Paris klima-topmødet skudt i gang for to uger siden, venturekapitalister, Peter Thiel skrevet en sønderlemmende op-ed for the New York Times, begræder situationen for atomkraft i USA, kan Han nævner en stagnerende lovgivningsmæssige rammer i stand til at tilpasse sig til innovative nye reaktor design, og fortsat offentlig hysteri over sikkerhed og bortskaffelse af radioaktivt affald, som det primære syndere holdt os tilbage fra en lys atomdrevne fremtiden.
Thiel gør nogle gyldige point. Men hvad der er virkelig drab atomkraft i dette land, have-sort økonomi: i det spirende marked for energi i det 21 århundrede, nukleare kan bare ikke konkurrere — især med ultra-billige naturgas.
Det er vigtigt, fordi naturgas anlæg udleder drivhusgasser, mens kernekraftværker ikke. Det Internationale energiagentur har estimeret, at vi er nødt til at fordoble den globale nukleare kapacitet inden 2050 for at opfylde 2-graders-loftet på den globale opvarmning set som det Mellemstatslige Panel om Klimaændringer (IPCC). Andre lande er ved at optrappe — der er 437 nukleare reaktorer i drift over hele verden, og nogle af 66 reaktorer ved at blive bygget — men USA er ved at lukke flere gamle planter, end det er at bygge nye. Og vedvarende energikilder, og samtidig vokser hurtigt, vil ikke være i stand til at udfylde hullet på deres egne.
Indrømmet, der er i øjeblikket mere end 100 atomkraftværker i USA, der leverer omkring 19% af det samlede el-behov, ifølge Steven Koonin, en atomfysiker ved New York University, der har arbejdet på de AMERIKANSKE energipolitik i mange år. Men disse planter er aging ud: inden for 20-30 år, de fleste af dem vil sandsynligvis blive lukket ned, medmindre deres licenser er udvidet. Der er kun fem nye planter, der er licenseret af Nuclear Regulatory Commission (NRC), som for øjeblikket er under konstruktion — og en af dem, der er et ældre projekt, der for nylig er blevet genoplivet. Alle er langt bagud i forhold til tidsplanen og budgettet.
“Der er en masse af klima forskere taler om, hvordan vi har brug for atomkraft, eller vi kan ikke løse klimaændringerne,” sagde Greg Jaczko, en tidligere formand for NRC der er nu en konsulent, i Washington, DC. “Jeg kan høre det, og jeg tror godt, så vi aldrig kommer til at løse klimaændringerne, fordi atomkraft ikke vil gøre det. Vi er ikke gøre i dag, hvad ville nødt til at være gjort for at fastholde, at der er massive flåde af reaktorer, der i fremtiden.”
Sponsoreret
Det er Ikke Nemt at Være Grøn
Det hele kommer ned til den svimlende pris. Hver type af elproduktion er forbundet omkostninger, men at bygge et atomkraftværk i de fleste stater, virksomheder er nødt til at sætte kapital udgifter på forhånd, og absorbere, at omkostningerne for hvor lang tid det tager at afslutte byggeriet. Der er som regel fem til syv år, i gennemsnit, selvom den seneste designs har været plaget af betydelige forsinkelser og budgetoverskridelser. Og vi taler om en stor investering: mellem $8 – $10 milliarder til en enkelt stor plante.
Jaczko vurderer, at det vil koste $540 millioner til at bygge 90 nye planter i løbet af de næste 20 år — svarende til hele forsvarsministeriets budget. Selv hvis du forskudte at bygge fem nye planter hvert år, der stadig beløber sig til $30 milliarder om året — svarende til hele Department of Energy (DOE) budget. Og det er forudsat, at efterspørgslen efter energi forbliver konstant, når det er langt mere tilbøjelige til at stige.
Problemet er ikke den energikilde; uran, der er meget effektiv. Det er, hvad det tager for at udnytte den energi, sikkert og pålideligt. For eksempel, lys, vand reaktorer (LWRs), som er langt den mest almindelige design, stole på pumpes vand til at sprede varme og køle reaktoren. Men vand kan kun absorbere så meget varme. Når det bliver varmt nok, ved meget højt tryk, det har så meget energi, det kan fraktur stål og massive betonkonstruktioner. Der er derfor brug for flere tog af sikkerhedsudstyr; hvis en del mislykkes, en backup spark i.
Koonin anerkender, at anlægsomkostningerne for nukleare anlæg er stærkt foran indlæst, men han argumenterer for, at når der betydelige initiale investeringer er betalt, er der bare driftsomkostninger som brændstof, vedligeholdelse og personale til at slås med. “Det er dybest set en inde,” sagde han til Gizmodo.
Investorerne ikke ser ud til at dele hans optimisme. “Jeg taler til den slags mennesker, som finansierer disse projekter, og de er meget positiv over for teknologien, men privat vil de fortælle mig, vi ville elske at gå nukleare, men udførelsen er bare ikke været gode nok til at berettige den investering,” sagde Jaczko. “Ingen er at investere i atomkraftværker.”
Så hvordan omkring en opgradering af eksisterende anlæg i stedet? NRC er at uddele licenser udvidelser lidt efter lidt, men Jaczko, er skeptisk over, at dette vil være en holdbar løsning, da fuldt 80% af eksisterende anlæg, vil behovet for licens udvidelser for at opfylde landets behov for elektricitet. De ældste planter i særdeleshed ville kræve dyre renovering, og de ville stadig ikke være i stand til at konkurrere prismæssigt med naturgas. Avancer bare ikke er der. “Bottom line, de fleste [nukleare] planter i landet kommer til at lukke ned i to år eller deromkring,” sagde Jaczko.
Det er allerede begyndt. Entergy lukke sin Vermont Yankee-atomkraftværket i januar i år efter 42 år i drift, selvom det er licenseret til at operere indtil 2032. Virksomheden er også lukke sin Fitzpatrick plante i Oswego, New York; at anlægget forventes at miste ca. $40 millioner i 2016 alene. Også lukningen: Kewaunee facilitet i Wisconsin og Florida ‘ s Crystal River anlæg.
I det nordlige Illinois, Excelon vil sandsynligvis være at lukke sin lille enkelt reaktor anlægget, selv om NRC enige om, at genlicensere anlægget inden for de næste 20 år. Men det gjorde det så på den betingelse, at anlægget blive renoveret, hvilket kan koste så meget som $1 mia. Virksomheden kan opbygge en sprit-ny combined cycle gasfyret kraftværk med en forholdsvis overkommelig $500-$600 millioner. “Det er svært at begrunde, bliver grøn til aktionærer, når de er ved at miste penge på hver kilowatt, der bliver produceret,” sagde Robert Rosner, et plasma-fysiker på University of Chicago og medstifter af sin Energi Policy Institute.
Atomkraft har langt mere potentiale i det Sydøstlige Asien og Mellemøsten, i henhold til Rosner. På trods af ødelæggelser forårsaget af Fukushima-ulykken i Japan har slået en af sine reaktorer tilbage på, og Rosner er sikker på, flere vil følge — selv om de ældre reaktorer, som dem, der anvendes i Fukushima, vil mest sandsynligt blive pensioneret. Kina har desperat brug for et alternativ til kul-og atomkraft er deres bedste mulighed. Som for Mellemøsten, Rosner sagde, at der er fire reaktorer, som i øjeblikket er under opførelse, og planer for 18 reaktorer i Saudi-Arabien.
Men i USA, Rosner mener, at det vil tage en katastrofe af en slags, før den nuværende foruroligende tendens ændringer — og lige sådan en katastrofe kan allerede være truende for mit hjem staten Californien. Tilsyneladende tørke, skovbrande, jordskælv og forfærdelige trafik ikke er tilstrækkeligt; vi har brug for en energi krise til at starte. Staten er ved at lukke sin San Onofre-anlæg i nærheden af San Diego, en af de to store atomkraftværker i staten, og Rosner mener, at det er sandsynligt, at Diablo Canyon facilitet vil blive lukket ned, også.
Californien er at satse massivt på vedvarende energi med sin energi portefølje, men Rosner er skeptiske over for at vedvarende energi kan rette op på manglerne. Konsekvensen kan være rullende brownouts, som leverer systemet kæmper for at holde trit med forbrugernes krav. Det efterlader naturgasanlæg som en kortvarig, midlertidig løsning, som kan bygges hurtigt, er meget effektive, og økonomien til at arbejde for elselskaber. Men det vil ikke hjælpe med at reducere CO2-udledningen, så det er det modsatte af statens nuværende strategi på energiområdet. Stadig, “California måske ikke har et valg,” sagde Rosner.
Men vil vi ikke løbe tør for naturgas, så godt? “Du vil,” Rosner lo fortrydelse i stemmen. Ja, skifer reserver bliver udvundet ved fracking, vil i sidste ende være udtømt, men der er stadig masser af metan på bunden af havet. Det er en stor teknisk udfordring at bringe det til overfladen, men den Japanske, i særdeleshed, er at forfølge denne ressource med gusto.
For flere år siden, da jeg talte med eksperter i energi-samfund, der var en solid konsensus om, at selv om det endelige mål var at udfase fossile brændstoffer og skift størstedelen af elproduktionen til vedvarende energi, atomkraft ville give en afgørende foreløbige energi-kilde. Nu er det ved at ligne nukleare vil blive udfaset, og naturgas vil give kort sigt foreløbig løsning — på trods af det faktum, at dette vil hælde mere CO2 i atmosfæren.
Åh, og Californien er temmelig meget hårdt.
Et Glimt af Håb?
Det største problem med vedvarende energi fremadrettet er, hvad der er kendt som den ekspedition problem. Det eksisterende elnet systemet er aktivt forvaltet ned til den anden for at sikre, at udbuddet altid matcher efterspørgslen. Kernekraft og kul planter giver baseline magt; de er designet til at køre hele tiden. Gas-drevne planter kan hurtigt slås til og fra i forbindelse med udsving i efterspørgslen. Men vedvarende energikilder som vind og sol kan producere elektricitet, periodisk: det er ikke altid blæsende ud, og skyer kan skjule solen. Så de ikke passer godt ind i den eksisterende grid model. Bedre batteri opbevaring teknologi kan hjælpe med at løse dette problem, og General Electric, blandt andre, er stærkt investeret i dette område. Men vi har endnu ikke noget, der er i stand af den enorme skalaer, der kræves.
Der er noget, der hedder langsom lagring af energi, der virker ganske godt i nogle geografiske områder, især Europa og upstate New York, i henhold til Rosner. Pumpe vand op Hudson-Floden til et reservoir, for eksempel, når der er ikke meget efterspørgsel og elektricitet er billige. Så når efterspørgslen pigge, sende det tilbage ned gennem de samme turbiner, denne gang for at producere elektricitet. Men som navnet antyder, er det en langsom proces— det kan ikke gøre dette med den per-sekund responstid, der kræves af elnettet.
En alternativ tilgang er at bruge brint som lagringsmedium — en slags kemisk batteri. Et firma, kaldet Siemans i øjeblikket kører et eksperiment i Mainz, ved hjælp af den overskydende el fra vind og sol i løbet af bremse efterspørgslen gange til at producere hydrogen i en elektrolyse anlæg. Brint bruges til at tænde metan i ethan, og derved øge energi-værdi. Men det kan også være gemt i brændselsceller, og grid-skala brændselsceller, der allerede eksisterer.
Vi har en tendens til at knytte brændselsceller med NASA og space-missioner, men de er også af interesse for bilindustrien. I virkeligheden, Toyota for nylig opgav sin meget kapret batteridrevne biler (med Tesla, der leverer batterier), til fordel for investering i brint-tankstationer til støtte for sin nye brint-drevne Mirai bil. Ideen er at “konvertere hele din transportsektoren over på el-motorer til at drive hjulene, men med brændselsceller, snarere end batterier, der leverer elektricitet,” sagde Rosner.
Jaczko insisterer på, at vi er nødt til at se længe og hårdt på den elektriske distribution system i USA er Det i øjeblikket bygger på store kraftværker og et stort transmission infrastruktur til at sende enorme mængder af højspænding elektricitet til lokale knudepunkter, hvor det så gik ned til brug for beboere og virksomheder, og så videre.
“Det er en meget gammel model,” sagde Jaczko. “Jeg tror, vi er dømt, vil vi ikke, hvis vi ikke begynder at undersøge, distribution og transmission system.” Elnettet er aging ud sammen med resten af Amerika ‘ s smuldrende infrastruktur, der kræver billioner af dollars at opgradere løbet af de næste 20-30 år. Det kunne være en oplagt mulighed. “Hvis du er ved at designe det rigtige system fra get-go, nogle af de andre teknologier gør det mere mening,” sagde han.
Der er nogle innovative, nye reaktor design på horisonten, såsom små modulære reaktorer — en design-begunstiget af Koonin, og bliver udviklet af en start kaldet “nuscale”. Så er der TerraPower, et projekt, som Bill Gates er ved at udvikle med Kina: det bruger natrium som kølemiddel og forarmet uran som brændsel. Thiel er opbakning til et firma kaldet Transatomic Magt, der er grundlagt af to MIT ph.d. – studerende. At design kan brænde flydende uran (LWRs brænde fast uran); start hævder, at reaktoren skulle være i stand til at køre på det brugte brændsel af andre kernereaktorer, derved bekæmpe opbevaring af affald.
Men Jaczko siger nye design er mindst 10-30 år væk fra at være kommercielt levedygtige. “Det er ikke en teknologi problem, det er et ingeniør-og projektledelse problem,” sagde han. “[Nukleare] er en grundlæggende fejlbehæftet teknologi.”
Og hvad med fusion? På trods af de seneste nyheder i en eksperimenterende fusion reactor, Wendelstein 7-X (W7X), der starter op på Tyskland, Rosner — der serveres på DOE ‘ s fusionsenergi rådgivende udvalg — insisterer på, at fusion mulighed er bare ikke på tabellen lige nu. “Tanken om, at vi ville have fusion i dette århundrede, er ikke troværdig,” sagde han. “Dette er ikke et teknisk problem, det er en manglende forståelse af fysik, både magnetiske og inerti fusion.”
Den nuværende DOE budget prioriteter gøre tingene værre: tonsvis af midler, der hældes på den Internationale Termonukleare Forsøgsreaktor (ITER), men nyheden i sidste måned, at det vil tage mindst seks år længere tid at gennemføre end oprindeligt planlagt. I mellemtiden er grundlæggende forskning i fusionsenergi er i fare. MIT ‘ s world-class tokamak research program har lige fået øksen — en indikation af, at undersøge den underliggende fysik fusion power er bare ikke en høj prioritet for agenturet. I virkeligheden, føderal støtte til nuklear energi generelt styrtdykkede efter 1970’erne; Rosner anslår, at i rigtige dollars, som USA bruger mindre end halvdelen af, om nuklear, end det gjorde for 4o år siden. “Er det en overraskelse, ikke meget der sker?” sagde han.
Der er ingen nemme svar, ingen magic bullet, fordi den energi system er utrolig kompliceret. “Offentligheden er så afskærmet fra den virkelighed, af energisystemet,” sagde Koonin. “Folk er i sidste ende nødt til at forstå, at du kan have relativt billig elektricitet, du kan have emissions-fri strøm, eller du kan have atomkraftværker.”
Som for Rosner, “Der er kræfter på færde her, som er meget uforudsigelige,” sagde han. “For folk til at fortælle dig, at de tror, de ved, hvad der kommer til at ske — jeg tror det ikke. Jeg tror, vi er i for et par overraskelser.”
Billede: Nuclear power plant, San Onofre, Californien. Kredit: Julius Fekete/Shutterstock