Waarom Amerika kernenergie heeft opgegeven (en wat we kunnen leren van Zuid-Korea)

Maak je klaar voor een aanval van stock art voor koeltorens.

Maak je klaar voor een aanval van stock art voor koeltorens.

(Shutterstock)

Er is een eenvoudig, overtuigend argument dat de wereld veel meer kerncentrales zou moeten bouwen. We hebben enorme hoeveelheden koolstofvrije energie nodig om de opwarming van de aarde tegen te gaan. Zijn helemaal niet duidelijk dat hernieuwbare energie het werk alleen kan doen. En nucleair is een bewezen technologie die al voorziet in: 11 procent van elektriciteit wereldwijd.

Dus wat is de vangst? De kosten zijn een grote. Meer dan veiligheids- of afvalkwesties, zijn kosten de achilleshiel van nucleair. Hedendaagse reactoren zijn schrikbarend duur geworden om te bouwen en gaan voor $ 5 miljard tot $ 10 miljard per pop. Erger nog, het prijskaartje lijkt te zijn stijgende lijn op veel plaatsen. In de jaren zestig waren nieuwe reactoren in de VS een van de goedkopere energiebronnen die er zijn. Twee decennia later, na een reeks misstappen, waren die kosten verzesvoudigd - een belangrijke reden waarom we stopten met het bouwen van fabrieken.



Sindsdien discussiëren experts over de vraag of de kosten van kernenergie al dan niet een intrinsieke fout zijn die de technologie zal vernietigen. Nucleaire sceptici, zoals Joe Romm, stellen dat stijgende kosten een onvermijdelijk neveneffect zijn van het bouwen van massieve constructies van beton en staal die lagen stralingsbeveiliging nodig hebben.

Maar er is ook een optimistisch verhaal voor nucleair - en ik denk dat het de moeite waard is om naar te luisteren. EEN recente krant in het journaal Energiebeleid door Jessica Lovering, Arthur Yip en Ted Nordhaus van het Breakthrough Institute keken naar de bouwkosten van honderden reactoren die tussen 1960 en 2010 in de VS, Frankrijk, Canada, Japan, Duitsland, India en Zuid-Korea zijn gebouwd. genuanceerd verhaal.

De bouwkosten van kerncentrales in de VS liepen uit de hand, vooral na de kernsmelting van Three Mile Island in 1979. Maar dit was niet universeel. Landen als Frankrijk, Japan en Canada hielden de kosten in deze periode redelijk stabiel. En Zuid-Korea zorgde zelfs voor nucleaire kosten omlaag , met een snelheid die vergelijkbaar is met wat je ziet voor zonne-energie. Het bestuderen van deze landen kan lessen opleveren over hoe kernenergie goedkoper kan worden gemaakt - zodat het over de hele wereld een nuttige bron voor schone energie kan worden.

'Het belangrijkste dat we ontdekten, is dat er niets intrinsieks is aan nucleair dat leidt tot kostenescalaties', vertelde Lovering me. 'Het hangt af van welk beleid er is, van de marktdynamiek. Je krijgt heel verschillende gevallen in verschillende landen.'

Dus hier is een blik op waar de Amerikaanse nucleaire industrie misging - en hoe Frankrijk en (vooral) Zuid-Korea die ongelukken vermeden.

Hoe de nucleaire kosten in de VS stegen - en waarom het niet onvermijdelijk was?

Te rijk voor mijn bloed.

(Shutterstock)

Voordat we in het Amerikaanse verhaal duiken, een opmerking over cijfers. De Energiebeleid papier richt zich op 'overnight construction costs' voor elektriciteitscentrales. Dit is de prijs van onderdelen, arbeid, techniek en grond. Het omvat geen brandstof-, exploitatie-, onderhouds- of financieringskosten, maar het is het dominante onderdeel van de levensduurkosten. En het is uitgedrukt in dollars per kilowatt, dus we kunnen planten van verschillende groottes vergelijken.

Voor de context: de MER berekent nachtelijke bouwkosten voor nieuwe Amerikaanse elektriciteitscentrales die in 2014 zijn besteld. Geavanceerde kernreactoren kosten naar schatting $ 5.366 voor elke kilowatt aan capaciteit. Dat betekent dat een grote reactor van 1 gigawatt ongeveer $ 5,4 miljard zou kosten om te bouwen, exclusief financieringskosten. Een nieuw windpark kost daarentegen slechts $ 1.980 per kilowatt. Een nieuwe gascentrale kost slechts $ 912 per kilowatt, of een vijfde zoveel. (Dit is geen perfecte vergelijking, aangezien reactoren vaker op hun capaciteit draaien dan windparken of gascentrales. Maar zelfs als je aanpassen voor capaciteitsfactoren , die bouwkosten maken nucleair niet-concurrerend. Hoge initiële kosten kunnen investeerders ook afschrikken.)

Dus hoe is kernenergie zo duur geworden?

Het verhaal begint in de jaren vijftig, toen de Atoomenergie Commissie steunde de eerste golf van commerciële reactoren. Zoals met elke ontluikende technologie waren vroege demonstratieprojecten prijzig. Maar binnen tien jaar ontdekten bedrijven hoe ze grotere reactoren konden bouwen, schaalvoordelen konden benutten en de prijs konden verlagen.

TOT doorbraak kwam in 1963 met GE's contract om een ​​goedkope lichtwaterreactor te bouwen in Oyster Creek, New Jersey. Tegen het einde van de jaren zestig waren de nachtelijke bouwkosten voor nieuwe reactoren gedaald tot $ 600 tot $ 900/kW in de dollars van vandaag - goedkoper dan moderne gascentrales. Atoomenergie was op rolletjes.

Maar toen... werd het rommelig. Nu nutsbedrijven meer reactoren bestelden, toeleveringsketens voor onderdelen en geschoolde arbeidskrachten raakte gestrest , waardoor vertragingen en kostenstijgingen ontstaan. Ondertussen vonden zowel de industrie als de milieuactivisten: nieuwe veiligheidsproblemen omgaan met. Vroege kernkoelsystemen hadden gebreken en vereisten upgrades. De reactoren van Californië hadden noodplannen voor aardbevingen nodig. De meeste van deze veranderingen, zegt Lovering, waren uiteindelijk goede dingen - ze maakten de reactoren veiliger.

Maar het proces verliep willekeurig. Regels en eisen veranderden soms halverwege de bouw. Dat betekende vertraging. En vertragingen zijn verlammend voor elk groot, arbeidsintensief project. Werknemers en apparatuur die inactief zijn, kunnen leiden tot enorme budgetoverschrijdingen. Tegen het begin van de jaren zeventig waren de bouwkosten voor kernenergie gestegen tot $ 1.800 tot $ 2.500/kW in de huidige dollars - ongeveer de kosten van moderne windparken.

Er volgden nog meer ellende. In zijn 1971 Calvert Cliffs beslissing , heeft het DC Circuit Court de nucleaire regelgevers bevolen hun regels te wijzigen om te voldoen aan de National Environmental Policy Act. Dat opende de deur voor burgerrechtszaken om in te grijpen in het vergunnings- en bouwproces, wat soms tot verdere vertragingen leidde.

Toen kreeg nucleair een dodelijke slag na de veel gepubliceerde (maar niet-fatale) kernsmelting op Three Mile Island in 1979. Elke reactor die op dat moment nog in aanbouw was - 51 in totaal - kreeg plotseling te maken met grote vertragingen in de regelgeving, veranderingen in veiligheidsprocedures en nieuwe back-fit-eisen. De bouwtijd verdubbelde en strekte zich uit over de afgelopen 10 jaar. De kosten stegen de pan uit, meer dan $ 7.000/kW voor sommige reactoren:

( Lovering et al 2016 )

Daarna was kernenergie in de Verenigde Staten op sterven na dood. Nutsbedrijven, afgeschrikt door stijgende kosten en stagnerende vraag naar elektriciteit, annuleerden meer dan 120 reactororders. de golf van deregulering van nutsvoorzieningen begon in de jaren 70 een hekel aan grote, dure planten. Tussen 1978 en 2013 begon geen enkele nieuwe reactor met de bouw. ​​In plaats daarvan domineerden steenkool en aardgas het net - en de CO2-uitstoot steeg.

Tegenwoordig levert kernenergie slechts een vijfde van Amerika's elektriciteit, en er zijn momenteel slechts vijf reactoren in aanbouw. Omdat de industrie in wezen opnieuw begint, zijn deze nieuwe reactoren behoorlijk prijzig.

Dat is de geschiedenis van de capsule. Zoals je je kunt voorstellen, kibbelen mensen over de details. Industriegroepen geven de schuld aan overijverige milieuactivisten. Tegenstanders stellen dat de reactoren inherent onveilig waren en dat kostenoverschrijdingen een natuurlijk gevolg waren. andere analisten hoogtepunt problemen in projectmanagement.

Wat echter opvalt, is dat andere landen heel andere ervaringen hadden met nucleair — zij niet gedaan zie altijd dezelfde catastrofale kostenescalaties. Dus wat deden ze anders?

Frankrijk, Canada en Japan hebben de kosten beter laag kunnen houden

Frankrijk begon in de jaren zestig een grote impuls te geven aan kernenergie, te beginnen met gasgekoelde reactoren en drukwaterreactorontwerpen uit de VS en later, in de jaren zeventig, met de ontwikkeling van zijn eigen PWR-ontwerpen.

Zoals Lovering, Yip en Nordhaus laten zien, bleven de nachtelijke bouwkosten gedurende deze periode relatief stabiel en schommelden ze rond de € 1.400/kW ($ 1.500/kW). Nucleair bleef uitbreiden totdat het meer dan 75 procent van de Franse elektriciteit leverde:

( Liefhebben, et al 2016 )

Hoe heeft Frankrijk dit voor elkaar gekregen? Het hielp dat het land slechts één nutsbedrijf (EDF) en één bouwer (Areva) had die nauw samenwerkten. Ze kozen voor een paar standaardreactorontwerpen en bouwden die steeds opnieuw, waarbij ze vaak meerdere reactoren op één locatie zetten. Dat stelde hen in staat om hun processen te standaardiseren en beter te worden in het vinden van efficiëntie. Canada en Japan hielden de kosten relatief stabiel met vergelijkbare tactieken.

Vergelijk dit met de VS, waar onze elektriciteitssector is opgesplitst in tientallen verschillende nutsbedrijven en staatstoezichthouders. Als gevolg hiervan moesten Amerikaanse nucleaire leveranciers tientallen variaties op de lichtwaterreactor ontwikkelen om een ​​verscheidenheid aan klanten tevreden te stellen. Dat dreef de kosten op.

Het regelgevingsproces van Frankrijk was ook minder vijandig dan Amerika's - en, ten goede of ten kwade, staat juridische tussenkomst door externe groepen niet toe zodra de bouw van start gaat. Na de ramp in Tsjernobyl in de Sovjet-Unie in 1986 heeft de regering de veiligheidsregels aangepast, wat tot enige vertraging heeft geleid. Maar de kosten schoten niet omhoog zoals in de VS na Three Mile Island.

Om eerlijk te zijn, Frankrijk niet helemaal het kostenprobleem opgelost. Areva's nieuwste generatie massieve EPR-reactoren zijn onlangs geplaagd door vertragingen en budgetoverschrijdingen in Frankrijk , Finland , en Brittannië . En enkele Franse politici zijn nu aan het bellen voor een gedeeltelijke verschuiving weg van nucleair. Meer over die EPD's hieronder.

Zuid-Korea heeft zelfs de kosten verlaagd

Maar het meest interessante verhaal is Zuid-Korea, waar de nucleaire kosten sinds de jaren zeventig sterk zijn gedaald:

( Lovering et al 2016 )

Zuid-Korea had het voordeel dat het niet helemaal opnieuw begon. Het land importeerde in de jaren zeventig beproefde Amerikaanse, Franse en Canadese ontwerpen en leerde van de ervaringen van andere landen voordat het in 1989 zijn eigen binnenlandse reactoren ontwikkelde. Het ontwikkelde stabiele regelgeving, had één enkel nutsbedrijf dat toezicht hield op de bouw en bouwde reactoren in paren op afzonderlijke locaties .

De resultaten waren opmerkelijk: de nachtelijke bouwkosten daalden tussen 1971 en 2008 met 50 procent, aangezien Zuid-Korea in totaal 28 reactoren bouwde.

In feite is de Energiebeleid op papier is de daling van de Zuid-Koreaanse kernenergiekosten vergelijkbaar met de daling van de zonne-energiekosten in Duitsland in dezelfde periode. (Hoewel zonne-energie heeft) bewaard goedkoper geworden na 2008.) Analisten hebben zich verwonderd over hoe de kosten van zonnepanelen dalen naarmate bedrijven beter worden in het vervaardigen ervan - een proces dat bekend staat als 'leren door te doen.' De ervaring van Zuid-Korea suggereert dat soortgelijke reducties mogelijk zijn voor kernenergie.

Vier brede lessen om kernenergie goedkoper te maken

Wat als we vertragingen tot een minimum beperken.

(Shutterstock)

Op dit moment zijn er een heleboel bedrijven werken aan geavanceerde reactorontwerpen die, zo hopen ze, op een dag veel veiliger en goedkoper kunnen blijken dan de reactoren van weleer. Sommige ontwerpen bevatten bijvoorbeeld: passieve koelsystemen om bij een ongeval automatisch oververhitting te voorkomen. Dit vermindert niet alleen het risico op kernsmelting, maar het elimineert ook de noodzaak van dure insluitings- en back-upsystemen.

vroege schattingen voorstellen deze futuristische reactoren zouden aanvankelijk rond de $ 2.000 tot $ 3.000/kW kunnen kosten om te bouwen — goedkoper dan de huidige Amerikaanse reactoren, maar nog steeds niet in staat om te concurreren met gas of steenkool. De hoop is dat het leren door te doen zal beginnen en de kosten in de loop van de tijd kunnen dalen.

Het valt nog te bezien of een van deze ontwerpen uitpakt en wordt goedgekeurd door regelgevers. (De traagheid van het licentieproces van de Amerikaanse overheid) kan een groot obstakel zijn hier.) Maar als ze dat doen, volgen hier een paar lessen om de nucleaire kosten te verlagen - in plaats van ze weer uit de hand te laten lopen:

1) Stabiele regelgeving is essentieel om kernenergie te laten gedijen. Kernreactoren zullen altijd veiligheids- en milieuvoorschriften nodig hebben. De sleutel, zegt Lovering, is ervoor te zorgen dat deze voorschriftenzijn voorspelbaar. Een regel die reactoren dwingt om de temperatuur van hun waterafvoer te beperken, kan worden aangepakt. Maar een vereiste die halverwege de bouw verandert, kan verwoestend zijn. Voorspelbaarheid was een belangrijk verschil tussen de VS en plaatsen als Frankrijk of Zuid-Korea.

2) Standaardisatie van ontwerp helpt. Een andere les uit landen als Frankrijk en Zuid-Korea is dat standaardisatie van onschatbare waarde is. Als een bedrijf dezelfde reactor steeds opnieuw kan bouwen onder consistente omstandigheden, is de kans groter dat er wordt geleerd door te doen.

In sommige landen is dat makkelijker dan in andere. Zuid-Korea heeft één staatsbedrijf dat verantwoordelijk is voor alle projecten. Frankrijk liet EDF en Areva samenwerken. Daarentegen maakt de gebalkaniseerde Amerikaanse elektriciteitsmarkt het veel, veel moeilijker om samen te smelten rond één ontwerp en standaard.

Dit kan echter een goed voorteken zijn voor China, dat een grote nucleaire poging is begonnen om af te stappen van steenkool. Het land heeft zich gericht op een standaard reactorontwerp, de CPR-1000 , en probeert een groot aantal op te bouwen, in de hoop uiteindelijk naar het buitenland te exporteren. Als de nucleaire industrie wereldwijd wil opschalen, merkt Lovering op, moet ze misschien samensmelten rond slechts een paar bedrijven en ontwerpen, zoals de huidige commerciële vliegtuigindustrie zich heeft gecentraliseerd rond Boeing en Airbus.

3) Bouw meerdere reactoren op dezelfde locatie. Frankrijk, Japan, Canada en Zuid-Korea bouwden vaak ergens tussen de twee en acht reactoren op één centrale locatie. Dat leidde tot grote efficiëntiewinsten: er werd bespaard op locatiegerelateerde kosten (zoals evacuatieplannen), het is gemakkelijker om gespecialiseerde apparatuur en werknemers te krijgen en u kunt controlekamers consolideren.

In de VS hebben we daarentegen veel energiecentrales gebouwd met slechts een of twee reactoren - nog een inefficiëntie. Het is opmerkelijk dat de vijf nieuwe Amerikaanse reactoren die momenteel in aanbouw zijn, allemaal plaatsvinden op bestaande fabrieksterreinen.

4) Kleinere reactoren zijn misschien de beste keuze. In de jaren zestig dachten Amerikaanse nucleaire leveranciers dat het bouwen van steeds grotere reactoren de beste manier was om schaalvoordelen te creëren en kosten te besparen. Tegenwoordig lijkt dit minder haalbaar. Bij grotere bouwprojecten is het lastiger om vooraf financiering rond te krijgen, en de kosten escaleren sneller als er vertragingen optreden.

Areva, de Franse fabrikant, lijkt dit op de harde manier te leren door te proberen een nieuwe golf gigantische 1,6-gigawatt EPR-reactoren te bouwen in Frankrijk, Finland en Groot-Brittannië. Dit zijn de eerste reactoren in hun soort, dus je zou wat haperingen verwachten. Maar de enorme omvang en complexiteit van deze projecten heeft geleid tot meerjarige vertragingen en miljardenoverschrijdingen .

Dat verklaart waarom sommige bedrijven zich nu richten op bouwen kleinere modulaire reactoren — 300 megawatt of minder. Idealiter zou je onderdelen voor deze kleinere reactoren in fabrieken in massa kunnen produceren en ze per spoor kunnen verschepen, waardoor je meer kunt leren door te doen in de productie. Kleinere reactoren moeten ook gemakkelijker te financieren zijn; een nutsbedrijf zou er een kunnen bestellen en vervolgens geleidelijk kunnen opschalen.

Eén bedrijf, NuScale Power heeft ontwikkeld een lichtwaterreactor van 40 MW die momenteel wordt voorgelegd aan de Amerikaanse Nuclear Regulatory Commission voor ontwerpcertificering. De hoop is om er een in gebruik te hebben tegen 2024 . We zullen zien.

Kan kernenergie zijn kostenproblemen overwinnen?

Het is moeilijk te zeggen wat de toekomst in petto heeft. Kernenergie is sterk in verval geraakt wereldwijd sinds de jaren 1970, en het lijkt alsof de media elke drie jaar een nucleaire 'renaissance' hypen die nooit uitkomt:

( Internationaal Energie Agentschap )

De kosten verlagen zou zeker helpen, maar dat is ook niet de enige tegenwind van de sector. Kernenergie blijft in sommige landen zeer onpopulair. Duitsland zijn reactoren uitfaseert tegen 2022, en er is hevig verzet in Japan tegen het herstarten van reactoren die na Fukushima zijn stilgelegd. Bovendien zijn er netelige problemen zoals: hoe radioactief afval te verwijderen? en hoe oude planten te ontmantelen? .

Dus... het is moeilijk te voorspellen. In theorie is nucleair in staat om betrouwbare, koolstofvrije energie te leveren tegen een redelijke prijs. Wie weet in de praktijk? Er is voldoende reden om sceptisch te zijn.

Dat gezegd hebbende, is er ook een dubbele standaard in de manier waarop sommige klimaathaviken praten over nucleair versus hoe ze praten over hernieuwbare energiebronnen.

als de Energiebeleid papieren notities, in de jaren 2000, steeg de prijs van het bouwen van windturbines met 10 procent per jaar in de Verenigde Staten - het soort angstaanjagende kostenescalatie die nu in sommige landen nucleair achtervolgt. Maar analisten beweerden niet dat windenergie gedoemd was te mislukken en zou moeten worden opgegeven. In plaats daarvan probeerden ze te begrijpen waarom de kosten waren gestegen en wat er kon worden gedaan om dat terug te draaien. En die inspanning wierp zijn vruchten af: de windkosten dalen nu fors.

Soortgelijke werkzaamheden moeten worden voortgezet voor nucleair. Geavanceerde reactoren komen misschien nooit uit. Het zou kunnen dat een netwerk dat alleen uit hernieuwbare bronnen bestaat, de juiste keuze is. Maar dat weten we nog niet. En het koolstofarm maken van de wereldeconomie is een veel te groot probleem om op dit moment oplossingen uit te sluiten. veel milieuactivisten roep om een mobilisatie in de stijl van de Tweede Wereldoorlog om klimaatverandering te bestrijden. In zo'n situatie is het vreemd om kieskeurig te zijn over je wapens.

Verder lezen:

-- Alan Nogee schreef a slimme, waardevolle kritiek van dit stuk op Twitter nadat het omhoog ging. hij is sceptisch de les in Zuid-Korea is netjes van toepassing op de VS, gezien het voordeel van Zuid-Korea op loon en arbeidsproductiviteit . ('Vergelijk met verspreide arbeidskrachten op het platteland waar Amerikaanse kernwapens zouden worden gebouwd,' zei hij notities , '[met] veel minder ervaring.')

Nogee ook betoogt (zoals ik deed) dat de gebalkaniseerde structuur: van het Amerikaanse elektriciteitsnet zorgt voor nucleaire standaardisatie veel moeilijker . Uiteindelijk denkt hij enkele van de lessen hier kan van toepassing zijn op China; en zelfs om kleine modulaire reactoren — maar niet om grotere reactoren in de VS te bouwen. Zijn punten zijn allemaal het lezen waard.

-- Het Internationaal Energieagentschap een enorm rapport uitbrengen in 2015 over beleidsstappen die nodig zijn om kernenergie breder in te zetten en de kosten te verlagen. En Jessica Lovering schreef in 2014 een rapport voor Breakthrough getiteld 'Hoe maak je nucleair goedkoop.'

de leeuwenkoning (film uit 2019)

-- Josh Freed schreef: een diepgaand stuk voor de Brookings Institution over bedrijven die werken aan de volgende generatie kernreactoren. Hij waarschuwt dat de huidige regels rond licenties innovatie kunnen verstikken, hoewel er manieren zijn om dat op te lossen.

-- Ten slotte moet ik opmerken dat de Energiebeleid papier door Lovering et al. is niet de enige die de geschiedenis van kostenescalatie in de VS of Frankrijk beschrijft (hoewel het de eerste is die Canada, Japan, Zuid-Korea, enz. als vergelijkingspunt opneemt).

Voor andere perspectieven, zie deze krant uit 2007 door Koomey en Hultman en deze krant uit 2015 door Escobar-Rangel en Lévêque, die pessimistischer zijn over de Amerikaanse en Franse ervaringen. Een ander papier uit 2013 door Koomey en Hultman is sceptisch dat Three Mile Island de belangrijkste reden was waarom de Amerikaanse nucleaire kosten escaleerden. Lovering en haar co-auteurs leggen in detail uit waarom ze het niet eens zijn, maar die artikelen zijn het lezen waard.