SMR การหวนกลับมาของนิวเคลียร์ ตอนที่ 1 : กลับมาเพราะอะไร

ดร.ภิญโญ มีชำนะ

Microsoft ได้เข้าไปซื้อโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ TMI-Unit 1 บนเกาะ Three Mile Island ซึ่งได้ปิดดำเนินการในปี 2019 นำมาปัดฝุ่นใหม่ ที่มาภาพ : https://www.world-nuclear-news.org/articles/constellation-to-restart-three-mile-island-unit-powering-microsoft

ข่าวในช่วงไม่กี่สัปดาห์ที่ผ่านมามีข่าวใหญ่วงการพลังงานโลก ว่ายักษ์ใหญ่ด้านเทคโนโลยี 3 เจ้าใหญ่ของโลกคือ Microsoft, Google และ Amazon Web Services กำลังจะหวนกลับไปใช้พลังานนิวเคลียร์ที่ปลอดคาร์บอน เพื่อผลิตไฟฟ้าป้อนศูนย์ข้อมูลของแต่ละบริษัท ที่จะมีการใช้พลังงานเพิ่มขึ้นอย่างมหาศาล เนื่องจากมีการใช้งาน AI จาก ChatGPT, Google Gemini, MidJourney และอื่นๆ เพิ่มมากขึ้นทั้งจากทางด้านธุรกิจ การพาณิชย์ การศึกษา ฯลฯ อย่างไม่เคยปรากฏมาก่อน

ล่าสุด Microsoft ได้เข้าไปซื้อโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ TMI-Unit 1 บนเกาะ Three Mile Island ซึ่งได้ปิดดำเนินการในปี 2019 นำมาปัดฝุ่นใหม่ [1]

ส่วน Google ได้เซ็นสัญญาจะซื้อพลังงานจาก SMR ของ Kairos Power เพื่อผลิตไฟ้านิวเคลียร์ที่บริษัทต้องใช้ไฟฟ้าเพิ่มอย่างมหาศาล เพื่อใช้ในศูนย์ข้อมูล AI โดยคาดว่า SMR เครื่องแรกจะสามารถผลิตไฟฟ้าได้ปลายทศวรรษนี้ [2]

ในขณะเดียวกัน Amazon Web Services หรือ AWS มีแผนที่จะขยายธุรกิจไปสู่เทคโนโลยี generative AI ซึ่งต้องใช้พลังงานเยอะมาก โดย AWS จะลงทุนกว่า 500 ล้านเหรียญสหรัฐ เพื่อสร้าง SMR ในรัฐ Virginia และ Washington 3 โครงการ [3]

ทั้งนี้ การลงทุนทั้งหมดของยักษ์ใหญ่ด้านเทคโนโลยีทั้ง 3 บริษัท มีเป้าหมายที่จะบรรลุการปล่อยคาร์บอนสุทธิเป็นศูนย์ภายในปี 2050

หลายท่านคงจะได้ยินโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ หรือ SMR มาบ้างแล้วไม่มากก็น้อย และคงอยากมีความรู้เพิ่มมากขึ้น

นิยามของ small modular reactor หรือ SMR คือเตาปฏิกรณ์ที่มีกำลังการผลิตที่น้อยกว่า 300 MWe โดยออกแบบให้เป็นโมดูลที่ผลิตมาจากโรงงาน และนำไปประกอบติดตั้งในพื้นที่ได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ได้เปรียบคือต้นทุนการผลิตต่อชิ้นต่ำ ใช้เวลาในการก่อสร้างชิ้นงานสั้นลง ความซับซ้อนของระบบน้อยกว่า จึงใช้เวลาในการก่อสร้างและติดตั้งเครื่องจักรน้อยกว่า เงินลงทุนต่ำกว่า ความปลอดภัยในการดำเนินงานดีกว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดใหญ่ สามารถนำไปประยุกต์ในภาคอุตสาหกรรมได้ง่าย เช่น การผลิตน้ำจืดขนาดใหญ่ และการผลิตก๊าซไฮโดรเจนได้ [4]

เป็นที่ทราบกันดีว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดใหญ่มักมีข้อจำกัดอยู่มาก นักฟิสิกส์และวิศวกรนิวเคลียร์จึง “คิดมุมกลับ“ โดยออกแบบเตาปฏิกรณ์ให้เล็กลงจนมีขนาดไม่เกิน 300 MWe จึงเป็นที่มาของ SMR ซึ่งปัจจุบันได้มีกาาพัฒนาให้เล็กจนมีขนาดที่เรียกว่า micro modular reactor ซึ่งจะได้อธิบายต่อไป การลดขนาดเตาปฏิกรณ์มีข้อดี [5] ดังนี้

ความจริงแล้ว SMR ได้มีการสร้างและติดตั้งในอุปกรณ์ทางการทหารมามากกว่า 50 ปี เช่น นำไปติดตั้งในเรือดำน้ำนิวเคลียร์ เรือบรรทุกเครื่องบินนิวเคลียร์ เครื่องผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์ภาคสนาม เป็นต้น

อย่างไรก็ตาม หลังเกิดอุบัติเหตุนิวเคลียร์ขนาดใหญ่ 3 เหตุการณ์ ได้แก่ ครั่งที่ 1 ที่ Three Mile Island สหรัฐอเมริกา ในปี 1979 ครั้งที่ 2 ที่เชอร์โนบิล ยูเครน ในปี 1986 และครั้งที่ 3 ที่ฟุคุชิมะ ญี่ปุ่น ในปี 2011 ซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญให้การพัฒนาเทคโนโลยีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ รวมถึง SMR โดยเฉพาะในซีกโลกตะวันตกต้องหยุดชะงักไป เนื่องจากมีความกังวลต่ออันตรายที่จะเกิดขึ้น

แต่แล้วจู่ๆ ทำไมวันนี้กลับมีข่าวใหญ่ระดับโลก ว่าจะมีการหวนกลัวนำเอาเทคโนโลยีนิวเคลียร์โดยเฉพาะ SMR กลับมาพัฒนาอีก

ผู้เขียนได้ติดตามการเปลี่ยนแปลงพลังงานโลกมาโดยตลอดเชื่อว่า มีเหตุผลสำคัญที่โลกจะพลิกมาพัฒนานิวเคลียร์เพิ่มมากขึ้น เนื่องจาก

1. ผลจากสงครามรัสเซีย-ยูเครนนานกว่า 2 ปีที่ผ่านมาเกิดความเดือดร้อนด้านพลังงานในหลายประเทศ ที่ต้องพึ่งพาการนำเช้าพลังงานฟอสซิลจากต่างประเทศ ที่มีราคาพุ่งสูงขึ้นเป็นประวัติการณ์ แต่ละประเทศต่างก็ตระหนักว่า การที่ต้องนำเข้าพลังงานมากเกินไปจะเป็นภัยต่อความมั่นคงของประเทศ การพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ภายในประเทศของตนเอง จะเพิ่มความมั่นคงและยั่งยืนให้กับประเทศ

2. ขณะนี้โลกกำลังเปลี่ยนผ่านเข้าสู่ digital transformation ซึ่งจะมีการเพิ่มการิใช้ไฟฟ้าใศูย์ข้อมูล, AI, หุ่นยนต์ และกิจกรรมที่เกี่ยวข้องอย่างมากมายมหาศาล โดยพลังงานหมุนเวียนจากสายลมแสงแดดไม่อาจผลิตไฟฟ้าได้อย่างมีเสถียรภาพ และทันกับความต้องการของไฟฟ้าที่เปลี่ยนไป

3.โลกต้องการพลังงานที่ปราศจากคาร์บอน มีราคาถูก มีเสถียรภาพและยั่งยืน ที่ที่สำคัญไม่ก่อปัญหาโลกรวน

ปัญหาทั้ง 3 จึงเป็นที่มาของคำตอบที่ว่า “ทำไมโลกจึงหวนกลับมาหานิวเคลียร์”

ที่ผ่านมาหลังเหตุการณ์ฟุคุชิมะ ดูเหมือนว่าประเทศซีกโลกตะวันตกจะทิ้งการพัฒนาโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ แม้จะทราบดีว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้นมีราคาถูกและไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจก แต่ทว่า ความกลัวอุบัติเหตุจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของประชาชน ทำให้ประเทศซีกโลกตะวันตกต้องหันไปพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนจากลมและแดดแทน

อย่างไรก็ตาม ยิ่งพัฒนาพลังงานหมุนเวียนดังกล่าว กลับพบว่าความไม่มีเสถียรภาพจากพลังงานหมุนเวียนเหล่านั้นเพิ่มมากขึ้น และไม่อาจแก้ปัญหาได้อย่างง่ายดายดังที่คาดหวังไว้ เพราะยิ่งแก้ปัญหาเทคนิคเพื่อเพิ่มความมีเสถียรภาพพลังงานหมุนเวียนเหล่านั้นกลับพบว่า ราคาที่จะต้องจ่ายทำให้ค่าไฟฟ้ารวมกลับแพงขึ้น ดังที่ได้เกิดขึ้นมาแล้วกับหลายๆ ประเทศทั่วโลก

ขณะที่ซีกโลกตะวันตกพะว้าพะวังกับการพัฒนาเทคโนโลยี SMR แต่กลับมีแค่ 2 ประเทศ คือ จีนกับรัสเซีย ที่มุ่งมั่นจะสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ SMR ออกมาใช้ในเชิงพาณิชย์ให้ได้ และที่ประสบความสำเร็จอย่างแท้จริงก็เป็น SMR จาก 2 ประเทศนี้นี่เอง

ในปี 2019 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ลอยน้ำของรัสเซียชื่อ Akademik Lomonosov ที่ใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าและความร้อนในรูป cogeneration (35 MWe/150MWt) ได้เดินทางไปให้พลังงานไฟฟ้าแก่แท่นขุดเจาะน้ำมันนอกชายฝั่ง ในน่านน้ำของรัสเซียบริเวณมหาสมุทรอาร์กติก นอกจากนั้นแล้ว จะมีการใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ SMR ลอยน้ำนี้ไปให้พลังงานแก่โรงแยกเกลือออกจากน้ำทะเลเพื่อผลิตน้ำจืดด้วย เรือนี้จะช่วยให้พลังงานไฟฟ้าแก่พื้นที่อันห่างไกล และหนึ่งในเป้าหมายก็คือการป้อนพลังงานแก่กลุ่มเหมืองแร่ Chuen-Billibin เมือง Chukotka ซึ่งมีเหมืองทองคำรวมอยู่ด้วย [6] เรือได้เริ่มจ่ายไฟฟ้าในวันที่ 22 พฤษภาคม 2021 [7] และเพิ่งมีการเปลี่ยนเชื้อเพลิงครั้งแรก (first refuel) เมื่อปลายปี 2023 นี้เอง [8]

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ลอยน้ำของรัสเซียชื่อ Akademik Lomonosovที่มาภาพ : https://en.wikipedia.org/wiki/Akademik_Lomonosov

ในขณะที่จีนนั้นมีความก้าวหน้าที่สำคัญ กล่าวคือ จีนได้มีการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์ SMR ขนาด 200 MW ที่ Shidao Bay ในมณฑล Shandong ซึ่งดำเนินการโดย China Huaneng Group Co. ซึ่งมีความโดดเด่นในฐานะเครื่องปฏิกรณ์แบบ high-temperature gas-cooled reactor (HTGR) เครื่องแรกของโลก ที่เข้าสู่การดำเนินการในเชิงพาณิชย์เต็มรูปแบบ [9]

เครื่องปฏิกรณ์นี้หรือที่รู้จักในชื่อ HTR-PM เริ่มจ่ายไฟฟ้าเข้าสู่ระบบในเดือนธันวาคม 2021 ซึ่งนับว่าเป็นความสำเร็จสำคัญทางด้านเทคโนโลยีนิวเคลียร์ของจีน โดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการสาธิตเพื่อแสดงศักยภาพของเทคโนโลยีนิวเคลียร์ของจีน โดยมันมีคุณสมบัติที่โดดเด่น ดังนี้

1. เครื่องปฏิกรณ์เป็นแบบ pebble-bed HTGR ซึ่งใช้ฮีเลียมเป็นสารหล่อเย็น และใช้ลูกทรงกลมแกรไฟต์บรรจุเชื้อเพลิง นับว่าเป็นการออกแบบที่มีความปลอดภัยมากขึ้น เนื่องจากสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้โดยไม่เสี่ยงต่อการละลายของแกนปฏิกรณ์

2. เครื่องปฏิกรณ์ทั้ง 2 หน่วยที่ Shidao Bay มีความจุ 200MWt ต่อหน่วย สามารถผลิตไฟฟ้าประมาณ 100 MWe ต่อหน่วย รวมทั้งหมด 200 MWe ซึ่งพลังงานที่ผลิตได้สามารป้อนให้ครัวเรือนหลายแสนหลัง

3. การออกแบบ HTGR ช่วยให้เครื่องปฏิกรณ์สามารถทำงานที่อุณภูมิสูงกว่าปกติ สามารถเพิ่มประสิทธิภาพความร้อน ทำให้ปลอดภัยต่อการหลอมละลาย เนื่องจากเชื้อเพลิงทนความร้อนได้สูง เพราะต้องทำงานที่อุณหภูมิประมาณ 750 องศาเซลเซียส ทำให้มันเหมาะสมทั้งสำหรับการผลิตไฟฟ้าและสำหรับอุตสาหกรรม เช่น การผลิตไฮโดรเจนในอนาคต

4. โครงการนี้นับว่าเป็นก้าวสำคัญในโปรแกรมพลังงานนิวเคลียร์ของจีน โดยเทคโนโลยี HTGR ที่พัฒนานี้มีศักยภาพนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ สามารถขยายขนาดได้ และคาดว่าจะนำไปสู่การใช้งานในอนาคตทั้งที่ในจีนและทั่วโลก ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของการลดการปลดปล่อยคาร์บอนของจีนและของโลก

ความสำเร็จนี้จะเป็นส่วนหนึ่งของความมุ่งมั่นของจีน ในการขยายขีดความสามารถด้านพลังงานด้านเชื้อเพลิง ที่จะสามารถลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลได้
(อ่านตอนต่อไป)