Svensk kärnkraft byggs ut lager för lager

År 2016 nåddes en bred politisk energiuppgörelse om att all energiproduktion ska vara förnybar innan 2040, och med det blev kärnkraften åter ett hett ämne i samhällsdebatten. Sedan dess har målbilden om en stärkt kärnkraftsflotta befästs ytterligare, inte minst genom regeringens färdplan för ny kärnkraft som lanserades hösten 2023. Men efter år av avveckling står kärnkraftsindustrin inför ett problem.  

– Det handlar framför allt om tillgängligheten på leverantörer och olika komponenter som uppfyller de kärnkraftsspecifika kravställningar som finns, säger Björn Forssgren, Senior Specialist Materials Technology på kärnkraftverket Ringhals, och fortsätter: 

– Kravbilden för kärnkraftskomponenter är komplex. Det finns flera olika krav som behöver uppfyllas, både regulativa och bolagsspecifika. De regulativa kraven är oftast nationella. Under de femtio-sextio år som kärnkraften varit verksam i världen har antalet kvalificerade och godkända leverantörer minskat, och nu står vi inför en situation då de är svåra att få tag på. Leverantörer och obsoleta komponenter har inneburit en stor osäkerhet för oss. 

Kärnkraftsindustrin har ett samhällsansvar som består i att leverera el till samhället. Ett ansvar som förväntas växa i och med regeringens mål på ny kärnkraft motsvarade minst två storskaliga reaktorer senast 2035. Det betyder att såväl befintliga som kommande reaktorer behöver ha tillgång till de komponenter som krävs för att säkerställa driftstabilitet. Om det saknas leverantörer, hur löser man det? 

Ny teknik – nya leverantörskedjor

2017, året efter att energiöverenskommelsen slöts, kom Björn Forssgren i kontakt med RISE. 

– Vi hade givetvis hört talas om 3D-printning, och tillverkat prototyper i plast under flera år. Men när vi märkte att metallsidan började mogna insåg vi att det skulle kunna innebära en lösning för oss. Vi gick in i det RISE-koordinerade industrisamarbetet Concept Line, och där stärktes vår bild av teknikens potential. Därefter blev det naturligt för oss gå med i RISE nästa satsning, Applikationscenter för additiv tillverkning.

Bredden av komponenter i ett kärnkraftverk är stor. Inom den ryms både små, medelstora och mycket stora komponenter i flera olika materialtyper. Det första Ringhals tittade på var möjligheten att tillverka kvalificerade provblock för oförstörande provning. Mötet med 3D-printning, eller additiv tillverkning (AM), i metall genererade flera insikter. En av dem var att AM, som en ny tillverkningsteknik, hade helt andra leverantörskedjor. Leverantörskedjor som var mindre sårbara. 

Från ritbord till färdig produkt

Snart hade en rad olika pilotprojekt initierats. Inom dem har möjligheten att printa allt från svetshuvuden till kompressorkåpor undersökts. I dag har två av projekten mynnat ut i komponenter som fullgjort hela resan från ritbord till färdig, installerad produkt.

– Under våren och sommaren 2024 installerade vi antivibrationsstöd, som vi printat hos RISE, i Ringhals 3 och Ringhals 4, så de sitter redan på plats i anläggningarna. Vi har också, tillsammans med det franska kärnreaktorföretaget Framatome, alldeles nyligen installerat 3D-printade partikelfilter i fyra av bränsleknippena på Ringhals 4. Tanken är att filtren, som sitter monterade i bottenplattan på bränsleknippena, ska exponeras under en hel bränslecykel, som spänner över cirka 5 år, berättar Björn Forssgren.

Ringhals har också utvecklat egna kvalitetssäkringsrutiner, en kvalificeringsprocess för tekniken PBF-LB (Powder Bed Fusion-Laser Beam) och materialet 316L (rostfritt austenitiskt stål), utifrån de kunskaper de samlat på sig under åren av samarbete med RISE, leverantörer och industripartners inom centret. 

– Tillgången till kompetensen som finns på RISE, tillsammans med möjligheten att verkligen använda tekniken för att göra egna studier, har varit oerhört viktig för oss. Vi har genom samarbetet fått en djup förståelse för tillverkningsprocessen och dess olika processteg, så att vi kunnat säkerställa att vi byggt komponenter på bästa möjliga sätt i förhållande till våra specifika kvalitetskrav. Genom centermedlemskapet har vi också kunnat bolla idéer med andra delar av industrin, och ta del av deras infallsvinklar. Det har varit värdefullt. Jag tror att vi alla lärt oss mycket under resans gång, säger Björn Forssgren.

Additiv tillverkning – det normala i framtiden

Additiv tillverkning har visat sig vara en stark kandidat för produktion av åtskilliga komponenter inom kärnkraftsindustrin, även om vidareutveckling krävs, inte minst inom efterbearbetning. Björn Forssgren är övertygad om att vi bara befinner oss i början av en resa utan slut, där additiv tillverkning i allt större utsträckning kommer att bli regel snarare än undantag.

– Powder Bed Fusion (PBF) och Directed Energy Deposition (DED) är båda lovande tekniker för kärnkraftsindustrin. Begränsningen är väl egentligen dimensionerna, i synnerhet för PBF som i nuläget endast klarar mindre komponenter. Samtidigt går teknikutvecklingen snabbt framåt på maskinvarusidan med ambitionen att även större komponenter ska kunna tillverkas med dessa tekniker. För komponenter med rätt dimensioner tror jag att PBF kommer att bli en av de stora spelarna rent tillverkningsmässigt. Tekniken behöver så klart mogna, standardisering och normer behöver vara på plats, men det är bara en tidsfråga egentligen. Additiv tillverkning kommer att bli det normala i framtiden.

Bilder: Vattenfall / Ringhals