F-kaasujen tulevaisuudennäkymät dieselvarmennetussa jäähdytysvesijärjestelmässä modernissa ydinvoimalaitoksessa
Hyvällä kylmäaineella tulisi olla hyviä termodynaamisia, kemiallisia ja fysiologisia ominaisuuksia ja näiden lisäksi sen tulisi olla ympäristöystävällinen ja edullinen. Ei ole kuitenkaan olemassa kylmäainetta, joka omaisi kaikkia hyviä ominaisuuksia. Kylmäaineiden valinta eri käyttökohteisiin oli ennen kompromissi sen turvallisuuden, tehokkuuden, ympäristövaikutusten ja kustannusten välillä. Erilaisten ilmastosopimusten, asetusten ja lainsäädäntöjen avulla ympäristölle ja ilmastolle haitallisten kylmäaineiden käyttöä on aloitettu rajoittamaan ja kieltämään. Näiden myötä tulevaisuudessa käytössä olevat kylmäaineet eivät välttämättä ole enää yhtä tehokkaita tai turvallisia, mutta ne ovat ympäristövaikutuksiltaan puhtaampia.
F-kaasuja eli fluorattuja kasvihuonekaasuja on yleisesti käytössä kylmäaineina ilmastointi- ja kylmälaitteissa sekä lämpöpumpuissa. F-kaasuilla on korvattu otsonikerrosta heikentäviä kylmäaineita, joiden käytöstä on viime vuosien aikana luovuttu. F-kaasut eivät ole otsonihaitallisia kaasuja, mutta ne ovat voimakkaita kaasuja ja voivat olla jopa tuhansia kertoja voimakkaampia kasvihuonekaasuja hiilidioksidiin verrattuna. Kasvihuoneilmiötä lisäävien vaikutusten seurauksesta myös F-kaasujen käyttöä on aloitettu rajoittamaan ja kieltämään.
Euroopan parlamentin ja neuvoston asetuksessa 517/2014, eli niin sanotussa F-kaasuasetuksessa, on säädetty rajoituksia ja vaatimuksia F-kaasujen käytölle, joiden tarkoituksena on suojella ympäristöä vähentämällä kasvihuonepäästöjä EU:n tavoitteiden mukaisesti. F-kaasuasetuksessa on säädetty F-kaasujen käyttörajoituksista ja kielloista niiden käyttökohteiden sekä GWP-arvojen perusteella. GWP-arvoilla ilmoitetaan kylmäaineiden kasvihuonehaitallisuuksista. F-kaasuasetuksen tavoitteena on vähentää F-kaasujen määrää 2030 vuoteen mennessä portaittain 21 prosenttiin vuoden 2012 lähtötasosta. EU-komissio on aloittanut kuitenkin kesäkuussa 2020 F-kaasuasetuksen uudelleentarkastelun ja vaikutustenarvioinnin, jonka tavoitteena on antaa uusi asetus vuoden 2022 loppuun mennessä. Uusi asetus tulee osaltaan vaikuttamaan käyttörajoitusten ja kieltojen laajuuteen ja toteutumisen nopeuteen F-kaasujen vähennysaikataulussa.
Olkiluodon kylmäaine
Olkiluoto 3 -ydinvoimalaitosyksikön dieselvarmennetun jäähdytysvesijärjestelmän kylmälaitteissa on käytössä R134a kylmäaine, joka luokitellaan F-kaasuksi. R134a kylmäainetta on käytössä määrältään paljon, sillä järjestelmän kylmälaitteet sisältävät F-kaasua useita satoja kiloja ja jotkut jopa yli tuhat kiloa. Tällä hetkellä rajoitukset eivät suoranaisesti koske R134a kylmäaineen käyttöä laitosyksikön jäähdytysvesijärjestelmän kylmälaitteissa, mutta F-kaasuasetus tulee lähitulevaisuudessa näkymään hintojen nousuna ja saatavuuden rajallisuutena. Tulevaisuudessa on kuitenkin syytä varautua tilanteeseen, jossa käyttörajoitukset ja kiellot tulevat koskemaan myös R134a kylmäaineen käyttöä.
Yleisesti, jos kylmälaitteen kylmäaine joudutaan korvaamaan toisella kylmäaineella, voi se vaatia mittavienkin toimenpiteiden toteuttamista. Korvaavien kylmäaineiden soveltuvuus kylmälaitteiden ja kompressoriöljyjen kanssa tulee aina varmistaa ja suunnitella tarkasti. Kylmäaineiden ominaisuudet poikkeavat toisistaan ja voivat vaatia kylmälaitteisiin ja niiden komponentteihin tehtäviä muutoksia ja säätöjä. Joissain tapauksissa parhaaksi tai ainoaksi vaihtoehdoksi katsotaan kylmälaitteiden vaihto kokonaisuudessaan uusiin.
Dieselvarmennetun jäähdytysvesijärjestelmän suurien kylmälaiteyksiköiden vaihtaminen kokonaisuudessaan uusiin, ympäristöystävällisillä kylmäaineilla toimiviin laitteisiin kuulostaisi absurdilta. Kylmälaitteet ovat suuria ja niiden vaihtaminen laitokselta olisi monimutkainen prosessi, joka tulisi viemään aikaa. Dieselvarmennettu jäähdytysvesijärjestelmä kuuluu Olkiluoto 3 -laitosyksikön turvajärjestelmiin, mikä tarkoittaa sitä, että muutostöiden ajaksi laitosyksikkö jouduttaisiin ajamaan alas. Uusien kylmälaitteiden hankinnoista, muutostöistä sekä tuotannon menetyksestä aiheutuneet kustannukset tulisivat olemaan kohtuuttoman suuria.
Kylmäaineet jaotellaan turvallisuusluokkiin niiden myrkyllisyyden ja syttyvyyden mukaisesti. Kylmäaineen korvaamisessa tulee huomioida kylmäaineiden ominaisuudet ja luokitukset, sillä turvallisuusluokan muuttuminen vaikuttaa turvallisuusnäkökulmiin esimerkiksi paloturvallisuuden osalta. Dieselvarmennetun jäähdytysvesijärjestelmän kylmälaitteissa käytettyä R134a kylmäainetta voidaan pitää suhteellisen turvallisena aineena ja soveliaana kylmäaineena ydinvoimalaitoksella, sillä sitä ei luokitella myrkylliseksi tai syttyväksi. Syttyviksi kaasuiksi luokiteltujen kylmäaineiden käyttö kylmälaitteessa voi vaatia tilojen ATEX-luokituksia tai sprinklerijärjestelmien asennuksia, joita ei ydinvoimalaitoksella katsota parhaiksi vaihtoehdoiksi varsinkin, kun kyseessä on dieselvarmennetun jäähdytysvesijärjestelmän kylmälaitteet, jotka ovat täytösmääriltään useita satoja kiloja.
Dieselvarmennetun jäähdytysvesijärjestelmän kylmälaitteissa käytettävän R134a kylmäaineen korvaavana kylmäaineena voitaisiin käyttää R513a kylmäainetta, joka on ominaisuuksiltaan hyvin samankaltainen ja mahdollistaisi kylmäaineen niin sanotun ”drop-in” käytön. R513a kylmäaine on GWP-arvoltaan yli 50 prosenttia R134a kylmäainetta pienempi ja se luokitellaan samaan turvallisuusluokkaan. Ongelmana on kuitenkin se, että R513a kylmäaine luokitellaan myös F-kaasuksi, jonka käyttöä mahdollisesti tullaan tulevaisuudessa myös rajoittamaan.
R134a kylmäaineen käytön jatkamiselle on mahdollista hakea poikkeuslupaa Turvallisuus- ja kemikaalivirastolta. R134a kylmäaineen soveltuvuutta ydinvoimalaitokselle turvallisuuden näkökulmasta voidaan pitää painavana perusteena poikkeuslupaa ajatellen. Poikkeusluvan hakeminen R134a kylmäaineen käytölle dieselvarmennetun jäähdytysvesijärjestelmän kylmälaitteiden osalta on varmasti ensimmäinen ja helpoin vaihtoehto käyttörajoitusten ja kieltojen kohdentuessa suoraan R134a kylmäaineen käyttöön.
F-kaasujen muuttuvaa tilannetta on syytä seurata tarkasti, sillä F-kaasuasetuksen uudelleentarkastelun tuomat muutokset voivat vaikuttaa R134a kylmäaineen rajoitusten ja käyttökieltojen laajuuteen sekä toteutumisnopeuteen. Jotta pystytään varautumaan erilaisiin tilanteisiin ja suunnittelemaan ennalta mahdollisia toimenpiteitä, tulee tilanteesta pysyä ajan tasalla.
Lähde
Matias Mattsson. 2022. Dieselvarmennetun jäähdytysvesijärjestelmän varakylmälaitteiden kunnossapito : Olkiluoto 3. Opinnäytetyö 2022, Turun AMK : https://www.theseus.fi/handle/10024/749633