Gigantische gaten in de grond

Aan de rand van het enorme opgravingsproject dat een voorbereidende stap is naar de bouw van Amerika's grootste kerncentrale, staat Joshua Elkins naast twee gaten die 42 hectare beslaan in de rode klei van Georgia. Elkins onderhoudt de grondverzetapparatuur die deze gaten heeft gegraven, elk zo groot als 15 voetbalvelden, 90 voet tot aan de gesteente en vervolgens nauwgezet opnieuw gevuld tot ongeveer 50 voet met grond die is getest om de stabiliteit bij een aardbeving te behouden. Om de basis te leggen voor de twee reactoren van 1100 megawatt die de Southern Company hier bouwt, zullen zijn machines de aarde contouren geven volgens specificaties die nauwkeurig worden gemeten met GPS.

Betaal vuil: De bouw is begonnen aan een paar grote kernreactoren in de Vogtle-fabriek van de Southern Company in Waynesboro, Georgia.

De laatste keer dat iemand in de Verenigde Staten opgravingen deed voor een nieuwe kernreactor, was Elkins, die in oktober 27 werd, nog niet geboren. De baanbrekende bouw van deze door Westinghouse ontworpen reactoren in de kerncentrale van Vogtle, 55 mijl ten zuiden van Augusta, Georgia, is inderdaad de eerste nieuwe nucleaire constructie sinds de jaren zeventig. (Twee bestaande reactoren in de fabriek werden in 1987 en 1989 commercieel in gebruik genomen.) Een onwaarschijnlijke coalitie van grote nutsbedrijven, beleidsmakers van de overheid en milieuactivisten die zich zorgen maakten over de opwarming van de aarde hoopte dat deze en verschillende andere grote geplande fabrieken in de Verenigde Staten de begin van een nucleaire renaissance, met tal van nieuwe reactoren die in het hele land en wereldwijd worden gebouwd.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van november 2010

• Zie de rest van het probleem
• Abonneren

En op het eerste gezicht lijken de omstandigheden eindelijk een uitbreiding van kernenergie te bevorderen. Ongeveer $ 18,5 miljard aan federale leninggaranties werd beschikbaar gesteld om maar liefst 80 procent van de kosten van de bouw van een nieuwe fabriek te dekken, en het leningprogramma kan binnenkort tientallen miljarden meer opleveren. (De nieuwe Vogtle-reactoren hebben in februari $ 8,3 miljard aan leninggaranties ontvangen van het Amerikaanse ministerie van Energie.) President Obama, leden van zijn regering en de Republikeinse leiding hebben allemaal opgeroepen tot meer gebruik van kernenergie als onderdeel van een langetermijnstrategie voor het verminderen van de Amerikaanse afhankelijkheid van fossiele brandstoffen. Ook op de kar voor kernenergie zijn zulke invloedrijke technologen als Microsoft-oprichter Bill Gates ( zie Q&A, september/oktober 2010 ) en oud-milieuactivist Stewart Brand, die hebben betoogd dat het uitbreiden van de nucleaire capaciteit essentieel is om te voldoen aan de groeiende wereldwijde vraag naar elektriciteit met koolstofvrije energiebronnen.

Maar nu is de renaissance tot stilstand gekomen, zowel in de Verenigde Staten als in veel andere delen van de wereld. Afgezien van de Vogtle-centrale, is het enige nucleaire project in de VS waaraan de bouwwerkzaamheden zijn begonnen, aan de overkant van de rivier de Savannah, in de buurt van Jenkinsville, South Carolina, waar de South Carolina Electric & Gas Company en de South Carolina Public Service Authority van plan zijn om twee reactoren toe te voegen aan de bestaande VC Summer-fabriek. Hoewel veel andere nutsbedrijven de afgelopen maanden goedkeuring hebben aangevraagd voor reactorlocaties of -projecten, zijn de meeste plannen, waaronder enkele van de meest spraakmakende voorbeelden, op obstakels gestuit. Het in Chicago gevestigde nutsbedrijf Exelon, met 17 eenheden de grootste nucleaire operator van het land, heeft zijn beslissing over de bouw van een kerncentrale met twee eenheden in Victoria County, Texas, uitgesteld. Twee andere grote nucleaire leveranciers, NRG Energy en UniStar Nuclear Energy, hebben de bouw van lang geplande fabrieken in respectievelijk Zuid-Texas en Calvert County, Maryland uitgesteld.

Download een infographics PDF-presentatie over kernenergie.

De problemen beperken zich niet tot de Verenigde Staten: projecten lopen vertraging op in veel landen die hoge verwachtingen hebben van kernenergie ( zien Nucleaire ambities ). Op het eiland Olkiluoto in Finland wordt de eerste van een nieuwe klasse reactoren gebouwd, ontworpen door de Franse energiegigant Areva. Het begon in 2005 en zou in 2009 in gebruik zijn; nu is de schatting 2013. Een tweede reactor volgens het Areva-ontwerp, die uiterst betrouwbaar moet zijn en is voorzien van vier redundante veiligheidssystemen, wordt gebouwd in Flamanville, Frankrijk, maar het lijkt op soortgelijke problemen te zijn gestuit; de streefdatum is verschoven van 2012 naar 2014. In Japan zijn de bouwschema's voor twee geavanceerde kokendwaterreactoren, een recent ontwerp van General Electric en Hitachi, met een jaar achteruitgegaan. China bouwt 24 reactoren en is van plan de capaciteit tegen 2020 te verviervoudigen, maar het is momenteel een kleine speler die slechts 2 procent van zijn elektriciteit uit kernenergie produceert.

Vandaag zijn er 104 kernreactoren in bedrijf in de Verenigde Staten, die ongeveer 20 procent van de opgewekte elektriciteit leveren. Velen hebben hun capaciteit verhoogd, tot wel 20 procent, en de meeste werken meer dan 90 procent van de tijd, wat iets meer is dan kolen- of gasgestookte elektriciteitscentrales en veel meer dan windparken of zonne-energiecentrales. Maar ze worden allemaal ouder. Jay Apt, de uitvoerend directeur van het Electricity Industry Center aan de Carnegie Mellon University, zegt dat naarmate oude centrales met pensioen gaan en de vraag naar elektriciteit groeit, de rol van kernenergie zelfs zou kunnen krimpen. Ik denk niet dat het de vraag is of kerncentrales meer van de last kunnen dragen, zegt hij. Het is meer de vraag of de kerncentrales het huidige aandeel kunnen blijven dragen. Nucleair zal heel snel moeten rennen om op zijn plaats te blijven.

Kosten raadsel

Hoewel het debat over kernenergie vaak gericht is op netelige vragen over de veiligheid en het nut ervan als een koolstofvrije energiebron, was het struikelblok om meer reactoren in de Verenigde Staten te bouwen eenvoudigweg de kosten. Het prijskaartje voor de Vogtle-reactoren zal naar verwachting tussen de $ 12 miljard en $ 14 miljard bedragen, deels afhankelijk van wat het de eigenaren kost om geld te lenen voor de bouw. De schatting van $ 14 miljard brengt de prijs van de installatie op ongeveer $ 6.000 per kilowatt (genoeg vermogen om een ​​raamairconditioner draaiende te houden). Dat is veel hoger dan de kosten voor andere soorten installaties, of ze nu hernieuwbare of fossiele brandstoffen gebruiken. Het bouwen van windturbinecapaciteit kost ongeveer $ 2.000 tot $ 2.500 per kilowatt; voor gasgestookte capaciteit is dit slechts $ 950 tot $ 1.175. Voorstanders stellen dat ondanks de hogere kapitaalkosten van een kerncentrale, die kosten kunnen worden terugverdiend om kernenergie in de loop van de tijd goedkoop te maken: een nieuwe centrale is immers ontworpen om 60 jaar te draaien, de bedrijfs- en brandstofkosten zijn relatief laag, en het kan bijna continu werken, in tegenstelling tot installaties die elektriciteit opwekken uit hernieuwbare bronnen. Het probleem is dat de vergelijkende kosten van verschillende brandstoffen – en zelfs de relatieve kosten van het bouwen van bijvoorbeeld een kerncentrale en een windmolenpark – radicaal kunnen veranderen, waardoor deze berekeningen in twijfel worden getrokken.

Of miljarden dollars voor een nieuwe reactor een slimme investering is, hangt af van complexe en onvoorspelbare factoren: de toekomstige kosten van fossiele brandstoffen bijvoorbeeld en de eventuele prijs die via overheidsbeleid aan de CO2-uitstoot wordt gesteld. In een analyse uit 2008 heeft de financiële en vermogensbeheergroep Lazard gekeken naar tal van energietechnologieën en voor elk een geraamde kostprijs van energie geschat, waarbij rekening wordt gehouden met de verwachte levensduur van de generator, de geschatte kosten van de brandstof en de waarde van geïnvesteerd geld in de loop van de tijd. De analyse bracht de prijs van elektriciteit opgewekt uit kernenergie op $ 98 tot $ 126 per megawattuur; voor wind was de schatting $ 44 tot $ 91 per megawattuur, en voor aardgas was het $ 73 tot $ 100 per megawattuur. Het bereik in elke reeks getallen duidt op de onzekerheid. Een recentere schatting van de Energy Information Administration, die uitging van verschillende veronderstellingen, gaf een optimistischer scenario voor kernenergie, waardoor de kosten ver onder die van wind en andere hernieuwbare bronnen lagen en het concurrerender leek ten opzichte van fossiele brandstoffen ( zien nucleaire ambities, P. 64 ). Maar de cijfers van Lazard laten ook zien dat aardgasgestookte centrales elektriciteit kunnen produceren voor zo goedkoop als $ 59 per megawattuur, en kolencentrales zo goedkoop als $ 67 per megawattuur, als de prijzen van die brandstoffen verder dalen. Toevallig zijn de prijzen van aardgas momenteel laag en zijn onlangs enorme, toegankelijke Amerikaanse reserves gevonden ( zie Natural Gas Changes the Energy Map, november/december 2009 ).

Nucleair aan de horizon: De twee nieuwe reactoren die in de Vogtle-fabriek worden gebouwd, zijn de eerste baanbrekende op een kerncentrale in de Verenigde Staten sinds de jaren 1970; ze zullen zich aansluiten bij een paar bestaande reactoren die sinds het einde van de jaren tachtig in bedrijf zijn.

Dus na verloop van tijd kan kernenergie al dan niet goedkoper elektriciteit produceren dan fossiele brandstoffen of hernieuwbare bronnen. Voor energiebedrijven is de keuze voor de bouw van een kerncentrale dus een uiterst riskante beslissing, zeker in moeilijke financiële tijden.

Het is geen toeval dat de tekenen van leven die de industrie in de Verenigde Staten laat zien zich vooral in het Zuiden bevinden, waar de zogenaamde cost-of-service-regulering enige winst garandeert. Wanneer de fabriek klaar is, berekenen accountants het totale bedrag dat het nutsbedrijf heeft geïnvesteerd in constructie en apparatuur, minus afschrijvingen. Die tariefbasis, samen met brandstof-, arbeids- en onderhoudskosten, wordt gebruikt om de servicekosten van het nutsbedrijf te berekenen; het tarief dat klanten betalen is gebaseerd op die kosten plus een toegestaan ​​rendement op de kapitaalinvesteringen. Het grootste deel van het risico wordt dus gedragen door klanten, niet door investeerders.

Ongeveer de helft van de Verenigde Staten hanteert echter een radicaal ander prijsmodel. In Texas wordt bijvoorbeeld de meeste elektriciteit via een dagelijkse veiling verkocht. Alle generatoren krijgen dezelfde prijs voor hun elektriciteit; die prijs wordt meestal bepaald door de kosten van het aardgas dat is gebruikt in de laatste paar fabrieken die nodig zijn om de dagvoorraad te genereren. Exelon zegt dat de huidige lage prijs van aardgas, ongeveer $ 4,50 per miljoen Britse thermische eenheden (BTU's), de bouw van een nieuwe kerncentrale ondenkbaar maakte. We hebben nu niet de juiste stimulans, zegt Christopher M. Crane, president en chief operating officer van Exelon. Om een ​​nieuwe kerncentrale economisch levensvatbaar te maken, zegt hij, zou de prijs van aardgas bijna moeten verdubbelen, tot $ 8 per miljoen BTU's, en zou een cap-and-trade-systeem van de overheid een prijs op de uitstoot van kooldioxide moeten leggen van $ 25 per ton of meer.

Alleen al de koolstofprijsstelling zou kernenergie onmiddellijk veel aantrekkelijker kunnen maken. Een typische elektriciteitscentrale die op poederkool draait, stoot iets minder dan twee pond koolstofdioxide per kilowattuur uit, dus een koolstofbelasting of een marktprijs van $ 10 per ton koolstofvervuiling zou die centrale ongeveer een cent per kilowattuur kosten - wat is veel als je bedenkt dat de gemiddelde kilowattuur voor ongeveer 10 cent wordt verkocht. Een reactor van 1.100 megawatt die 90 procent van de uren per jaar in bedrijf is, zou een kostenvoordeel opleveren van ongeveer $ 87 miljoen per jaar per $ 10 koolstofprijs, en sommige industrieanalisten schatten prijzen van $ 60 of $ 80 per ton, wat een kostenvoordeel van honderden betekent van miljoenen dollars per jaar. Maar dit alles is nog steeds slechts theoretisch, zegt Carnegie Mellons Apt. We hebben geen klimaatrekening en op dit moment is er veel onzekerheid of we die ooit zullen krijgen, benadrukt hij.

Niettemin zijn sommige waarnemers van mening dat als we koolstofarme energie willen bereiken en benzine- en dieselaangedreven voertuigen willen vervangen door elektrische auto's, we uiteindelijk en onvermijdelijk kernenergie nodig zullen hebben. De nucleaire industrie is zeker getroffen door de financiële ineenstorting en de wereldwijde recessie, zegt Brian D. Wirth, een professor in computationele nucleaire technologie aan de Universiteit van Tennessee. Maar hij voorspelt dat de vraag naar elektriciteit, en de prijs van aardgas, over drie tot vijf jaar terug zal keren, waardoor een nieuwe opening voor kernenergie ontstaat.

Kleiner uitvinden

Aangezien een groot deel van de hoge kosten – en het financiële risico – van kernenergie gekoppeld zijn aan de kosten van het bouwen van grote centrales, is een voor de hand liggend recept voor kleinere reactoren en modulaire ontwerpen. Hoewel ze hogere kosten per kilowatt aan capaciteit zouden hebben, zouden kleinere centrales veel minder financiële risico's kunnen inhouden en veel meer flexibiliteit voor nutsbedrijven die zich moeten aanpassen aan de veranderende vraag naar elektriciteit.

Sommige ontwerpen gaan al richting productie. NuScale Power, een bedrijf in Corvallis, Oregon, heeft een plan ontwikkeld voor een modulaire eenheid van 60 bij 14 voet en een gewicht van 300 ton - klein genoeg om per spoor of binnenschip te worden verplaatst. Een installatie kan bestaan ​​uit één unit of maximaal 24 stuks die elk slechts 45 megawatt opwekken. Het bedrijf zegt dat in het geval van een ongeluk of onverwachte uitschakeling, de warmte wordt afgevoerd door natuurlijke circulatie, zodat er geen noodpompen en -kleppen nodig zijn - en dat in het ergste geval geen enkele eenheid voldoende straling kan afgeven om een ​​plan te maken voor het ontruimen van de omgeving.

Geld put: De bouw van Vogtle 3 en 4 kost ongeveer $ 12 miljard tot $ 14 miljard. De eerste stappen in het proces zijn het graven van gaten voor de fundering en het vullen ervan binnen de exacte specificaties gemeten door GPS.

Babcock & Wilcox, een gigantisch constructie- en ingenieursbureau gevestigd in Charlotte, North Carolina, heeft nog een modulair ontwerp voor een reactor van 125 megawatt. Het zou in een fabriek worden gebouwd en naar een ondergrondse silo worden verscheept, waardoor het risico op een succesvolle terroristische aanslag wordt verkleind. De reactor zou vier jaar draaien zonder bijtanken, wat ongeveer het dubbele is van de langste cyclus die nu gebruikelijk is.

Deze plannen vertegenwoordigen iets wat de industrie in decennia niet heeft gezien: ingenieurs uit de particuliere sector die denken dat ze geld kunnen verdienen door ondernemend te zijn met nieuwe reactorontwerpen. Per F. Peterson, een professor in nucleaire technologie aan de University of California, Berkeley, zegt dat hij hoge verwachtingen heeft van de kleinere reactoren, deels omdat elke reactor minder risico inhoudt voor investeerders die bereid zijn iets nieuws te riskeren. De first-mover barrières en moeilijkheden zijn zoveel kleiner voor de kleine modulaire reactor, zegt hij.

Rottende vooruitzichten

Op de locatie van Vogtle, in een uitgestrekte reeks tijdelijke kantoortrailers, houdt David Jones toezicht op de bouw van de nieuwe reactoren. Jones, een 30-jarige veteraan bij de Southern Company, die eerder als vice-president van engineering voor de zes bestaande reactoren diende, begon zijn carrière in de nucleaire industrie in het midden van de jaren zeventig, waarbij hij een meetlint gebruikte om ervoor te zorgen dat de stalen wapeningsstaven in het bijgebouw van de Bellefonte 1-fabriek van de Tennessee Valley Authority had de juiste dikte en afstand van elkaar. Zijn droom was om de TVA te helpen bij het bouwen van kerncentrales langs de Tennessee River. Maar de bouw op Bellefonte werd eind jaren tachtig stopgezet. De TVA had haar kosten onderschat en zowel de vraag naar elektriciteit als haar vermogen om nucleaire projecten te beheren overschat.

Tegenwoordig is Jones zich er terdege van bewust dat de parade van geplande nucleaire projecten achter hem is verdwenen. Maar, zegt hij, iemand moet de eerste zijn, en wij zijn de eerste. Als de Southern Company kan bewijzen dat [nucleair] een haalbare optie is door de klus volgens schema en binnen het budget af te ronden, zo stelt hij, zullen anderen volgen.

Niet iedereen is zo zeker. Richard Lester, voorzitter van de afdeling nucleaire wetenschap en techniek van het MIT, zegt dat het onzeker is of succes op de locatie in Georgia en andere geplande kerncentrales voldoende zou zijn om een ​​nucleaire heropleving in dit land aan te moedigen. Hij wijst erop dat deze vroege fabrieken uitgebreide overheidssteun zullen krijgen die waarschijnlijk niet beschikbaar zal zijn voor toekomstige opvolgers. De vraag is of men een pad kan zien van die eerste paar gebouwd onder vrij uitzonderlijke omstandigheden - waarschijnlijk niet duurzame omstandigheden als het gaat om overheidssteun, zegt hij. Als je het groter bekijkt, is wat hier echt telt, of we tot 300 of 400 [planten] kunnen krijgen. Hij voegt eraan toe: Zelfs als je drie of vier of vijf nieuwe kerncentrales in de VS zou kunnen laten bouwen, zou de vraag altijd zijn: nou, wat dan? Die vraag ligt nog volop op tafel.

Severin Borenstein, mededirecteur van het Energy Institute aan de Haas School of Business van de University of California, Berkeley, wijt de stilstand aan het niet goedkeuren van wetgeving om de dreiging van klimaatverandering aan te pakken.

Op dit moment is het moeilijk om er erg optimistisch over te zijn, zegt Borenstein over de vooruitzichten voor de nucleaire industrie. De oorspronkelijke drijfveer achter de nucleaire renaissance was [dat kernenergie] goedkoop en koolstofarm zou zijn. Het blijkt lang niet zo goedkoop te zijn als de voorstanders beweerden, en het electoraat blijkt niet zo veel om koolstofarm te geven. Dit idee dat het tijdperk van steenkool voorbij is, is niet waar.

Matthew L. Wald is een verslaggever bij de New York Times . Hij behandelt regelmatig de nucleaire industrie.

zich verstoppen