Cât costă construirea unei centrale nucleare?
Construcția centralelor nucleare este adesea caracterizată ca prezentând „învățare negativă”. Adică, în loc să ne îmbunătățim construirea de centrale în timp, suntem din ce în ce mai rău. Centralele s-au scumpit radical, chiar dacă tehnologia s-a îmbunătățit și înțelegem mai bine știința de bază.
Energia nucleară reprezintă în prezent puțin mai puțin de 20% din totalul electricității produse în SUA, în mare parte din centralele construite în anii 1970 și 80. Oamenii sunt adesea entuziasmați de energia nucleară din cauza potențialului acesteia de a decarboniza producția de energie electrică, de a produce electricitate extrem de ieftin și de a reduce riscul de întrerupere a rețelei din cauza fenomenelor meteorologice.
Dar energia nucleară din SUA a fost împiedicată de creșterile constante și dramatice ale costurilor de construcție a centralelor nucleare, deseori pe durata de viață a unui singur proiect. În anii 1980, mai multe centrale nucleare din Washington au fost anulate după ce costurile estimate de construcție au crescut de la 4,1 miliarde de dolari la peste 24 de miliarde de dolari. Se estimează că două reactoare construite în Georgia (singurele reactoare nucleare actuale în construcție în SUA) vor costa de două ori estimările lor inițiale, iar două reactoare din Carolina de Sud au fost anulate după ce costurile au crescut de la 9,8 miliarde de dolari la 25 de miliarde de dolari. De ce costurile construcției nucleare sunt atât de mari și de ce cresc atât de des? Hai să aruncăm o privire.
Centralele nucleare costă din ce în ce mai mult
Povestea centralelor nucleare din SUA este una a costurilor în continuă creștere Fabricile comerciale a căror construcție a început la sfârșitul anilor 1960 costau 1000 USD/KWe sau mai puțin (în dolari 2010); centralele începute doar 10 ani mai târziu au costat de nouă ori mai mult. Astăzi, reactoarele Vogtle 3 și 4 sunt probabil să ajungă la aproximativ 8000 USD/KWe în costuri peste noapte (6000 USD/KWe în dolari 2010), cu un cost real de aproape dublu față de costurile de finanțare.
SUA pare să se descurce foarte rău aici, dar majoritatea celorlalte țări au înregistrat o creștere constantă a costurilor de construcție. Iată costurile franceze (care unii experți au sugerat că este o subestimare):
Și iată costurile germane și japoneze:
Majoritatea țărilor prezintă un model similar de creștere a costurilor în anii 1980, după care costurile se stabilizează. Singura țară în care costurile de construcție par să fi scăzut constant este Coreea de Sud. Situația excepțională a Coreei de Sud i-a determinat pe unii experți să speculeze că datele privind costurile ar putea să nu fie de încredere.
Deoarece construirea centralelor nucleare durează atât de mult, putem observa creșteri ale costurilor în timp la centralele individuale. O analiză din 1982 a 75 de centrale nucleare din SUA a constatat că estimările costurilor au crescut constant pe măsură ce construcția a continuat, costurile finale ale construcției de două până la patru ori mai mari decât costul estimat inițial
Majoritatea costurilor energiei nucleare provin din construcție
Putem împărți aproximativ costurile de exploatare a oricărei centrale electrice în trei categorii: costuri cu combustibilul, costuri de operare și întreținere și costuri de capital – costul amortizat din construirea centralei în sine, inclusiv orice costuri de finanțare.
Diferitele tipuri de centrale electrice au costuri diferite. Pentru centralele de gaze naturale, până la 70% din costul energiei electrice provine din costul combustibilului. În cazul centralelor nucleare, pe de altă parte, 60-80% din costul energiei electrice provine din construirea centralei în sine. Scăderea costului de construcție al centralelor nucleare ar reduce astfel substanțial costul energiei electrice pe care le furnizează.
Fracțiunile de cost ale diferitelor tipuri de centrale electrice (împreună cu capacitățile lor tehnologice) modelează modul în care sunt utilizate. Deoarece electricitatea nu poate fi stocată ieftin, în orice moment electricitatea produsă și electricitatea consumată trebuie să se echilibreze. Deoarece consumul de energie electrică variază în timp, centralele electrice sunt pornite și oprite pe măsură ce cererea se modifică (aceasta se numește „dispecerare”). Ordinea în care sunt oprite sau pornite centralele este, în general, o funcție a costurilor lor variabile de producție (centralele cu costuri mai mici apar pe primul loc), precum și cât de ușor pot crește sau scădea producția.
Deoarece costurile de capital reprezintă cea mai mare parte a costului energiei electrice nucleare, iar aceste costuri sunt în mare parte fixe, centralele nucleare tind să fie exploatate continuu pentru a furniza energie „de bază”; într-adevăr, multe fabrici din SUA nici măcar nu sunt proiectate să porneasca și să se opreasca ușor.
Aproape toate reactoarele nucleare la nivel global sunt reactoare cu apă ușoară: materialul radioactiv din reactor încălzește o sursă de H2O normală sau „apă ușoară”, care apoi își transferă căldura către o a doua sursă de apă, care apoi antrenează turbina. Un risc major pentru acest tip de reactor este un „accident de pierdere a răcirii”. Dacă o conductă de lichid de răcire se sparge sau alimentarea cu apă de răcire este întreruptă în alt mod și nu poate răci combustibilul nuclear, combustibilul se poate încălzi până la punctul în care se topește, dăunând reactorului și eliberând potențial material radioactiv. Atât centralele electrice de la Fukushima, cât și cele de la Cernobîl au suferit o topire a miezului, iar cea de la Three Mile Island a experimentat o topire parțială a miezului.
Chiar și după ce reactorul este oprit, materialele radioactive continuă să genereze „căldură de descompunere” pentru o perioadă lungă de timp. Astfel, chiar și un reactor care a fost grav avariat trebuie să-și mențină sistemele de răcire operaționale. Construirea sistemelor de răcire care pot continua să funcționeze într-o centrală deteriorată contribuie în mare măsură la costurile de construcție nucleară.
Ce contribuie la costuri mari?
Există disponibile o varietate de defalcări ale costurilor unei centrale nucleare, dar ne vom uita la o defalcare făcută de DOE în 1980 pentru o centrală ipotetică de 1100 MW, care ar trebui să reflecte costurile centralelor din SUA, excluzând finanțarea, în perioada în care majoritatea centralelor erau construite.
Aproximativ o treime din costuri sunt costuri „indirecte” ale procesului de construcție: servicii de inginerie, managementul construcției, cheltuieli administrative generale etc. Pentru costurile directe (costurile materialelor, echipamentelor și forței de muncă la fața locului), reactorul, echipamentele cu turbine și structurile centralei reprezintă fiecare 15-20% din costurile totale, restul fiind alcătuit din sisteme de instalații suplimentare. De asemenea, rețineți că proiectarea inginerească a centralei a costat aproape la fel de mult ca și reactorul în sine.
Creșterea costurilor cu forța de muncă reprezintă cea mai mare parte a costurilor crescute de construcție
Majoritatea creșterii costurilor centralelor nucleare în anii 1970-1980 poate fi atribuită costurilor crescute cu forța de muncă. O estimare a United Engineers and Constructors a constatat că, în perioada 1976-1988, costurile forței de muncă pentru construcția fabricilor au crescut cu 18,7% anual, în timp ce costurile materialelor au crescut cu doar 7,7% anual (față de o rată globală a inflației de 5,5%). Din aceste costuri cu forța de muncă, peste jumătate s-au datorat unor profesioniști scumpi: ingineri, supraveghetori, inspectori de control al calității și așa mai departe.
Alte estimări se aliniază cu aceasta. O estimare din 1980 produsă de Oak Ridge sugerează că creșterile volumului materialului între începutul anilor 1970 și 1980 au variat, în general, între 25-50%, ceea ce nu este suficient pentru a explica creșterile totale ale costurilor observate.
Și o lucrare recentă a lui Eash-Gates și colab. a examinat creșterile costurilor pentru un eșantion de centrale nucleare construite între 1976-1988. A constatat că 72% din creșterea costurilor s-a datorat costurilor indirecte, ceea ce indică o creștere mare a profesioniștilor scumpi, cum ar fi inginerii și managerii.
Probleme similare par să aibă loc astăzi. Un studiu OCDE NEA care a analizat estimările costurilor centralelor nucleare realizate în perioada 2010-2020 a constatat că creșterile „costurilor indirecte sunt principalul factor de depășire a costurilor [centralelor nucleare]”, forța de muncă reprezentând 80% din costurile indirecte.
De ce au crescut costurile cu forța de muncă? Potrivit majorității observatorilor, creșterea reglementării a făcut ca centralele să fie din ce în ce mai împovărătoare de construit. La sfârșitul anilor 60 și începutul anilor 70, cerințele de reglementare au crescut constant la fel cum a făcut-o examinarea amănunțită de către Comisia de Reglementare Nucleară (NRC), care este responsabilă pentru eliberarea licențelor de funcționare a centralei.
Un studiu din 1980 a constatat că reglementarea sporită între sfârșitul anilor 1960 și mijlocul anilor 1970 a fost responsabilă pentru o creștere cu 176% a costului instalației și creșterea cerințelor de muncă cu 137%, iar studiul Eash-Gates a constatat că cel puțin 30% din creșterea costurilor între 1976-1988 poate fi atribuită unei reglementări sporite. Pentru o imagine de ansamblu vie asupra impactului unei reglementări sporite:
„Un indicator cheie al standardelor de reglementare, numărul „ghidurilor de reglementare” ale Comisiei pentru Energie Atomică (AEC) și al Comisiei de Reglementare Nucleară (NRC) care stipulează practici acceptabile de proiectare și construcție pentru sistemele și echipamentele reactoarelor, a crescut de aproape șapte ori, de la 21 în 1971. la 143 în 1978. Societățile profesionale de inginerie au dezvoltat noi standarde nucleare într-un ritm și mai rapid (adesea în așteptarea AEC și NRC). Acestea au condus la criterii de fabricație, testare și performanță mai stricte (și costisitoare) pentru materialele structurale, cum ar fi betonul și oțelul, și pentru componentele de bază, cum ar fi supapele, pompele și cablurile.
Cerințe ca acestea au avut un efect profund asupra centralelor nucleare în anii 1970. Structurile majore au fost consolidate și reținerea conductelor adăugate pentru a absorbi șocurile seismice și alte „încărcări” postulate identificate în analizele accidentelor. Au fost instalate bariere și distanțele crescute pentru a preveni incendiile, inundațiile și alte accidente „în mod obișnuit” de la incapacitatea atât a grupurilor primare, cât și a celor de rezervă de echipamente vitale. Măsuri similare au fost luate pentru a proteja echipamentele de fragmente de rachete de mare viteză care s-ar putea slăbi de la mașinile rotative sau de efectele presiunii și fluidelor ale posibilelor rupturi ale conductelor. Sistemele de instrumentare, control și putere au fost extinse pentru a monitoriza mai mulți factori de instalație într-o gamă extinsă de situații de operare și pentru a îmbunătăți fiabilitatea sistemelor de siguranță. Componentele considerate importante pentru siguranță au fost „calificate” pentru a funcționa în condiții mai solicitante, necesitând fabricare, testare și documentare mai riguroasă a istoriei lor de fabricație.
Pe parcursul anilor 1970, aceste schimbări au dublat aproximativ cantitatea de materiale, echipamente și forță de muncă și au triplat efortul de proiectare necesar pe unitatea de capacitate nucleară, potrivit Atomic Industrial Forum.
Accidentul din 1979 de la centrala nucleară Three Mile Island din Pennsylvania a accelerat această tendință. Modificările necesare în materie de siguranță au adăugat aproximativ 10% la costurile cu forța de muncă și 15% la costurile materiale ale unei noi fabrici. Eash-Gates a descoperit că rata de desfășurare a materialelor, sau cât de repede sunt instalate materialele de construcție pe șantier, a arătat „o scădere abruptă între 1979 și 1980 în urma accidentului de la Three Mile Island”.
O anumită creștere a reglementărilor nu a fost neapărat nerezonabilă. Cerințele timpurii de siguranță pentru centralele nucleare au trecut adesea cu vederea riscurile critice. De exemplu, înainte de proiectarea centralei electrice de la Bodega Bay, lângă falia San Andreas, activitatea seismică nu a fost luată în considerare în proiectarea centralelor nucleare. Analiza ulterioară a arătat că potențialul pentru evenimente seismice severe era mult mai răspândit decât se credea anterior. În mod similar, cerințele de proiectare a tornadelor nu au fost create până când o aplicație pentru construirea unei fabrici într-o zonă de tornadă înaltă a arătat că riscul de tornadă a fost mult mai răspândit decât se presupunea. Când a fost luat în considerare riscul de accident, acesta a fost adesea analizat incorect. Se credea că o topire a unui reactor este un accident uimitor de puțin probabil, totuși Three Mile Island a suferit una după relativ puțini ani de funcționare a reactorului.
Reglementările se schimbă constant
Pentru a afla mai multe despre modul în care reactoarele nucleare ar putea eșua, atitudinea de reglementare a NRC a devenit o abordare deterministă, de apărare în profunzime – NRC și-a imaginat moduri specifice de defecțiune și modalități specifice de prevenire a acestora, apoi a încercat să pună mai multe sisteme redundante deasupra. reciproc pentru a compensa incertitudinea. Ori de câte ori s-a aflat ceva nou despre posibilele moduri de defecțiune, reglementările au fost modificate.
Aceste modificări s-au aplicat nu numai la viitoarele uzine, ci deseori la uzinele aflate în construcție. În unele cazuri, munca existentă a trebuit să fie eliminată, necesitând intervenție și supraveghere din partea inginerilor proiectanți, managerilor, inspectorilor de teren și a altor personal scump. Aceasta a devenit o altă sursă majoră de creștere a costurilor. Iată din nou ce spune Komonoff:
„…deoarece multe schimbări au fost impuse în timpul construcției, pe măsură ce au apărut noi informații relevante pentru siguranță – multă construcții nu aveau un domeniu de aplicare fix și trebuiau lăsate în baza unor contracte cu cost plus care subminează eforturile de economisire. Lucrarea finalizată a fost uneori modificată sau eliminată, adesea cu un „efect de ondulare” asupra sistemelor conexe. Secvențele de construcție au fost modificate frecvent, iar programele de livrare a echipamentelor au fost aglomerate, contribuind la productivitatea scăzută a muncii și împiedicând eforturile de management pentru îmbunătățirea eficienței construcției.”
Un principiu universal al proiectelor mari de construcții este că ar trebui să se evite modificarea designului în timpul construcției. Modificările în timp ce un proiect este în desfășurare pot necesita eliminarea lucrărilor existente sau realizarea unor lucrări noi în condiții dificile. Adesea necesită un efort semnificativ de coordonare doar pentru a afla ce lucrare a fost deja făcută („Ați turnat deja aceste fundații? Coloanele sunt deja încorporate?”). Dacă o țeavă trebuie să treacă printr-o grindă, este ușor să proiectați grinda din timp pentru a o adapta. Dar dacă grinda a fost deja construită, ar putea fi necesar să tăiați o gaură sau să adăugați armare. Sau poate că grinda nu poate găzdui deloc gaura și trebuie să reproiectați întregul sistem de conducte (care, desigur, va afecta alte lucrări în curs). În timp ce această reproiectare costisitoare are loc, toți ceilalți ar putea avea nevoie să-și oprească munca.
Acest tip de perturbare este deosebit de costisitoare pentru un proiect de construcție de dimensiunea unei centrale nucleare. O centrală nucleară poate angaja până la 5.000 de muncitori în construcții simultan. După cum notează Komonoff, „Reactoarele din anii 1970 au fost construite din ce în ce mai mult într-un „mediu de schimbare constantă” care exclude controlul sau chiar estimarea costurilor și care amplifica impactul direct asupra costurilor al noilor reglementări și al modificărilor de proiectare.” Schimbările constante au făcut aproape imposibilă coordonarea eficientă a lucrărilor de pe șantier. Un studiu din 1980 asupra muncitorilor din centralele nucleare a constatat că 11 ore pe săptămână s-au pierdut din cauza lipsei de material și unelte disponibile, 8 ore pe săptămână s-au pierdut în coordonare cu alte echipe de lucru sau supraaglomerarea zonei de lucru și 5,75 ore pe săptămână s-au pierdut la refacere. muncă. Toate împreună, aproape 75% din orele de lucru au fost pierdute sau utilizate neproductiv. Această tendință s-a accelerat în urma Three Mile Island, deoarece cerințele de siguranță actualizate după accident au trebuit din nou implementate la instalațiile în curs de desfășurare la un cost ridicat.
Studiul Eash-Gates constată că costurile au crescut constant chiar și pentru modelele de reactoare „standard”. În 2009, de exemplu, Westinghouse a fost forțată să schimbe clădirea de izolare pentru reactorul său AP1000 pentru a rezista la loviturile aeronavelor (o hotărâre post-9/11 a NRC), la șapte ani după ce a solicitat aprobarea proiectului. Schimbarea ulterioară, care a trebuit să fie implementată pe fabricile Vogtle și VC Summer în curs de desfășurare, a fost acuzată de întârzieri și creșteri ale costurilor la cele două fabrici. O prezentare din 1978 a unui membru al Atomic Industrial Forum a susținut că „realizarea cerințelor stabile de licențiere este ținta clară pentru orice efort de a obține durate de proiect mai scurte și mai previzibile”.
Schimbarea constantă a reglementărilor impune, de asemenea, un cost de coordonare constructorilor și autorităților de reglementare, deoarece aceștia își fac treptat drumul către o înțelegere reciprocă. Un studiu privind productivitatea ambarcațiunilor nucleare descrie problema:
„Interpretările variate ale planurilor, caietului de sarcini și prevederilor codului de construcție în rândul inspectorilor de control al calității a fost un alt eveniment frecvent, potrivit constructorilor. S-a spus că fiecare dintre aceste dificultăți provoacă amânări continue și îndepărtarea și reinstalarea lucrărilor care au fost considerate a fi neconforme.”
Și probleme similare par să se afle în spatele depășirilor de costuri la uzina Flamanville din Franța. Au fost impuse noi cerințe în timp ce componentele mari erau fabricate pentru Flamanville EPR, solicitând industriei și organismelor de certificare să reinterpreteze și să convină asupra cerințelor în evoluție și prelungind timpul de construcție cu ani.
Parțial din cauza schimbărilor continue de reglementare, timpul necesar pentru construirea unei centrale nucleare în SUA a crescut continuu. Timpul minim necesar pentru construirea unei centrale a crescut de la 4 ani la sfârșitul anilor 60 la 8 ani la mijlocul anilor 1970, 75% dintre reactoare având nevoie de 10-15 ani pentru a construi. Unitățile 2 și 3 Vogtle vor fi finalizate în mai mult de 14 ani, presupunând că lucrările se vor încheia în acest an. O parte din această creștere a fost rezultatul procesului Calvert Cliffs, care a impus ca pentru fiecare fabrică construită să fie efectuată o evaluare a impactului asupra mediului. Această durată prelungită de construcție adaugă și mai mult cost. Duratele lungi ale proiectelor cresc costurile de finanțare și forță de muncă, precum și probabilitatea ca noile reglementări, obiecții sau alte blocaje să creeze obstacole suplimentare.
Pentru a rezuma până acum: în SUA, costurile cu forța de muncă au crescut dramatic, în special forța de muncă de la profesioniști scumpi. Această creștere a costului forței de muncă s-a datorat cel puțin parțial modificărilor frecvente ale reglementărilor în timpul perioadei, care au cauzat modificări extinse de proiectare, întârzieri, reprelucrare și probleme generale de coordonare a instalațiilor în curs.
Cerințele privind asigurarea calității/controlul calității sunt incredibil de oneroase
Pe lângă faptul că generează creșteri substanțiale ale costurilor cu forța de muncă, reglementările influențează și costurile directe ale construcției centralei nucleare prin cerințele QA/QC. Componentele instalației necesită teste și verificări ample pentru a se asigura că vor continua să funcționeze chiar și după accidente extreme. Acest lucru ia adesea forma înregistrării cu atenție a ceea ce se întâmplă cu fiecare componentă la fiecare pas al procesului de fabricație și construcție, pentru a se asigura că piesa corectă cu caracteristici de performanță precise este plasată la locul potrivit.
Acest tip de documentație poate fi extrem de împovărător de creat. De exemplu, iată o descriere a cerințelor QA în timpul construcției centralei nucleare Diablo Canyon, din nou prin Komonoff:
„Modificările simple pe teren pentru a evita interferența fizică între componente (care ar fi făcute într-o fabrică convențională în cursul normal al lucrului) trebuiau documentate ca interferență, trimise inginerului pentru evaluare, pregătite pe un desen, aprobate înainte ca schimbarea să poată fi făcută. În plus, conflictul a trebuit să fie etichetat, identificat și menținute înregistrări în timpul procesului de schimbare. Aceste procese de schimbare au durat timp (zile sau săptămâni) și au fost mii de ele. Între timp, echipa de construcție trebuie să se opreasca din această lucrare, să inceapa alta și apoi să se întoarcă și să continue din nou lucrarea inițială când neconformitatea a fost rezolvată… Fiecare pas de achiziție este contabilizat și se înregistrează locația sa exactă în plantă. Pentru fiecare circuit vă putem spune ce fel de sârmă a fost folosit, numele echipajului de instalare, bobina de la care provine, testul de fabricație și istoricul producției.”
Cerințe similare de documentare se aplică pentru fabricarea componentelor de calitate nucleară.
Componentele de calitate nucleară nu au neapărat cerințe de performanță mai mari decât componentele convenționale. Oțelul de armare în betonul de calitate nucleară, de exemplu, este același material utilizat în betonul convențional. În schimb, costul suplimentar provine adesea din documentația suplimentară și testarea necesară. Cerințele de documentare cresc costurile în mod indirect, prin reducerea concurenței pe piață între producători. Deoarece aceste cerințe sunt dificil de implementat de producători, mulți pur și simplu nu se deranjează să producă componente de calitate nucleară. Combinat cu faptul că SUA a petrecut o perioadă lungă de timp fără a construi noi centrale nucleare, acest lucru limitează pool-ul de potențiali furnizori de componente nucleare, îngreunând obținerea componentelor și crescând și mai mult prețul acestora. Unii experți consideră că aceste cerințe QA/QC și efectele lor pe piață în aval sunt motivul principal pentru costurile ridicate de construcție nucleară:
„… principalul factor care duce la costuri ridicate de construcție a centralei nu este proiectarea reactoarelor sau diferitele caracteristici de siguranță pe care le folosesc, ci cerințele stricte de asigurare a calității care se aplică (doar) pentru fabricarea componentelor centralei nucleare legate de siguranță (de ex. , componente „de calitate nucleară”). În schimb, cred că în ceea ce privește siguranța, proiectarea fundamentală a reactorului, caracteristicile de siguranță utilizate, operarea/instruirea inteligentă și întreținerea sunt mult mai semnificative (eficiente) decât aplicarea cerințelor extrem de stricte de control al calității de fabricație.”
Dificultatea QA/QC creează o pierdere a capacității tehnice
Deoarece cerințele pentru construirea centralelor nucleare sunt atât de stricte, în practică este adesea foarte dificil pentru constructori și producători să le îndeplinească. Luați în considerare betonul, un material necesar în cantități semnificative pentru fundațiile centralelor, precum și clădirea de izolare. Deoarece îndeplinește o funcție de ecranare, betonul din centralele nucleare trebuie să îndeplinească cerințele stricte de QA/QC și documentație legate de siguranță.
Îndeplinirea acestor cerințe pentru un material produs în locatie este dificilă. Betonul nuclear are, de obicei, mai multe bare de armare apropiate, care pot fi dificil de aranjat corect. Problemele concrete de plasare au afectat fiecare proiect nuclear recent și sunt adesea sursa de întârzieri și depășiri de costuri. Exemplele abundă: o întârziere de 6 luni de la armarea plasată incorect pe Vogtle 3 și 4 în Georgia, o întârziere de 4 luni la uzinele VC Summer din motive similare și o întârziere de 9 luni din cauza compoziției proaste a betonului la Olkiluoto 3 din Finlanda.
Dificultatea de a îndeplini cerințele, combinată cu lipsa de expertiză în construcții din cauza perioadelor lungi de timp fără construirea de noi instalații, înseamnă că orice construcție nouă se luptă inevitabil pe măsură ce constructorii învață cum să îndeplinească nivelul ridicat de stringență cerut. Întârzierile la Unitățile 3 și 4 Vogtle s-au datorat parțial unui antreprenor nepregătit pentru dificultatea construcției nucleare. Probleme similare par să fie responsabile pentru întârzieri și depășiri ale costurilor pe Flamanville în Franța și Olkiluoto în Finlanda.
Cum putem reduce costurile?
Majoritatea încercărilor de a îmbunătăți procesul de construcție a centralei nucleare din SUA nu par să fi funcționat.
O încercare majoră a fost o schimbare a procesului de licențiere a fabricii, care a implicat inițial doi pași. Solicitanții ar solicita mai întâi o licență de construcție furnizând o analiză de siguranță de bază, care le-ar permite să înceapă construcția uzinei. Licența de construcție nu a necesitat un proiect de instalație complet specificat. Odată ce instalația era finalizată, operatorul urma să solicite o licență de funcționare, permițând centralei să înceapă să producă energie. Construirea unei centrale nucleare fără a ști dacă proiectul era acceptabil a fost, în mod evident, o sursă de dificultăți: această structură de licențiere, de exemplu, a fost parțial responsabilă pentru forțarea centralelor în derulare să îndeplinească cerințele de reglementare în continuă schimbare.
În anii 1990, acesta a fost înlocuit cu un proces de licență în 1 etapă, în care solicitanții aveau să furnizeze un design complet specificat ca parte a cererii și să primească o licență combinată de construcție și operare (COLA). Cu toate acestea, până acum, această schimbare pare să fi fost inversată. Deoarece proiectul a fost deja aprobat, orice abatere este acum necesară pentru a trece prin mai multe niveluri suplimentare de aprobare, ceea ce face și mai dificilă efectuarea modificărilor la fața locului.
De exemplu, unitățile de vară VC 2 și 3 și unitățile Vogtle 3 și 4 au fost toate permise în cadrul procesului de licențiere în 1 pas. Toate aceste reactoare foloseau noul reactor AP1000 de la Westinghouse, care a fost proiectat pentru a fi mult mai simplu decât reactoarele anterioare, având „cu 60% mai puține supape, cu 75% mai puține conducte, cu 80% mai puține cabluri de control, cu 35% mai puține pompe.” AP1000 are, de asemenea, un sistem de răcire de urgență care funcționează pasiv prin gravitație și, prin urmare, este (teoretic) mai puțin susceptibil la pierderea accidentelor de răcire, deoarece nu necesită electricitate pentru a funcționa. Reactorul a fost, de asemenea, proiectat pentru a fi prefabricat și instalat la fața locului în module mari, reducând cerințele de muncă pe șantier.
Cu toate acestea, designul inițial al AP1000 a avut probleme semnificative de construcție. Amprenta redusă pare să fi forțat sistemele și componentele mult mai apropiate, făcându-le dificil sau imposibil de instalat și necesitând modificări frecvente de proiectare. Au existat, de asemenea, probleme cu modulele prefabricate, care deseori erau în întârziere, în afara specificațiilor și necesită o reluare semnificativă – un dezavantaj al prefabricarii este că problemele care apar la fața locului sunt mai dificil de rezolvat. Obstacolele suplimentare pentru efectuarea de modificări la fața locului din procesul de licențiere în 1 pas au exacerbat toate aceste probleme.
O altă strategie comună pentru reducerea costurilor de construcție a instalației este de a construi mai multe copii identice ale aceleiași fabrici. În mod obișnuit, se presupune că centralele de primă calitate (FOAK) vor fi mai scumpe și că reutilizarea aceluiași design în proiecte viitoare (plante de nth de un fel sau NOAK) va duce la reducerea efectelor curbei de învățare/cheltuieli. Dar studiul Eash-Gates a constatat că acest lucru nu s-a întâmplat în SUA, probabil din cauza reglementărilor care se schimbă frecvent. Nu contează cât de standardizat este designul tău dacă trebuie să-l schimbi la fiecare proiect pentru a îndeplini noile cerințe.
Ce ar putea funcționa?
Este posibil să se construiască reactoare nucleare fără costuri enorme. Presupunând că datele sunt legitime, atât China, cât și Coreea au reușit să construiască mai multe reactoare recente în mai puțin de șase ani, fără depășiri majore de costuri. Recentul reactor Barakah din Emiratele Arabe Unite, care va fi finalizat în 2023 de Korea Electric Power Corporation, a venit cu 25% peste buget, în comparație cu Unitățile Vogtle 3 și 4 care sunt acum finalizate în SUA, care au fost cu peste 100% peste buget. Și în timp ce performanța recentă a Franței în construcția centralei nucleare este mai puțin decât impresionantă, din punct de vedere istoric, acestea au obținut rezultate mult mai bune. Între 1970-2000, Franța a construit 58 de reactoare nucleare, la costuri semnificativ mai mici decât reactoarele din SUA. De asemenea, fabricile franceze au fost construite în medie cu 2,6 ani mai repede decât fabricile din SUA.
Amploarea și timpul de realizare a construcției centralei nucleare duc adesea la forțarea constructorilor să înceapă construcția înainte ca proiectarea să fie finalizată. Cu toate acestea, continuarea cu un proiect incomplet are ca rezultat inevitabil modificări de proiectare în timpul procesului de construcție, provocând întârzieri și reparații costisitoare la fața locului. Centralele cu costuri mai mici au procente mai mari din proiectarea lor finalizată la începutul construcției decât centralele cu costuri mai mari.
Pentru a minimiza probabilitatea depășirii costurilor, instalațiile ar trebui construite folosind modele mature care nu trebuie schimbate în timpul procesului de construcție. În construcția parcului francez de reactoare, de exemplu, CEO-ul companiei franceze de utilități EDF a remarcat că în timpul construcției centralei „Ori de câte ori un inginer a avut o idee [de îmbunătățire] interesantă sau chiar genială, fie în interiorul companiei, fie la Framatome, am spus: OK , pune-l la dosar, asta va fi pentru seria următoare, dar acum, nu schimbăm nimic.”
Prin construirea mai multor reactoare folosind un design neschimbat, beneficiile învățării prin practică pot fi deblocate. În flota de reactoare franceză, deși costurile au crescut ori de câte ori a fost introdus un nou tip de reactor, instalațiile ulterioare care foloseau un anumit design de reactor au avut tendința de a fi mai ieftine decât centralele anterioare. În mod similar, a patra unitate construită la uzina Barakah din Emiratele Arabe Unite a fost cu 50% mai ieftină decât prima unitate.
Perioadele lungi petrecute fără construcția de noi centrale înseamnă, de asemenea, că lanțul de aprovizionare nucleară se reduce, iar experiența lucrătorilor și a companiilor în construirea de centrale nucleare se pierde. Fără companii cu experiență în construirea de centrale nucleare, construcția de noi centrale va fi inevitabil mai lentă și mai costisitoare pe măsură ce competențele vor fi redobândite. Construirea de centrale nucleare în mod rentabil necesită dezvoltarea și menținerea unei forțe de muncă cu experiență în domeniul nuclear.
Stabilitatea și predictibilitatea reglementării.
Cu toate acestea, pentru a culege beneficiile maturității designului și construcției repetitive, este nevoie de stabilitate de reglementare. Un design stabil este posibil numai dacă o instalație poate fi permisă și construită fără a fi necesară modificarea pentru a se conforma cerințelor de reglementare actualizate. Modificarea designului unei centrale în timpul construcției acesteia, ca răspuns la schimbările de reglementare, are ca rezultat inevitabil costuri crescute și întârzieri ale proiectelor. Și deoarece designul actualizat nu se află în domeniul de aplicare al proiectului inițial, proiectele de modificare necesită adesea utilizarea de contracte „cost-plus”, care reduc stimulentele pentru antreprenori de a finaliza lucrările în limitele bugetului.
Modificările de reglementare care apar în mod inevitabil trebuie făcute previzibile: trebuie să fie clar când vor fi introduse, la ce proiecte se vor aplica atunci când vor fi introduse și exact cum vor fi transpuse reglementările în cerințe tehnice. Instalațiile aflate în construcție ar trebui să fie protejate conform reglementărilor anterioare.
Management eficient de proiect
O mare parte din costul unei noi centrale nucleare este costul forței de muncă pentru construirea acesteia și costurile de finanțare, ambele fiind puternic afectate de întârzierile și reproiectarea proiectelor, făcând managementul eficient al proiectului de construcție a centralei nucleare esențial. Ca și în cazul lanțului de aprovizionare nucleară, lipsa experienței în managementul proiectelor pentru construcția de centrale nucleare (unul dintre cele mai complexe și mai costisitoare proiecte de capital existente) împiedică livrarea de noi centrale la timp și la buget. Abilitățile de management al proiectelor centralelor nucleare trebuie menținute alături de aspectele fizice ale lanțului de aprovizionare. Managementul proiectelor este, de asemenea, ajutat de o proiectare matură a instalației și de un mediu de reglementare stabil, ceea ce face ca problemele de construcție să fie mai puțin probabile și planificarea programului mai fezabilă.
Managementul proiectelor poate fi ajutat și prin structurarea adecvată a contractelor de proiect pentru a stimula economiile de costuri, recunoscând în același timp riscul inerent construcției centralei nucleare. Contractele cu costuri fixe sau cu costuri ferme, care pun tot riscul asupra antreprenorului, „vin la prețul unei prime semnificative datorită precauției din partea contractanților EPC”, potrivit raportului OCDE NEA. Riscurile care apar tind să aibă ca rezultat condiții contradictorii între părțile interesate, mai degrabă decât colaborare, deoarece fiecare parte încearcă să transfere vina asupra celeilalte. Acest lucru poate fi rezolvat prin utilizarea de contracte care au plăți de stimulare pentru construcția la timp, la costuri.
Cadre de politici
Obiectivele de mai sus sunt toate puternic influențate de alegerile politice ale guvernului. Un guvern entuziasmat de energia nucleară și care se angajează să construiască o serie de centrale poate permite economii de costuri din construcția repetabilă a centralelor, poate reduce riscul contractantului și poate ajuta la asigurarea că lanțul de aprovizionare nucleară rămâne robust. Un guvern care este sceptic în ceea ce privește energia nucleară și creează o grămadă de reglementări în continuă schimbare și incertitudine, pe de altă parte, face imposibil ca energia nucleară să fie competitivă la prețuri.
Concluzie
În concluzie, de la începutul anilor 1970, costul construcției centralelor nucleare în SUA a crescut constant. Acest lucru poate fi urmărit într-un mediu de reglementare în continuă schimbare, care a schimbat continuu cerințele de proiectare a instalației și a adăugat din ce în ce mai multe caracteristici de siguranță, care adesea trebuiau implementate pe instalațiile în construcție. Mediul de reglementare este parțial o reflectare a faptului că energia nucleară și riscurile radiațiilor au devenit din ce în ce mai controversate și că înțelegerea timpurie a probabilității unui accident nuclear a fost adesea inadecvată.
Reglementările în continuă schimbare a adăugat în mod continuu costuri sub formă de mai multe caracteristici de siguranță, întârzieri ale proiectelor și reluări la fața locului. Și au împiedicat potențialele câștiguri ale învățării prin practică din producerea de proiecte de instalații repetabile și standardizate la scară. Uzinele au întârziat în mod constant și au depășit bugetul și au devenit o investiție financiară din ce în ce mai neatractivă. Începând cu sfârșitul anilor 1970, fabricile au început să fie anulate în număr mare, care s-au accelerat în urma accidentului de la Three Mile Island. Nicio centrală nucleară nouă nu a fost programată pentru construcție în SUA din 1978. Lanțul de aprovizionare nucleară s-a ofilit, ceea ce face ca noile centrale să fie și mai greu de construit. Încercările recente de construcție a centralei nucleare s-au încheiat în cel mai bun caz cu depășiri masive de buget (în cazul unităților Vogtle 3 și 4). În cel mai rău caz, s-au încheiat cu eșec după ce au fost cheltuite miliarde (în cazul unităților de vară VC 2 și 3).
Cu toate acestea, nu este imposibil să livrați centrale nucleare în perioade rezonabile de timp pentru un buget rezonabil. Avem un manual pentru îmbunătățirea acestui proces. Folosind modele de plante mature care pot fi construite în mod repetat, se pot obține câștiguri prin învățare prin practică, făcând fiecare plantă construită mai ieftină decât precedenta. Prin dezvoltarea și menținerea unui lanț de aprovizionare nuclear robust, cu expertiza și experiența necesare, ne putem asigura că nu pierdem capacitatea de a livra centrale în viitor. Stabilizând reglementările, clarificându-le și făcând modificările previzibile, putem preveni depășirile de costuri asociate cu reprelucrarea la fața locului costisitoare și care necesită timp.
Dar ar trebui să fim realiști cu privire la ceea ce ar putea realiza acest manual. Preocuparea publicului cu privire la accidentele nucleare face probabil ca orice reducere semnificativă a cerințelor de siguranță a instalațiilor să fie insuportabilă. Experiența cu programul nuclear al Marinei sugerează că, chiar și respectând manualul de mai sus, construirea unei centrale nucleare la nivelul de siguranță necesar este o întreprindere fundamental costisitoare. Mutarea cu adevărat a energiei nucleare ar putea necesita o regândire de la sol a modului în care construim centrale, spre lucruri precum reactoare modulare mici sau centrale nucleare construite în șantiere navale în număr mare și care au plutit în poziție de-a lungul coastei.