanssa. 

Suomen kahdella ydinvoimalaitospaikkakunnalla Eurajoella ja Loviisassa toimii yhteensä neljä ydinvoimalaitosyksikköä, ja viides on rakenteilla. Sähköntuotannossa syntyy radioaktiivista ydinjätettä, josta on huolehdittava niin, ettei siitä aiheudu vaaraa elolliselle luonnolle.
– Ydinjätettä ei ole loppusijoitettu vielä missään maassa vaan sitä säilytetään välivarastoissa. Suomi huolehtii ensimmäisenä maailmassa ydinjätteen turvallisesta loppusijoituksesta, kertoo Posivan ohjelmapäällikkö Jarkko Stenfors.

Posivan ja Comatecin yhteistyö juontaa juurensa jo yli kymmenen vuoden taakse. Stenfors kutsuu kumppania hovitoimittajaksi, joka on suunnitellut useita prototyyppilaitteita, joilla on testattu loppusijoituskonseptia. Nyt suunnittelupöydällä ovat lopulliset tuotantolaitteet.
– Meillä ei ole omaa osaamista ajoneuvosuunnittelussa. Olemme projektiorganisaatio ja loppusijoituslaitoksen laitostoimittaja ja tuotannon alettua myös sen loppukäyttäjä, Stenfors selvittää.

KSAA:lla on iso rooli loppusijoittamisessa. Se nostaa loppusijoituskapselin kapselivarastosta massiivisen säteilysuojaputken sisälle, siirtää sen loppusijoitustunneliin ja asentaa kapselin turvallisesti loppusijoitusreikään.

Kapselit ovat massiivisia säiliöitä, joiden sisäosa on pallografiittirautaa ja ulkokuori kuparia. Käytössä olevien neljän ja rakenteilla olevan viidennen voimalaitoksen käytetyn polttoaineen loppusijoittamiseen tarvitaan noin 2800 kapselia. Loppusijoitustoiminta jatkuu noin sadan vuoden ajan.

Tiukat turvallisuusvaatimukset ja ahtaat tilat

Maailmassa ei ole koskaan suunniteltu vastaavaa laitetta, eli mallia ei voinut ottaa mistään. Lisäksi suunnittelussa piti huomioida tiukkoja turvallisuusvaatimuksia. Yksistään Posivalta tuli niitä tuhansia rivejä ja Säteilyturvakeskuksen laatimista YVL-ohjeista kymmeniä, sillä kyseessä on ydinturvallisuusluokiteltu (TL3) laite.
– Comatec on tarvinnut teknisen laiteasiantuntemuksen ja ajoneuvoteknologiaosaamisen lisäksi todella laajaa taitoa johtaa suunnittelua ja hallita näitä vaatimuksia, Stenfors toteaa.
Kapselin käsittelyn lähtökohtana on yksittäisvikasietoisuus. Minkä tahansa yksittäisen komponentin hajotessa kapselin turvallisuus ei vaarannu, ja se voidaan palauttaa turvalliseen tilaan. Kuljetuksen aikana kapseli pidetään säteilysuojan sisällä. Se eristää kapselin ja tekee mahdollisen työskentelyn laitteen vieressä turvalliseksi.
Toinen suuri haaste on ollut laitteen ja sen toimintojen sovittaminen ahtaisiin maanalaisiin tiloihin. Loppusijoitustunneleita tulee suunnitelmien mukaan toista sataa, ja niiden kokonaispituudeksi on laskettu noin 42 kilometriä. Ne sijoittuvat kahden kolmen neliökilometrin alueelle.

Posivan ydinjätteen loppusijoituslaitos ja sen onkalot, jossa siirto- ja asennusajoneuvo tulee toimimaan.

– Pyrimme saamaan tunnelit mahdollisimman pieniksi, jotta säästämme kustannuksia, kun lopuksi täytämme ne bentoniittisavella. Comatec suunnitteli laitteen ja sen toiminnot 4,1 metriä korkeaan tilaan ja onnistui siinä todella hyvin. Kaikkein eniten vie tilaa säteilysuojaputki, joka nousee pystyyn loppusijoitusreiän päällä ja laskee kapselin sinne, Stenfors valottaa.

Turvallisuutta lisää osaltaan KSAA:n sähköinen voimansiirto. Akustosta ei synny pakokaasuja, joten tunnelissa työskentelevät henkilöt eivät altistu niille. Polttoainetankkeja ei tarvita, mikä pienentää mahdollisen tulipalon riskiä.

Akkukemian valinnassa on erityisesti huomioitu paloturvallisuus; vaikean akkupalon riski on käytännöllisesti katsoen olematon. Akusto on mitoitettu niin, että ajoneuvo pystyy yhdellä latauksella tekemään yhden kapselin koko loppusijoitussyklin. Stenfors kuvaa akustoa uraauurtavaksi, koska se on hyväksytty loppusijoituslaitteen käyttöön maan alla.

Yli 100 tonnia painavaa ajoneuvoa ohjataan alkuvaiheessa kauko-ohjaimella maan alla. Tavoitteena on saada se liikkumaan autonomisesti optimaalisia ajolinjoja pitkin niin, että se pysyy ajon aikana irti seinistä ja pysähtyy, jos joku odottamaton este tulee eteen. Ihminen seuraa laitteen toimintaa valvomosta käsin.
– Haluamme muutenkin nostaa loppusijoituslaitoksen automaatioastetta. Jos sadan vuoden tuotantoaikana pystymme säästämään henkilötyövuosissa, syntyy isoja säästöjä koko suomalaiselle yhteiskunnalle, sillä kohonneet tuotantokustannukset menevät suoraan sähkön hintaan, Stenfors jatkaa.

Ainutlaatuinen ’Transformers’-innovaatio

Kokonaisprojektin ensimmäinen osuus saa Posivalta ison kiitoksen: kaikki sen asettamat tekniset tavoitteet saavutettiin.
– Comatecin innovointi on ollut erinomaista. Pääsimme sellaisiin teknisiin tavoitteisiin, joita ei voi kaikilta suunnitteluorganisaatioilta edes vaatia tai joita ei osaa edes kuvitella mahdollisiksi.

Isoimmaksi innovaatioksi Stenfors nimeää laitteen kokonaisuudessaan.
– Olemme tekemässä teollisuushistoriaa eli laitetta ensimmäistä kertaa näin pieneen tilaan maan alle tiukoilla vaatimuksilla. KSAA muodostuu innovointiketjusta, johon on saatu mahdutettua mukaan kaikki päätoiminnot. Sitä voi kuvata eräänlaiseksi ’Transformeriksi’, joka siirtää omia osiaan ja muokkaa itseään eri toimintoihin liikkumisen aikana.

Kokonaisprojekti on jaettu neljään vaiheeseen, joita ovat konseptisuunnittelu ja pääkomponenttien hankinta, detaljisuunnittelu, valmistus sekä testaus ja käyttöönotto. Kun kokonaisprojektin arvioitu työmäärä on yli 30 000 työtuntia, tehtiin niitä ensimmäisessä vaiheessa jo yli 10 000.
– Konseptisuunnittelu sekä laitteen oleellisimpien toimintojen toteutusratkaisut ja toimivuuden määrittely ovat vaatineet meiltä laajaa eri osaamisalueiden panostusta mekaniikka- ja sähkösuunnittelusta automaatioon, lujuuslaskentaan sekä turvallistamiseen. Henkilöstömme koostuu alan huippuasiantuntijoista, ja hanketta vetää osaava projektipäällikkö, kertoo Comatecin suunnittelupäällikkö Andrei Kotliar.

Detaljisuunnittelun osuus valmistuu loppukeväästä

Oman haasteensa suunnitteluprojektille toi korona. Stenfors kertoo, kuinka 3D-mallin katselmukset ja muu suunnittelu onnistuttiin siitä huolimatta viemään läpi etätyömallilla virtuaalisesti.
– Yhteistyö Comatecin kanssa on sujunut varsin mainiosti. Suorastaan ihmettelen, kuinka Comatec pystyy suoriutumaan projektista tällä intensiteetillä. Nostan hattua, jos he menevät loppuun asti sata lasissa kuten tähän asti. Toisaalta tässä on näytön paikka koko maailman ydinteollisuudelle.

KSAA-projekti on nyt edennyt detaljisuunnitteluvaiheeseen, jonka arvioidaan valmistuvan toukokuussa 2021.
Lisätietoja Posivan loppusijoitusratkaisusta

—
Teksti: Marjaana Lehtinen
Kuvat: Posiva