آینده انرژی هسته ای در ایالات متحده

انرژی یکی از مهم ترین منابع برای بشر در قرن بیست و یکم است و برق رایج ترین شکل انرژی است.[1] منابع عمده تولید برق در ایالات متحده شامل گاز طبیعی، شکافت هسته ای، خورشیدی و باد است، اما محدود به آنها نیست. زغال سنگ منبع اصلی انرژی بوده است تا زمانی که مقامات انتقال منطقه ای (RTOs) یا مدیران بازار انرژی در ایالات متحده به دلیل قوانین سختگیرانه زیست محیطی به دلیل انتشار دی اکسید کربن، متان، اکسیدهای نیتروژن و غیره، به تدریج زغال سنگ را به عنوان سوخت حذف کردند. آلاینده ها تأثیر منفی سوخت‌های فسیلی و افزایش منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشیدی، بادی و سوخت‌های زیستی در دهه گذشته به سرفصل اخبار تبدیل شده است، در حالی که انرژی هسته‌ای به نوعی از شکاف‌های بحث عمومی عبور کرده است. به درستی، ترسی در ارتباط با کلمه “هسته ای” وجود دارد، اما راکتورهای هسته ای برای چندین دهه بی سر و صدا یک پنجم شبکه برق ایالات متحده را تامین می کنند. لازم به ذکر است که در سه دهه گذشته تنها دو راکتور آب خنک کننده نسل 3 به شبکه ایالات متحده اضافه شده است.[2] و هیچ برنامه ای برای اضافه کردن تعداد بیشتری از آنها در آینده وجود ندارد. در حال حاضر، تنها 20 درصد برق ایالات متحده از شکافت هسته ای تأمین می شود، در حالی که برق فرانسه حدود 70 درصد است و سایر کشورها به سرعت در حال حرکت به سمت انرژی هسته ای هستند. این مقاله سعی خواهد کرد تا حدودی بر اقتصاد تولید انرژی شکافت هسته ای در ایالات متحده و چگونگی تغییر آن در آینده بازارهای انرژی و نوآوری روشن کند.

اقتصاد انرژی هسته ای

به دلیل در دسترس بودن آن، گاز طبیعی در سال 2016 از زغال سنگ پیشی گرفت و به ارزان ترین سوخت برای تولید برق تبدیل شد و در حال حاضر بزرگترین منبع انرژی در ایالات متحده است. بسته به ماهیت سوخت، برخی از منابع انرژی ممکن است به عنوان منابع “بار پایه” (منابعی که می توانند در هر زمان برق تولید کنند و به عنوان یک منبع ثابت عمل می کنند) واجد شرایط باشند.[3]، مانند گاز طبیعی و انرژی هسته ای، در حالی که منابع دیگر مانند خورشید و باد در بهترین حالت منابع “منقطع” مانند خورشید و باد هستند، زیرا دومی قابل اعتماد نیستند. به عنوان مثال، انرژی خورشیدی بهترین امید ما در یک روز ابری نخواهد بود. هم گاز طبیعی و هم شکافت هسته ای منابع اصلی انرژی بار پایه در اینجا در ایالات متحده هستند، اما دومی در شکل فعلی خود از نظر اقتصادی ناپایدار است.[4] هدف این مقاله بررسی هزینه‌های تخمینی، زمان‌بندی‌ها و مزایا و معایب انرژی هسته‌ای و چگونگی تأثیر این عوامل بر آینده آن در اقتصاد انرژی ایالات متحده است.

در حال حاضر هزینه ساخت نیروگاه هسته ای حدود پنج برابر نیروگاه گاز طبیعی است، اما هزینه سوخت اولی 6 تا 7 برابر ارزان تر از گاز طبیعی است. زمان ساخت نیروگاه هسته ای را می توان حدود 5 سال تخمین زد، در حالی که برای گاز طبیعی 2 سال است. شرکت‌های خدمات شهری اجازه ندارند برای یک نیروگاه قبل از تولید برق از مشتریان هزینه دریافت کنند. بنابراین، یک نیروگاه هسته ای زمانی که تولید برق را 5 سال پس از تاسیس خود شروع می کند، در مقایسه با همتای گاز طبیعی خود که 2 سال پس از آن شروع به تولید برق می کند، با کسری نقدی بسیار بیشتری مواجه است. این منجر به سوددهی یک کارخانه شکافت پس از تقریباً 11 سال می شود، در حالی که برای کارخانه گاز طبیعی حدود 5 سال است. با این حال، در دراز مدت (20 تا 30 سال)، نیروگاه های هسته ای به طور قابل توجهی بیشتر از همتایان گاز طبیعی خود درآمد دارند. هزینه‌های عملیاتی نیروگاه‌های هسته‌ای که کمتر از همزادهای گاز طبیعی آنهاست، حتی سودآوری انرژی هسته‌ای را تسریع می‌کند. با این حال، این تأخیر در سودآوری انرژی هسته ای، سیاستمداران و صنعت گران را از ساخت آنها منصرف می کند. شرم از سلاح های هسته ای و فاجعه رآکتور چرنوبیل/فوکوشیما[5] منجر به سیاست‌هایی (مانند مالیات‌های بالا) شده‌اند که از ساخت راکتورهای شکافت جدید جلوگیری می‌کنند و از نظر سیاسی نامحبوب می‌شوند. دولت سیاست هایی را برای تنظیم بازارهای انرژی ایجاد کرد تا از بقای انرژی هسته ای حمایت کند، که در حال حاضر یک منبع انرژی از نظر اقتصادی نامطلوب است. همه این عوامل نشان دهنده بازار نامطلوب انرژی هسته ای زمانی است که قیمت کلی انرژی پایین است. با این حال، تهاجم روسیه به اوکراین به جهان نشان داد که زنجیره تامین چقدر می تواند مخاطره آمیز باشد (به ویژه برای گاز طبیعی، زیرا روسیه تامین کننده اصلی است)، بنابراین انرژی هسته ای را به بحث عمومی بازگرداند. و هزینه تغییر آب و هوا برای جامعه ناشی از گازهای گلخانه ای طبیعی باید باعث شود ایالات متحده سیاست خود در مورد انرژی هسته ای را مورد ارزیابی مجدد قرار دهد.

آیا راهی برای حفظ تولید انرژی هسته ای ایالات متحده وجود دارد؟

چندین موضوع زیربنای استفاده از انرژی هسته ای است، مانند مدیریت زباله های هسته ای و خطر گسترش سلاح های هسته ای. با این حال، یافتن راه‌حل‌هایی برای این مشکلات به نفع جهان است که به نیروگاه‌های هسته‌ای اجازه می‌دهد روی آب بمانند. چندین شرکت مانند NuScale، TerraPower و Westinghouse در حال حاضر در حال توسعه راکتورهای هسته ای مدولار با ظرفیت تولید چند صد مگاوات هستند (مگاوات برق، توان خروجی تولید شده توسط یک نیروگاه است). این راکتورهای کوچک مدولار (SMR) چندین مزیت کلیدی دارند:

• آنها وعده تولید در یک محیط کارخانه و ارسال/تنظیم مستقیم به سایت را دارند و صدها میلیون دلار در هزینه های ساخت سایت صرفه جویی می کنند.
• آنها زمان کمتری برای تولید می‌برند، که به معنای بهره کمتری برای وام‌ها است، بنابراین هزینه‌های کلی که در طول زمان از مشتری دریافت می‌شود کاهش می‌یابد.
• آنها حدود یک سوم توان یک واحد راکتور معمولی نسل 3 را تولید می کنند، اما اندازه کوچک آنها نصب آنها را در مکان های جغرافیایی که قبلاً برای پروژه های هسته ای در مقیاس بزرگ غیرقابل دسترس بود، آسان می کند.

(تصویر: آزمایشگاه ملی آیداهو)

راکتورهای مدولار کوچک (SMR) می توانند جهش بعدی در انرژی هسته ای باشند

علاوه بر نکاتی که در بالا ذکر شد، جنبه ماژولار SMR ها امکان خرید از پیش مونتاژ شده از کارخانه ها و نصب مستقیم در محل را فراهم می کند که باعث صرفه جویی در زمان (معادل پول در این مورد) و هزینه های ساخت می شود.

به دلیل مقرون به صرفه بودن این فناوری، می‌توان انتظار داشت که راکتورهای شکافت مدولار جدید به شبکه اضافه شود و در نتیجه سهم آن از ظرفیت هسته انرژی پاک ایالات متحده افزایش یابد. مقررات دولتی انرژی هسته ای هنوز عمدتاً در مورد کنترل بازار و همچنین پروتکل های ایمنی سختگیرانه در مورد عملیات و دفع زباله است. SMR ها پتانسیل رقابت اقتصادی با گاز طبیعی یا سایر منابع انرژی تجدیدپذیر را دارند. این بدان معناست که انرژی هسته ای تحت SMR برای تضمین بقای خود نیازی به کمک دولت (برای تنظیم بازارهای انرژی) نخواهد داشت. با این حال، مقررات مربوط به دفع زباله های هسته ای و ایمنی هسته ای نیاز به بازنگری های قابل توجهی دارد. این به این دلیل است که SMR ها می توانند با غنی سازی بسیار کمتر انرژی تولید کنند ²³⁵سوخت U، در نتیجه تولید زباله های هسته ای بسیار کمتر مضر است. این مزایا مقررات اعمال شده توسط کمیسیون تنظیم مقررات هسته ای ایالات متحده (NRC) در مورد ایمنی و دفع زباله های هسته ای را ساده می کند. این فناوری جدید پاسخی به دفع کارآمد زباله های هسته ای نمی دهد و تلاش ها و سرمایه گذاری های تحقیقاتی جداگانه ای در این راستا هنوز مورد نیاز است.

سیاست هسته‌ای به شدت به ویژگی‌های علمی منحصربه‌فرد و اقتصادی که در نتیجه این ویژگی‌ها پدیدار می‌شود، وابسته است. این امر گاهی حتی بیشتر از منابع انرژی گازهای گلخانه ای بحث برانگیزتر می کند. بنابراین، این مقاله ممکن است برای به دست آوردن درک درستی از جایگاه ما در بحث انرژی هسته ای و آینده آن مفید باشد. اکثر شرکت های نوآوری SMR در ایالات متحده مستقر هستند، اما همچنین دارای تنظیمات صنعتی در خارج از کشور هستند، مانند NuScale در لهستان. اگرچه این ماده بر مقررات بین‌المللی هسته‌ای تأثیر نمی‌گذارد، اما نیاز به بازنگری کامل دارد، زیرا نیاز به تولید گسترده انرژی هسته‌ای باید بر ترس از سلاح‌های هسته‌ای که تنها از طریق همکاری‌های بین‌المللی قابل‌توجه است، غلبه کند. بنابراین، علم و سیاست شکافت هسته ای گسترده و گسترده است و برای پایداری زندگی ما به تلاش بیشتر و بیشتر انسان نیاز دارد.

[1] “جعبه حقیقت: قطع برق بیش از 500000 نفر را در ایالات متحده به دلیل طوفان تحت تاثیر قرار می دهد | رویترز

[2] پاور، «واحدهای هسته‌ای 3 و 4 گام‌های مهمی به سوی عملیات برمی‌دارند».

[3] “توان پایه – آموزش انرژی.”

[4] فراتر از بین المللی هسته ای، “انرژی هسته ای بسیار گران و غیر ضروری است.”

[5] کونوپلف، “فوکوشیما و چرنوبیل”.