TECHNOLOGISCHE STAND VAN ZAKEN
Bepaalde pseudowetenschappers uit ecologische hoek beweren dat centrales van de vierde en vijfde generate enkel mogelijk zijn binnen een twintigtal jaar. Jammer voor hen is niets minder waar. Hieronder is een overzicht van de stand van zaken van de realiseerbare techniek.
DE DEELNEMERS AAN DE CANADESE SMR-RACE
Canada speelt momenteel een echte voortrekkersrol, vooral dan in het openstellen van zijn expertise inzake het vergunnen van nucleaire installaties. Het moet gezegd de schrijver heeft geen weet van een Canadese nucleaire ongeval. En als het gaat over reglementen en vergunning dan staan de Canadezen altijd goed geplaatst.
https://www.iaea.org/sites/default/files/18/01/smr-rf-report-appendix-ii-150118.pdf
http://nuclearsafety.gc.ca/eng/acts-and-regulations/consultation/comment/d-16-04/index.cfm
http://nuclearsafety.gc.ca/eng/reactors/power-plants/pre-licensing-vendor-design-review/index.cfm
Canada geeft de mogelijkheid aan producenten van kleine modulaire centrales om in Canada een vergunning te bekomen. Een overzicht van de “Canadese spelers” is hieronder gegeven:
OKLO
Oklo is een bedrijf wat een klein beetje uit het niets komt. Er zijn wel twee dingen, die zeer frappant zijn:
1. Hun technologische keuze van vloeibaar metaal als primaire koelmiddel is helemaal niet slecht, het is dezelfde keuze als het “Belgische” SCK en de Russische modulaire snelle kweekreactoren.
2. Hun locatie, Silicon Valley, de bakermat van technologische revoluties
Het bedrijf werd genoemd naar een nucleaire reactor, die ooit spontaan in de natuur ontstaan was:
Veel meer informatie dan op deze video is er niet:
Het is wel belangrijk om weten dat nucleaire reactoren ook zeer klein kunnen zijn.
Het zou best kunnen dat kleine reactoren het breekijzer zullen zijn in de nieuwe nucleaire revolutie. Nieuwe technologie eerst klein, daarna groter.
TERRESTRIAL ENERGY
Terrestrial energy bouwt verder op de gesmolten zout technologie van het Oak Ridge National lab. De technologie, die in het publieke domein terecht kwam.
Terrestrial energy heft een vrij goede financiële draagkracht, hen vooral verleend door Canadese “oil sand”-bedrijven. Terrestrial energy voorziet om zijn eerste pilootreactor van 25 Mwe reeds in 2020 in productie te hebben.
Op de website van terrestrial energy zijn een paar zeer verduidelijkende video’s:
https://www.terrestrialenergy.com
Alle ontwerp is gebaseerd op het hoge temperatuur reactor onderzoek in Oak Ridge National lab genaamd smaHTR, small modular advanced high temperature reactor: http://www.uxc.com/smr/Library%5CDesign%20Specific/SmAHTR/Presentations/2010%20-%20SmAHTR.pdf
Hetzelfde Oak Ridge national lab publiceerde overigens een aantal innovatieve nuclear-chemische manieren om op een goedkope manier waterstof aan te maken.
https://info.ornl.gov/sites/publications/files/Pub48861.pdf
X-ENERGY
X-Energy stelt een vierde generatie gasgekoelde model voor met een vermogen van 100 MW electrisch. De nucleaire keramische pellets geven een elegante oplossing aan vele mogelijke materiaalproblemen. De oorpsprong van X-energy is het technisch hoogstaande M.I.T.
https://www.x-energy.com. Keramische bolvormige pellets worden intern door een nucleaire splitsing opgewermd. Een gas (Helium) wordt als interte primare koelmiddel gebruikt. In hun youtube presentatie is duidelijk te zien dat ze de nadruk leggen op een kleinere te ontruimen oppervlakte, bij een mogelijke nucleaire ongeval. In het geval van Fukushima bleek dit een straal van 10 km rond de centrale, bij een PBMR centrale is blijkbaar 500 meter voldoende.
Deze 500 meter is niet uit de lucht gegrepen. In Aaken stond er destijds zulk een centrale waar het door gebrek aan controlerende sturing grondig fout ging, de reactor raakte oververhit en scheurde. Het gevolg voor de omgeving, vrijwel niets. Dit ongeval gebeurde net na het Tchernobil ongeval, er werd dus beslist om het in de doofpot te steken en het ganse programma stop te zetten. De problemen van de centrale van Aaken zijn ondertussen verholpen door enerzijds computersturing en anderzijds een SiliciumCarbide deklaag rond alle pellets.
TERRA POWER LLC
Terrapower is een bedrijf van Bill Gates. Het is zijn bedoeling om kost wat kost een rol te spelen in de energie-markt. Initieel was het de bedoeling om gas gekoelde “traveling wave” reactoren te gebruiken. Vandaag wordt er blijkbaar uitgekeken naar andere reactoren. Gezien de enorme private reserves van de oprichter valt het te verwachten dat een bedrijf wat doorbreekt vroeg of laat wordt opgekocht door Terra Power LLC.
NUSCALE POWER.
Nuscale power stelt een kleinere centrale van het klassieke PWR-type voor. Het is een derde generatie model, wat in serie kan worden gemaakt.
Omdat het primaire koelmiddel water blijft valt de veiligheid van het ontwerp echt wel in twijfel te trekken. Het is zeer de vraag of ze in staat blijken om een Canadese vergunning te bekomen.
WESTINGHOUSE ELECTRIC COMPANY, LLC
Westinghouse is tevens de leverancier van bijna alle Belgische kerncentrales. Het spreekt voor zich dat ze interesse hebben om mee te spelen in de recente evolutie van kleine modulaire reactoren:
http://www.westinghousenuclear.com/New-Plants/Small-Modular-Reactor
Hun roadmap bestaat eruit om vanaf 2019 een productieplan klaar te hebben wat vanaf 2024 op commerciële schaal kan verkocht worden.
eVinci Micro Reactor Solid core and heat pipes
ULTRA SAFE NUCLEAR CORPORATION / GLOBAL FIRST POWER
Weinig informatie is over deze partij bekend. Enkel de technologie van keramische pellets is gekend.
LEADCOLD NUCLEAR
Leadcold nuclear is een Zweeds bedrijf met de intentie om een zeer kleine loodgekoelde ractor te commercialiseren. Hun reactor zou als prijsdoel 6 miljoen dollar per MWeelectrisch hebben. Een prijs die competitief is in een Noordelijke regio, omdat er geen lange hoofspanningslijnen moeten worden aangelegd. Het technische begrenzing (beperkte aanvoer van brandstoffen) is hun driver. Voor een ongekende reden (wellicht financiëel) werd hun aanvraag in Canada stopgezet.
SEALER
Molten Lead
Dit is een technologische uitleg:
Video, jammer genoeg in het Zweeds:
Blijkbaar gaat het vrij hard voor Leadcold, met een eerste voorstel tot implementatie van een reeks van 55 MWe centrales in het verenigd koninkrijk.
https://www.leadcold.com/sealer-uk-design-submitted.html
De kost waarvan sprake is ongeveer een derde van de laatste PWR-centrale in Finland. 160 M GBP voor 55MWe = 182,4M Euro = 3,3 MiEuro per MWe, dit is echt een koopje, niet uit China maar uit Zweden
BADVANCED REACTOR CONCEPTS
Vloeibaar Natrium maakt m.i. weinig kans om voorbij een ernstige veiligheidsprocedure te raken. Het spontaan ontbranden van vloeibaar Natrium in aanraking met de lucht en het exploderen in contact met water zullen steeds voor mogelijke problemen zorgen. Maar het is wel fascinerend dat er een bedrijf bestaat wat wil proberen om de Canadese veiligheidsprocedures te doorlopen.
http://www.arcnuclear.com/arc-100-reactor
MOLTEX ENERGY
Het Britse Moltext energy ontstond in de schaduw van de politieke strijd rond de Hinkley Point Mastodont.
Moltex Energy heeft de bedoeling om brandstofstaven te gebruiken met binnenin Chloride-zouten. Als nucleaire grondstof wordt vooral bestaande nucleaire grondstof genomen. Binnen in de reactor-kuip als primaire koelmiddel en rond de reactorstaven is een Fluoridezout voorzien. Moltex energy is begonnen aan een Canadese goedkeuringsprocedure, maar het is zeer de vraag of de corrosie veroorzaakt door zowel Chloorzouten als Fluoridezouten dit bedrijf niet in de weg komen te staan.
http://www.moltexenergy.com/stablesaltreactors/
NIET CANADESE DEELNEMERS
FLIBE-ENERGY
Flibe-energy is het bedrijf opgericht door de ex-NASA-werknemer Kirk Sörenson. Het is de verdienste van Kirk Sörenson om de technische documentatie van het Oak Ridge National Lab in te scannen en online te brengen. Flibe-energie wordt financieël ondersteund door de Facebook funder en Paypal stichter Peter Thiel.
Uit het ORNL experiment bleek dat er stabiel gedurende 6000 (250 dagen) uur met een vrij grote reactor was gewerkt. Nadat de ORNL-documentatie en bevindingen online kwamen ging de hele wetenschappelijke wereld anders tegen dit type van reactor aankijken.
Kirk Sörenson verkreeg oa bekendheid met deze TedEx contributie:
Kirk Sörenson is de hoofdrolspeler in de youtube documentaire van Gordon Mcdowel, Thorium Remix:
AKME-ENGINEERING
Akme engineering ontstond uit het Russische staatsagentschap Rosatom. Na het ongeval van Tsjernobyl kwam het onderzoek naar veiligere centrales in Rusland in alle stilte op gang. Het doorstond vele woelige tijden. Wanneer een brug invalt dan moeten ingenieurs op zoek naar manieren om een volgende brug te laten rechtstaan. In Rusland ging het net zo. Vooral uit militaire hoek begreep men dat nucleaire duikboten nu eenmaal voordelen hebben. Verschillende nucleaire ongevallen met duikboot-reactoren van het type PWR deden de Russen beslissen om het over een andere boeg te gooien.
Het militaire resultaat was een onderzeeër uitgerust met een lood-bismut gekoelde reactor. De grootte van deze reactor was ongeveer 100 MW electrisch. Deze reactor evolueerde later naar de SVBR-100 reactor, serie-productie.
De reactor is op zich een vrij conservatieve ontwerp, afgezien dan van het nieuwe primaire koelmiddel en de reactor-staven met hexagonale cross-sectie, versus ronde reactor staven in een PWR-ontwerp.
Op de foto zijn duidelijk twee circulatie-pompen en zes warmtewisselaars te zien. De warmtewisselaars drijven turbine eenheden aan. De circulatie-eenheden dienen in eerste instantie om Polonium af te voeren. Polonium zou de kernreactie vertragen. Het gas Polonium is zeer hoog radioactief maar breekt zeer snel af tot zeer ongevaarlijke producten, dit is de reden waarom de Russen verkozen om het als “onzichtbare” gif te gebruiken om hiermee de ex-spion Litvinienko te vergiftigen. Hetzelfde type van reactor wordt op vele manier gepromoot door Akme engineering, oa een nucleaire centrale op een boot, slechts een kleine aanpassing van op een duikboot. Tot nu toe draaide dit reactor-type reeds één miljoen uren in productie, zonder ongeval. 1 000 000 reactor-uren zonder ongeval, terwijl vele ecologisten blijven beweren dat ze niet bestaan.
Akme engineering verkreeg de plannen en ervaring van de SVBR-100 reactor en doet een verwoede poging om deze te commercialiseren in de CIS-landen, lees de landen met een duidelijke Russische invloed.
Akme engineering kreeg het zelfs voor elkaar om het ontwerp onder licentie te verkopen aan een andere eveneens minder democratische land: China.
In Rusland bestaat de intentie om een ganse rollout van dit type van centrales te doen, gemonteerd op een ponton, met slaapplaats voor personeel. Er bestaan zelfs pers-artikels waar dit type van centrale aangeboden wordt voor exact de Lazard-kost van 4500 Euro per KW vermogen: https://sputniknews.com/science/201610041046001913-russian-nuclear-floating-plant/
SEABORG TECHNOLOGIES.
Seaborg technologies is een ambitieuze Deense start-up. Het is hun bedoeling om de vloeibare Fluoride zouten technologie van het Oak Ridge National Lab nieuw leven in te blazen met een Uranium toepassing.
Seaborg staat zeer dicht bij een eerste demonstratie reactor.
Seaborg heeft ook een recente patentaanvraag omtrent een vloeibare neutronen reflector. Deze vloeibare neutronen-reflector zou het opzwellen van het grafiet (een belangrijke probleem van ORNL) kunnen bijstellen (bijvullen).
Uit dit interview met de CEO kan je merken dat Seaborg een zeer jonge mentaliteit heeft:
AKERS ENGINEERING
De Nobelprijswinnaar en ex-werknemer van de CERN in Genève Carlo Rubbia ontwierp een sub-critische Thorium reactor aangedreven door een lineaire deeltjesversneller. Indien de deeltjesversneller stopt met het aanvoeren van snelle deeltjes stopt meteen ook de kernreactor met het splijten van Thorium. De huidige voortgang van het project is niet duidelijk.
Dit is een uitleg door de nobelprijswinnaar zelf:
Dit resulteerde in een wereldwijde patent, wat ondertussen reeds afgelopen is.
SCK-MYRRHA
Vanuit de SCK website: “MYRRHA is wereldwijd het eerste prototype van een kernreactor aangedreven door een deeltjesversneller. “
Het Belgische SCK formuleert met het MYRRHA-project een oplossing voor het nucleaire afval probleem. Als primaire koelmiddel wordt Lood-Bismuth gebruikt. MYRRHA maakt de ambitie waar om het bestaande nucleaire afval om te vormen tot nieuwe brandstof. MYRRHA is voornamelijk een onderzoeksreactor en een productie-ruimte voor radio-isotopen. Belangrijke onderdelen van dit onderzoek zijn herbruikbaar om te komen tot een serie-productie van 100 MW electrische kritische en sub-kritische Uranium en/of Uranium/Thorium reactoren.
Kernafval bestaat uit een mengsel van drie types elementen:
1. Lichte splitsingselementen, doorgaans zijn deze zeer radioactief, maar met een snelle halfwaardetijd. Dit type afval kan men niet aanzien als een nucleaire afval-probleem.
2. Zwaardere splitsingselementen. Sommige van deze elementen zijn dure grondstoffen voor de elektronica industrie. Algemeen kan men stellen dat na ongeveer 300 jaar dit type van afval geen meetbare straling meer uitstuurt. Voor dit type afval is opslag een veilige oplossing.
3. Transuranische afval-elementen. Dit zijn bv. Uranium atomen, die via een process van transmutatie 1,2 of 3 neutronen absorbeerden. Ze ondergingen dan de transmutatie naar Americum, Neptunium, Plutonium, enz… Meestal zijn deze elementen zéér ongewenst, met een zeer lastige halfwaardetijd van 10 000 jaar. Voor deze elementen is het opslaan, géén leefbare optie, zij blijven nog zeer lang radioactieve straling uitzenden en bovendien zijn dit giftige stoffen. De enige manier is om ze op hun beurt te splitsen door ze nog één of twee neutronen bij te geven, waardoor ze onstabiel worden en zich spontaan splitsen in één van de twee voorgaande types van afval.
De veiligheids-ambitie om een reactor te maken die steeds sub-kritisch blijft en enkel wordt aangedreven door een deeltjesversneller is wellicht technisch haalbaar, maar de conomische haalbaarheid is nog onduidelijk. Indien we kijken naar de verschillende ongevallen van Fukushima en Harrisburg dan wordt dit veiligheidsprobleem reeds opgelost door een iets kleinere reactor te nemen met een andere primaire koelmiddel. Een reactor van 100 MWe kan bij een calamiteit, wat ook de oorzaak is, spontaan via convectie afkoelen met de omgevingslucht.
De eerste letter van de MYRRHA afkorting staat voor Multi. In feite wil dit zeggen dan verschillende brandstofstaven mogelijk zijn. Het is dus perfect haalbaar om te evolueren met verschillende nucleaire “brandstoffen”. De initiële homologatie werd gedaan met een mengsel van Uranium Oxide en “te verbranden” afval. Verdere evolutie naar andere brandstoffen is mogelijk:
1. Brandstofstaven met daarin Thorium Fluoride-Zouten. Alle materiaaltesten gebruikt om de aantasting van het primaire Lood-Bismut koelmiddel ten overstaan van de de reactor-kuip blijven gelden. De gevreesde corrosie van Fluoride-Zouten is beperkt tot de binnenkant van de vervangbare reactorstaaf. Bij verhogende temperatuur zal ook de temperatuur van dit zout verhogen, atomen die verder van elkaar staan bewegen zich dus automatisch weg van de kritische temperatuur.
2. Brandstofstaven met daarin Thorium Chloride-Zouten. Alle materiaaltesten gebruikt om de aantasting van het primaire Lood-Bismut koelmiddel ten overstaan van de de reactor-kuip blijven gelden. De gevreesde corrosie van Fluoride-Zouten is beperkt tot de binnenkant van de vervangbare reactorstaaf. Dit is de het medium gebruikt door Moltexenergy. Het belangrijkste voordeel is dat Jodium in ongevaarlijke Chloride Zoutvorm in de reactorstaaf zit en niet langer een gevaar kan vormen in gasvorm. Dus het verspreiden van Jodium-tabletten kan worden afgeschaft.
3. Brandstof bestaande uit Uranium-Oxide en Thorium naalden.Omdat de splitsing van Thorium NIET resulteert in afval van het derde type is het mogelijk om op die manier te komen tot een snellere verwerking van het bestaande afval. De huidige nucleaire centrales “verbranden” slechts 0,5 percent van het Uranium, met een hoge hoeveelheid aan Trans-Uranische afval. De Russische modulaire snelle kweekreactor zit aan een verbranden van ongeveer 10 % van het Uranium, maar de Trans-Uranische elementen blijven een probleem vormen. Voor MYRRHA is een combinatie van Thorium/Uranium en bestaande afval een oplossing zonder resulterende trans-Uranische afval.
Myrrha documentaire van National Geographic:
De belangrijkste realasitie van het SCK is dat men duidelijk kan stellen dat het nucleaire afvalprobleem niet meer bestaat. Het wordt nog wel gebruikt door bepaalde politici om blinde emotie aan te wakkeren, maar wetenschappelijk bestaan er duidelijke oplossingen voor de nucleaire afvalproblematiek.
EEN COMPROMIS TUSSEN SCHAALVOORDEEL EN SERIE GROOTTE
Een kleine centrale, die op een zeer grote schaal wordt gemaakt, heeft een grote serie productie voordeel. Het voordeel van een iets grotere centrale is dan weer dan de dagelijkse operatie en onderhoud een voordeel zal hebben. Het zou ideaal zijn te kijken naar de werkelijke kost per electrische Mega Watt vermogen.
Dit werd in de onderstaande figuur gedaan (door het IAEA), ze vergeleken de verschillende kost-berekeningen aangeleverd door alle verschillende bestaande ontwerpen :
Uit de figuur is eveneens af te leiden dat er geen schaalvoordeel meer is bij grotere centrales, maar er zijn wel nog belangrijke voordelen te halen uit serie-productie. Momenteel is het zo dat er een consensus ontstaan is tussen de verschillende spelers over de kost van de totale investering. Dit blijkt rond de 4500 Euro per KW vermogen of rond de 5500 Dollar per KW vermogen. De figuur geeft de “levilized cost of electricity” weer.
Wat de figuur niet kan afbeelden is dat aan de linkerkant het spontaan, aan de omgevingslucht, afkoelen bij een calamiteit mogelijk blijft. Zodra men meer naar de hogere vermogens gaat zijn zeer veel bijkomende noodkoelingen nodig. Het uitvallen van al deze noodkoelingen is nu net wat het Fukushima ongeval veroorzaakte. De nucleaire industrie moet in staat zijn deze les te aanvaarden en zich aan te passen naar kleinere modules.
HINKLEY POINT: HOE HET WELLICHT NIET MOET.
Onze Brexit buren hebben een nieuwe methode bedacht om een gigantische electriciteits-project te financieren. Hinkley point power station heeft een geprojecteerde capaciteit van 3200 MWelectrisch. Omdat de financiering zulk een groot probleem bleek besliste de Britse regering om een “contract for difference” aan te bieden aan de toekomstige uitbaters van de centrale. Er is beslist om een toekomstig tarief te garanderen van +- 100 Euro per MWh (90 GBP). Volgens gangbare Angelsaksische principes wordt dit nooit ingeschreven als een subsidie op het constructiejaar. Omgerekend naar een levensduur van 40 jaar, voor een kerncentrale, wordt dit 3200 * 24 (uur per dag) * 360 (draaidagen per jaar) * 40 (jaar) * 100 (prijs) = 110 Miljard Euro. Aan een prijs per KW vermogen wordt dit 34 560 Euro, een kost die vroeg of laat wordt gedragen door de consument, als het niet is onder de vorm van een hogere elektriciteit kost dan zullen de aangegane overheidsverbintenissen wel voor een hogere belasting zorgen.
Nota: Let wel dat dit inclusief werkingskosten is, maar 100 Euro blijft een hoge prijs, vooral dan omdat tot voor kort 50 Euro per MWh een gangbare tarief waren op de Benelux markt, zolang de kerncentrales open bleven. In het Mankala land Finland is de prijs zelfs zo laag als 40 Euro per MWh.
Van Hinkley point wordt nu reeds voorspeld dat het grote infrastructuur project gebukt gaat onder een budget overschrijding. Dit is eigen aan grote projecten, het project bleek dan ook zo groot dat een mastodont zoals Engie niet bereid bleek om de kost alleen te dragen, een Chinese partner kwam ter hulp. Een herhaling van vele kleine projecten de ene na de andere is hier veel beter tegen bestand.
Echt streven naar energie onafhankelijk kan men dit niet noemen. De Amerikaanse “General American Accounting Practices” lieten het toe aan Enron kosten naar een later boekingsjaar te verboeken en opbrengsten iets eerder te innen. De kans dat er met Hinkley Point een soortgelijke boekhoudkundige spitsvondigheid werd neergezet is zeer groot.
BESLUIT HOOFSTUK
Het zou een vergissing zijn om blindelings voor een of andere partij te kiezen bij het selecteren van de leverancier van de ICO-capaciteit. In principe is het zelfs mogelijk om meer dan één leverancier te kiezen en steeds opnieuw te hoppen naar de goedkoopste. Dit is een echte race tot de bodem. De ICO moet zo opgezet zijn dat de race tot de bodem een rechtstreeks voordeel geeft aan de originele investeerders. Als de prijs voor capaciteit daalt, dan stijgt de waarde van het totale.
Het blijkt wel zo te zijn dat Canada een duidelijke ambitie heeft om de ganse maak-industrie van de nieuwe kleine nucleaire centrales naar zich toe te trekken, en dit op een vrij ambitieuze opportunistische manier.
De Canadese licentie-procedure is een fantastische opportuniteit om internationale erkenning te bekomen en een moeilijk verzekerbaar product duidelijk verzekerbaar te maken. Eens verzekerbaar wordt onderzoek vertaald naar een commodity-product.