Opdatering om SMR’er (Små modulære reaktorer) – Stadig fremtiden for atomkraft

Atomdrømme og frygt

Nukleare energi er et kontroversielt emne.

For det første, af rationelle grunde, på grund af sikkerhedsaspektet, med katastrofen i Tjernobyl eller Fukushima som en påmindelse om, hvad der kan ske, når den fejler.

For det andet, på grund af den mindre rationelle association til atomvåben samt en frygt for enhver stråling, ofte drevet af populær popkultur og science fiction.

Den er også blevet set som en konkurrent til “rigtige” vedvarende energier som vind og sol, og som et dårligt alternativ til dem.

Den er dog en meget kraftfuld energikilde, faktisk er den den mest tætte, der er tilgængelig for menneskeheden, hvor én lille uranpellet kan erstatte hundreder af liter olie, et ton kul eller 17.000 kubikfod gas.

Kilde: Energy.gov

Den er også en meget lavkulstof energikilde, hvilket får nogle klimaaktivister til at revurdere deres syn på atomkraft. Dette er især sandt, da atomkraft kan levere baseload‑strøm uafhængigt af vejrforhold eller tidspunkt på dagen, noget vedvarende energier kun kan gøre med massive batteriparker.

Den nye atomkraft

Nyligt er en ny generation af atomkraftforkæmpere og ingeniører dukket op, som er klar til at kritisere den vej, industrien har taget indtil nu. Deres kritik af atomkraften som den er i dag er todelt: størrelse og brændstof.

Er lille smukt?

Nukleare kraftværker har en tendens til at være massive projekter. Output er i gigawatt, investeringerne kræver titusinder af milliarder, og byggetiden er i år, hvis ikke årtier. Dette medfører flere problemer:

• Vanskelighed ved at skaffe penge uden for statslig finansiering, på grund af den enorme tidsforsinkelse mellem projektets start og den første strømproduktion.
• Det er ikke en god løsning for små lande eller fjerntliggende områder, og kræver i nogen grad, at hele elnettet tilpasses det nukleare kraftværk.
• Når noget går galt, kan det i stedet for en lokal hændelse blive en katastrofe på kontinentalt niveau.
• Hvert massivt projekt er et specialdesignet eksperiment, hvilket hindrer industrien i at udvikle nogen form for standardisering i produktionsprocessen.

Dette sidste punkt træder især frem efter fejlen med store centraliserede kraftværker i de sidste årtier, som havde den effekt at effektivt fryse industrien. Det har endda forårsaget dens totale (og sandsynligvis permanente) ødelæggelse i lande som Tyskland.

Jo større et kraftværk er, jo mere energi produceres på ét sted. Dette gør kølingen af reaktoren ekstra vanskelig og ekstra farlig, hvis noget går galt.

Derfor vender opmærksomheden nu mod små reaktorer kaldet SMR (Small Modular Reactors). De ville blive produceret i serie, ligesom skibe eller maskiner, og transporteret med lastbil til deres kraftværkssted. Den modulære del kommer fra, at et SMR‑baseret atomkraftværk ville indeholde 4‑20 “modulære” kraftgeneratorer, hver identisk med de andre.

Der er endda en tendens til at udvikle mikroreaktorer til nicheapplikationer som industriel varme, militærbaser, fjerntliggende samfund eller endda månebaser.

Kilde: IAEA

De forkerte design & brændstof?

Design

En anden diskussion er designet af selve anlæggene. Nogle specialister argumenterer for, at vandkølede design er iboende mindre sikre, da de kræver en konstant vandstrøm, afhængig af et komplekst system af pumper og rør, præcis det, der fejlede i Fukushima‑incidenten.

Forskellige kølingsdesign udvikles med fokus på passiv sikkerhed, så en reaktor kan køle ned uden ekstern indgriben, hvis noget går galt.

Brændstofvalg

Andre kritiserer fokus på uran som brændstof. Af grundlæggende fysiske årsager blev dette brændstof foretrukket frem for alternativer, fordi den energi, der produceres med uran, skaber plutonium. Og plutonium er en nøglekomponent i atomvåben.

I perioden 1950‑1980, da størstedelen af atomindustrien blev født, blev dette set som en kvalitet. Dette var efter den kolde krig, og behovet for materialer til atomvåben blev af mange nationer betragtet som et krav for deres egen sikkerhed. Dette er i dag langt mindre accepteret af den offentlige mening, især med truslen om atomspredning og terrorisme.

Derudover er uran grundlæggende et mere risikabelt brændstof med større risiko for ukontrollerede kædereaktioner. Så mange atomentusiaster og startups går nu ind for at udforske thoriumreaktorer i stedet.

Et bump i innovationen

Hvis du havde spurgt nogen specialister for blot 1‑2 år siden, ville de fleste have sagt, at de følte, at SMR’er ville være fremtiden for atomindustrien.

“Med SMR’er har vi åbnet et helt spektrum af kunder.”

Rolls Royce CEO

Men med den nylige aflysning af Nuscale’s Carbon Free Power Project rejste dette spørgsmålet om, hvorvidt SMR’er kan være omkostningskonkurrencedygtige i forhold til vedvarende energier og konventionel atomkraft. Eller atomkraft som helhed, i betragtning af de titusinder af dollars i omkostningsoverskridelser for de senest åbne “traditionelle” atomkraftværker i Finland og the USA.

Denne stigning i omkostninger kan være bekymrende, hvis det ikke er en identisk situation for hele energisektoren, inklusive vedvarende energier.

Det er noget, vi undersøgte i dybden i vores artikel \”The 2023 Renewable Energy Crash\”. For at opsummere kort, har producenter af vindmøller og solpaneler samt byggefirmaer af atomkraftværker lidt under en kombination af problemer:

• Stigende omkostninger til råmaterialer som metal, beton og energi, som alle er nødvendige for industrielle projekter.
• Generel inflation, som øger omkostningerne til kvalificeret arbejdskraft.
• Forstyrrelser i forsyningskæden på grund af pandemien, problemer i internationale handelsruter, og handelskrig samt sanktioner fra Vesten mod Rusland & Kina.
• Stigende renter, som kraftigt øger omkostningerne ved kapitalintensive projekter som energiproduktion.

Alle disse fænomener skader evnen for energiproducenter, ALLE energiproducenter, til at levere anlæg til en så billig pris som tidligere planlagt. Men medmindre vi planlægger at stoppe energiforbruget, er dette noget, der skal prissættes om.

Fossile brændstoffer, vedvarende energier eller atomkraft vil alle koste mest i et høj‑inflations, høj‑rente økonomisk miljø. Så markedets reaktion på at “vælge” vedvarende energier og SMR’er på grund af stigende omkostninger i denne kontekst er ikke rigtig rationel.

Kun lige begyndt

Bekymringer om aflysning af pilotanlæg mangler sandsynligvis også pointen. Carbon Free Power Project var per definition et pilotprojekt.

SMR’ers omkostningsreduktioner sammenlignet med andre atomprojekter forventes at komme fra 2 kilder:

1. Afskrivning af F&U‑omkostninger over titusinder af identiske kraftværker.
2. Stadig produktionslinje, der tillader optimering og stordriftsfordele.

Så det er sandsynligt, at enhver SMR vil være noget dyr i sine første 5 eller endda 10 kraftværker. Kun når den når fuld hastighed vil de økonomiske fordele fra designet manifestere sig. Det er på samme måde som en prototypebil koster mere pr. enhed end en veletableret og masseproduceret model.

Dette er også et velkendt fænomen i innovative industrier, kaldet “Dødsdalerne”. Mellem hver fase er der et topmoment af entusiasme, efterfulgt af et topmoment af pessimisme. Langsigtede investorer og offentlige investeringer bærer innovative industrier gennem disse negative perioder og plejer langsigtet fremgang.

Kilde: ThirdDerivative.org

Og selv hvis Nuscale’s specifikke design viser sig at være for dyrt, siger dette lidt om smeltet salt, thorium, HALEU‑brændstoffer eller atomkraftbåde (se mere nedenfor).

Alt i alt ser det ud til, at industrien er begyndt at innovere igen, sandsynligvis drevet af energikrisen udløst af krigen i Ukraine. Med spændinger, der stiger i Mellemøsten, er en gentagelse af energikrisen i 1970’erne ikke usandsynlig og ville gentage dens effekt på atomindustrien, så lande som Frankrig genererer 70 % af deres elektricitet med atomkraft.

Et udvalg af SMR-innovatører

Denne artikel ser på nogle af de SMR‑innovative design, en komplet liste kan findes på World Nuclear Association’s hjemmeside.

NuScale Power Corporation (SMR)

SMR Prisdiagram

NuScale er en leder inden for en ny type nuklear reaktordesign kaldet Small Modular Reactors (SMRs).

NuScale’s hoveddesign kan transporteres med lastbiler og vil producere 77 MWe pr. modul, med op til 12 moduler pr. færdigt kraftværk for næsten 1 GW nominelle effekt.

Kilde: Nuscale

Dette design er lille nok til at blive implementeret på stedet for et nedlagt kulkraftværk, så det kan genbruge al den sikkerheds‑ og netinfrastruktur, der allerede er bygget. NuScale var også den første SMR, der blev certificeret af den amerikanske nukleare reguleringskommission (NRC).

Virksomheden har allerede sikret kontrakter i Rumænien. Den ser også på 15+ andre potentielle kunder, der er forpligtet til at implementere SMR’er og 120+ potentielle kunder. Oven i dette kommer industrielle kunder som stålværker der ønsker at dekarbonisere deres drift og sikre billig, pålidelig strøm.

Den er dog i centrum af spørgsmål om den økonomiske levedygtighed af SMR’er, efter at dens Carbon Free Power Project med Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS) blev aflyst på grund af omkostningsstigninger. Aktiekursen i virksomheden faldt kraftigt på nyheden, selvom den er kommet sig noget siden.

General Electric (GE) / Hitachi (HTHIY)

GE Prisdiagram

GE, i samarbejde med Hitachi, udvikler BWRX-300 small modular reactor. Den udnytter de to virksomheders erfaring inden for atomenergi til at skabe denne 300 MW reaktor.

Kilde: GE

GE er blevet udvalgt til pilot‑SMR‑projekter i Canada af Ontario Power Generation og af SaskPower i Saskatchewan.

I USA har den en aftale med Tennessee Valley Authority (TVC ) og er i drøftelser med flere andre forsyningsselskaber.

Globalt er den blevet udvalgt til en flåde på 79 SMR’er i Polen, som skal implementeres af firmaet Orlen inden 2038. Den er også blevet udvalgt i Estland, Tjekkiet og Sverige, og er i drøftelser i Storbritannien og resten af verden for yderligere salg.

Succeserne for GE/Hitachi med at promovere BWRX-300 er imponerende og kan være den bedste internationale succes i SMR‑industrien. Det er sandsynligt, at populariteten af designet ikke kun er baseret på dets ingeniørkunst, men også på omdømmet af moderselskaberne, deres netværk samt den sikkerhed, at der er tilgængelig finansiel backing, sammenlignet med små startups.

Rolls‑Royce Holdings plc (RYCEY)

Rolls‑Royce er ikke kun en producent af luksusbiler, men også en leder inden for luftfart (især jetmotorer) og avanceret ingeniørteknologi.

Virksomheden sigter mod at blive den britiske leder inden for SMR‑teknologi. Dens design leverer 470 MW pr. modul.

Kilde: Rolls Royce

Rolls Royce diskuterer implementeringen af deres SMR’er i Holland. Den er også i drøftelser i Sverige og Finland, samt i Tjekkiet (inklusive med bilproducenten Skoda), og Polen.

Rolls‑Royce ser ud til at fokusere mest på de europæiske markeder og industrielle anvendelser, sandsynligvis et smart valg i betragtning af den igangværende energikrise på kontinentet. En krise, der kan blive værre med den potentielle lukning af Suezkanalen for energimport, noget vi diskuterede i vores artikel \”Fossil Fuel Supplies Troubles – Looming Shipping And Energy Crisis\”.

Westinghouse: Cameco (CCJ) og Brookfield Renewable Partners L.P. (BEP)

BEP Prisdiagram

Westinghouse Nuclear har været en pioner i amerikansk atomenergi siden branchens begyndelse. Den er for nylig blevet erhvervet i fællesskab af uranminereren Cameco (49 %) og den massive lavkulstof‑utility BEP (51 %), en del af den endnu større Brookfield investeringskoncern (BN), med $850 mia. under forvaltning.

Westinghouse’s AP300 SMR‑design er en nedskaleret version af deres konventionelle AP1000‑reaktorer. I øjeblikket er 4 AP1000 i drift i Kina, med 6 mere under konstruktion i Kina og 2 i Georgia, USA (Georgias Vogtle‑projekt har også blivet berømt for forsinkelser og omkostningsoverskridelser), samt et projekt for 3‑6 reaktorer i Polen og 6 i Indien.

Med en effektkapacitet på 990 MW er dette SMR‑design en gråzone mellem konventionelle og “små” reaktorer.

Kilde: Westinghouse

Da den ikke er direkte noteret, skal investorer i Westinghouse beslutte, om de er mere interesserede i eksponering mod BEP’s vedvarende energiactivitet, eller Camecos uranminedrift.

Alligevel er Westinghouse en gigant inden for atomenergi med en lang historie med at sætte standarden for industrien, især det trykte vanddesign, der har domineret atomindustrien i årtier.

TerraPower

Det privatnoterede selskab er berygtet støttet af Bill Gates. Mens større virksomheder og Nuscale primært ser på at forbedre det konventionelle design af atomkraftværker gennem ændring af størrelse og produktionsmetode, ser TerraPower på at ændre det radikalt.

Dens nøgleinnovation er en smeltet‑salt reaktor, som virksomheden udnytter i et partnerskab med GE‑Hitachi for at udvikle Natrium‑reaktoren, en 345 MWe reaktor. Teknologien skal implementeres på et pensioneret kulkraftværk i Wyoming. Den arbejder også på Molten Chloride Fast Reactor (MCFR) design.

Smeltede salte fungerer både som brændstof, indeholdende de radioaktive elementer, og som kølemiddel. Dette kan gøre den iboende sikrere, da for høje temperaturer får saltene til at udvide sig, hvilket spontant reducerer den nukleare reaktion og fører til lavere temperaturer.

Den ville også tillade kontinuerlig brændstofpåfyldning i stedet for at skulle lukke reaktoren hver 18‑24 måned. Den kan også acceptere uranbrændstof med forskellige berigelsesgrader, hvilket gør den mere fleksibel.

Da neutronerne ikke bremses som i en konventionel atomreaktor, bør reaktionen være meget mere effektiv.

Kilde: Terrapower

Selv disse radikale innovationer i en meget konservativ og forsigtig industri er ikke nok for TerraPower. Den udvikler sit “langsigtede mål” om Traveling Wave Reactor (TWR®) design, som kan operere på ikke‑beriget uran i århundreder og være 30× mere effektiv end konventionelle design.

Atomenergiindustrien, forsigtig med ikke at gentage fejlen med tidligere reaktor‑meltdowns, er i øjeblikket ekstremt skeptisk over for radikale nye design. Dette kan både spille til fordel og ulempe for TerraPower.

På den ene side kan deres radikale og innovative tilgang skabe et unikt og meget sikrere design. På den anden side kan de stå over for en stejl kamp for at overbevise bekymrede atomreguleringsmyndigheder om at acceptere den eksperimentelle lancering af deres reaktorer.

Terrestrial Energy

En anden smeltet‑salt virksomhed er Terrestrial Energy (IMSR ), med deres Integral Molten Salt Reactor.

Virksomheden hævder at løse et centralt problem med smeltet‑salt reaktordesign, der relaterer til levetiden af grafitmoderatoren. Ved at gøre reaktorkernen til en fuldt integreret enhed, gør den den let udskiftelig med en levetid på 7 år.

Dette design drager også fordel af de samme fordele som andre smeltet‑salt reaktorer, såsom bedre sikkerhed og højere effektivitet takket være højere temperaturer.

Moltex Energy

Moltex er en britisk virksomhed, der udvikler en nuklear affaldsforbrændingsreaktor, en type reaktor også kendt som Stable Salt Reactor – Wasteburner (SSR‑W) i Point Lepreau i Canada.

Designet kan hurtigt ændre sit energiprodukt, hvilket gør det til et perfekt supplement til intermitterende vedvarende energikilder.

“Denne avancerede nukleare teknologi har fleksibiliteten fra gasdrevne kraftværker, men den genererer elektricitet til en lavere pris og uden CO₂‑udledning,”
MoltexFLEX

Reaktoren har ingen bevægelige dele og køler passivt, hvilket kræver langt mindre overvågning end en konventionel reaktor.

Da Moltex er afhængig af nukleart affald, kunne den aldrig fuldstændigt erstatte standard‑ eller SMR‑designs. Den kan dog passe ind i et unikt niche ved at producere billig energi, samtidig med at den reducerer nukleart affald og leverer en meget reaktiv og fleksibel kilde til lavkulstofenergi på efterspørgsel.

Rosatom

Det russiske statslige atomvirksomhed har været en leder i industrien i årtier. Den var en af de første til at udvikle noget lignende en lille reaktor. I øjeblikket ser den ikke ud til at være stærkt fokuseret på SMR‑udvikling, bortset fra sødreven atomkraft.

Den allerede implementerede idé er at installere på et  skib en mindre atomkraftværk svarende til dem, der driver atomubåde eller hangarskibe. Dette flydende kraftværk kan derefter blive udsendt til områder, der har brug for det, i Ruslands tilfælde primært byer og industrielle anlæg på Arktiske Ocean.

Dette design kan også produceres i serie på dedikerede skibsværfter, der allerede har erfaring med at bygge atomdrevne krigsskibe.

Kilde: Power Technology.com

Med 80 % af verdens befolkning, der bor i kystområder, kunne dette design blive populært. For nu er forretningsmodellen, der forestilles, at Rosatom ejer og driver kraftbåden, og sælger elektriciteten, også i udlandet.

Den tilbyder også et vist fleksibilitetsniveau, med muligheden for at flytte et kraftværk til områder ramt af katastrofer som en orkan, eller til fjerntliggende regioner med lidt energiinfrastruktur.

Seaborg

Rosatoms koncept med en atombåd / flydende kraftstation er ikke unikt for Rusland, og i betragtning af den geopolitiske situation er det usandsynligt, at det russiske design vil blive populært i vestlige lande og deres allierede i den nærmeste fremtid. (RRU.DE )

Det er her, det danske firma Seaborg kommer ind i billedet. Virksomheden udvikler en kompakt smeltet‑salt reaktor, som også er en flydende kraftværk på op til 800 MW.

Kilde: Seaborg

Det havbaserede design af Seaborg‑reaktorer gør dem velegnede til kystnationer, med drøftelser i gang med Indonesien og Norwegen.

Seaborg arbejder også sammen med den globale leder inden for skibsbygning Samsung Heavy Industries for at udvikle flydende atomkraftværker kombineret med hydrogen‑ og ammoniak‑anlæg.

Så kan Seaborg blive en integreret del af en atomdrevet hydrogen‑ og ammoniakøkonomi, som beskrevet i vores artikel “The Other Hydrogen Fuel – Top 5 Green Ammonia Stocks”.

X‑Energy

X‑Energy’s innovation inden for atomkraft er at bruge en anden type brændstof end konventionelt beriget uran, nemlig TRISO‑X brændstoffet.

TRISO‑X brændstoffet bruger “High Assay Low Enriched Uranium” (HALEU), hvilket muliggør længere driftsperioder og bør reducere omkostningerne. Dets design bør også integrere indkapslingssystemet i selve brændstoffet, hvilket drastisk øger sikkerhedsprofilen.

Dets Xe‑100 reaktor er en High‑Temperature Gas‑cooled Reactor (HTGR), et 80 MWe design betragtet som en del af den 4.^th generation af atomkraftværker. Sådanne reaktorer hævder en sikkerhedsomkreds på 400 m (versus 10 miles for konventionelle design).

X‑Energy‑designs kan have tekniske fordele, men kan også være sårbare over for geopolitisk problematik. HALEU‑brændstof leveres primært til USA af Ruslands Rosatom, og dette kan være i fare på grund af krigen i Ukraine. Alternative leverancer fra USA’s Centrus eller Frankrigs Orano kan tage 5‑10 år at udvikle, hvilket bringer virksomhedens brændstofforsyning i fare.

Virksomheden annoncerede i oktober 2023, at den opsagde sin aftale med SPAC Ares Acquisition Corporation  for at X‑Energy skulle blive børsnoteret.

China

I lang tid har Kina importeret atomteknologi fra Rusland og Vesten, men bliver hurtigt en førende innovatør i branchen.

Landet har 55 aktive atomkraftværker, har 22 under konstruktion og 70 andre planlagt. I alt, annoncerede det i 2021 sin ambition om at bygge 150 nye kraftværker. Det har også opnået verdens første kommercielle produktion for en 4^th generation atomkraftværk i december 2023.

Udover konventionelle store kraftværker udvikler kinesiske virksomheder også en luftkølet thoriumreaktor som ville passe godt til tørre områder uden tilstrækkeligt vand til traditionelle trykvandsdesign.

Der er også udviklingen af et kompakt thorium smeltet‑salt design til at drive containerskibe uden CO₂‑udledning eller behov for påfyldning. Dette kunne realisere drømmen om kommercielle atomskibe, først forestillet i “atom for fred” programmet i 1960’erne, den amerikanske Savannah. Måske symbolsk, den amerikanske Savannah blev annonceret til nedlukning i januar 2023

US Savannah – Kilde: ANS

Copenhagen Atomics

Det danske firma ser på at bygge en thorium‑drevet smeltet‑salt reaktor, der passer ind i standardiserede 40‑feet containere.

Firmaet hævder, at deres reaktor kan blive kommercielt tilgængelig for $100.000 eller lejes, mens den leverer 100 MW termisk effekt med en temperatur på 560 °C. Det første demo‑produkt forventes i 2025.

Kilde: Copenhagen Atomics

Senest i 2028 forventer virksomheden også at have bygget sin første affaldsforbrænder. Den vil kunne tage radioaktivt affald, der ville holde i 100.000 år, og omdanne den farlige periode til kun 300 år, mens den producerer strøm.

Med fokus på alle de mest avancerede atominnovationer på én gang (thorium, smeltet salt, affaldsforbrænder, container‑størrelses reaktor) er Copenhagen Atomics sandsynligvis en af de mest ambitiøse startups i atomindustrien. Så en stor del af dens fremtidige succes eller fiasko vil sandsynligvis afhænge af, hvor hurtigt det regulatoriske rammeværk kan ændres for at byde radikalt nye atomdesign velkommen, mere end blot de tekniske præstationer fra virksomheden.