نظرة على NuScale (SMR): المفاعلات النووية المعيارية المبنية على التسلسل

من المفاعلات الكبيرة إلى المفاعلات الصغيرة المعيارية

غالبًا ما تكون محطات الطاقة النووية مشاريع ضخمة. الإنتاج يكون بالغيغاواط، ويتطلب الاستثمارات بمقاييس عشرات المليارات، وتستغرق أوقات البناء سنوات إن لم تكن عقودًا. هذا يسبب بعض المشكلات:

• من الصعب الحصول على تمويل حكومي بسبب الفجوة الزمنية الكبيرة بين بدء المشروع وتاريخ أول إنتاج للطاقة.
• ليس مناسبًا للدول الصغيرة أو المناطق النائية، ويتطلب إلى حد ما تعديل شبكة الطاقة بأكملها لتتناسب مع محطة الطاقة النووية.
• عندما يحدث خطأ ما، بدلاً من حادث محلي، يمكن أن يتحول إلى كارثة على مستوى القارة.
• كل مشروع ضخم هو تصميم تجريبي مخصص، مما يمنع الصناعة من تطوير أي نوع من التوحيد القياسي في عملية الإنتاج.

بشكل عام، يمكن القول إن النهج التقليدي للطاقة النووية يعاني من ضعفين: التكاليف العالية جدًا، والمخاطر العالية جدًا.

بعض ذلك يمكن حله بواسطة 4^th الجيل الرابع من محطات الطاقة النووية التي تستخدم تصاميم جديدة وأكثر أمانًا. لكن نهجًا آخر يُدعى SMR (المفاعلات الصغيرة المعيارية) يبحث عن طريقة جديدة لتقسيم الذرات لتوليد الطاقة وحل المشكلتين معًا.

المصدر: IAEA

الطلب على المزيد من الطاقة النووية يتصاعد الآن، مدفوعًا بمزيج من مراكز البيانات التي تستهلك الطاقة للذكاء الاصطناعي وإدراك أن إنتاج الطاقة المتجددة المتقطع يمثل مشكلة حتى نزيد من حجم أنظمة البطاريات بشكل كافٍ، وهو ما قد يستغرق عقودًا.

لماذا استخدام المفاعلات الصغيرة المعيارية

الفكرة الأساسية للمفاعلات الصغيرة المعيارية هي أنه بدلاً من المشاريع الضخمة ذات الفيلة البيضاء والمخصصة، يجب بناء المفاعلات النووية بنفس الطريقة التي نبني بها الطائرات والسفن:

• قالب موحد يسمح بإعادة استخدام نفس التصميم عددًا لا يحصى من المرات، مما يوزع تكاليف البحث والتطوير.
  • هذا يعني أيضًا قابلية تبادل قطع الغيار وتقليل تكاليف التدريب مع مرور الوقت.
• يتم تصنيعها وتجميعها على سلسلة في مصنع مخصص، مما يسمح بتراكم الخبرة وتحقيق اقتصاديات الحجم.
• يتم نقلها إلى المواقع التي تحتاجها من المصنع.

نظريًا، يجب أن يوفر ذلك اقتصاديات حجم جذرية، حيث يعيد كل مفاعل إضافي يُنتج استخدام العمالة الماهرة السابقة، والآلات، والإعداد القياسي، إلخ. على سبيل المثال، يجب أن يستغرق بناء مفاعل SMR حوالي ثلاث سنوات بدلاً من 5-10 سنوات عادةً (وأحيانًا 15-20 سنة في أسوأ الحالات، مثل محطة Vogtle في جورجيا).

عامل آخر هو أن المفاعلات الأصغر تنتج طاقة أقل على أساس كل وحدة. وهذا يعني أن السلاسل المتفاعلة غير المتحكم فيها التي تؤدي إلى كوارث مثل تشيرنوبيل أقل احتمالًا بطبيعتها.

عند دمجها مع تحسينات تكنولوجيا الجيل الرابع للنووية، يمكن أن تجعل المفاعلات الصغيرة المعيارية أكثر أمانًا بمراتب عدة من التصاميم القديمة.

أخيرًا، نظرًا لأن المفاعلات الصغيرة المعيارية تتكون من عدة وحدات فرعية، فإنها توفر مرونة كبيرة في الطاقة النهائية دون الحاجة إلى إعادة تصميم كاملة في كل مرة.

الإنتاج الأقل يفتح أيضًا تطبيقات جديدة، مثل إنتاج الطاقة في الموقع للمواقع الصناعية أو القواعد العسكرية، مما قد يساعد في خفض انبعاثات الكربون للعمليات التي يكاد يكون من المستحيل تشغيلها بالطاقة المتجددة وحدها.

“مع المفاعلات الصغيرة المعيارية، فتحنا طيفًا كاملًا من العملاء.” Rolls Royce CEO

كميزة نهائية، يسمح الحجم الأصغر للمفاعلات الصغيرة المعيارية بتركيبها في موقع محطات الوقود الأحفوري “العادية”، مثل محطات الفحم المتوقفة، مما يتيح لها إعادة استخدام بنية الشبكة القائمة بالفعل وتقليل طلب الأرض للمشروع. على الأقل، طالما حصلت على موافقة لجنة التنظيم النووي (NRC) لمنطقة التخطيط الطارئ للمحطة النووية، كما فعلت شركة NuScale بعد عملية شاقة استمرت 7 سنوات للحصول على الموافقة.

المصدر: NuScale

NuScale

الموقع التنافسي لشركة NuScale

تُعد NuScale واحدة من المتنافسين الرائدين في سباق الإنتاج الضخم للمفاعلات الصغيرة المعيارية في الدول الغربية، مع وجود شركات حكومية روسية وصينية فقط تتقدم عليها.

ومن الجدير بالذكر أن NuScale هي التقنية الوحيدة للمفاعلات الصغيرة المعيارية التي حصلت على شهادة لجنة التنظيم النووي الأمريكية (NRC).

تأسست الشركة في عام 2007، وكانت من أوائل من راهنوا على المفاعلات الصغيرة المعيارية، في وقت كان يبدو فيه طاقة النووية عمومًا في مسار تراجع دائم، خاصةً بعد حادث فوكوشيما عام 2011. حتى الآن، استثمرت 2 مليار دولار في تقنيتها وعملية الإنتاج.

مع وجود 6 مفاعلات قيد الإنتاج حاليًا، تتجه الشركة نحو أول تسليم تجاري لها، ومن المتوقع تحقيق ذلك حوالي عام 2030.

تصميم معياري، لكنه معروف

يمكن نقل مفاعلات NuScale من نوع VOYGR من المصنع إلى مواقع محطات الطاقة على ظهر شاحنة ضخمة جدًا. كل منها ينتج قدرة كهربائية تبلغ 77 ميجاواط (ما يعادل الميجاواط)، مع إمكانية وجود ما يصل إلى 12 وحدة لكل محطة (924 ميجاواط).

المصدر: NuScale

من المتوقع أن يكون لعمر هذه المفاعلات أكثر من 60 سنة.

التقنية وراءها هي مفاعل الماء الخفيف (LWR) النووي المجرب والمختبر. وعلى الرغم من أنه قد يكون أقل ابتكارًا من تصاميم أخرى تستخدم الثوريوم أو الضغط العالي، إلا أن ذلك ساعد في الحصول على موافقة الجهات التنظيمية وتقليل مخاطر عملية التطوير.

كما يستفيد من سلسلة إمداد الطاقة النووية القائمة، من المستشعرات إلى تجميعات الوقود اليوراني، ورافعات المفاعلات، وأنظمة التحكم.

المصدر: NuScale

تُعد هذه المفاعلات الصغيرة المعيارية أيضًا “آمنة عند الابتعاد”، مما يعني أنها تظل آمنة حتى بدون تدخل بشري، وتبرد طبيعيًا إذا لم تُصان.

يتضمن ذلك ميزة أخرى: “فترة التكيف” غير المحدودة، والتي تُعرّف بأنها الوقت بين التشغيل العادي والضرر غير القابل للعودة للمفاعل في حالة إغلاق غير مجدول. معظم مفاعلات الماء الخفيف الأخرى لديها فترة تكيف تستغرق بضعة أيام، مما يجعلها أقل أمانًا بطبيعتها في حالة حدوث كارثة.

يمكن أيضًا إعادة تشغيل مفاعلات NuScale دون شبكة طاقة نشطة، وهو قيد شائع في معظم تصاميم المفاعلات الأخرى.

المصدر: NuScale

التطبيقات

شبكة الطاقة

التطبيق الرئيسي الواضح لمحطات الطاقة النووية هو إنتاج الكهرباء لشبكة الطاقة. مع تزايد الجهود لتقليل انبعاثات الكربون في مزيج الطاقة لدينا، يزداد الطلب على المزيد من الكهرباء. ذلك لأن الكثير من استهلاك الطاقة اليوم لم يتم تحويله إلى كهرباء بعد، مثل النقل (السيارات التي تعمل بالغاز) أو التدفئة (الأفران التي تعمل بالزيت أو الغاز).

نظرًا لأن مفاعلات SMR من NuScale يمكن تنفيذها في موقع محطات الفحم المتوقفة، فإنها تتطلب استثمارًا قليلًا جدًا في بنية تحتية إضافية للشبكة لاستبدال محطات الوقود الأحفوري.

الذكاء الاصطناعي

من المتوقع أن يرتفع الطلب على الطاقة من مراكز البيانات من 3-4٪ من إجمالي استهلاك الكهرباء في عام 2023 إلى 11-12٪ في عام 2030. وهذا يعادل استهلاك الكهرباء الحالي لثلث من المنازل الأمريكية.

مشكلة إضافية هي أن النظر في استثمارات رأس مال تصل إلى عشرات أو حتى مئات المليارات من الدولارات في هذه المراكز يتطلب تشغيلًا مستمرًا. وبما أننا نتحدث عن استهلاك على مستوى الغيغاواط، فإن الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة غير المستقرة والمتغيرة قد يكون اقتراحًا محفوفًا بالمخاطر. (MSFT )

هذا هو السبب في أن جميع شركات التكنولوجيا الكبيرة الآن تتسابق لتقليد مايكروسوفت مع صفقتها لإعادة فتح محطة نووية كاملة وتخصيص كامل إنتاجها لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي الخاصة بها، وتأمين طاقة نووية مستقرة مسبقًا لأنفسهم.

التطبيقات الصناعية

العديد من العمليات الصناعية تتطلب درجات حرارة مرتفعة جدًا، غالبًا على شكل بخار فائق الحرارة. يمكن أن تشمل ذلك على سبيل المثال إنتاج الورق، الأمونيا (سماد ومكون رئيسي للمتفجرات)، الصلب، البلاستيك، أو حتى تحلية مياه البحر (يمكن لمفاعل بقدرة 77 ميجاواط توفير الطاقة لـ 77 مليون جالون/290 مليون لتر من الماء يوميًا).

المصدر: NuScale

حاليًا، يتم تشغيل هذا النوع من العمليات، وخاصة تلك التي تتطلب أعلى درجة حرارة، في الغالبية العظمى بواسطة الوقود الأحفوري، خاصة الغاز الطبيعي.

يمكن استبدال ذلك نظريًا بمفاعلات نووية بشكل مفيد، خاصةً لأن توليد الكهرباء هو نتيجة لإنتاج بخار فائق الحرارة فائق الحرجة من نواة المفاعل.

ومع ذلك، كان التصميم التقليدي لمحطات الطاقة النووية ينتج طاقة كبيرة جدًا بحيث يصعب دمجها بسهولة مع عملية صناعية عادية مثل مصنع الصلب. كانت القيود التنظيمية والمساحية، بالإضافة إلى نقص التصاميم المعيارية الجاهزة، مشكلة أيضًا.

يمكن للمفاعلات الصغيرة المعيارية تخفيف جميع هذه الاعتراضات مرة واحدة، من خلال إنتاج أقل لكل وحدة، عبء تنظيمي أقل، وتصاميم أكثر مرونة. من المتوقع أن تنتج مفاعلات NuScale 500,000 رطل من البخار في الساعة، عند ضغط 1,500 رطل لكل بوصة مربعة ودرجة حرارة 500°C.

الهيدروجين

نظرًا لأن الهيدروجين يُعتبر بديلاً للوقود الأحفوري، لا يزال الجدل قائمًا حول طريقة إنتاج الطاقة لتوليد الهيدروجين. من ناحية، قد تكون مصادر الطاقة المتجددة أرخص على أساس كل كيلوواط، لكن التقطيع المتقطع يعني أن محطة توليد الهيدروجين المكلفة قد تبقى غير نشطة لفترات طويلة.

يمكن لمفاعل NuScale إنتاج 50 طنًا متريًا من الهيدروجين يوميًا، أو ما يعادل استهلاك 38,000 سيارة تعمل بخلايا الوقود.

نموذج أعمال NuScale

حتى عندما تكون صغيرة ومعيارية، فإن مشاريع محطات الطاقة النووية تمثل استثمارًا كبيرًا، مع سنوات من الإنفاق قبل بدء توليد الدخل من الطاقة المنتجة، مما يجعل تمويلها مهمة تكاد تكون حاسمة بقدر الهندسة والعلوم نفسها.

دخلت NuScale في شراكة مع منصة الاستثمار الخاصة ENTRA-1 وشركة إدارة الأصول الخاصة Habboush Group لحل هذه المشكلة. تتخصص كلتا شركتي الاستثمار في تمويل وتشغيل الطاقة والبنية التحتية.

يوفر هذا خيارات مرنة للشركات التي تتطلع إلى تنفيذ تقنية المفاعلات الصغيرة المعيارية: يمكنها إما شراء الطاقة المنتجة فقط، أو تشغيل المحطة، أو امتلاك وتشغيل المحطة، حسب تفضيلاتها.

على سبيل المثال، من المحتمل أن ترغب شركة مرافق كهربائية ذات خبرة في الطاقة النووية في امتلاك وتشغيل المحطة مباشرة. ومع ذلك، قد تفضل شركة كيميائية توقيع اتفاقية شراء طويلة الأجل للبخار عالي الحرارة المنتج.

المشاريع الجارية

مع دفع العقبات التكنولوجية والتنظيمية إلى الخلف، تعمل NuScale الآن بنشاط على توسيع دفتر طلباتها. تشمل هذه حتى الآن مشاريع على ثلاث قارات، على سبيل المثال:
أمريكا الشمالية

• Standard Power في أوهايو وبنسلفانيا، لتوفير ما يقرب من “اثنين من الجيجاواط من الطاقة النظيفة والموثوقة”.
• The Prodigy Marine Power Station في كيبيك قامت بنشر 1-12 مفاعل لإنتاج الوقود النظيف مثل الهيدروجين والأمونيا على نطاق تجاري.

أوروبا

• RoPower Nuclear: مشروع في رومانيا مع Nuclearelectrica (المشغل الوطني لمحطات الطاقة النووية) لنشر 6 مفاعلات VOYGR لتوليد 462 ميجاواط من الكهرباء الخالية من الكربون.
• KGHM Polska Miedź في بولندا، لنشر مفاعلات VOYGR كحل لإعادة توظيف الفحم لمحطات الطاقة القائمة، مع بدء النشر في أقرب وقت إلى عام 2029.
• Getka & UNIMOT في بولندا، أيضًا لاستبدال محطات الفحم.
• Energoatom في أوكرانيا، بهدف نشر مفاعلات VOYGR بمجرد انتهاء الحرب لإعادة بناء شبكة الطاقة في البلاد.

آسيا

• Indonesia Power، تنظر في مرفق مقترح بقدرة 462 ميجاواط بالشراكة مع شركة Fluor Corporation ، وشركة JGC اليابانية.
• GS Energy في كوريا الجنوبية، لطلب 6 مفاعلات VOYGR قد يبدأ في 2028 ويكتمل بحلول 2030 لتزويد المجمع الصناعي الجديد للهيدروجين في أولجين.

البيانات المالية لشركة NuScale

مع بدء الشركة في تحقيق إيرادات من اتفاقيات مثل تلك مع RoPower في رومانيا، بدأت تحقق بعض العائدات بعد ما يقرب من عقدين من “وضع الشركة الناشئة”.

مع ذلك، تعاني الشركة من خسارة صافية تبلغ حوالي 50 مليون دولار كل ربع سنة، وهو ما يعكس نفقات التشغيل. وهذا يعني أنه حتى تبدأ في بيع وتشغيل مفاعلات VOYGR بالكامل، ستحتاج الشركة إلى مزيد من التدفق النقدي للبقاء على قيد الحياة.

لحسن الحظ، ارتفع سعر السهم مؤخرًا، مما سيساعدها على جمع المزيد من النقد دون تخفيف حصة المساهمين الحاليين بشكل كبير.

يجب على المستثمرين المحتملين أيضًا أن يكونوا على علم بوجود 31.4 مليون سهم على شكل خيارات وضمانات، بالإضافة إلى 252.2 مليون سهم قائم (اعتبارًا من ديسمبر 2024).

المصدر: NuScale

الخلاصة

في مجال منظم بشكل صارم ومعقد تقنيًا للغاية، يمكن أن يكون أن تكون الرائد مكسبًا هائلًا. فليس فقط يمنح ذلك ميزة في الوصول إلى السوق أولًا، بل يمكن أن يساعد الشركة أيضًا في تشكيل مستقبل البيئة التنظيمية وتوقعات العملاء المحتملين.

كانت NuScale رائدة في تقنية المفاعلات الصغيرة المعيارية ولا تزال تقود الصناعة. يمكن دمج تقنيات نووية أخرى مثل الثوريوم، الأملاح المنصهرة، المفاعلات السريعة، أو محطات الطاقة العائمة في المفاعلات الصغيرة المعيارية. ومع ذلك، يضيف ذلك مستوى آخر من التعقيد قد يكون مشكلة، سواء في الهندسة أو مع الجهات التنظيمية.

بدلاً من ذلك، ركزت NuScale على تقنية الماء الخفيف المثبتة، مع تغيير حجمها فقط. يجب أن يساعد ذلك في تسريع تقدمها، وأن تصبح السهم الأكثر شهرة في مجال المفاعلات الصغيرة المعيارية في السوق.

لذلك، قد يكون الخطوة التالية بعد ازدهار سوق الأسهم في قطاعات مثل السيارات الكهربائية والذكاء الاصطناعي، هو ازدهار في توليد الطاقة القادرة على تزويد هذه القطاعات بالطاقة المتعادلة الكربون.

ومع ذلك، سيحتاج المستثمرون إلى تذكر أن توليد الطاقة هو صناعة شديدة الاستثمارات الرأسمالية، وأن الطاقة النووية تتقدم ببطء مقارنةً بقطاعات التكنولوجيا الأخرى، مما يعني أن الصبر وتحمل عالي للتقلبات سيكون ضروريًا.