Rolls-Royce's SMR heeft 10,000 keer minder land nodig dan windenergie, bewijst 'ijzeren wet van machtsdichtheid'

Vorige maand zei Rolls-Royce dat het verwacht tegen 2024 goedkeuring te krijgen van de Britse regering voor zijn kleine modulaire reactor van 470 megawatt. en dat het in 2029 zal beginnen met het produceren van stroom op het Britse elektriciteitsnet.

Zal dat gebeuren? De tijd zal het leren. Veel nucleaire projecten en startups zijn voorbij de geplande ingebruiknamedatum. Maar de aankondiging van Rolls-Royce is om twee redenen belangrijk. Ten eerste voegt het meer geloofwaardigheid toe aan het idee dat er feitelijk een mondiale nucleaire renaissance aan de gang is. Ten tweede laat het nieuwe reactorontwerp van Rolls-Royce van 470 megawatt zien dat kernenergie vanwege de onovertroffen vermogensdichtheid de enige manier waarop we op grote schaal elektriciteit kunnen produceren en tegelijkertijd de natuurlijke omgeving kunnen behouden en de uitstoot van broeikasgassen kunnen verminderen.

Waarom? De energiedichtheid van de kerncentrales die Rolls-Royce wil bouwen zal 10,000 keer minder land nodig hebben dan een windenergieproject en ongeveer 1,000 keer minder land dan wat nodig zal zijn voor een zonne-energieproject. Vanwege hun verbazingwekkend hoge energiedichtheid zullen de nieuwe kerncentrales veel minder hulpbronnen nodig hebben, zoals land, staal, neodymium, koper en beton, wat bewijst wat ik de ijzeren wet van de machtsdichtheid heb genoemd. Daarover straks meer.

Als je natuurkunde op de middelbare school hebt overgeslagen (dat deed ik), begrijp je misschien niet waarom vermogensdichtheid ertoe doet. Geen probleem. Hier is een snelle inleiding. Energie (gemeten in joules of Btu) is het vermogen om arbeid te verrichten. Vermogen (gemeten in watt of paardenkracht) is de snelheid waarmee het werk wordt gedaan. Het gaat ons niet om energie. Wat wij willen is macht. Het maakt ons niet noodzakelijkerwijs uit welke vorm van energie (olie, zon, steenkool of gas) wordt gebruikt om onze auto te verplaatsen, onze televisie aan te zetten of onze filet mignon te koken; het maakt ons alleen uit dat we de energie hebben die we nodig hebben om ons werk gedaan. En het gevolg daarvan is ook waar: hoe meer kracht we hebben (rekenkracht, verwarmingsvermogen, aandrijfkracht, kookkracht), hoe meer werk we kunnen doen.

Vermogensdichtheid is de maatstaf voor de energiestroom die kan worden benut vanuit een bepaald gebied, volume of massa. Dat wil zeggen, hoeveel watt we per vierkante meter, liter of kilogram kunnen krijgen. En dat leidt terug naar de IJzeren Wet van Machtsdichtheid. Ik heb het Iron Law-concept geleend van de auteur en professor aan de Universiteit van Colorado Roger Pielke Jr., die de IJzeren Wet van het Klimaat bedacht, waarin staat dat politici en besluitvormers, wanneer ze gedwongen worden te kiezen tussen economische groei en klimaatactie, altijd voor economische groei zullen kiezen.

De ijzeren wet van machtsdichtheid is een neef van Pielke's edict. Er staat: hoe lager de vermogensdichtheid, hoe hoger de hulpbronnenintensiteit. Als je vertrouwt op een bron met een lage energiedichtheid, zoals maïsethanol (0.1 watt per vierkante meter) of windenergie (1 watt per vierkante meter), moet je die schamele energiestroom tegengaan met grote input van andere hulpbronnen. Voor ethanol betekent dat het gebruik van veel land, kunstmest en dieselbrandstof om voldoende maïs te verbouwen om betekenisvolle hoeveelheden vloeibare brandstof te produceren. Vorig jaar meldde Dave Merrill, een topverslaggever en data-analist bij Bloomberg, dat “Twee derde van de totale energievoetafdruk van Amerika is gewijd aan...maïs geteeld voor ethanol. Er is meer land voor nodig dan alle andere energiebronnen samen.” Merrill stelde vast dat biobrandstoffen (voornamelijk maïsethanol) ongeveer 80,000 vierkante kilometer verbruiken, een gebied groter dan de staat Nebraska.

Windenergie heeft hetzelfde probleem als ethanol. Om betekenisvolle hoeveelheden elektriciteit te produceren, vereisen windprojecten enorme stukken land en duizelingwekkende hoeveelheden staal, beton, koper en zeldzame aardmetalen. Deze eisen inzake landgebruik zijn een van de belangrijkste redenen waarom windenergie in het hele land op zulke felle weerstand stuit. Zoals ik laat zien in de Renewable Rejection Database, zo'n 331 gemeenschappen in het hele land hebben sinds 2013 windenergieprojecten afgewezen of beperkt. De meest recente afwijzing vond plaats op 5 mei in Crawford County, Ohio, waar een windproject werd afgewezen dat was voorgesteld door Apex Clean Energy, een bedrijf dat felle tegenstand had gezien tegen zijn projecten, waaronder de inmiddels overleden Lighthouse Wind-project in New York dat zo'n 20,000 hectare zou bestrijken.

Zoals ik in mijn nieuwste boek uitleg, Een kwestie van macht: elektriciteit en de rijkdom van naties, en in de grafiek hierboven betekent de lage vermogensdichtheid van windenergie dat om met windturbines alleen aan de bestaande Amerikaanse elektriciteitsvraag te voldoen een landoppervlak nodig is dat twee keer zo groot is als Californië. Dat is een absurde hoeveelheid grondgebied, vooral gezien het feit dat het bijna onmogelijk is om windenergie op te bouwen in Californië.

Hoe zit het met zonne-energie? Het heeft een hogere vermogensdichtheid dan ethanol of wind – ongeveer 10 watt per vierkante meter – maar het vereist ook veel materiaal, waaronder polysilicium, staal en koper. Er is ook veel land voor nodig, vandaar Talloze gemeenschappen in het hele land wijzen Big Solar af.

Nu terug naar Rolls-Royce. De SMR van 470 megawatt van het bedrijf zal ongeveer 2.3 miljard dollar kosten en zal een terrein van ongeveer 10 hectare vereisen. Dat betekent dat de nieuwe energiecentrale een vermogensdichtheid zal hebben van ruim 10,000 watt per vierkante meter. Hier is de berekening: 470,000,000 watt gedeeld door 40,489 vierkante meter = 11,608 watt per vierkante meter. Als we uitgaan van een capaciteitsfactor van 90% (wat betekent dat de centrale 90% van de tijd op vol vermogen zal werken), komt dat neer op 10,447 watt per vierkante meter. Voor alle duidelijkheid: dat is een zeer hoog aantal. Zoals ik in de tweede grafiek direct hierboven laat zien, bedroeg de vermogensdichtheid van het onlangs gesloten Indian Point Energy Center in Buchanan ongeveer 2,000 watt per vierkante meter.

Rod Adams, een vooraanstaand kernenergieanalist en uitgever van Atoominzichten en gastheer van de Atomic Show-podcast, is optimistisch over de Rolls-Royce-reactor. Hij zei dat het bedrijf het geld en de steun van de overheid heeft die het mogelijk moeten maken om te slagen en de nieuwe SMR te bouwen. “Het is een technisch geavanceerd bedrijf met tientallen jaren ervaring in het bouwen van complexe machines, waaronder vliegtuigmotoren en kerncentrales voor onderzeeërs”, vertelde hij me donderdag.

Nog een positief signaal: de Britse premier Boris Johnson geeft Nuclear een dikke knuffel. Eerder deze maand zei hij tijdens een bezoek aan de Engelse kerncentrale Hartlepool dat kernenergie “absoluut cruciaal is om ons af te wenden van fossiele brandstoffen, waaronder Russische olie en gas.” Hij zei ook dat Groot-Brittannië veel reactoren zal bouwen. “In plaats van elk decennium een ​​nieuwe te bouwen, gaan we er elk jaar één bouwen, waardoor huizen worden voorzien van schone, veilige en betrouwbare energie.”

Zeker, Boris zegt veel dingen. En ja, we hebben al eerder gehoord over het herstel in de mondiale nucleaire sector. Maar deze keer kan het in feite anders zijn. Verschillende factoren, waaronder de stijgende mondiale prijzen voor aardgas en steenkool (de benchmark van Newcastle ligt nu op ongeveer $400 per ton) en de enorme onzekerheid als gevolg van Poetins invasie in Oekraïne, geven de kernenergiesector een golf van hoop en kapitaal. Maar vergeet niet: het is niet alleen Rolls-Royce. Eerder deze maand lanceerde NuScale Power (ticker: SMR) openbaar werd gemaakt op de New York Stock Exchange. Frankrijk heeft gezegd dat het zijn nucleaire industrie zal stimuleren.

Deze ontwikkelingen zijn goed nieuws voor de natuurlijke omgeving, voor onze vogels, vleermuizen, insecten en ja, voor mensen. In plaats van de verwoestende wildgroei die gepaard gaat met wind- en zonne-energieprojecten, belooft het nieuwe nucleaire tijdperk reactoren met superhoge vermogensdichtheid te leveren die de natuur sparen en meer koolstofvrij sap naar onze elektriciteitsnetten brengen. Rolls Royce heeft niet alleen een technologie die beter is dan wind- of zonne-energie. Het heeft een technologie die 10,000 keer beter is.