Gesmolten zout kan dé grote succesfactor voor kernenergie zijn

Jason Tuinstra, via Unsplash Public Domain

In een energiemarkt met een groeiend aandeel wind- en zonnestroom is het lastig een businesscase rond te krijgen voor (nieuwe) kerncentrales. Nieuwe techniek op basis van gesmolten zout vergroot de kansen voor kernenergie.  

Dit artikel gaat niet over de Thorium MSR

De gesmoltenzoutreactor (MSR) op thorium is de running gag1 van de energiewereld, bekend als de favoriete oplossing tegen klimaatverandering voor mensen die klimaatverandering niet als een probleem beschouwen.

Toch kan gesmolten zout wel degelijk onderdeel zijn van serieus klimaatbeleid. De Amerikaanse startup TerraPower en kernreactorbouwer GE Hitachi werken samen aan een small modular reactor (SMR) met een dubbelrol2 voor gesmolten natriumzout. Het zout dient niet alleen als medium om de thermische energie van de kernsplijtingen over te brengen op een stoomturbine maar ook om energie bij hoge temperaturen tijdelijk op te slaan.


Afgekeken van zonnekrachtcentrales in woestijngebied

Het reactorconcept van TerraPower en GE Hitachi heeft een vermogen van 345 megawatt (MW) terwijl de stoomcyclus van de beoogde centrale 500 MW kan leveren. Het gesmolten zout dient als buffer. Als de elektriciteitsmarkt tijdelijk niet de volle 345 MW van de reactor vraagt, bijvoorbeeld omdat zonnepanelen ruim voldoende elektriciteit leveren, slaat een tank gesmolten zout het overschot aan thermische energie bij hoge temperaturen op.

20% extra omzet dankzij energieopslag

Als de zon ondergaat en de markt alsnog beroep doet op de kerncentrale, drijven de reactor van 345 MW en de buffer samen de stoomturbine aan. Het geheel levert dan maximaal 5,5 uur achtereen 500 MW.

De combinatie van gesmolten zout en een stoomturbine is bekend van zonnekrachtcentrales (Concentrated Solar Power, CSP) die gebruikmakend van spiegels overdag bewust meer zonne-energie oogsten dan de stoomturbine kan omzetten. Na zonsondergang leveren deze CSP-centrales nog urenlang duurzame elektriciteit. Dankzij de opslag kunnen exploitanten de energie bewaren voor de uren waarop elektriciteitsprijzen pieken.

Zowel CSP als kernenergie behoren niet tot de winnaars van de recente energiegeschiedenis maar deze combinatie van technieken zou voor kernenergie wel eens heel goed kunnen uitpakken. Jay Wileman, CEO van GE Hitachi: “We hebben het concept zo ontworpen dat exploitanten van deze centrales tot 20% extra omzet kunnen maken dankzij de energieopslag.”


Niet wachten op 2030, en zeker niet wachten op één specifieke SMR

TerraPower en GE Hitachi hebben aangeklopt bij het Amerikaanse Department of Energy (DOE) om de ontwikkeling van de Natriumreactor te financieren. Als alles volgens plan verloopt, zou het eerste exemplaar rond 2030 in bedrijf komen.

Terrapower, mede opgericht door Bill Gates, werkt al sinds 2006 aan de Traveling Wave Reactor, een totaal ander SMR-concept dat volgens de oorspronkelijke planning nu operationeel had moeten zijn. Dat de TerraPower deze nieuwe weg inslaat, is in ieder geval geen reclame voor TerraPower’s oorspronkelijke plan. Het noopt tegelijkertijd tot uiterst bescheiden enthousiasme over de kansen van de Natriumreactor.

Wereldwijd doen tientallen ontwikkelaars van andere hoopgevende Small Modular Reactors stuk voor stuk al jaren de belofte dat zij binnen een jaar of tien de energiewereld kunnen veranderen. Vooralsnog is daar helaas geen sprake van. Het is alleen al daarom zonde om het idee van thermische buffering aan slechts één SMR-startup over te laten. Dit principe is onafhankelijk van de reactortechniek van waarde. Zout smelten kan met kernreacties, zonnekracht maar ook met (overtollige) elektriciteit.


Tijd om het verdienmodel van kernenergie te herzien

Kerncentrales zijn van oudsher ontworpen voor continue levering van het maximale vermogen. Er was altijd een minimale elektriciteitsvraag (baseload) waarin de kerncentrale goedkoop kon voorzien. Als de markt meer dan de baseload vroeg, sprongen waterkrachtcentrales of gascentrales bij om samen met de stabiele kerncentrales de gehele vraag te dekken.

Met de opmars van wind- en zonneparken is het oude verdienmodel van kerncentrales stuk. Windturbines en zonnepanelen leveren onafhankelijk van de vraag. Bij gunstig weer en beperkt energieverbruik pakken wind en zon een groot deel van de baseload, tot voor kort het domein van kerncentrales. Zelfs als kerncentrales technisch in staat zijn om de output terug te regelen, doet dat economisch pijn. De intentie was tenslotte om de de maximale output continu te leveren, het hele jaar door.

Minder omzet

Terugregelen van de kernreactor als het goed waait of zonnig is, betekent voor de exploitant van de kerncentrale minder omzet.

Erger nog is dat wind en zon de elektriciteitsprijzen structureel drukken. Ook als het goed waait en de elektriciteitsvraag toch hoog genoeg is om ook de kerncentrale voluit te laten draaien, draait de exploitant van de kerncentrale minder omzet.


Energieopslag kan de redding voor kernenergie zijn

Exploitanten en fans van kerncentrales willen wind- en zonneparken graag verantwoordelijk maken voor de leveringszekerheid van elektriciteit. Als exploitanten van wind en zon verplicht kostbare accu’s moeten bijplaatsen, herstelt dat de concurrentiepositie van kerncentrales. Dat is althans de hoop. Ik vind het nogal een gok.

Tijd voor een vlucht naar voren

Lihtiumaccu’s zijn inmiddels voldoende betaalbaar om in regio’s met grote dagelijkse verschillen in de elektriciteitsprijs winst te pakken. Wind en zon snoepen zo alleen nog maar meer van de markt voor kernergie op.

Zekere levering van emissievrije elektriciteit is de kracht van kernenergie, maar kernenergie is daarvoor zeker niet de enige oplossing. Bestaansrecht voor kernenergie begint met accepteren dat de productie van wind- en zonnestroom nog sterk zal doorgroeien en dat opslag (dus) belangrijker wordt. De beste kans voor kernenergie is mee te bewegen met de trends in de markt. Accu’s opdringen aan de nieuwe concurrentie zal een strategische misser blijken. Het maakt de concurrent sterker.

Energieopslag kan juist voor kerncentrales de redding zijn. Met een bescheiden opslag, zoals de 5,5 uur die TerraPower voor ogen heeft, kan een kernreactor het hele jaar door zijn volledige vermogen kwijt én toch leveren tegen de beste marktprijzen. Borgen van leveringszekerheid is de gedroomde rol voor kerncentrales. Hoog tijd om die rol nog sterker in te vullen.


Voetnoten

1) De gesmoltenzoutreactor is een mooi concept, dat ondanks zijn wat overenthousiaste fanclub ooit wel degelijk een serieuze rol in de energiesector kan pakken. Specialisten die aan de MSR werken, en er (dus) enthousiast over zijn, schatten dat pas medio deze eeuw de eerste commerciële Thorium MSR’s in bedrijf komen. Die inschatting maakt de bijdrage van de gesmoltenzoutreactor te onzeker om in de transitie van fossiele brandstoffen naar emissievrije energie een rol te spelen. Dat neemt niet weg dat de MSR in een daaropvolgende energietransitie alsnog als winnaar uit de bus kan komen. Doorontwikkeling van het concept is alleen al daarom de moeite waard.

2) De beoogde werking van het nucleaire deel van de Natrium-reactor vond ik voor dit stuk niet relevant. Wikipedia geeft een aardige introductie voor natriumgekoelde kweekreactoren. Ga ervan uit dat het precieze reactorontwerp van Terrapower en GE Hitachi nog flink wijzigt voor het in bedrijft komt, als het überhaupt in bedrijf komt.


Imagecredit: Jason Tuinstra, via Unsplash Public Domain

Thijs ten Brinck

Dit vind je misschien ook leuk...