NuScale (SMR) Spotlight: Standardiserade seriebygda kärnreaktorer

Från stora till små modulära reaktorer

Kärnkraftverk tenderar att vara massiva projekt. Produktion mäts i gigawatt, investeringar kräver tiotals miljarder, och byggtiderna är i år om inte årtionden. Detta medför några problem:

• Det är svårt att få pengar från statliga medel på grund av den enorma tidsfördröjningen mellan projektets start och datumet för den första elproduktionen.
• Det passar inte bra för små länder eller avlägsna områden, och kräver till viss del att hela elnätet anpassas till kärnkraftverket.
• När något går fel kan det, istället för en lokal incident, bli en katastrof som drabbar en hel kontinent.
• Varje massivt projekt är en skräddarsydd experimentell design, vilket hindrar branschen från att utveckla någon form av standardisering i sin produktionsprocess.

Sammanfattningsvis kan man säga att det traditionella tillvägagångssättet för kärnkraft lider av två svagheter: för höga kostnader och för hög risk.

En del av detta kan lösas av 4^e generationens kärnkraftverk, som använder nya och säkrare designer. Men ett annat tillvägagångssätt som kallas SMR (Small Modular Reactors) ser på ett nytt sätt att dela atomer för att generera kraft och lösa båda problemen samtidigt.

Källa: IAEA

Efterfrågan på mer kärnkraft exploderar nu, drivet av en blandning av energiintensiva AI-datacenter och insikten att förnybar intermittent produktion är ett problem tills vi kan skala upp batterisystem tillräckligt, vilket kan ta årtionden.

Varför använda SMR

Den centrala idén med SMR är att istället för vita elefant‑stora och skräddarsydda projekt, bör kärnreaktorer byggas på samma sätt som vi byggde flygplan och fartyg:

• En standardiserad mall möjliggör återanvändning av samma design otaliga gånger, vilket sprider ut FoU‑kostnaderna.
  • Det innebär också utbytbarhet av reservdelar och lägre utbildningskostnader över tid.
• Tillverkade och monterade i serie, i en dedikerad fabrik, vilket möjliggör erfarenhetsuppbyggnad och stordriftsfördelar.
• Transporteras till de platser där de behövs från fabriken.

Teoretiskt bör detta ge radikala stordriftsfördelar, eftersom varje extra reaktor som produceras återanvänder tidigare skicklig arbetskraft, maskiner, standarduppsättning osv. Till exempel bör en SMR-reaktor ta omkring tre år att byggas istället för de vanliga 5–10 åren (ibland 15–20 år i de värsta fallen, som Vogtle-anläggningen i Georgia).

En annan faktor är att mindre reaktorer helt enkelt producerar mindre energi per enhet. Detta innebär att okontrollerade kedjereaktioner som leder till katastrofer som Tjernobyl är inneboende mindre sannolika.

När detta kombineras med förbättringar av 4:e generationens kärnteknik kan SMR bli flera storleksordningar säkrare än äldre designer.

Slutligen, eftersom SMR består av flera delenheter, möjliggör det stor flexibilitet i den slutliga effektutgången utan att behöva göra en fullständig omdesign varje gång.

Den lägre effekten öppnar också nya tillämpningar, såsom energiproduktion på plats för industriområden eller militära baser, vilket kan hjälpa till att avkarbonisera verksamheter som nästan omöjligt kan drivas enbart med förnybar energi.

“Med SMR har vi öppnat upp ett helt spektrum av kunder.” Rolls Royce VD

Som en sista fördel gör den mindre storleken på SMR att de kan installeras på platsen för ”vanliga” fossila kraftverk, såsom avvecklade kolkraftverk, vilket gör att de kan återanvända den redan befintliga nätinfrastrukturen samt minska markbehovet för projektet. Åtminstone så länge man får godkännande från Nuclear Regulatory Commission (NRC) för kärnkraftverkets nödförberedelsezon, vilket företaget NuScale gjorde efter en mödosam 7‑årig process för att få godkännandet.

Källa: NuScale

NuScale

NuScales konkurrensposition

NuScale är en av de ledande aktörerna i tävlingen om massproduktion av SMR i västvärlden, med endast ryska och kinesiska statliga företag i framkant.

Noterbart är att NuScale är den enda SMR-teknologin som är certifierad av den amerikanska Nuclear Regulatory Commission (NRC).

Företaget grundades 2007 och satsade mycket tidigt på SMR, vid en tid då kärnenergi i allmänhet verkade vara på en permanent nedgångskurva, särskilt efter Fukushima‑incidenten 2011. Hittills har det investerat 2  miljarder dollar i sin teknik och produktionsprocess.

Med 6 reaktorer som för närvarande är i produktion, är företaget på väg mot sin första kommersiella leverans, som förväntas ske omkring 2030.

En modulär, men välkänd design

NuScales reaktorer VOYGR kan transporteras från fabriken till kraftverksplatser på baksidan av en mycket stor lastbil. Varje reaktor producerar 77 MWe (megawatt‑ekvivalenter) elektrisk kapacitet, med möjlighet till upp till 12 moduler per anläggning (924 MWe).

Källa: NuScale

Dessa reaktorer förväntas ha en livslängd på över 60 år.

Tekniken bakom den är den beprövade lättvattenkärnan (LWR). Även om den kan vara mindre innovativ än andra designer som använder torium, högt tryck osv., har detta hjälpt till att säkra regulatorernas godkännande och minska utvecklingsriskerna.

Den utnyttjar också den befintliga leveranskedjan för kärnkraft, från sensorer till uranbränsleassembly, reaktorkranar och styrsystem.

Källa: NuScale

Dessa SMR är också ”walk‑away safe”, vilket betyder att de förblir säkra även utan mänsklig inblandning och kyls ner naturligt om de inte underhålls.

Detta inkluderar en annan funktion: en obegränsad ”hanteringsperiod”, definierad som tiden mellan normal drift och oåterkallelig skada på reaktorn vid en oplanerad avstängning. De flesta andra lättvattenreaktorer (LWR) har en hanteringsperiod på några dagar, vilket gör dem i grunden mindre säkra vid en katastrof.

NuScale-reaktorer kan också startas om utan ett aktivt elnät, en vanlig begränsning för de flesta andra reaktordesigner.

Källa: NuScale

Tillämpningar

Elnät

Den uppenbara huvudtillämpningen för kärnkraftverk är att producera el för elnätet. Allt eftersom ansträngningarna att avkarbonisera vår energimix ökar, ökar även behovet av mer el. Detta beror på att en stor del av energiförbrukningen idag ännu inte är elektrifierad, såsom transport (bensin‑drivna bilar) eller uppvärmning (olja‑ eller gasdrivna ugnar).

Eftersom NuScales SMR kan implementeras på platsen för avvecklade kolkraftverk, kräver de mycket lite investering i extra nätinfrastruktur för att ersätta fossila bränsleanläggningar.

AI

Efterfrågan på kraft från datacenter förväntas öka från 3–4 % av den totala elförbrukningen år 2023 till 11–12 % år 2030. Detta motsvarar den nuvarande elförbrukningen för en tredjedel av amerikanska hushåll.

En extra fråga är att med tanke på de tiotals eller till och med hundratals miljarder dollar som investerats i dessa datacenter, är kontinuerlig drift ett måste. Eftersom vi talar om GW‑skala förbrukning kan förlitandet på instabila och variabla förnybara energikällor vara ett riskabelt förslag.

Det är därför alla stora teknikföretag nu tävlar om att imitera Microsoft med sitt avtal om att återöppna ett helt kärnkraftverk och låsa hela dess produktion för sina AI‑datacenter (MSFT ), och i förväg säkra stabil kärnkraft för sig själva.

Industriella tillämpningar

Många industriella processer kräver mycket höga temperaturer, ofta i form av ultravarm ånga. Detta kan till exempel omfatta produktion av papper, ammoniak (ett gödningsmedel och en nyckelkomponent i sprängämnen), stål, plast eller till och med avsaltning av havsvatten (en 77 MW‑reaktor kan leverera energi för 77 miljoner gallons/290 miljoner liter vatten per dag).

Källa: NuScale

För närvarande drivs denna typ av process, särskilt den som kräver högsta temperatur, i övervägande grad av fossila bränslen, särskilt naturgas.

Detta kan i teorin fördelaktigt ersättas av kärnkraftverk, särskilt eftersom elproduktionen redan är ett resultat av produktionen av ultravarm superkritisk ånga från reaktorkärnan.

Dock hade den traditionella designen av kärnkraftverk en effekt som var helt för stor för att enkelt integreras med en normal industriell verksamhet som ett stålslagverk. Reglerings- och rymdbegränsningarna, samt avsaknaden av färdiga modulära designer, var också ett problem.

SMR kan lindra alla dessa invändningar på en gång, med lägre effekt per enhet, lägre regulatorisk börda och mer flexibla designer. NuScale-reaktorer förväntas kunna producera 500 000 pund ånga per timme, vid 1 500 psia och 500 °C.

Väte

Eftersom väte betraktas som ett alternativ till fossila bränslen diskuteras fortfarande hur energin för väteproduktion ska produceras. Å ena sidan kan förnybara källor vara billigare per kW, men intermittens innebär att den dyra väteproduktionsanläggningen kan stå stilla för länge.

NuScales reaktor skulle kunna producera 50 metriska ton väte per dag, motsvarande förbrukningen för 38 000 bilar med bränsleceller.

NuScales affärsmodell

Även när de är små och modulära är kärnkraftverksprojekt en stor investering, med år av utgifter innan de börjar generera intäkter från den producerade energin, vilket gör deras finansiering till en uppgift nästan lika viktig som själva ingenjörs- och vetenskapsarbetet.

NuScale har ingått ett partnerskap med den privata investeringsplattformen ENTRA-1 och det privata förmögenhetsförvaltningsföretaget Habboush Group för att lösa detta problem. Båda investeringsföretagen är specialiserade på finansiering och drift av energi‑ och infrastrukturprojekt.

Detta erbjuder flexibla alternativ för företag som vill implementera SMR‑teknik: De kan antingen bara köpa den producerade energin, driva anläggningen, eller äga och driva anläggningen, beroende på deras preferenser.

Till exempel kommer ett elnätsföretag med erfarenhet av kärnkraft sannolikt vilja äga och driva anläggningen direkt. Ett kemiskt företag kommer däremot sannolikt föredra att bara skriva ett långsiktigt köpeavtal för den producerade högtemperaturångan.

Pågående projekt

När de teknologiska och regulatoriska hindren skjuts åt sidan, bygger NuScale nu aktivt upp sin orderbok. Detta inkluderar hittills projekt på tre kontinenter, till exempel:

Nordamerika

• Standard Power i Ohio och Pennsylvania, för nästan “två gigawatt ren, pålitlig energi”.
• The Prodigy Marine Power Station i Quebec har installerat 1–12 reaktorer för produktion av rena bränslen såsom väte och ammoniak i kommersiell skala.

Europa

• RoPower Nuclear: Ett projekt i Rumänien med Nuclearelectrica (den nationella kärnkraftoperatören) för att installera 6 VOYGR-reaktorer för 462 MWe koldioxidfri elproduktion.
• KGHM Polska Miedź i Polen, för att installera VOYGR-reaktorer som en kolomvandlingslösning för befintliga kraftverk, med utrullning redan 2029.
• Getka & UNIMOT i Polen, också för att ersätta kolkraftverk.
• Energoatom i Ukraina, med målet att installera VOYGR så snart kriget är slut för att återuppbygga landets energinät.

Asien

• Indonesia Power, som tittar på en föreslagen 462‑megawatt anläggning i samarbete med Fluor Corporation och Japans JGC Corporation.
• GS Energy i Sydkorea, för en beställning på 6 VOYGR-reaktorer som kan starta 2028 och slutföras 2030 för att förse det nya väteindustriella komplexet i Uljin.

NuScales finanser

När företaget börjar generera pengar från avtal som med RoPower i Rumänien, börjar det få någon intäkt efter nästan två decennier av ”startup‑läge”.

Företaget har dock fortfarande en nettokostnad på cirka 50 miljoner dollar varje kvartal, vilket speglar driftskostnaderna. Detta innebär att tills det har börjat sälja och/eller driva VOYGR-reaktorer fullt ut, kommer företaget att behöva mer kapitaltillskott för att hålla sig flytande.

Lyckligtvis har aktiekursen nyligen stigit, vilket hjälper företaget att samla in mer kapital utan att späda ut befintliga aktieägare för mycket.

Potentiella investerare bör också vara medvetna om att det finns 31,4 miljoner aktier i form av optioner och warranter, utöver de 252,2 miljoner utestående aktierna (per december 2024).

Källa: NuScale

Slutsats

I ett starkt reglerat och mycket tekniskt komplext område kan det löna sig enormt att vara en förstföljare. Det ger inte bara en fördel att nå marknaden först, utan kan även hjälpa ett företag att forma framtiden för den regulatoriska miljön och potentiella kunders förväntningar.

NuScale har varit en pionjär inom SMR‑teknik och leder fortfarande branschen. Andra kärnteknologier som torium, smältsalter, snabbrreaktorer eller flytande kraftverk kan alla integreras i SMR. Detta tillför dock en ytterligare nivå av komplexitet som kan bli ett problem, både inom ingenjörskonsten och för regulatorerna.

Istället har NuScale fokuserat på beprövad lättvatten‑teknik, bara förändrat skalan. Detta bör hjälpa dem att gå snabbare fram och bli den mest kända SMR‑aktien på marknaden.

Så potentiellt, efter en börsboom i segment som elbilar och AI, kan nästa steg vara en boom i energiproduktionen som kan driva dessa sektorer med koldioxidneutral kraft.

Investerare måste dock komma ihåg att energiproduktion är en mycket kapitalkrävande industri, och att kärnkraft rör sig långsammare än andra tekniksektorer, vilket innebär att tålamod och hög tolerans för volatilitet kommer att behövas.