District heating and flexibility: A Finnish company is evaluating options for Helsinki

The Finnish company Helen Ydinvoima Oy has initiated an Environmental Impact Assessment (EIA – Environmental Impact Assessment) process for the construction of a small modular nuclear power plant (SMR) intended to heat Helsinki. The process includes analysis of three potential locations in the city: the areas of the existing plants Salmisari (Salmisaari) and Vuosaari (Vuosaari), as well as the Norberget site in Östersund (Östersund)

This project represents one of the first examples in the world where an SMR is planned primarily to directly supply the urban district heating system with thermal energy.

Technological options and technical challenges of variable power

The Environmental Impact Assessment will evaluate five implementation options, including facilities that produce heat energy exclusively, as well as cogeneration plants for the combined production of heat and electricity:

• Heating-only plant: maximum capacity up to 600 megawatts of thermal power (reactor thermal power 630 MWt). This option is being considered at all three locations.
• Kogenerativno postrojenje (CHP): maksimalni kapacitet od 700 MWt (toplotne snage) 500 MWe (električne snage) a reaktorski kapacitet bi u tom slučaju bio 1.400 megavata toplotne snage. Zbog prostornih ograničenja i potrebe za novim priključcima za rashladnu vodu i prenosnu mrežu, za ovu opciju se razmatraju samo Vuosari i Norberget.

Ekološka održivost i generalni plan projekta

In any case – with regard to environmental sustainability, the project represents a low-emission solution intended to replace fossil fuels in the heating system and help Helen reach the goal of carbon neutrality by 2040. By using a stable energy source independent of weather conditions, this project would reduce the burden on the electricity transmission grid and increase the energy independence of Helsinki and Finland.

Konsultantske poslove i studije lokacija za EIA projekat obavlja švedska inženjerska kompanija AFRY. Proces EIA odvijaće se u dve faze: nakon faze konsultacija o programu, konačni izveštaj o proceni uticaja na životnu sredinu biće objavljen 2028. godine, kada kompanija planira da donese i konačnu odluku o izboru lokacije.

Inžinjerski zahtevi 

Sa tehničke strane, primena nuklearnog reaktora u sistemima daljinskog grejanja nosi specifične inženjerske zahtевe. Dok su konvencionalni nuklearni reaktori najefikasniji pri radu na konstantnoj, baznoj snazi, reaktor u ovom sistemu mora biti projektovan i prilagođen za češće varijacije u snazi (tzv. load-following režim). Rad postrojenja mora se dinamički prilagođavati sezonskim i dnevnim fluktuacijama u potražnji za toplotnom energijom u gradu, što zahteva visok stepen operativne fleksibilnosti reaktorskog jezgra i sekundarnog kola. 

Generalno – reč dve o tipovima reaktora koji su “pogodniji” ili “manje pogodni” za ove režime rada. Što se tiče termalnih lakovodnih reaktora – vrlo bi verovatno efikasniji u ovoj primeni bio reaktor sa ključajućom vodom. Primarno zbog toga što je u ovom tipu reaktora jedna vrsta kontrole reaktivnosti struturno ugrađena u sam dizajn – u ovom tipu reaktora reaktivnost se kontroliše (i) variranjem protoka vodene pare: variranjem protoka pare varira se i pritisak i količina “šupljine” (mehurića vodene pare) koji direktno smanjuje ili povećava reaktivnost. 

Sa druge strane, savremeniji dizajni reaktora sa vodom pod pritiskom takođe imaju ovu mogućnost (dosta se poslednjih decenija radilo upravo na kapacitetu reaktora da rade u load-following režimima), mada u efikasnosti i dalje najverovatnije zaostaju za reaktorima sa ključajućom vodom. 

Sa treće strane – postoje i tehnološki izuzetno napredni dizajni koji takođe obećavaju visku efikasnost u ovom “pratećem” modu, ali to sada možda i prevazilazi domet ovog teksta. 

A na sasvim drugom polu – nalazi se i ekonomska dilema: reaktori se dizajniraju ne bi li bili najefikasniji u jednom relativno uskom opsegu snaga, obično blizu maksimuma, u kojem su i financially najefikasniji. Kako će se to ukalkulisati, ostaje da se vidi – i to je verovatno razlog zbog kojeg se i razmatraju opcije kogenerativnih postrojenja – ali to ostavljamo za neki drugi tekst. 

S.A.