NuScale (SMR) Spotlight: Reattori Nucleari Standardizzati Costruiti in Serie

Dai Grandi ai Piccoli Reattori Modulari

Le centrali elettronucleari tendono a essere progetti mastodontici. La produzione è nell’ordine dei gigawatt, gli investimenti richiesti sono nell’ordine dei decine di miliardi e i tempi di costruzione sono di anni, se non di decenni. Ciò causa alcuni problemi:

• È difficile trovare fondi attraverso il finanziamento governativo a causa del grande ritardo tra l’inizio del progetto e la data della prima produzione di energia.
• Non è adatto per piccoli paesi o aree remote e richiede in qualche misura che l’intera rete elettrica sia adattata alla centrale nucleare.
• Quando qualcosa va storto, invece di un incidente localizzato, può diventare un disastro a livello continentale.
• Ogni progetto mastodontico è un design sperimentale personalizzato, bloccando l’industria dallo sviluppare qualsiasi tipo di standardizzazione nel suo processo di produzione.

In generale, si potrebbe dire che l’approccio tradizionale al potere nucleare soffre di 2 debolezze: costi troppo alti e rischi troppo elevati.

Alcune di queste problematiche potrebbero essere risolte dalle centrali elettronucleari di 4^a generazione, che utilizzano nuovi e più sicuri design. Ma un altro approccio chiamato SMR (Piccoli Reattori Modulari) sta esplorando un nuovo modo per dividere gli atomi per generare energia e risolvere entrambi i problemi contemporaneamente.

Source: IAEA

La domanda di più energia nucleare sta ora esplodendo, trainata da una miscela di data center affamati di energia per l’AI e dalla consapevolezza che la produzione intermittente rinnovabile è un problema fino a quando non scaleremo sufficientemente i sistemi di batterie, il che potrebbe richiedere decenni.

Perché Utilizzare SMR

L’idea centrale degli SMR è che invece di progetti giganti e personalizzati, i reattori nucleari dovrebbero essere costruiti allo stesso modo in cui costruiamo aerei e navi:

• Un modello standardizzato consente il riutilizzo dello stesso design innumerevoli volte, distribuendo i costi di R&D.
  • Ciò significa anche l’intercambiabilità di pezzi di ricambio e minori costi di formazione nel tempo.
• Costruiti e assemblati in serie, in uno stabilimento dedicato, consentendo di accumulare esperienza e economie di scala.
• Spostati dai siti di costruzione ai siti in cui sono necessari.

In teoria, ciò dovrebbe fornire radicali economie di scala, poiché ogni reattore aggiuntivo prodotto riutilizza il lavoro specializzato precedente, le macchine, l’impostazione standard, ecc. Ad esempio, un reattore SMR dovrebbe richiedere circa tre anni per essere costruito invece dei soliti 5-10 anni (a volte 15-20 anni nei casi peggiori, come la centrale di Vogtle in Georgia).

Un altro fattore è che i reattori più piccoli producono semplicemente meno energia per unità. Ciò significa che le reazioni a catena fuori controllo che portano a catastrofi come Chernobyl sono intrinsecamente meno probabili.

Quando combinati con il miglioramento della tecnologia nucleare di 4^a generazione, ciò può rendere gli SMR diverse volte più sicuri dei design più vecchi.

Infine, poiché gli SMR sono composti da diverse sub-unità, ciò consente una grande flessibilità nella produzione di energia finale, senza dover eseguire una completa ri-progettazione ogni volta.

La produzione di energia più bassa apre anche nuove applicazioni, come la produzione di energia sul sito per siti industriali o basi militari, che potrebbe aiutare a decarbonizzare le operazioni che sono quasi impossibili da alimentare con energie rinnovabili da sole.

“Con gli SMR, abbiamo aperto uno spettro di clienti completamente nuovo.”

CEO di Rolls Royce

Come bonus finale, le dimensioni più piccole degli SMR consentono di installarli nel sito di “normali” centrali elettriche a combustibili fossili, come le centrali elettriche a carbone dismesse, riutilizzando l’infrastruttura di rete esistente e riducendo la domanda di terra per il progetto. Almeno, finché si ottiene l’approvazione della Commissione Regolatoria Nucleare (NRC) per la zona di pianificazione di emergenza della centrale nucleare, come ha fatto la società NuScale dopo un processo di approvazione di 7 anni.

Source: NuScale

NuScale

Posizione Competitiva di NuScale

NuScale è uno dei principali concorrenti nella corsa alla produzione di massa di SMR nei paesi occidentali, con solo società statali russe e cinesi in testa.

In particolare, NuScale è l’unica tecnologia SMR certificata dalla Commissione Regolatoria Nucleare degli Stati Uniti (NRC).

Fondata nel 2007, la società ha scommesso molto presto sugli SMR, in un momento in cui l’energia nucleare in generale sembrava essere su una traiettoria di declino permanente, specialmente dopo l’incidente di Fukushima del 2011. Finora, ha investito 2 miliardi di dollari nella sua tecnologia e nel processo di produzione.

Con 6 reattori attualmente in produzione, la società si sta dirigendo verso la sua prima consegna commerciale, che dovrebbe essere raggiunta intorno al 2030.

Un Design Modulare, ma Nota

I reattori VOYGR di NuScale possono essere trasportati dallo stabilimento ai siti della centrale elettrica sul retro di un camion molto grande. Ognuno produce 77 MWe (Mega Watt equivalenti) o capacità elettrica, con fino a 12 moduli possibili per impianto (924 MWe)

Source: NuScale

Questi reattori sono progettati per avere una durata di vita di 60+ anni.

La tecnologia alla base è il reattore nucleare a acqua leggera (LWR) collaudato e testato. Sebbene possa essere meno innovativo di altri design che utilizzano torio, sali fusi, reattori veloci o centrali elettriche galleggianti, ciò ha aiutato a ottenere l’approvazione dei regolatori e a ridurre il rischio di sviluppo.

Sfrutta anche la catena di approvvigionamento nucleare esistente, dalle sonde alle assemblee di combustibile di uranio, gru del reattore e sistemi di controllo.

Source: NuScale

Questi SMR sono anche “a sicurezza di allontanamento”, il che significa che rimangono sicuri anche senza intervento umano, raffreddandosi naturalmente se non mantenuti.

Ciò include un’altra caratteristica: un periodo di coping illimitato, definito come il tempo tra le operazioni normali e il danno irreversibile al reattore in caso di spegnimento non programmato. La maggior parte degli altri reattori nucleari a acqua leggera (LWR) ha un periodo di coping di alcuni giorni, rendendoli intrinsecamente meno sicuri in caso di catastrofe.

I reattori NuScale possono anche essere riavviati senza una rete elettrica attiva, una limitazione comune della maggior parte degli altri design di reattori.

Source: NuScale

Applicazioni

Rete Elettrica

L’applicazione principale ovvia delle centrali elettronucleari è la produzione di energia elettrica per la rete elettrica. Mentre gli sforzi per decarbonizzare il nostro mix energetico stanno crescendo, così sta crescendo il bisogno di più energia elettrica. Ciò è perché molta energia consumata oggi non è ancora elettrificata, come i trasporti (auto a gas) o il riscaldamento (forni a olio o gas).

Poiché gli SMR di NuScale possono essere implementati nel sito di centrali elettriche a carbone dismesse, richiedono investimenti molto limitati in infrastrutture di rete aggiuntive per sostituire le centrali elettriche a combustibili fossili.

AI

La domanda di energia dei data center è prevista salire dal 3-4% del consumo totale di energia elettrica nel 2023 all’11-12% nel 2030. Ciò equivale al consumo attuale di energia elettrica di 1/3 delle case degli Stati Uniti.

Un problema aggiuntivo è che, considerando i decine o addirittura centinaia di miliardi di dollari di capitale investiti in questi data center, le operazioni continue sono una necessità. Poiché stiamo parlando di consumo su scala GW, fare affidamento su rinnovabili instabili e variabili può essere una proposta rischiosa.

È per questo che tutte le grandi aziende tecnologiche stanno ora cercando di imitare Microsoft con il suo accordo per riaprire un’intera centrale nucleare e bloccarne l’intera produzione per i suoi data center AI, e assicurarsi in anticipo energia nucleare stabile per se stesse.

Applicazioni Industriali

Molti processi industriali richiedono temperature molto elevate, spesso sotto forma di vapore surriscaldato. Ciò può ad esempio includere la produzione di carta, ammoniaca (un fertilizzante e componente chiave di esplosivi), acciaio, plastica o addirittura la desalinizzazione dell’acqua di mare (un reattore da 77 MW può fornire l’energia per 77 milioni di galloni/290 milioni di litri di acqua al giorno).

Source: NuScale

Attualmente, questo tipo di processo, specialmente quelli che richiedono le temperature più elevate, è alimentato nella stragrande maggioranza da combustibili fossili, specialmente gas naturale.

Ciò potrebbe in teoria essere sostituito vantaggiosamente da centrali elettronucleari, specialmente poiché la generazione di energia elettrica è già il risultato della produzione di vapore surriscaldato superscritico dal nocciolo del reattore.

Tuttavia, il design tradizionale delle centrali elettronucleari aveva una produzione che era semplicemente troppo grande per essere facilmente integrata con un’operazione industriale normale come un mulino di acciaio. I vincoli regolatori e di spazio, nonché la mancanza di design modulari pronti all’uso, erano un problema.

Gli SMR possono alleviare tutte queste obiezioni contemporaneamente, con una produzione più bassa per unità, un onere regolatorio inferiore e design più flessibili. I reattori NuScale sono progettati per produrre 500.000 libbre di vapore all’ora, a 1.500 psia e 500°C.

Idrogeno

Poiché l’idrogeno è considerato un’alternativa ai combustibili fossili, il modo in cui produrre l’energia per la generazione di idrogeno è ancora in discussione. Da un lato, le rinnovabili potrebbero essere più economiche su base kW, ma l’intermittenza significa che la costosa fabbrica di generazione di idrogeno potrebbe rimanere inattiva per periodi troppo lunghi.

Il reattore NuScale potrebbe produrre 50 tonnellate metriche di idrogeno al giorno, o il consumo di 38.000 auto con celle a combustibile.

Modello di Business di NuScale

Anche quando sono piccoli e modulari, i progetti di centrali elettronucleari sono un investimento importante, con anni di spese prima di iniziare a generare entrate dall’energia generata, ciò rende il loro finanziamento un compito quasi altrettanto cruciale quanto l’ingegneria e la scienza stessa.

NuScale ha stipulato un partenariato con la piattaforma di investimento privato ENTRA-1 e la società di gestione patrimoniale privata Habboush Group per rispondere a questo problema. Entrambe le società di investimento si specializzano nel finanziamento e nella gestione di energia e infrastrutture.

Ciò offre opzioni flessibili alle società che desiderano implementare la tecnologia SMR: possono acquistare semplicemente l’energia prodotta, gestire l’impianto o possederlo e gestirlo, a seconda delle loro preferenze.

Ad esempio, un’azienda elettrica con esperienza nel settore nucleare probabilmente vorrà possedere e gestire direttamente l’impianto. Tuttavia, uno stabilimento chimico probabilmente preferirà firmare un accordo di acquisto a lungo termine per il vapore ad alta temperatura prodotto.

Progetti in Corso

Mentre gli ostacoli tecnologici e regolatori vengono superati, NuScale sta ora attivamente aumentando il suo libro degli ordini. Ciò include finora progetti su tre continenti, ad esempio:

Nord America

• Standard Power in Ohio e Pennsylvania, per quasi “due gigawatt di energia pulita e affidabile”.
• The Prodigy Marine Power Station in Quebec ha schierato 1-12 reattori per la produzione di carburanti puliti come idrogeno e ammoniaca su scala commerciale.

Europa

• RoPower Nuclear: un progetto in Romania con Nuclearelectrica (l’operatore nazionale di centrali elettronucleari) per schierare 6 reattori VOYGR per 462 MWe di generazione di energia elettrica senza carbonio.
• KGHM Polska Miedź in Polonia, per schierare reattori VOYGR come soluzione di riproposizione del carbone per le centrali elettriche esistenti, con schieramento già nel 2029.
• Getka & UNIMOT in Polonia, anch’essa per sostituire le centrali elettriche a carbone.
• Energoatom in Ucraina, con l’obiettivo di schierare VOYGR non appena la guerra finirà per ricostruire la rete energetica del paese.

Asia

• Indonesia Power, che guarda a una struttura proposta da 462 megawatt in partenariato con Fluor Corporation e JGC Corporation del Giappone.
• GS Energy in Corea del Sud, per un ordine di 6 reattori VOYGR che potrebbe iniziare nel 2028 e essere completato entro il 2030 per alimentare il nuovo complesso industriale dell’idrogeno a Uljin.

Finanziamenti di NuScale

Mentre la società inizia a generare denaro da accordi come quello con RoPower in Romania, sta iniziando ad avere alcune entrate dopo quasi due decenni di “modalità di avvio”.

Tuttavia, la società sta sperimentando una perdita netta di circa 50 milioni di dollari ogni trimestre, riflettendo le spese operative della società. Ciò significa che fino a quando non avrà iniziato a vendere e/o gestire completamente i reattori VOYGR, la società avrà bisogno di ulteriori infusioni di cassa per rimanere a galla.

Per fortuna, il prezzo delle azioni è recentemente salito, il che aiuterà a raccogliere più denaro senza diluire eccessivamente gli azionisti preesistenti.

I potenziali investitori dovrebbero anche essere consapevoli dell’esistenza di 31,4 milioni di azioni in forma di opzioni e warrant, oltre ai 252,2 milioni di azioni in circolazione (al dicembre 2024).

Source: NuScale

Conclusione

In un settore altamente regolamentato e tecnicamente complesso, può essere molto vantaggioso essere un pioniere. Non solo ciò dà un vantaggio nel raggiungere il mercato per primi, ma può anche aiutare una società a plasmare il futuro dell’ambiente regolatorio e delle aspettative dei potenziali clienti.

NuScale è stata una pioniera nella tecnologia SMR e continua a guidare l’industria. Altre tecnologie nucleari come il torio, i sali fusi, i reattori veloci o le centrali elettriche galleggianti potrebbero essere integrate negli SMR. Tuttavia, ciò aggiunge un altro livello di complessità che potrebbe rivelarsi un problema, sia in ingegneria che con i regolatori.

Invece, NuScale si è concentrata sulla tecnologia di acqua leggera collaudata, cambiando semplicemente la sua scala. Ciò dovrebbe aiutarla a muoversi più velocemente e diventare l’azione SMR più conosciuta nel mercato.

Quindi, potenzialmente, dopo un boom del mercato azionario in segmenti come gli EV e l’AI, il prossimo passo potrebbe essere un boom nella generazione di energia in grado di alimentare questi settori con potere carbon-neutral.

Gli investitori dovranno tuttavia ricordare che la generazione di energia è un’industria molto intensiva in termini di capitale e che il potere nucleare si muove più lentamente di altri settori tecnologici, il che significa che sarà necessaria pazienza e una grande tolleranza alla volatilità.