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Kleine Modulare Kernreaktoren Sind Meistens Eine Schlechte Politik
Kleine Modulare Kernreaktoren Sind Meistens Eine Schlechte Politik

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Anonim

Wie Wasserstoff haben auch kleine modulare Kernreaktoren in letzter Zeit ein Wiederaufleben des Interesses erfahren. Vieles davon wird durch staatliche Maßnahmen und Investitionen getrieben, die sich auf die Technologie konzentrieren. Vieles davon stammt aus der Nuklearindustrie. Und unweigerlich kommen einige von Unternehmern, die versuchen, eine Technologie zu entwickeln, von der sie hoffen, dass sie großen Erfolg hat und ihnen und ihren Investoren viel Geld einbringt.

Kleine modulare Reaktoren erzielen keine Produktionsvorteile, sind nicht schneller zu bauen, verzichten auf die Effizienz der vertikalen Skalierung, sind nicht billiger, eignen sich nicht für abgelegene Kohlekraftwerke oder Braunkohlestandorte, sind immer noch mit sehr hohen Sicherheitskosten konfrontiert, wird immer noch kostspielig und langsam stillgelegt werden und immer noch Haftpflichtversicherungsobergrenzen erfordern. Sie lösen keines der Probleme, die sie vorgeben, während sie sich bewusst dafür entscheiden, weniger effizient zu sein, als sie sein könnten. Sie existieren seit den 1950er Jahren und sind heute nicht besser als damals.

Die meiste Aufmerksamkeit und Finanzierung ist bestenfalls fehlgeleitet und im schlimmsten Fall aktiv gegen den Klimaschutz

Lassen Sie uns zunächst kurz die Welt der kleinen modularen Kernreaktoren (SMNR) oder der kleinen und mittleren Reaktoren (SMR) erkunden. Das gebräuchlichste Akronym ist SMR, aber Sie werden beides sehen.

Wie auf der Verpackung steht, handelt es sich um nukleare Erzeugungsanlagen, insbesondere um Kernspaltung. Das heißt, sie verwenden radioaktiv zerfallende spaltbare Stoffe, Brennstoffe, um eine Flüssigkeit zu erhitzen, die Dampf erzeugt, der Dampfturbinen zur Stromerzeugung antreibt. Technisch sind sie wie ein Kohlekraftwerk, aber mit der Wärme, die durch den Zerfall von Uran entsteht, anstatt durch das Verbrennen von lange vergrabenem Pflanzenmaterial.

Es gibt eine Handvoll Unterschiede zwischen ihnen und traditionellen Kernkraftwerken. Der größte ist, dass sie kleiner sind, daher die Namen „klein“und „mittel“. Sie reichen von 0,068 MW bis 500 MW Leistung, wobei die International Atomic Energy Association kleine bis 300 MW und mittlere bis 700 MW verwendet.

Trotz des Summens ist dies keine neue Technologie. Die erste Kernkraftwerksanlage war eine russische 5-MW-Anlage, die 1954 in Betrieb ging. Hunderte von kleinen Reaktoren wurden für nuklearbetriebene Schiffe und als Neutronenquellen gebaut. Das ist ausgetretener Boden. Die meisten der angepriesenen Innovationen wurden zunächst vor Jahrzehnten betrachtet.

Tabelle der SMNRs nach Status
Tabelle der SMNRs nach Status

Tabelle der SMNR-Typen nach Status nach Autor mit Daten der World Nuclear Association

In den sieben Jahrzehnten seit Inbetriebnahme des ersten SMR wurden 57 verschiedene Designs und Konzepte entworfen, entwickelt und selten gebaut. Die meisten, die gebaut werden, tun das, was Kernreaktoren tun, sie werden älter, ohne dass neue gebaut werden, um sie zu ersetzen.

Tabelle der Betriebs- und Bau-SMRs
Tabelle der Betriebs- und Bau-SMRs

Tabelle der SMR in Betrieb und im Bau nach Autor mit Daten der World Nuclear Association

Bei den russischen Modellen handelt es sich um weit nördlich gelegene Eisbrecherkraftwerke, die für den landgestützten Einsatz in abgelegenen nördlichen Städten in Betracht gezogen werden, wobei das sibirische Kraftwerk am Ende seiner Lebensdauer ist. Die indischen sind 14 kleine CANDU-Varianten im Einsatz, die meisten schon Jahrzehnte alt. Auch der Chinese nähert sich dem Ende seiner 40-jährigen Lebensdauer.

Das argentinische Modell wird seit über einem Jahrzehnt mit Arbeitsniederlegungen, politischer Tribüne und Geldproblemen immer wieder aufgebaut. Es wird vielleicht nie das Licht der Welt erblicken.

Die chinesische HTR-PM, die seit zehn Jahren im Bau ist, ist die einzige mit entfernt neuer Technologie. Wenn es in Betrieb genommen wird, wird es voraussichtlich der erste Reaktor der Generation IV sein, der in Betrieb ist.

Tabelle der SMR-Technologietypen
Tabelle der SMR-Technologietypen

SMNR-Technologietypen, Tabelle nach Autor mit Daten der World Nuclear Association

Und um es klarzustellen, dies ist keine Technologie, es sind viele Technologien. Im Laufe der Jahrzehnte wurden 57 Varianten von 18 Typen vorgeschlagen. Keiner der Typen kann als dominant angesehen werden.

Behauptungen über SMRs halten einer Überprüfung nicht stand

Befürworter von SMRs stellen in der Regel eine Teilmenge der folgenden Behauptungen:

Sie sind sicherer

  • Sie können in skalierten, zentralen Produktionsanlagen hergestellt werden, so dass sie billiger sind
  • Sie können abgelegenen Einrichtungen oder Gemeinden sauberen Strom liefern
  • Sie können auf stillgelegten Brachflächen der Kohleerzeugung eingesetzt werden
  • Sie können schneller gebaut werden

Keines davon sind wirklich gute Argumente.

Zuerst, traditionelle Atomkraft ist schon sicher, hauptsächlich aufgrund von passiven Sicherheitsmerkmalen in den meisten in Betrieb befindlichen Reaktoren und viel Aufmerksamkeit für Management und Betrieb. Tschernobyl war ein schlechter Entwurf. Fukushima war zutiefst schlechte Standort- und Betriebsentscheidungen. Diese Standort- und Betriebsentscheidungen haben zu Kosten geführt, die für die gesamte japanische Wirtschaft wahrscheinlich rund eine Billion US-Dollar betragen werden, wenn alle Rechnungen gezählt werden. SMRs sind nicht immun gegen schlechte Standortwahl und schlechte Betriebsentscheidungen, aber die Branche hat einige Lehren gezogen.

Sicherheitsbedenken sind nicht der Grund für das Versagen der Kernenergie auf dem Markt, sondern die Wirtschaftlichkeit ist der Grund für das Versagen der Kernenergie auf dem Markt.

Zweitens in der Reihenfolge Damit Skaleneffekte eintreten können, muss eine Produktionsstätte Hunderte oder Tausende oder Millionen bauen der gleichen Sache und haben einen prognostizierten zukünftigen Markt für Hunderte oder Tausende mehr. Das Feld ist übersät mit 18 verschiedenen Arten von Technologien und vielen konkurrierenden Designs innerhalb dieser Arten. Es gibt keine kohärente einzelne Technologie, die das Feld dominieren wird. Jedes Land, das in der SMR-Forschung tätig ist, hat seine eigenen bevorzugten Technologien und seine eigenen Unternehmen zu unterstützen.

Damit jedes dieser Designs Skaleneffekte erzielen kann, müssten sich mehrere große Länder zusammenschließen, sich für eine einzige spezifische Technologie entscheiden, ein Joint Venture mit dem Hersteller gründen und sich verpflichten, nur diese Technologie zu entwickeln und einzusetzen. Dies ist keine marktbasierte Lösung, sie ist nicht auf die geopolitischen Strategien der Länder ausgerichtet, und daher wird keines dieser Designs über die vielleicht 14 Einheiten des alten von CANDU abgeleiteten indischen Designs hinaus skalieren.

Russland meint es ernst mit Eisbrechern und gelandeten kleinen Reaktoren, aber Russland wird keinen globalen Markt für sie schaffen. Sie könnten einige in weit nördlichen Gemeinden bauen, mit vorhersehbaren Bedenken. China ist das einzige Land, das die nukleare Erzeugung erheblich ausbaut, und es nähert sich bereits zweistelligen Technologievarianten, einer Ausfallbedingung. Die USA könnten sich wieder auf kleine DWRs konzentrieren, aber es gibt keinen besonderen politischen Willen auf Bundesebene, dies zu fordern.

Keine skalierte Fertigung, keine Kostensenkung. Nu Scales ausdrückliche Hoffnung besteht darin, die Stromerzeugungskosten auf das Doppelte der derzeitigen Großhandelskosten für Wind- und Solarstromerzeugung von etwa 65 USD pro MWh zu senken.

Dritte, Sowohl abgelegene Gemeinden als auch Braunkohlekraftwerke sind mit erheblichen Sicherheitsrisiken verbunden. Da Nukleartechnologien und Brennstoffe aufgrund strategischer Ziele der Nichtverbreitung von Kernwaffen in hohem Maße verboten und begrenzt sind und da konzentriertes radioaktives Material für Terroristen für schmutzige Bomben sehr wünschenswert ist, erfordert die gesamte Liefer-, Betriebs- und Abfallkette signifikante sich überschneidende Verteidigungskreise.

Diese Anforderungen verschwinden nicht, weil die Kernreaktoren kleiner sind.

Pro Reaktor Umlage aller Sicherheitskosten
Pro Reaktor Umlage aller Sicherheitskosten

Pro Reaktor Umlage aller Sicherheitskosten für die US-Flotte. Tabelle nach Autor, veröffentlicht im Jahr 2021.

Und diese Sicherheitskosten sind hoch und meist versteckt in Bundes-, Landes- und Kommunalförderungen. Abgelegene Gebiete erfordern immer noch diese zusätzlichen Sicherheitskosten, und sie werden wahrscheinlich einfach aufgrund der zusätzlichen Herausforderungen bei der Sicherung abgelegener Gebiete mit hohen Transportkosten höher sein. Brownfield-Kohleerzeugungsstandorte werden durch massive Sicherheitsverbesserungen und unerprobte Technologien nicht wirtschaftlich rentabler.

Ohne Skaleneffekte wird es keine schnelle Bereitstellung von SMRs geben. Sie müssen standardisierte, versandfähige Einheiten sein. Derzeit befinden sich die im Bau befindlichen Einheiten und Nu Scale auf einem durchschnittlichen Jahrzehnt für den Bau. Nu Scale verspricht, dass bis 2029 12 Einheiten in Betrieb sind, aber die Rettungspakete in Höhe von 1,4 Milliarden US-Dollar, die es erhalten hat, nachdem mehrere Gemeinden von den steigenden Kosten und dem Zeitplan abgewichen sind, legen dies nicht für realistisch.

Gibt es andere Probleme mit SMRs?

Ja, ja, es gibt drei davon.

Zuerst, Sie nutzen die vertikale Skalierung nicht. Wie bereits erwähnt, ist es aufgrund der schieren Zahl konkurrierender Technologien und des Fehlens jeglicher strategischer Notwendigkeit zur Lösung dieses Problems höchst unwahrscheinlich, dass sie Skaleneffekte bei der Herstellung erzielen werden. Aber zusätzlich zu dieser horizontalen Skalierungsherausforderung skalieren sie auch nicht vertikal. Wärmeerzeugungseinheiten werden bis zu einem gewissen Punkt effizienter, wenn sie größer werden. Aus diesem Grund liegt der Großteil der Kohle- und Kernkrafterzeugung pro Kessel oder Reaktor eher bei einem GW, nicht bei einem Drittel davon. Das hat technische Gründe, aber vieles hat mit dem optimalen Durchmesser der Rohre für eine möglichst effiziente Flüssigkeits- und Dampfübertragung im Vergleich zu den dafür erforderlichen Materialien zu tun. Rohre mit größerem Durchmesser bewegen viel mehr Flüssigkeit ohne annähernd so viel Material. SMRs verzichten auf die Effizienz der vertikalen Skalierung. Amüsanterweise entwirft Gates 'Terrapower einen Reaktor mit einer Kapazität von 1.200 MW, also scheinen sie das vertikale Skalierungs-Memo erhalten zu haben. Das bringt sie natürlich wieder in das gleiche Kostenproblem wie normale Reaktoren.

Zweite, Die Stilllegung eines Kernreaktors ist ein Milliarden-Dollar-Unternehmen mit 100-jähriger Laufzeit. Das haben Reaktoren in Stilllegung in mehreren Ländern empirisch gezeigt. Etwa ein Drittel dieser Kosten entfallen auf die US-Hold-Back-Kosten, für den Rest, etwa 70 Milliarden US-Dollar, wird der Steuerzahler also haften. SMRs erfordern die gleiche Dauer und die proportionalen Bereinigungskosten. Im Nu Scale-Einsatz sollen 12 60-MW-Reaktoren mit einer Gesamtkapazität von 720 MW entstehen. Das deutet auf einen Bereich von 720 Millionen US-Dollar für die Bereinigung hin. Während ich sicher bin, dass SMR-Befürworter erwarten, dass die Reaktoren zur Stilllegung an eine zentrale Aufbereitungsanlage zurückgegeben werden, ist es keinem Land der Welt gelungen, ein zentrales Endlager für Atommüll zu bauen, daher ist diese Prämisse höchst unwahrscheinlich.

Dritte, kein Kernreaktor wird allein mit einer privaten Versicherung in Betrieb genommen. Jedes Land mit einer nuklearen Erzeugungsflotte hat Gesetze erlassen, die die private Haftung bis zu einem gewissen Grad begrenzen und jede darüber hinausgehende Haftung den Steuerzahlern auferlegen. In den USA sind das derzeit 13 Milliarden Dollar. Es klingt nach einer großen Zahl, und es ist auch so, aber wie bereits erwähnt, liegt die Gesamthaftung von Fukushima im Bereich von Billionen USD. Die Zahl der Länder, die bereit sind, diese Haftung zu übernehmen, schrumpft weltweit und wächst nicht.

Wer befürwortet SMRs und warum?

Gegenwärtig sehen wir SMR zweckgebundene Mittel in kanadischen und US-Bundeshaushalten, 150 Millionen US-Dollar in Kanada und zehnmal so viel in den USA, hauptsächlich für Forschung und Entwicklung, mit Ausnahme von über einer Milliarde an NuScale, um theoretisch etwas aufzubauen. In Kanada haben sich vier Provinzen – Alberta, Ontario, New Brunswick und Saskatchewan – zu einem SMR-Konsortium zusammengeschlossen. Bill Gates’ Terrapower hat weitere 80 Millionen Dollar erhalten, ebenso wie X-Energy vom US DOE.

Die Ausfallbedingungen kleiner modularer Reaktoren liegen auf der Hand. Das Fehlen eines bedeutenden Marktes ist offensichtlich. Das Fehlen der Fähigkeit, einen klaren Gewinner hervorzubringen, liegt auf der Hand. Die Sicherheitskosten liegen auf der Hand. Das Fehlen einer vertikalen Skalierung zur thermischen Effizienz ist offensichtlich. Die Sicherheitsrisiken und die damit verbundenen Kosten liegen auf der Hand. Die Auswirkungen der Haftpflichtversicherung liegen auf der Hand. Warum also wird all dieses Geld und diese Energie auf SMRs geworfen? Es gibt zwei Hauptgründe, und nur einer davon ist überhaupt haltbar.

Fangen wir mit dem Schlimmsten an. Die kanadischen Provinzen, die sich auf SMRs konzentrieren, behaupten, dass sie dies als einen wesentlichen Teil ihrer Klimaschutzlösungen tun. Sie alle sind konservative Regierungen. Nur eine dieser Provinzen verfügt über eine Atomflotte, obwohl New Brunswick über einen alten, teuren und auslaufenden Reaktor verfügt und eine Erfolgsgeschichte darin hat, Geld für schlechte Energieideen wie die Wasserstoff-Perpetuum Mobile-Maschinen von Joi Scientific wegzuwerfen. Eine der Provinzen, Ontario, steht erneuerbaren Energien aktiv ablehnend gegenüber, wobei die derzeitige Regierung 758 Verträge für erneuerbare Energien kürzte und einen Mangel an Rechtsmitteln als einen sehr frühen Akt nach der Wahl gesetzlich festlegte.

Warum also tun sie das? weil es erlaubt ihnen, das Regierungsklima zu verschieben Maßnahmen, während sie den Anschein von Klimaschutz erwecken. Sie können ihren am wenigsten intelligenten und weisen Befürwortern schmeicheln, indem sie behaupten, dass erneuerbare Energien nicht für ihren Zweck geeignet sind, während sie gleichzeitig nichts gegen das eigentliche Problem unternehmen, da SMRs noch nicht in einer modernen, einsatzfähigen und funktionsfähigen Form existieren.

Der andere wichtige Grund betrifft auch die erneuerbaren Energien. Vor 15 Jahren war es eine fragwürdige Position, dass erneuerbare Energien zu teuer seien, Probleme mit der Netzzuverlässigkeit verursachen würden und dass Atomkraft in großen Mengen notwendig sei. Dies wurde sowohl durch 15 Jahre des Scheiterns nuklearer Einsätze widerlegt, als auch durch die sinkenden Kosten und die nachgewiesene Netzzuverlässigkeit mit erneuerbarer Erzeugung. Heute stimmt fast jeder ernsthafte Analyst zu, dass erneuerbare Energien 80 % der benötigten Netzenergie wirtschaftlich liefern können, aber glaubwürdige Analysten diskutieren immer noch über die verbleibenden 20 %.

Mark Z. Jacobson und sein Stanford-Team stehen im Mittelpunkt dieser Debatte. Seit Ende der 2000er Jahre veröffentlichen sie regelmäßig Studien mit zunehmendem Umfang und Raffinesse zur These von 100 % Erneuerbaren bis 2050. Die Veröffentlichung von 2015 wurde stark zurückgedrängt. Damals schätzte ich die grundsätzliche Meinungsverschiedenheit so ein, dass die Kritiker die letzten 20 % für zu teuer hielten und dass sowohl nukleare als auch CO2-Abscheidung und -Sequestrierung notwendige und skalierte Komponenten seien.

Persönlich habe ich verschiedene Aspekte der Mathematik durchgeführt, mir Netzzuverlässigkeits- und Transformationsdaten aus der ganzen Welt angesehen und die Anforderungen an Zusatzdienste untersucht, und ich denke, Jacobson und sein Team haben Recht. Da wir uns alle einig sind, dass erneuerbare Energien für 80 % des Problems geeignet sind, sollten wir sie so schnell wie möglich einsetzen.

Jedoch, Es ist sehr vernünftig, ein oder zwei Nebenwetten zu tätigen, um die letzten 20% abzudecken. Ich habe nichts dagegen, dass Forschungsgelder für SMRs ausgegeben werden, auf die sich die meisten SMR-Ausgaben belaufen, außerhalb des Nu Scale-Rettungspakets (das zu dem Ohio-Rettungspaket in Höhe von 1,3 Milliarden US-Dollar hinzukommt, das zu der jährlichen offenen Bundessubvention von 1,7 Milliarden US-Dollar hinzukommt), die dem jährlichen versteckten Sicherheitszuschuss in Höhe von 4 Mrd. Es ist vernünftig, ein paar Dutzend Millionen Dollar in reichen Ländern auszugeben, um sicherzustellen, dass wir die letzten 20 % überbrückt haben.

Aber die Leute, die behaupten, dass SMRs die primäre oder einzige Antwort auf die Energieerzeugung sind, wissen entweder nicht, wovon sie sprechen, verstellen sich aktiv oder verzögern absichtlich den Klimaschutz.

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