SMR przyciągają duże inwestycje technologiczne mające na celu ograniczenie emisji, chociaż nadal istnieją wyzwania związane z ich wdrażaniem. Nowe badania sugerują, że SMR mogą pomóc w osiągnięciu celów w zakresie emisji do 2050 r. dzięki strategicznej polityce rządu.
Zainteresowanie małymi modułowymi reaktorami jądrowymi (SMR) rośnie, a giganci technologiczni, tacy jak Google, Amazon i Microsoft, inwestują w tę obiecującą technologię wytwarzania energii niskoemisyjnej.
Ma potencjał, aby pomóc tym firmom i krajowi w osiągnięciu celów w zakresie emisji, przy jednoczesnym zaspokojeniu rosnącego zapotrzebowania na energię. Jednak Stany Zjednoczone nie uruchomiły jeszcze swojego pierwszego SMR, a technologia ta stoi przed poważnymi wyzwaniami wdrożeniowymi ze względu na jej koszt i złożoność.
Jednak nowe badania przeprowadzone na Uniwersytecie Michigan pokazują, że SMR są opłacalne ekonomicznie i mogą zacząć wykorzystywać swój potencjał do 2050 r.
„Chociaż SMR są drogie i trudne, mają potencjał do wdrożenia” – powiedział Max Vanatta, główny autor nowego badania opublikowanego w czasopiśmie Energia Natury. Vanatta jest doktorantką w Szkole Środowiska i Zrównoważonego Rozwoju U-M oraz na Wydziale Inżynierii Przemysłowej i Operacyjnej.
„Mimo że są drogie, nadal mogą stanowić najtańszą opcję” – stwierdził Vanatta.
Z badania wynika, że do tego czasu można będzie wdrożyć wystarczającą liczbę SMR, aby zmniejszyć roczną emisję dwutlenku węgla w kraju nawet o 59 milionów ton metrycznych. Aby jednak to osiągnąć, będą potrzebować pomocy rządu i branż tworzących i wdrażających tę technologię.
Projekty, nie produkty
Jedną z zalet energii jądrowej jest to, że sposób, w jaki ją wykorzystujemy, jest bardzo podobny do tego, w jaki sposób wykorzystujemy energię z paliw kopalnych. Dzięki temu integruje się dość płynnie z istniejącą siecią.
Jednak energia jądrowa wiąże się również z wyjątkowymi względami – tak wyjątkowymi, że nie ma dwóch całkowicie identycznych elektrowni jądrowych – twierdzą naukowcy.
„Reaktory jądrowe nie są produktami, jak myślimy o innych technologiach” – powiedział współautor Robb Stewart, dyrektor ds. technologii w Alva Energy. „To raczej projekty budowlane”.
W przypadku konwencjonalnych elektrowni jądrowych projekty te obejmują kilka wyspecjalizowanych budynków i elementów, w tym ich słynne wieże chłodnicze. Według Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, wynik netto w USA to średnio elektrownia wytwarzająca około 1 gigawata energii elektrycznej.
Stewart powiedział, że SMR to nadal projekty, ale mniejsze. Zmniejszają reaktor, aby dopasować go do bardziej modułowej konstrukcji, co wiąże się z utratą maksymalnej mocy. Największe SMR wytwarzają około 30% mocy przeciętnej elektrowni konwencjonalnej, ale można je umieścić w jednym budynku w miejscu, w którym energia będzie wykorzystywana.
W nowym badaniu Vanatta, Stewart i Michael Craig, adiunkt w dziedzinie systemów energetycznych na Uniwersytecie Kalifornijskim, rozważali zastosowanie SMR w ponad 900 obiektach wykorzystujących gaz ziemny do zaspokojenia potrzeb przemysłowych w zakresie ogrzewania. Obiekty reprezentowały 14 gałęzi przemysłu ciepłochłonnego, w tym papiernie, rafinerie ropy naftowej i producentów chemicznych.
„Zapewnienie wystarczającej ilości taniego ciepła za pomocą środków niskoemisyjnych jest naprawdę trudne” – stwierdził Vanatta. „W tym miejscu SMR mają naprawdę dobrą szansę”.
Na potrzeby analizy zespół opracował model umożliwiający prognozę stopnia i wpływu wdrożenia SMR w tych lokalizacjach w kontekście trzech zmiennych.
Jak sprawić, by SMR były konkurencyjne
Jedną zmienną był koszt gazu ziemnego. Zespół odkrył, że SMR mogą konkurować, gdy cena gazu ziemnego wynosi 6 lub więcej dolarów za milion metrycznych brytyjskich jednostek cieplnych, czyli MMBtu, standardową jednostkę miary zawartości ciepła. Chociaż nie jest to najniższa cena gazu ziemnego, jaką można zobaczyć, jest to realistyczna cena przemysłowa, powiedział Vanatta.
Inną zmienną był sposób, w jaki rząd poprzez politykę zachęcał do rozwoju SMR. W tym przypadku naukowcy odkryli, że zachęty, takie jak ulgi podatkowe i podatki od emisji dwutlenku węgla, zrobiły ogromną różnicę, podczas gdy dotacje bezpośrednie nie.
„Gdyby po prostu dofinansować rozwój SMR kwotą 10 miliardów dolarów i zbudować za tę kwotę jak najwięcej modułów w najtańszych obiektach, to i tak by się to nie sprawdziło” – stwierdził Vanatta. „Inne polityki miały bardzo cenny wpływ. Przechodzą długą drogę.
Ostatnią zmienną było to, w jakim stopniu doświadczenie w budowie i instalacji SMR obniży koszty przyszłych projektów SMR. Zespół nazwał to uczeniem się i jest to element projektu, który najbardziej zapadł Stewartowi w pamięć.
„Te możliwości modelu czynią go pierwszym w swoim rodzaju” – powiedział Stewart. Model mógłby zatem pomóc nadać nowy wymiar podobnym badaniom nad innymi technologiami, zwłaszcza w dziedzinie energii niskoemisyjnej – dodał.
„Wiele technologii dopiero wychodzi z laboratorium” – powiedział Stewart. „Bez względu na to, czy jest to energia jądrowa, magazynowanie akumulatorów czy technologia geotermalna, będziemy chcieli uchwycić ewolucję kosztów od budowy pierwszego do setnego systemu”.
Historycznie rzecz biorąc, nie było zbyt wielu wniosków dotyczących ograniczania kosztów, jeśli chodzi o konwencjonalne elektrownie jądrowe. To kolejna konsekwencja wyjątkowości każdego projektu nuklearnego, powiedział Vanatta.
Jest jednak optymistą, że mniejsze, modułowe konstrukcje SMR mogą pomóc przełamać ten trend. Jednak nawet w najgorszym przypadku, gdy dyrektorzy SMR doświadczają negatywnych doświadczeń, a koszty rosną między projektami, zespół nadal dostrzega potencjał do wdrożenia.
Mimo to badacze podkreślili, o ile łatwiejsza staje się ścieżka pozytywnego uczenia się.
„Musimy mieć pewność, że wychwytujemy tę wiedzę i ją skalujemy” – powiedział Stewart. „Musimy mieć pewność, że nie utknie on w określonej firmie lub przedsiębiorstwie”.
Według amerykańskiej Agencji Informacji o Energii konwencjonalne elektrownie jądrowe zapewniają obecnie krajowi moc około 100 gigawatów. W najlepszym przypadku w przypadku SMR obiekty przeanalizowane przez zespół mogłyby wygenerować ponad 20 dodatkowych gigawatów.
„To zajmie wszystko, ale wszystko w służbie niezawodnej, niskoemisyjnej energii” – powiedział Vanatta.
Odniesienie: „Rola polityki i uczenia się w zakresie produkcji modułów w dekarbonizacji przemysłowej przez małe reaktory modułowe” Maxa Vanatty, Williama R. Stewarta i Michaela T. Craiga, 4 listopada 2024 r., Energia Natury.
DOI: 10.1038/s41560-024-01665-w
