NuScale (SMR) Spotlight: Standardoidut sarjatuotetut ydinreaktorit

Suureista pieniin modulaarisiin reaktoreihin

Nuklearivoimalat ovat yleensä massiivisia hankkeita. Tuotto on gigawatteina, investointeja tarvitaan kymmenissä miljardeissa, ja rakennusajat ovat vuosia, ellei vuosikymmeniä. Tämä aiheuttaa muutamia ongelmia:

• Hallituksen rahoituksen löytäminen on vaikeaa massiivisen aikaviiveen vuoksi projektin aloituksen ja ensimmäisen sähkön tuotannon välillä.
• Se ei sovi pienille maille tai syrjäisille alueille, ja vaatii osittain koko sähköverkon mukauttamista ydinvoimalaan.
• Kun jokin menee pieleen, paikallisen tapaturman sijaan siitä voi tulla mannerta laaja katastrofi.
• Jokainen massiivinen hanke on räätälöity kokeellinen suunnittelu, mikä estää teollisuutta kehittämästä minkäänlaista standardointia tuotantoprosessissa.

Kaiken kaikkiaan voidaan sanoa, että perinteinen lähestymistapa ydinvoimaan kärsii kahdesta heikkoudesta: liian korkeista kustannuksista ja liian suurista riskeistä.

Mutta toinen lähestymistapa, jota kutsutaan SMR:ksi (pienet modulaariset reaktorit), tarkastelee uutta tapaa hajottaa atomeja energian tuottamiseksi ja ratkaista molemmat ongelmat kerralla. 4^th sukupolven ydinvoimalat, jotka käyttävät uusia ja turvallisempia suunnitelmia

Lähde: IAEA

Kysyntä enemmän ydinvoimaa kohtaan räjähtää nyt, johtuen energianhimokkaiden AI-datakeskusten yhdistelmästä sekä siitä, että uusiutuvan energian keskeytysvaihe on ongelma, ennen kuin akkujärjestelmiä skaalataan riittävästi, mikä saattaa viedä vuosikymmeniä.

Miksi käyttää SMR:itä

SMR:ien keskeinen ajatus on, että sen sijaan että rakennettaisiin valkoisia elefantteja – valtavia ja räätälöityjä projekteja – ydinreaktorit tulisi rakentaa samalla tavalla kuin lentokoneet ja alukset:

• Standardoitu malli mahdollistaa saman suunnittelun uudelleenkäytön lukemattomia kertoja, hajauttaen T&K-kustannuksia.
  • Tämä tarkoittaa myös varaosien vaihtokelpoisuutta ja vähemmän koulutuskustannuksia ajan myötä.
• Valmistettu ja koottu sarjassa omassa tehtaassa, mikä mahdollistaa kokemuksen kertymisen ja mittakaavaetujen hyödyntämisen.
• Siirretty tehtaasta kohteisiin, joissa niitä tarvitaan.

Teoriassa tämän pitäisi tarjota radikaaleja mittakaavaetuja, koska jokainen lisäreaktori hyödyntää aiempaa osaavaa työvoimaa, koneita, standardiasetuksia jne. Esimerkiksi SMR-reaktorin rakentamiseen pitäisi kulua noin kolme vuotta sen sijaan, että tavallisesti kestäisi 5–10 vuotta (joskus 15–20 vuotta pahimmissa tapauksissa, kuten Vogtle-voimalaitos Georgiassa).

Toinen tekijä on, että pienemmät reaktorit tuottavat yksikköä kohden vähemmän energiaa. Tämä tarkoittaa, että hallitsemattomat ketjureaktiot, jotka johtavat katastrofeihin kuten Tšernobliin, ovat luontaisesti epätodennäköisempiä.

Kun yhdistetään 4. sukupolven ydintekniikan parannuksiin, SMR:istä voi tulla useita suuruusluokkia turvallisempia kuin vanhemmat suunnitelmat.

Lopuksi, koska SMR:t koostuvat useista alayksiköistä, ne tarjoavat suuren joustavuuden lopullisessa tehoasteessa ilman, että jokaisella kerralla täytyy tehdä täydellinen uudelleensuunnittelu.

Alhaisempi tuotanto avaa myös uusia sovelluksia, kuten paikallisen energian tuotanto teollisuusalueille tai sotilastukikohtiin, mikä voisi auttaa hiilineutraalin toiminnan saavuttamisessa, joka on lähes mahdotonta toteuttaa pelkällä uusiutuvalla energialla.

“SMR:ien avulla olemme avanneet koko asiakasspektrin.” Rolls Royce CEO

Lopullisena etuna SMR:ien pienempi koko mahdollistaa niiden asentamisen “normaalien” fossiilisia polttoaineita käyttävien voimalaitosten, kuten lakkautettujen hiilivoimaloiden, paikalle, jolloin ne voivat hyödyntää jo olemassa olevaa verkkoinfrastruktuuria ja vähentää maankäyttöä. Aivan vähintään, kunhan on saatu hyväksyntä Ydinvalvontakomissiolta (NRC) ydinvoimalan hätätilasuunnitteluvyöhykkeelle, kuten NuScale teki kuluttavan seitsemän vuoden prosessin jälkeen.

Lähde: NuScale

NuScale

NuScalein kilpailuasema

NuScale on yksi johtavista toimijoista SMR:ien massatuotannon kilpailussa länsimaissa, ja ainoastaan venäläiset ja kiinalaiset valtionyhtiöt ovat edellä.

Erityisesti NuScale on ainoa SMR-teknologia, jonka Yhdysvaltain ydinvalvontakomissio (NRC) on sertifioinut.

Vuonna 2007 perustettu yritys panosti SMR:iin hyvin varhaisessa vaiheessa, aikaan jolloin ydinenergia yleisesti näytti olevan pysyvän laskun polulla, erityisesti vuoden 2011 Fukushiman onnettomuuden jälkeen. Tähän mennessä se on investoinut 2 miljardia dollaria teknologiaansa ja tuotantoprosessiinsa.

Kun 6 reaktoria on tällä hetkellä tuotannossa, yritys suuntaa kohti ensimmäistä kaupallista toimitustaan, jonka odotetaan toteutuvan noin vuonna 2030.

Modulaarinen, mutta tunnettu suunnittelu

NuScalein reaktorit VOYGR voidaan kuljettaa tehtaasta voimalaitoskohteisiin erittäin suuren kuorma-auton selkänojalla. Ne tuottavat kukin 77 MWe (megawattin vastaavan) sähkökapasiteetin, ja yhdessä laitoksessa voi olla jopa 12 moduulia (924 MWe).

Lähde: NuScale

Näiden reaktoreiden odotetaan kestävän yli 60 vuotta.

Teknologia on testattu ja todistettu kevytvesireaktori (LWR). Vaikka se saattaa olla vähemmän innovatiivinen kuin muut toriumia, korkeaa painetta jne. käyttävät suunnitelmat, tämä on auttanut saamaan sääntelyviranomaisten hyväksynnän ja vähentämään kehitysprosessin riskejä.

Se hyödyntää myös olemassa olevaa ydinvoiman toimitusketjua, antureista uraanin polttoainekokoonpanoihin, reaktoriraskaisiin ja ohjausjärjestelmiin.

Lähde: NuScale

Nämä SMR:t ovat myös “kävelypoisessa” turvallisia, mikä tarkoittaa, että ne pysyvät turvallisina ilman ihmisen puuttumista, jäähdyttäen luonnollisesti jos niitä ei ylläpidetä.

Tämä sisältää toisen ominaisuuden: rajoittamattoman “selviytymisaikavälin”, joka määritellään ajaksi normaalitoiminnan ja peruuttamattoman vaurion välillä reaktorissa odottamattoman pysäytyksen sattuessa. Useimmilla muilla kevytvesireaktoreilla (LWR) selviytymisaika on muutama päivä, mikä tekee niistä luontaisesti vähemmän turvallisia katastrofitilanteessa.

NuScale-reaktoreita voidaan myös käynnistää uudelleen ilman aktiivista sähköverkkoa, mikä on yleinen rajoitus monissa muissa reaktorisuunnitelmissa.

Lähde: NuScale

Sovellukset

Sähköverkko

Ilmeisin ydinvoimaloiden pääasiallinen sovellus on sähkön tuottaminen sähköverkkoon. Kun pyrkimykset hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen energiasekoituksessamme kasvavat, myös sähkön tarve kasvaa. Tämä johtuu siitä, että suuri osa nykyisestä energiankulutuksesta ei ole vielä sähköistetty, kuten liikenne (bensiinikäyttöiset autot) tai lämmitys (öljy- tai kaasupohjaiset lämmittimet).

Koska NuScalein SMR:t voidaan toteuttaa lakkautettujen hiilivoimaloiden paikalle, ne vaativat hyvin vähän lisäinvestointeja ylimääräiseen verkkoinfrastruktuuriin fossiilisten polttoaineiden voimalaitosten korvaamiseksi.

AI

Datakeskusten sähkön kysynnän odotetaan nousevan 3–4 %:sta kokonaisenergiankulutuksesta vuonna 2023 11–12 %:iin vuoteen 2030 mennessä. Tämä vastaa nykyistä sähkönkulutusta noin kolmasosalle Yhdysvaltain kotitalouksista.

Lisäongelma on, että kun otetaan huomioon kymmenien tai jopa satojen miljardien dollarien pääoma, joka on investoitu näihin datakeskuksiin, jatkuva toiminta on välttämätöntä. Kun puhumme GW-luokan kulutuksesta, epävakaiden ja vaihtelevien uusiutuvien energialähteiden varaan luottaminen voi olla riskialtista.

Tämän takia kaikki suuret teknologiayritykset yrittävät nyt jäljitellä Microsoftin sopimusta avata kokonainen ydinvoimala uudelleen ja varata sen koko tuotanto AI-datakeskuksille, ja turvata etukäteen vakaa ydinenergia itselleen.

Teolliset sovellukset

Monet teolliset prosessit vaativat erittäin korkeita lämpötiloja, usein erittäin kuuman höyryn muodossa. Tämä voi esimerkiksi sisältää paperin, ammoniakin (lannoite ja räjähteiden keskeinen komponentti), teräksen, muovien tai jopa meriveden suolanpoiston tuotannon (yksi 77 MW reaktori voi tuottaa energiaa 77 miljoonan gallonan / 290 miljoonan litran veden päivittäiseen käsittelyyn).

Lähde: NuScale

Tällä hetkellä tällainen prosessi, erityisesti se, joka vaatii korkeinta lämpötilaa, on suurimmaksi osaksi fossiilisten polttoaineiden, erityisesti maakaasun, voimalla.

Tämä teoriassa voidaan edullisesti korvata ydinvoimaloilla, erityisesti koska sähkön tuotanto on jo seurausta reaktorin ytimen tuottamasta erittäin kuumasta superkriittisestä höyrystä.

Kuitenkin perinteinen ydinvoimalan suunnittelu tuotti niin suuren tehon, että sen integroiminen helposti tavalliseen teollisuuslaitokseen, kuten terästehtaaseen, oli vaikeaa. Sääntely- ja tilarajoitteet sekä valmiiden modulaaristen suunnitelmien puute olivat myös ongelmia.

SMR:t pystyvät lievittämään kaikki nämä vast objections kerralla, alhaisemmalla yksikköteholla, kevyemmällä sääntelykuormituksella ja joustavammilla suunnitelmilla. NuScale-reaktoreiden odotetaan pystyvän tuottamaan 500 000 paunaa (noin 226 t) höyryä tunnissa, paineessa 1 500 psia ja lämpötilassa 500 °C.

Vety

Koska vetyä pidetään vaihtoehtona fossiilisille polttoaineille, sen tuotantoon tarvittavan energian lähde on edelleen keskustelun aihe. Toisaalta uusiutuvat energialähteet voisivat olla kalliimpia per kilowattitunnilta, mutta niiden keskeytyksellisyys tarkoittaa, että kalliille vetygeneraattorilaitokselle saattaa tulla liian pitkiä käyttökatkoja.

NuScalein reaktori voisi tuottaa 50 metriikkatonnia vetyä päivässä, mikä vastaa 38 000 polttokennoautoa.

NuScalen liiketoimintamalli

Vaikka ne ovat pieniä ja modulaarisia, ydinvoimalahankkeet ovat merkittävä investointi, jossa kuluu vuosia ennen kuin energia alkaa tuottaa tuloja, mikä tekee rahoituksesta lähes yhtä tärkeän tehtävän kuin itse tekniikka ja tiede.

NuScale on solminut kumppanuuden yksityisen sijoitusalustan ENTRA-1 ja yksityisen varainhoitoyrityksen Habboush Group kanssa vastatakseen tähän ongelmaan. Molemmat sijoitusyritykset erikoistuvat energia- ja infrastruktuurirahoitukseen sekä -toimintaan.

Tämä tarjoaa joustavia vaihtoehtoja yrityksille, jotka haluavat ottaa SMR-teknologian käyttöön: ne voivat joko ostaa tuotetun energian, käyttää laitosta, tai omistaa ja käyttää laitosta, riippuen niiden mieltymyksistä.

Esimerkiksi sähköyhtiö, jolla on kokemusta ydinvoimasta, haluaa todennäköisesti omistaa ja käyttää laitosta suoraan. Kemiantarkoituksissa toimiva tehdas puolestaan todennäköisesti suosii pitkän aikavälin ostopalvelusopimusta tuotetusta korkealämpötilaisesta höyrystä.

Käynnissä olevat projektit

Kun teknologiset ja sääntelyesteet siirtyvät taakse, NuScale kasvattaa aktiivisesti tilauskirjaansa. Tämä sisältää toistaiseksi projekteja kolmella mantereella, esimerkiksi:

Pohjois-Amerikka

• Standard Power Ohio ja Pennsylvanian alueella, lähes “kaksi gigawattia puhdasta, luotettavaa energiaa”.
• The Prodigy Marine Power Station Quebecissa on asentanut 1–12 reaktoria puhtaiden polttoaineiden, kuten vedyn ja ammoniakin, kaupallisessa mittakaavassa tuotantoon.

Eurooppa

• RoPower Nuclear: Romaniassa Nuclearelectrica:n (kansallinen ydinvoimalan operaattori) kanssa toteutettava projekti, jossa asennetaan 6 VOYGR-reaktoria 462 MWe hiilineittomaan sähkön tuotantoon.
• KGHM Polska Miedź Puolassa, VOYGR-reaktoreiden käyttöönotto hiilen uudelleenkäyttöratkaisuna olemassa oleville voimalaitoksille, asennus jo vuonna 2029.
• Getka & UNIMOT Puolassa, myös korvaamaan hiilivoimalaitoksia.
• Energoatom Ukrainassa, tavoitteena ottaa VOYGR-reaktorit käyttöön heti sodan päätyttyä maan energian verkon jälleenrakentamiseksi.

Aasia

• Indonesia Power, tutkii ehdotettua 462 megawatin laitosta yhteistyössä Fluor Corporationin ja Japanin JGC Corporationin kanssa.
• GS Energy Etelä-Koreassa, 6 VOYGR-reaktorin tilaus, joka voisi alkaa vuonna 2028 ja valmistua vuoteen 2030 mennessä, toimittaen uutta vetyteollisuuskompleksia Uljinissa.

NuScalen talous

Kun yritys alkaa ansaita rahaa sopimuksista, kuten RoPowerin kanssa Romaniassa, se alkaa saada tuloja lähes kahden vuosikymmenen “startup-tilan” jälkeen.

Silti yritys kokee noin 50 miljoonan dollarin nettotappion joka neljännesvuosi, mikä heijastaa sen toiminta- ja kulukustannuksia. Tämä tarkoittaa, että ennen kuin se on alkanut myydä ja/tai käyttää VOYGR-reaktoreita täysimääräisesti, yritys tarvitsee lisää rahavirtaa pysyäkseen pinnalla.

Onneksi osakekurssi on hiljattain noussut, mikä auttaa keräämään lisää rahaa ilman, että nykyisten osakkeenomistajien omistusosuutta liikaa laimennetaan.

Mahdollisten sijoittajien tulisi myös olla tietoisia 31,4 miljoonan osakkeen olemassaolosta optio- ja warranttimuodossa, 252,2 miljoonan liikkeellä olevan osakkeen (tilanne joulukuu 2024) lisäksi.

Lähde: NuScale

Yhteenveto

Tiukasti säännellyssä ja erittäin teknisesti monimutkaisessa alassa ensimmäisenä liikkeelle lähteminen voi tuottaa valtavan hyödyn. Se ei ainoastaan anna etua markkinoille pääsyssä, vaan voi myös auttaa yritystä muokkaamaan sääntely-ympäristön tulevaisuutta ja potentiaalisten asiakkaiden odotuksia.

NuScale on ollut edelläkävijä SMR-teknologiassa ja johtaa edelleen alaa. Muita ydintekniikoita, kuten toriumia, sulavia suoloja, nopeita reaktoreita tai kelluvia voimalaitoksia, voitaisiin integroida SMR:iin. Tämä kuitenkin lisää toisen tason monimutkaisuutta, mikä voi muodostua ongelmaksi sekä tekniikassa että sääntelijöiden kanssa.

Sen sijaan NuScale keskittyi todistettuun kevytvesiteknologiaan, vain skaalaamalla sitä. Tämä pitäisi auttaa sitä etenemään nopeammin ja tulemaan markkinoiden tunnetuimmaksi SMR-osakkeeksi.

Joten mahdollisesti, EV- ja AI-segmenttien osakemarkkinaboomin jälkeen seuraava askel voisi olla energian tuotannon nousu, joka pystyy virittämään nämä sektorit hiilineutraalilla energialla.

Sijoittajien on kuitenkin muistettava, että energian tuotanto on erittäin pääomaintensiivinen ala, ja että ydinvoima etenee hitaammin kuin muut teknologiateollisuuden sektorit, mikä edellyttää kärsivällisyyttä ja suurta sietokykyä volatiliteetille.