Rolls-Royces SMR har brug for 10,000 gange mindre jord end vindenergi, beviser 'Iron Law of Power Density'

I sidste måned sagde Rolls-Royce, at de forventer at modtage regulatorisk godkendelse fra den britiske regering i 2024 for sin 470 megawatt lille modulære reaktor og at det vil begynde at producere strøm på Storbritanniens elnet i 2029.

Vil det ske? Det vil tiden vise. Mange nukleare projekter og startups er blæst forbi deres forventede ibrugtagningsdatoer. Men Rolls-Royces udmelding er vigtig af to grunde. For det første tilføjer det mere troværdighed til forestillingen om, at en global nuklear renæssance faktisk er undervejs. For det andet viser Rolls-Royces nye 470 megawatt reaktordesign, at på grund af dens uovertrufne effekttæthed er atomenergi den eneste måde, hvorpå vi kan producere elektricitet i stor skala, samtidig med at vi bevarer det naturlige miljø og reducerer drivhusgasemissionerne.

Hvorfor? Effekttætheden af ​​de atomkraftværker, Rolls-Royce planlægger at bygge, vil have brug for 10,000 gange mindre jord end et vindprojekt og omkring 1,000 gange mindre jord end hvad der kræves af et solenergiprojekt. På grund af deres forbløffende høje effekttæthed, vil de nye atomkraftværker have brug for langt færre ressourcer som jord, stål, neodym, kobber og beton, hvilket beviser, hvad jeg har kaldt jernloven om magttæthed. Mere om det om et øjeblik.

Hvis du sprang over fysik i gymnasiet (det gjorde jeg), forstår du måske ikke, hvorfor strømtæthed betyder noget. Intet problem. Her er en hurtig primer. Energi (målt i joule eller Btu) er evnen til at udføre arbejde. Effekt (målt i watt eller hestekræfter) er den hastighed, hvormed arbejdet udføres. Vi er ligeglade med energi. Det, vi ønsker, er magt. Vi er ikke nødvendigvis ligeglade med, hvilken form for energi (olie, sol, kul eller gas), der bliver brugt til at flytte vores bil, køre vores fjernsyn eller tilberede vores filet mignon, vi bekymrer os kun om, at vi har den kraft, vi skal bruge. vores arbejde udført. Og konsekvensen af ​​det er også sandt: Jo mere kraft vi har (regnekraft, varmekraft, drivkraft, kogekraft) jo mere arbejde kan vi udføre.

Effekttæthed er et mål for energiflow, der kan udnyttes fra et givet område, volumen eller masse. Det vil sige, hvor mange watt vi er i stand til at få pr. kvadratmeter, liter eller kilogram. Og det fører tilbage til jernloven om magttæthed. Jeg lånte Iron Law konceptet fra forfatter og University of Colorado professor Roger Pielke Jr., som opfandt jernloven om klima, som siger, at når de tvinges til at vælge mellem økonomisk vækst og klimaindsats, vil politikere og beslutningstagere altid vælge økonomisk vækst.

The Iron Law of Power Density er en fætter til Pielkes edikt. Den siger: jo lavere effekttæthed, jo højere ressourceintensitet. Hvis du er afhængig af en kilde med lav effekttæthed som majsethanol (0.1 watt pr. kvadratmeter) eller vindenergi (1 watt pr. kvadratmeter), skal du modvirke den sølle energistrøm med store input af andre ressourcer. For ethanol betyder det at bruge masser af jord, gødning og diesel til at dyrke nok majs til at producere meningsfulde mængder flydende brændstof. Sidste år rapporterede Dave Merrill, en topreporter og dataanalytiker hos Bloomberg, at "To tredjedele af USA's samlede energifodaftryk er afsat til ... majs dyrket til ethanol. Det kræver mere jord end alle andre strømkilder tilsammen." Merrill fastslog, at biobrændstoffer (hovedsageligt majsethanol) bruger omkring 80,000 kvadratkilometer, et område større end staten Nebraska.

Vindenergi har samme problem som ethanol. For at producere meningsfulde mængder elektricitet kræver vindprojekter enorme landområder og svimlende mængder af stål, beton, kobber og sjældne jordarter. Disse arealanvendelseskrav er en af ​​hovedårsagerne til, at vindenergi møder så hård modstand over hele landet. Som jeg viser i Renewable Rejection Database, omkring 331 samfund over hele landet har afvist eller begrænset vindprojekter siden 2013. Det seneste afslag fandt sted den 5. maj i Crawford County, Ohio, som afviste et vindprojekt foreslået af Apex Clean Energy, et firma, der havde oplevet voldsom modstand mod sine projekter, herunder de nu døde Lighthouse Wind-projekt i New York, der skulle dække omkring 20,000 acres.

Som jeg forklarer i min seneste bog, Et magtspørgsmål: Elektricitet og nationernes rigdom, og i grafikken ovenfor betyder vindenergiens lave strømtæthed, at for at imødekomme USA's eksisterende elektricitetsbehov med vindmøller alene ville det kræve et landareal dobbelt så stort som Californien. Det er en absurd mængde territorium, især i betragtning af, at det er næsten umuligt at bygge vindenergi i Californien.

Hvad med solenergi? Det har højere effekttæthed end ethanol eller vind - omkring 10 watt pr. kvadratmeter - men det kræver også masser af materialeinput, herunder polysilicium, stål og kobber. Det kræver også masser af jord, derfor talrige samfund over hele landet afviser Big Solar.

Nu tilbage til Rolls-Royce. Virksomhedens 470 megawatt SMR vil koste omkring 2.3 milliarder dollars og vil kræve et område på omkring 10 acres. Det betyder, at det nye kraftværk vil have en effekttæthed på over 10,000 watt per kvadratmeter. Her er regnestykket: 470,000,000 watt divideret med 40,489 kvadratmeter = 11,608 watt pr. kvadratmeter. Hvis vi antager en kapacitetsfaktor på 90 % (hvilket betyder, at anlægget vil fungere ved fuld effekt 90 % af tiden), vil det være 10,447 watt pr. kvadratmeter. For at være klar, er det et meget højt tal. Som jeg viser i den anden grafik direkte ovenfor, var effekttætheden af ​​det nyligt lukkede Indian Point Energy Center i Buchanan omkring 2,000 watt pr. kvadratmeter.

Rod Adams, en førende atomenergianalytiker og udgiver af Atomisk indsigt og vært for Atomic Show-podcasten, er bullish på Rolls-Royce-reaktoren. Han sagde, at virksomheden har de penge og den offentlige opbakning, der burde gøre det muligt for det at lykkes og få bygget den nye SMR. "Det er en teknisk sofistikeret virksomhed med årtiers erfaring med at bygge komplekse maskiner, herunder flymotorer og atomkraftværker til ubåde," fortalte han mig torsdag.

Et andet positivt tegn: den britiske premierminister Boris Johnson giver nuklear et stort kram. Tidligere på måneden, mens han besøgte Englands Hartlepool atomkraftværk sagde han, at atomkraft er "absolut afgørende for at vænne os fra fossile brændstoffer, herunder russisk olie og gas." Han sagde også, at Storbritannien vil bygge masser af reaktorer. "I stedet for en ny hvert årti, vil vi bygge en hvert år og forsyne hjem med ren, sikker og pålidelig energi."

Boris siger ganske vist mange ting. Og ja, vi har hørt om opsvinget i den globale atomsektor før. Men denne gang kan det faktisk være anderledes. Adskillige faktorer, herunder skyhøje globale priser på naturgas og kul (Newcastle benchmark er nu på omkring 400 dollars pr. ton), og enorm usikkerhed på grund af Putins invasion af Ukraine, giver atomenergisektoren en bølge af håb og kapital. Men husk, det er ikke kun Rolls-Royce. Tidligere på måneden, NuScale Power (ticker: SMR) blev børsnoteret på New York Stock Exchange. Frankrig har sagt, at det vil styrke sin atomindustri.

Disse udviklinger er gode nyheder for det naturlige miljø, for vores fugle, flagermus, insekter og, ja, for mennesker. I stedet for den landskabshæmmende energiudbredelse, der følger med vind- og solprojekter, lover den nye nukleare æra at levere reaktorer med superhøj effekttæthed, der skåner naturen og bringer mere kulstoffri juice til vores elnet. Rolls Royce har ikke kun en teknologi, der er bedre end vind eller sol. Den har en teknologi, der er 10,000 gange bedre.