Kosten

In zijn memoires citeert Alvin Weinberg, directeur van Oak Ridge National Laboratory ten tijde van het Molten Salt Reactor Experiment, uit zijn ‘State of the Lab’-toespraak uit 1964. “…uiterste voorzichtigheid is geboden wanneer men spreekt van onbeproefde reactoren”.
De woorden van Weinberg zijn ook van toepassing op het onderwerp van de kosten van de stroom die wordt geproduceerd door toekomstige thorium-MSR’s. Simpel gezegd, beweringen over de kosten van MSR zijn op dit moment onvermijdelijk speculatief.
Niettemin zijn enkele uitspraken over de kostenbandbreedte van MSR’s het vermelden waard. Sommige hiervan zijn historisch, zoals de opmerking die Alvin Weinberg maakt, een paar regels na de verwijzing naar zijn toespraak uit 1964: “Ik had persoonlijk geconcludeerd dat het commerciële succes van kernenergie zou moeten wachten op de ontwikkeling van de fokker” (in zijn memoires, gebruikt Weinberg het woord ‘fokker’ wanneer hij verwijst naar thorium MSR’s).

Herbert MacPherson, die destijds de leiding had over het Molten Salt Reactor Experiment, is nog specifieker in zijn kostenraming. In 1970 werd MSR geschat op 1% van de kapitaalkosten in vergelijking met de LWR. De kosten van bewerkingsgereedschappen, onderhoud op afstand van radioactieve primaire systemen en ontmanteling waren op dat moment echter nog onzeker (MacPherson, 1985), (Weinberg, 1994). De MIT-studie “The Future of Nuclear Power” schat de kapitaalkosten voor kolencentrales op $ 2,30 per watt en kernenergie op $ 4,00 per watt.

De bovenstaande cijfers zijn de kapitaalkosten voor LWR’s. Een belangrijke reden voor de hogere kosten van LWR’s ligt in de bouw van de kerncentrale. Er zijn redenen om aan te nemen dat de bouwkosten van op thorium MSR gebaseerde energiecentrales lager zullen zijn. Een verschil is dat LWR-ontwerpen een grote koepel van gewapend beton nodig hebben die is geconstrueerd om een mogelijke stoomexplosie op te vangen in het geval van een drukbreuk. Bovendien staat het primaire systeem onder druk en is het falen van het primaire systeem een ernstig veiligheidsongeval, waardoor de primaire stalen componenten overgedimensioneerd en geconstrueerd en getest zijn volgens de hoogste beschikbare kwaliteitsnormen. Een thorium-MSR werkt bij atmosferische druk. Het bevat geen oververhit water onder druk en heeft daarom deze grote koepel niet nodig. Voor een thorium-MSR is een meer nauwsluitende structuur voldoende. Een concept is een ondergrondse faciliteit van gehard beton met een betonnen deksel op grondniveau om het te beschermen tegen vliegtuiginslagen en andere mogelijke vormen van aanval.

Een groot deel van de radioactieve afscherming in LWR-systemen wordt bereikt door water in het primaire systeem en rond het reactordrukvat. In een MSR zal alle afscherming van het primaire systeem hoogstwaarschijnlijk worden gerealiseerd door zwaar en dik beton om met name gammastraling op acceptabele niveaus te brengen. Het beton is er vooral voor afscherming, het heeft geen drukhoudende functie en daardoor zijn de kwaliteitseisen bescheidener, maar zal er behoorlijk wat nodig zijn. In een lichtwaterreactor vormen de brandstofkosten een groot deel van de bedrijfskosten, maar ze hebben nauwelijks invloed op de elektriciteitsprijs, die wordt bepaald door kapitaalkosten, en infrastructuurverbeteringen die worden afgedwongen door steeds veranderende regelgeving.

Andere factoren die relevant zijn voor het kostenprofiel zijn dat een thorium-MSR zonder dure noodkoelvloeistofinjectiesystemen kan, lagere brandstofkosten (natuurlijk thorium in plaats van verrijkt uranium, geen fabricage van brandstofelementen), eenvoudigere brandstofbehandeling (vloeibare brandstof, geen periodieke shutdowns die nodig zijn om vaste brandstofelementen te vervangen), kleinere componenten en een veel hogere energie-efficiëntie.

Een andere factor die relevant is voor de kosten per kWh is dat thorium-MSR’s naar verwachting met een hogere efficiëntie zullen presteren, vanwege hun hogere bedrijfstemperatuur tot 700 °C. Hogere temperaturen zijn gunstig voor de omzetting van thermische naar elektrische energie, wat leidt tot omzettingsrendementen van 45%-50% in plaats van de 33% die typisch is voor kolen- en traditionele kerncentrales. Door de hoge temperatuur kan overtollige warmte ook worden gebruikt voor het aandrijven van andere industriële processen, zoals waterstofproductie en ontzilting.

Aan de andere kant wordt verwacht dat een goed ontworpen thorium MSR een eenheid bevat die inline reiniging van het zoutmengsel zal uitvoeren, een functie die nog moet worden ontwikkeld en die de kosten zal verhogen.

Er is gesuggereerd dat het op basis van de grootte en het ontwerp haalbaar zou kunnen zijn om 100 megawatt thorium-MSR-fabrieken te produceren voor ongeveer $ 200 miljoen per stuk, vergelijkbaar met de manier waarop Boeing grote vliegtuigen in fabrieken produceert, wat neer zou komen op $ 2,00 per watt, lager dan de kapitaalkosten van een kolencentrale.

Twee van de huidige start-ups die MSR Technology ontwikkelen, Terrestrial Energy en Thorcon Power, beweren dat hun businesscase aantoont dat hun op gesmolten zout gebaseerde energiesystemen energie goedkoper kunnen produceren dan steenkool. Zoals hierboven vermeld, is het onmogelijk om dergelijke beweringen te bevestigen of te verwerpen als het om onbeproefde reactoren gaat. Men zou kunnen stellen dat een MSR-prototype van 1965-1969 met succes heeft gewerkt, wat inderdaad het geval was, maar de huidige vergunningsprocedure heeft nog niet plaatsgevonden.

Maar sommige auteurs beweren dat de bouwkosten slechts een bescheiden deel verklaren van de kapitaalkosten die nodig zijn voor kernenergie: een aanzienlijk deel van de kapitaalkosten voor kerncentrales tot de verplichte licentiekosten.
Een andere reden voor de hoge bouwkosten is dat de meeste bestaande kerncentrales een eigen ontwerp hebben. Dit voorkomt niet alleen kostenbesparingen op basis van standaardontwerpen, het is ook een enorme aanjager van licentiekosten.
Een van de bovengenoemde bedrijven heeft een kostenfilosofie die niet specifiek is voor een ontwerp. Deze filosofie stelt in feite dat kosten iets zijn dat vanaf het begin moet worden ontworpen. Deze filosofie is relevant voor elke poging om een energietechnologie te ontwikkelen die kostenconcurrerend wil zijn. Hun benadering van het omgaan met de hoge licentiekosten van gesmoltenzoutreactoren is om in feite een enkel ontwerp in licentie te geven en zich vervolgens aan dat ontwerp te houden. Dit is vergelijkbaar met een autorijbewijs: de vergunning wordt verleend aan een type. Eenmaal in productie hoeven de autoriteiten alleen te controleren of een specifieke auto zich aan het ontwerp houdt.

Gestandaardiseerde, modulaire ontwerpen zullen cruciaal zijn voor de ontwikkeling van kostenconcurrerende kernreactoren, ongeacht de gebruikte technologie. Dit is relevant voor de licentiekosten, maar ook voor de implementatietijden. Massa geproduceerde thorium-MSR’s zouden zelfs de componenten voor stroomopwekking in bestaande centrales voor fossiele brandstoffen kunnen vervangen, door te integreren met de bestaande elektrische distributie-infrastructuur, wat ook grote hoeveelheden geld zou besparen (Deutch, et al., 2009, p. 6), (Juhasz , et al., 2009, blz. 4), (Hargraves & Moir, 2010, blz. 310).
De uitdaging zal echter zijn om voorbij de initiële kosten te komen. Dit omvat niet alleen het ontwerpen en bouwen van de eerste thorium-MSR, maar ook het opzetten van een goed licentiekader, dat grotendeels ontwerpspecifiek zal zijn, en waarvoor de start van de thoriumbrandstofcyclus vereist is.