NuScale (SMR) Spotlight: Standaryzowane reaktory jądrowe budowane seryjnie

Od dużych do małych reaktorów modułowych

Elektrownie jądrowe są zazwyczaj ogromnymi projektami. Produkcja jest w gigawatach, inwestycje są wymagane w dziesiątkach miliardów, a czas budowy jest liczony w latach, jeśli nie dekadach. To powoduje kilka problemów:

• Trudno jest pozyskać pieniądze z funduszy rządowych ze względu na ogromne opóźnienie między rozpoczęciem projektu a datą pierwszej produkcji energii.
• Nie jest to rozwiązanie dobre w przypadku małych krajów lub odległych obszarów i wymaga w pewnym stopniu dostosowania całej sieci energetycznej do elektrowni jądrowej.
• Kiedy coś pójdzie nie tak, zamiast lokalnego incydentu, może to stać się katastrofą na całym kontynencie.
• Każdy ogromny projekt jest niestandardowym projektem eksperymentalnym, blokującym przemysłowi rozwój jakiejkolwiek standaryzacji w procesie produkcyjnym.

Ogólnie rzecz biorąc, można powiedzieć, że tradycyjne podejście do energetyki jądrowej ma dwie słabości: zbyt wysokie koszty i zbyt wysokie ryzyko.

Część z tego można by rozwiązać poprzez 4^th elektrownie jądrowe nowej generacji, które wykorzystują nowe i bezpieczniejsze konstrukcje. Jednak inne podejście, zwane SMR (Small Modular Reactors), polega na poszukiwaniu nowego sposobu rozszczepiania atomów w celu wytwarzania energii i jednoczesnego rozwiązania obu problemów.

Źródło: MAEA

Popyt na większą ilość energii jądrowej obecnie gwałtownie rośnie, co jest spowodowane mieszanką czynników energochłonne centra danych AI oraz uświadomienie sobie, że odnawialna, nieregularna produkcja energii będzie stanowić problem, dopóki nie zwiększymy odpowiednio skali systemów akumulatorowych, co może zająć dziesiątki lat.

Dlaczego warto korzystać z małych modułowych reaktorów solarnych (SMR)

Główną ideą SMR-ów jest to, że zamiast gigantycznych projektów i projektów wykonywanych na zamówienie, reaktory jądrowe powinny być budowane w taki sam sposób, w jaki budujemy samoloty i statki:

• Standaryzowany szablon pozwala na wielokrotne wykorzystywanie tego samego projektu, rozkładając koszty prac badawczo-rozwojowych.
  • Oznacza to również zamienność części zamiennych i niższe koszty szkoleń w dłuższej perspektywie.
• Wyprodukowane i zmontowane seryjnie, w dedykowanej fabryce, co pozwala na zdobycie doświadczenia i uzyskanie oszczędności na skalę.
• Przetransportowano je z fabryki do miejsc, w których były potrzebne.

W teorii powinno to zapewnić radykalne oszczędności skali, ponieważ każdy dodatkowy wyprodukowany reaktor wykorzystuje ponownie wcześniej wykwalifikowaną siłę roboczą, maszyny, standardową konfigurację itp. Na przykład budowa reaktora SMR powinna zająć około trzech lat zamiast zwykłych 5–10 lat (czasami W najgorszych przypadkach, jak w przypadku zakładu Vogtle w Georgii, trwa to od 15 do 20 lat).

Innym czynnikiem jest to, że mniejsze reaktory po prostu produkują mniej energii na jednostkę. Oznacza to, że niekontrolowane reakcje łańcuchowe prowadzące do katastrof takich jak Czarnobyl są z natury mniej prawdopodobne.

W połączeniu z 4^th Dzięki udoskonaleniu technologii jądrowej w wyniku postępu technologicznego małe reaktory modułowe mogą stać się o kilka rzędów wielkości bezpieczniejsze od starszych konstrukcji.

Wreszcie, ponieważ moduły SMR składają się z kilku podzespołów, zapewniają one dużą elastyczność w zakresie końcowej mocy wyjściowej, bez konieczności przeprowadzania za każdym razem całkowitego przeprojektowania.

Niższa produkcja otwiera również nowe zastosowania, takie jak produkcja energii na miejscu w obiektach przemysłowych lub bazach wojskowych, co może pomóc w dekarbonizacji działalności, której niemal niemożliwe jest zasilenie wyłącznie ze źródeł odnawialnych.

„Dzięki SMR otworzyliśmy całe spektrum klientów”.

Dyrektor generalny Rolls Royce’a

Jako ostatni bonus, mniejszy rozmiar SMR pozwala na ich instalację w miejscu „normalnych” elektrowni opalanych paliwami kopalnymi, takich jak wycofane z eksploatacji elektrownie węglowe, dzięki czemu mogą ponownie wykorzystać istniejącą infrastrukturę sieciową, a także zmniejszyć zapotrzebowanie na grunty pod projekt. Przynajmniej tak długo, jak uzyskasz zgodę Nuclear Regulatory Commission (NRC) na strefę planowania awaryjnego elektrowni jądrowej, tak jak zrobiła to firma NuScale po wyczerpującym 7-letnim procesie uzyskania zgody.

Źródło: NuScale

NuScale

Pozycja konkurencyjna NuScale

NuScale jest jednym z głównych konkurentów w wyścigu o masową produkcję SMR w krajach zachodnich, wyprzedzają go jedynie państwowe przedsiębiorstwa rosyjskie i chińskie.

Warto zauważyć, że NuScale to jedyna technologia SMR certyfikowana przez amerykańską Komisję Regulacji Jądrowych (NRC).

Założona w 2007 r. firma bardzo wcześnie zaczęła stawiać na SMR, w czasie, gdy energia jądrowa ogólnie wyglądała, jakby zmierzała w kierunku trwałego spadku, szczególnie po wypadku w Fukushimie w 2011 r. Do tej pory zainwestowała 2 mld USD w swoją technologię i proces produkcyjny.

Obecnie w produkcji jest 6 reaktorów, a firma przygotowuje się do pierwszej dostawy komercyjnej, która ma nastąpić około 2030 roku.

Modułowa, ale znana konstrukcja

Reaktory NuScale VOYGR mogą być przewożone z fabryki do elektrowni na pace bardzo dużej ciężarówki. Każdy z nich wytwarza 77 MWe (ekwiwalenty megawatów) lub mocy elektrycznej, z możliwością wykorzystania do 12 modułów przez elektrownię (924 MWe)

Źródło: NuScale

Oczekuje się, że reaktory te będą miały żywotność ponad 60 lat.

Technologia, która za tym stoi, to sprawdzony i przetestowany reaktor jądrowy na lekką wodę (LWR). Choć może być on mniej innowacyjny niż inne projekty wykorzystujące tor, wysokie ciśnienie itp., pomógł on uzyskać zgodę organów regulacyjnych i zmniejszyć ryzyko związane z procesem rozwoju.

Wykorzystuje również istniejący łańcuch dostaw energii jądrowej, od czujników po zespoły paliwa uranowego, dźwigi reaktora i systemy sterowania.

Źródło: NuScale

Tego typu reaktory SMR są również „bezpieczne w razie odejścia”, co oznacza, że ​​pozostają bezpieczne nawet bez ingerencji człowieka i stygną naturalnie, jeśli nie są konserwowane.

Obejmuje to inną cechę: nieograniczony „okres radzenia sobie”, zdefiniowany jako czas między normalnymi operacjami a nieodwracalnym uszkodzeniem reaktora w przypadku nieplanowanego wyłączenia. Większość innych reaktorów jądrowych na lekką wodę (LWR) ma okres radzenia sobie wynoszący kilka dni, co czyni je z natury mniej bezpiecznymi w przypadku katastrofy.

Reaktory NuScale można ponownie uruchomić także bez aktywnej sieci energetycznej, co jest powszechnym ograniczeniem większości innych konstrukcji reaktorów.

Źródło: NuScale

Zastosowania

Power Grid

Oczywistym głównym zastosowaniem elektrowni jądrowych jest produkcja energii elektrycznej dla sieci energetycznej. Wraz ze wzrostem wysiłków na rzecz dekarbonizacji naszego miksu energetycznego, rośnie również zapotrzebowanie na więcej energii elektrycznej. Dzieje się tak, ponieważ wiele dzisiejszych zastosowań energii nie jest jeszcze zelektryfikowanych, jak transport (samochody zasilane gazem) lub ogrzewanie (piece zasilane olejem lub gazem).

Ponieważ modułowe reaktory SMR firmy NuScale można instalować na terenie zamkniętych elektrowni węglowych, wymagają one bardzo niewielkich nakładów inwestycyjnych w dodatkową infrastrukturę sieciową w celu zastąpienia elektrowni opalanych paliwami kopalnymi.

AI

Oczekuje się, że zapotrzebowanie na energię elektryczną ze strony centrów danych wzrośnie z 3–4% całkowitego zużycia energii elektrycznej w 2023 r. do 11–12% w 2030 r. Jest to równoważne obecnemu zużyciu energii elektrycznej wynoszącemu 1/3^rd domów w USA.

Dodatkowym problemem jest to, że biorąc pod uwagę dziesiątki, a nawet setki miliardów dolarów kapitału zainwestowanego w te centra danych, ciągłość działania jest koniecznością. Ponieważ mówimy o zużyciu na skalę GW, poleganie na niestabilnych i zmiennych odnawialnych źródłach energii może być ryzykownym przedsięwzięciem.

Dlatego wszystkie duże firmy technologiczne starają się teraz naśladować Microsoft zawarł umowę na ponowne otwarcie całej elektrowni jądrowej i zablokowanie całej jej produkcji dla swoich centrów danych AIi z wyprzedzeniem zapewnić sobie stabilną energię jądrową.

Zastosowania przemysłowe

Wiele procesów przemysłowych wymaga bardzo wysokich temperatur, często w postaci ultragorącej pary. Może to obejmować na przykład produkcję papieru, amoniaku (nawozu i kluczowego składnika materiałów wybuchowych), stali, tworzyw sztucznych, a nawet odsalanie wody morskiej (jeden reaktor o mocy 77 MW może dostarczyć energię do 77 milionów galonów/290 milionów litrów wody dziennie).

Źródło: NuScale

Obecnie tego rodzaju procesy, zwłaszcza te wymagające najwyższej temperatury, w zdecydowanej większości opierają się na paliwach kopalnych, głównie gazie ziemnym.

Teoretycznie można by je z powodzeniem zastąpić elektrowniami jądrowymi, zwłaszcza że wytwarzanie energii elektrycznej odbywa się już w wyniku produkcji pary nadkrytycznej o bardzo wysokiej temperaturze przez rdzeń reaktora.

Jednak tradycyjna konstrukcja elektrowni jądrowych miała moc wyjściową, która była po prostu zbyt duża, aby można ją było łatwo zintegrować z normalną działalnością przemysłową, taką jak huta stali. Ograniczenia regulacyjne i przestrzenne, a także brak gotowych projektów modułowych, również stanowiły problem.

SMR-y są w stanie złagodzić wszystkie te obiekcje naraz, przy niższej wydajności na jednostkę, niższym obciążeniu regulacyjnym i bardziej elastycznych projektach. Oczekuje się, że reaktory NuScale będą w stanie produkować 500,000 1,500 funtów pary na godzinę przy ciśnieniu 500 psia i temperaturze XNUMX°C.

Wodór

Ponieważ wodór jest uważany za alternatywę dla paliw kopalnych, sposób wytwarzania energii do wytwarzania wodoru jest nadal przedmiotem dyskusji. Z jednej strony, odnawialne źródła energii mogłyby być tańsze w przeliczeniu na kW, ale nieciągłość oznacza, że ​​droga elektrownia wodoru może być nieczynna przez zbyt długi czas.

Reaktor NuScale mógłby produkować 50 ton wodoru dziennie, co odpowiada zużyciu 38,000 XNUMX samochodów wyposażonych w ogniwa paliwowe.

Model biznesowy Nuscale’a

Nawet jeśli projekt elektrowni jądrowych jest mały i modułowy, stanowi on dużą inwestycję, a zanim zacznie przynosić dochód z wytworzonej energii, muszą upłynąć lata. To sprawia, że ​​jego finansowanie jest zadaniem niemal tak ważnym, jak sama inżynieria i nauka.

NuScale nawiązało współpracę z prywatną platformą inwestycyjną WENTRY-1 i prywatna firma zarządzająca aktywami Grupa Habboush aby odpowiedzieć na ten problem. Obie firmy inwestycyjne specjalizują się w finansowaniu i eksploatacji energii i infrastruktury.

Dzięki temu firmy zainteresowane wdrożeniem technologii SMR zyskują elastyczne opcje: mogą po prostu kupować wytworzoną energię, obsługiwać elektrownię lub być jej właścicielami i nią zarządzać, zależnie od swoich preferencji.

Na przykład firma energetyczna z doświadczeniem w energetyce jądrowej prawdopodobnie będzie chciała bezpośrednio posiadać i obsługiwać elektrownię. Jednak zakład chemiczny prawdopodobnie będzie wolał po prostu podpisać długoterminową umowę zakupu wyprodukowanej pary wysokotemperaturowej.

Trwające projekty

Podczas gdy przeszkody technologiczne i regulacyjne są odsuwane na bok, NuScale aktywnie zwiększa swój portfel zamówień. Jak dotąd obejmuje to projekty na trzech kontynentach, na przykład:

Ameryka Północna

• Standardowa moc w Ohio i Pensylwanii, dostarczając „prawie dwa gigawaty czystej, niezawodnej energii”.
• Elektrownia morska Prodigy w Quebecu uruchomiono 1–12 reaktorów do produkcji czystych paliw, takich jak wodór i amoniak, na skalę komercyjną.

Europa

• RoPower jądrowy:Projekt w Rumunii realizowany z Nuclearelectrica (krajowym operatorem elektrowni jądrowej) mający na celu wdrożenie 6 reaktorów VOYGR, które będą generować 462 MWe energii elektrycznej bezemisyjnej.
• KGHM Polska Miedź w Polsce wdrożenie reaktorów VOYGR jako rozwiązania umożliwiającego ponowne wykorzystanie węgla w istniejących elektrowniach. Wprowadzenie ich ma nastąpić najwcześniej w 2029 r.
• Getka i UNIMOT w Polsce także w celu zastąpienia elektrowni węglowych.
• Energoatom na Ukrainie, z zamiarem rozmieszczenia VOYGR-ów zaraz po zakończeniu wojny w celu odbudowy sieci energetycznej kraju.

Azja

• Indonezja Moc, rozważając budowę obiektu o mocy 462 megawatów we współpracy z Fluor Corporation i japońską firmą JGC Corporation.
• Energia GS w Korei Południowej, w ramach zamówienia na 6 reaktorów VOYGR, którego realizacja mogłaby rozpocząć się w 2028 r. i zakończyć do 2030 r. i dostarczyć paliwo do nowego kompleksu przemysłowego produkującego wodór w Uljin.

Finanse NuScale

W miarę jak firma zaczyna zarabiać pieniądze na umowach takich jak ta z RoPower w Rumunii, zaczyna mieć pewne przychody po prawie 2 dekadach „fazy start-upowej”.

Mimo to firma notuje stratę netto w wysokości około 50 mln dolarów kwartalnie, co odzwierciedla jej koszty operacyjne. Oznacza to, że dopóki nie zacznie w pełni sprzedawać i/lub obsługiwać reaktorów VOYGR, będzie potrzebowała większego zastrzyku gotówki, aby utrzymać się na powierzchni.

Na szczęście cena akcji ostatnio wzrosła, co pozwoli spółce pozyskać więcej gotówki bez nadmiernego rozwadniania kapitału dotychczasowych akcjonariuszy.

Potencjalni inwestorzy powinni również wiedzieć o istnieniu 31.4 mln akcji w formie opcji i warrantów, oprócz 252.2 mln akcji w obrocie (stan na grudzień 2024 r.).

Źródło: NuScale

Wniosek

W ściśle regulowanej i bardzo złożonej technicznie dziedzinie, bycie pionierem może się bardzo opłacić. Daje to nie tylko przewagę w dotarciu na rynek jako pierwszy, ale może nawet pomóc firmie kształtować przyszłość otoczenia regulacyjnego i oczekiwania potencjalnych klientów.

NuScale jest pionierem w technologii SMR i nadal jest liderem w branży. Inne technologie jądrowe, takie jak tor, sole stopione, reaktory prędkie lub pływające elektrownie, mogłyby zostać zintegrowane z SMR. Jednak dodaje to kolejny poziom złożoności, co może okazać się problemem zarówno w inżynierii, jak i w przypadku regulatorów.

Zamiast tego Nuscale skupiło się na sprawdzonej technologii lekkiej wody, po prostu zmieniając skalę. Powinno to pomóc mu poruszać się szybciej i stać się najbardziej znanym SMR na rynku.

Potencjalnie więc, po boomie na giełdzie w segmentach takich jak pojazdy elektryczne i sztuczna inteligencja, następnym krokiem może być boom w wytwarzaniu energii, która będzie w stanie zasilić te sektory energią neutralną pod względem emisji dwutlenku węgla.

Inwestorzy muszą jednak pamiętać, że wytwarzanie energii jest branżą bardzo kapitałochłonną, a energetyka jądrowa rozwija się wolniej niż inne sektory technologiczne, co oznacza, że ​​konieczna będzie cierpliwość i duża tolerancja na zmienność.