บทความด้านพลังงาน

          พลังงานที่สะอาดและยั่งยืนไม่เคยมีความสำคัญเท่านี้มาก่อน "SMR (Small Modular Reactor) เป็นผู้เปลี่ยนเกมในโลกแห่งพลังงานสะอาด โรงไฟฟ้าขนาดเล็กเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อควบคุมพลังงานนิวเคลียร์อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ในทางกลับกัน พวกมันปลอดภัยกว่าและยั่งยืนกว่า!"

          จากข้อมูลสัดส่วนการผลิตไฟฟ้าเฉลี่ยย้อนหลัง 11 ปี (2012-2022) ของทั้ง 30 ประเทศทั่วโลก โดย World Nuclear Association พบว่าแต่ละประเทศมีการใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์เป็นสัดส่วนของการผลิตไฟฟ้าในประเทศ ดังนี้

          กลุ่มที่ 1 France มาเป็นอันดับ 1 อยู่ที่ 71%

          กลุ่มที่ 2 Slovakia, Ukraine, Hungary, Belgium อยู่ที่ 46-54%

          กลุ่มที่ 3 Slovenia, Sweden, Czech Republic, Bulgaria, Switzerland, Finland, Armenia, Korea อยู่ที่ 28-37%

          กลุ่มที่ 4 Spain, USA, Russia, Romania, China, UK, Canada, Germany อยู่ที่ 12-20%

          กลุ่มที่ 5 Pakistan, South Africa, Argentina, Mexico, Japan, Netherlands, India, Brazil, Belarus, Iran, Arab Emirates อยู่ที่ 1-7%

 

รูปที่ 1 แสดงประเทศที่มีสัดส่วนพลังงานไฟฟ้าผลิตจากพลังงานนิวเคลียร์มากน้อยตามขนาดตัวอักษร
(ข้อมูลจาก : https://bit.ly/45ml6ND)

         
          ประเทศที่มีความต้องการใช้แร่ยูเรเนี่ยมซึ่งเป็นเชื้อเพลิงสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เดินเครื่องในปัจจุบัน และอยู่ระหว่างก่อสร้าง อันดับหนึ่ง คือ อเมริกา รองลงมาเป็น จีน รัสเซีย และอื่น ๆ

รูปที่ 2 แสดงความต้องการยูเรเนี่ยมของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั่วโลก (หน่วยเป็นตัน)

(ข้อมูลจาก : https://world-nuclear.org/)

รูปที่ 3 แสดงปริมาณยูเรเนี่ยมที่ผลิตจากเหมืองทั่วโลกในปี 2022 (หน่วยเป็นตัน)

(ข้อมูลจาก : https://bit.ly/3tty0wl)

         
          จากข้อมูลของ World Nuclear Association พบว่าประเทศคาซัคสถานมีศักยภาพในการผลิตยูเรเนียมจากเหมืองในปริมาณที่สูงที่สุดในโลก ซึ่งสูงกว่าประเทศลำดับที่สอง คือแคนาดา เป็นอย่างมาก ในส่วนของราคายูเรเนียมในช่วงปี 1988-2023 พบว่าอยู่ในช่วงราคา 7.1-148 USD/LBS ซึ่งค่อนข้างมีความผันผวน

 

รูปที่ 4 แสดง สถิติราคายูเรเนียมที่ใช้ในการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

(ข้อมูลจาก : https://bit.ly/3PRihP9)

 

         
          ทั้งนี้ สัดส่วนกำลังผลิตติดตั้งรวมของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในแต่ละประเทศ กรณี

             -  โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เดินเครื่องในปัจจุบัน อันดับหนึ่ง คือ อเมริกา รองลงมา ฝรั่งเศส จีน และอื่น ๆ

             -  โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่อยู่ระหว่างก่อสร้าง อันดับหนึ่ง คือ จีน รองลงมา อินเดีย ตุรกี และอื่น ๆ ตามลำดับ

 

รูปที่ 5 แสดงสัดส่วนพลังไฟฟ้า (%) ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใน10 ประเทศลำดับแรกที่มีการเดินเครื่องในปัจจุบัน และอยู่ระหว่างก่อสร้าง (ข้อมูลจาก : https://world-nuclear.org/)

         
          สำหรับ ปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนของเทคโนโลยีที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้า แบ่งเป็น 2 กลุ่ม คือ

          (1) กลุ่มที่เกิดการเผาไหม้เนื่องจากการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล

          (2) กลุ่มพลังงานหมุนเวียนและพลังงานน้ำ รวมถึงนิวเคลียร์ โดยการผลิตไฟฟ้าจากนิวเคลียร์จัดอยู่ในกลุ่มที่ไม่เกิดการเผาไหม้ จึงไม่ก่อให้เกิดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในระหว่างการผลิตไฟฟ้า แต่อย่างไรก็ตามหากพิจารณาตลอดห่วงโซ่อุปทานของการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ อาจก่อให้เกิดการปล่อยก๊าซคาร์บอนบ้าง แต่เมื่อคิดปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนต่อหน่วยการผลิตไฟฟ้าตลอดช่วงอายุการใช้งาน พบว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ก่อให้เกิดการปล่อยก๊าซคาร์บอนต่อหน่วยการผลิตไฟฟ้าเป็นสัดส่วนที่น้อยมาก (เท่ากับ 12 gCO₂/kWh) เทียบเท่ากับเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลม แต่ต่ำกว่าการผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำจากเขื่อน ในขณะที่โรงไฟฟ้าถ่านหินก่อให้เกิดการปล่อยก๊าซคาร์บอนต่อหน่วยการผลิตไฟฟ้าเท่ากับ 820 gCO₂/kWh

 

รูปที่ 6 แสดงปริมาณการปล่อยก๊าซเรือนกระจกของแต่ละเทคโนโลยีที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้า (หน่วยเป็น gCO₂/kWh)

(ข้อมูลจาก : https://world-nuclear.org/)

         
          เมื่อวิเคราะห์ความต้องการใช้พื้นที่สัมพัทธ์ในการผลิตไฟฟ้าต่อหน่วยจากโรงไฟฟ้าแต่ละประเภทเชื้อเพลิง โดยพิจารณาตั้งแต่กระบวนการจัดหาเชื้อเพลิงจนถึงการผลิตไฟฟ้า พบว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีความต้องการใช้พื้นที่สัมพัทธ์น้อยที่สุด ในขณะที่โรงไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนอื่นๆ มีความต้องการใช้พื้นที่สัมพัทธ์มาก เช่น โซล่าร์ ลม และเขื่อนผลิตไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งโรงไฟฟ้าชีวมวลมีความต้องการใช้พื้นที่เป็นจำนวนมากเพื่อผลิตเชื้อเพลิงชีวมวลป้อนให้กับโรงไฟฟ้า

รูปที่ 7 แสดงสัดส่วนความต้องการใช้พื้นที่ในการผลิตไฟฟ้าต่อหน่วยจากโรงไฟฟ้าแต่ละประเภทเชื้อเพลิง

(ข้อมูลจาก : https://bit.ly/46HM97o)

 

          ความท้าทายหลังฟูกูชิม่า : ภัยพิบัตินิวเคลียร์ฟูกูชิม่าไดอิจิในญี่ปุ่นในปี 2554 ส่งผลให้มีการตรวจสอบความปลอดภัยทางนิวเคลียร์เพิ่มมากขึ้นทั่วโลก หลายประเทศได้ทบทวนและเสริมมาตรการและกฎระเบียบด้านความปลอดภัยเพื่อตอบสนองต่อเหตุการณ์นี้ เกิดการปิดโรงไฟฟ้าที่มีอายุมาก: โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เก่าบางแห่งถูกเลิกใช้งานเนื่องจากอายุมากและมีค่าใช้จ่ายสูงในการอัพเกรดที่จำเป็น อย่างไรก็ตาม หลายประเทศยังคงดำเนินกิจการโรงงานนิวเคลียร์อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ ความร่วมมือระหว่างประเทศเพิ่มขึ้นในด้านต่างๆ เช่น การวิจัยนิวเคลียร์ มาตรฐานความปลอดภัย และการจัดการของเสีย องค์กรระหว่างประเทศ เช่น สำนักงานพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA) มีบทบาทสำคัญในการอำนวยความสะดวกด้านความร่วมมือ การเปลี่ยนไปสู่พลังงานหมุนเวียน: แม้ว่าพลังงานนิวเคลียร์ยังคงเป็นส่วนสำคัญของการผสมผสานพลังงานสำหรับหลายประเทศ แต่ก็ยังมีการเน้นที่แหล่งพลังงานหมุนเวียนมากขึ้น เช่น ลมและแสงอาทิตย์ เนื่องจากถือเป็นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เป้าหมายพลังงานนิวเคลียร์และสภาพภูมิอากาศ: พลังงานนิวเคลียร์ยังคงได้รับการยอมรับว่าเป็นแหล่งพลังงานคาร์บอนต่ำที่สามารถช่วยให้บรรลุเป้าหมายด้านสภาพภูมิอากาศโดยการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

 

รูปที่ 8 แสดงพื้นที่ที่มีศักยภาพในการใช้งานเตาปฏิกรณ์เทคโนโลยีต่างๆ ทั่วโลก

(ข้อมูลจาก : https://bit.ly/3rOqrzO)

 

          โดยสรุป อุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์เผชิญกับทั้งความท้าทายและความก้าวหน้ามาตั้งแต่วิกฤติการณ์ฟูกูชิม่าในปี 2554 มาตรการด้านความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น นวัตกรรมทางเทคโนโลยี และความร่วมมือระหว่างประเทศ มีส่วนทำให้การดำเนินงานอย่างต่อเนื่องและการขยายโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในหลายประเทศ แม้ว่าพลังงานนิวเคลียร์จะอยู่ร่วมกับการผลิตพลังงานในรูปแบบอื่นๆ แต่พลังงานนิวเคลียร์ยังคงเป็นองค์ประกอบสำคัญของภูมิทัศน์พลังงานทั่วโลก ในขณะที่ประเทศต่างๆ มุ่งสู่อนาคตที่ยั่งยืนและคาร์บอนต่ำ

          สำหรับในประเทศไทยเคยมีแนวคิดการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เริ่มตั้งแต่ปี พ.ศ. 2509 เมื่อการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย เสนอโครงการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ต่อรัฐบาล จอมพล ถนอม กิตติขจร โดยกำหนดให้ บริเวณอ่าวไผ่ อำเภอศรีราชา จังหวัดชลบุรี เป็นที่ตั้งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และมีการศึกษาพื้นที่ที่มีเชื้อเพลิงยูเรเนี่ยมในประเทศไทย โดยกระทรวงทรัพยากร พบว่าพื้นที่ภาคใต้มีศักยภาพในการจัดทำเหมืองดังกล่าวจนกระทั่งในปี 2521 ได้รับการคัดค้านจากประชาชนทำให้โครงการเลื่อนไปอย่างไม่มีกำหนด ซึ่งต่อมาได้มีการบรรจุโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อยู่ในแผนพัฒนากำลังผลิตไฟฟ้าของประเทศไทยปี 2007 และปี 2010 (PDP2007, PDP2010) แต่ก็ยังไม่มีความก้าวหน้าใด ๆ

 

          วัฏจักรพลังงานพื้นฐานในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

                    วัฏจักรพลังงานพื้นฐานในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบ่งออกเป็น 3 รูปแบบ ได้แก่

                   (1) วงจรวงเดี่ยว (Single-loop cycle); ดังที่แสดงไว้ในรูป มันแสดงถึงเครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเดือด Boiling-water reator (BWR) แต่ก็สามารถเป็นตัวแทนของเครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยแก๊สอุณหภูมิสูงแบบวงจรตรง High-Temperature Gas-cooled Reator (HTGR) ได้ ถ้าฮีเลียมถูกแทนที่ด้วยไอน้ำ

                   (2) วงจรสองวง (Two-loop cycle); วงรอบปฐมภูมิที่อธิบายไว้ ณ ที่นี้อาจเป็นเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน Pressurized-Water Reactor (PWR) เครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักอัดแรงดัน CANDU (PHWR) หรือฮีเลียม HTGR

                   (3) วงจรสามวง (Three-loop cycle); สิ่งนี้พบได้ในเครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยโซเดียมเท่านั้น โดยมีโซเดียมที่ไม่มีกัมมันตภาพรังสีปนเปื้อนอยู่ตรงกลางระหว่างวงกัมมันตภาพรังสีปฐมภูมิและเครื่องกำเนิดไอน้ำ

 

รูปที่ 9 แสดงวัฏจักรพลังงานพื้นฐานในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

(ข้อมูลจาก https://bit.ly/3RTti56 และ https://bit.ly/45rDe90)

ข้อมูลเกี่ยวกับ SMR (Small Modular Reactor)

          ในขณะที่เรามองไปสู่อนาคต SMR ถือเป็นกุญแจสำคัญในการใช้พลังงานนิวเคลียร์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นในวันพรุ่งนี้ SMR สามารถลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของเราได้อย่างมาก และช่วยเราต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ช่วยเพิ่มเสถียรภาพและความยืดหยุ่นของโครงข่ายไฟฟ้าโดยการลดผลกระทบของพลังงานหมุนเวียนที่ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ และรับประกันการจ่ายไฟที่เสถียรในระหว่างสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย ถือเป็นการเดินทางที่น่าตื่นเต้นที่เรากำลังดำเนินการอยู่!

รูปที่ 10 แสดงโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ ขนาดใหญ่ เล็ก และเล็กมาก

(ข้อมูลจาก IAEA : https://bit.ly/3QcnmCP)

 

          SMR (Small Modular Reactor) คือ เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็ก ซึ่งเป็นนวัตกรรมล้ำสมัยในเทคโนโลยีพลังงานนิวเคลียร์ เป็นรุ่นจิ๋วของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดมหึมาที่เราคุ้นเคย ลองนึกถึงสถานการณ์ที่เชื้อเพลิงฟอสซิลและก๊าซธรรมชาติถูกลดสัดส่วนการผลิตลงและมีการใช้ร่วมกับพลังงานนิวเคลียร์สร้างความร้อนผลิตไฟฟ้าเพื่อรองรับ Base Load ที่เกิดขึ้นในทุกวัน เข้ามาเสริมแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น ลมและแสงอาทิตย์ ร่วมกับระบบกักเก็บพลังงาน โดยการผลิตพลังงานจากนิวเคลียร์ที่คงที่ และปราศจากคาร์บอนเมื่อดวงอาทิตย์ไม่ส่องแสง ลมไม่พัด หรือแม้กระทั่งฝนตก พายุเข้า มันเป็นการทำงานร่วมกันที่สมบูรณ์แบบ! สามารถนำไปใช้ได้เกือบทุกที่ ตั้งแต่ชุมชนห่างไกลไปจนถึงศูนย์อุตสาหกรรม ซึ่งให้การเข้าถึงพลังงานสะอาดอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน!

          SMR เป็นเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีขนาดกำลังการผลิตไฟฟ้าสูงสุดถึง 300 MW ต่อเครื่อง ซึ่งเทียบเท่าประมาณ 1 ใน 3 ของขนาดกำลังการผลิตไฟฟ้าของเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบดั้งเดิม โดย SMR จะถูกผลิตจากโรงงานในรูปแบบโมดูลและขนส่งไปติดตั้งยังสถานที่ปลายทางที่ต้องการใช้งาน ทั้งนี้หลักการทำงานของ SMR ยังคงเป็นพลังงานนิวเคลียร์ประเภทฟิชชัน (Nuclear Fission) เพื่อผลิตความร้อนไปขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

          สำหรับตัวอย่างการนำเทคโนโลยี SMR ไปใช้งานนั้น ที่ผ่านมามีการนำเครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็กมาใช้งานในเรือดำน้ำและยานอวกาศเนื่องจากมีขนาดกะทัดรัดและมีความสามารถในการผลิตพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กทำหน้าที่ผลิตไอน้ำ ไปขับเคลื่อนกังหันเพื่อขับเคลื่อนเรือดำน้ำและผลิตไฟฟ้าสำหรับระบบบนเรือ เทคโนโลยีนี้ช่วยให้เรือดำน้ำจมอยู่ใต้น้ำได้นานขึ้น ทำให้มีประสิทธิภาพสูงสำหรับภารกิจทางทหารและการวิจัยต่างๆ ซึ่งยังช่วยลดการพึ่งพาแผงโซลาร์เซลล์และแบตเตอรี่ในยานอวกาศด้วย โดยสรุป SMR นำเสนอโซลูชันพลังงานนิวเคลียร์ขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับเรือดำน้ำและยานอวกาศ ช่วยให้ปฏิบัติภารกิจได้ขยายและเพิ่มขีดความสามารถในทั้งสองบริบท

รูปที่ 11 แสดงการใช้งานในเรือดำน้ำและในยานอวกาศ

(ข้อมูลจาก : https://bit.ly/45z5ruM)

 

ข้อดีและข้อจำกัดในการประยุกต์ใช้งานของ SMR

ข้อดีของเครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็ก (SMR)

ข้อจำกัดของเครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็ก (SMR)

1. ความปลอดภัยขั้นสูง: SMR ได้รับการออกแบบด้วยคุณลักษณะด้านความปลอดภัยที่สามารถระบายความร้อนให้กับเครื่องปฏิกรณ์ได้ ลดความเสี่ยงของความร้อนสูงเกินไปและการหลอมละลายของแกนกลาง 2. พลังงานความร้อนต่ำกว่า: SMR มีเอาต์พุตพลังงานความร้อนต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบเดิม ซึ่งทำให้สามารถจัดการและมีความปลอดภัยยิ่งขึ้น 3. ความเป็นโมดูล: SMR ได้รับการออกแบบให้เป็นโมดูลาร์ ช่วยให้ขยายขนาดได้ง่ายขึ้นและมีความยืดหยุ่นในการปรับใช้ สามารถเพิ่มได้ทีละน้อยเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้น 4. เวลาในการก่อสร้างและการจัดหาเงินทุน: SMR คาดว่าจะใช้เวลาในการก่อสร้างสั้นลง และอาจลดต้นทุนล่วงหน้าได้เมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดใหญ่ ทำให้มีความเป็นไปได้ทางการเงินมากขึ้น 5. การผลิตขนาดใหญ่: การผลิตส่วนประกอบ SMR จำนวนมากในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมสามารถนำไปสู่การประหยัดต้นทุนและสร้างมาตรฐานได้ 6. การออกใบอนุญาต: SMR อาจมีกระบวนการออกใบอนุญาตที่ง่ายขึ้นเนื่องจากขนาดที่เล็กกว่าและคุณลักษณะด้านความปลอดภัยโดยธรรมชาติ

1. การสร้างของเสีย: SMR ผลิตกากนิวเคลียร์ที่ใช้แล้วและกากกัมมันตรังสีระดับสูงต่อกำลังการผลิตหนึ่งกิกะวัตต์ เมื่อเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ 2. ประสิทธิภาพขนาด: SMR อาจไม่บรรลุการประหยัดจากขนาดเช่นเดียวกับเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ ซึ่งอาจนำไปสู่ต้นทุนการผลิตไฟฟ้าที่สูงขึ้น 3. ประวัติการใช้งานที่จำกัด: ณ ขณะนี้ SMR ยังไม่ได้นำไปใช้อย่างกว้างขวางสำหรับการผลิตไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ ดังนั้นประสิทธิภาพและความปลอดภัยในระยะยาวจึงยังไม่ได้รับการพิสูจน์ 4. การป้อนเชื้อเพลิงและความมั่นคง: SMR อาจต้องการเชื้อเพลิงยูเรเนียมเสริมสมรรถนะที่มั่นคงและเชื่อถือได้ ซึ่งอาจก่อให้เกิดความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับความเสี่ยงด้านความปลอดภัยและการแพร่กระจาย 5. ความท้าทายด้านกฎระเบียบ: การพัฒนากรอบการกำกับดูแลสำหรับ SMR อาจมีความซับซ้อน และต้องมีการสร้างและรักษามาตรฐานความปลอดภัย 6. การรับรู้ของสาธารณะ: การยอมรับของสาธารณะต่อ SMR และพลังงานนิวเคลียร์โดยทั่วไปอาจแตกต่างกันไป และการรับรู้ของสาธารณะในเชิงลบอาจส่งผลกระทบต่อการใช้งาน

 

การประยุกต์ใช้งานพลังงานนิวเคลียร์แบบไฮบริดร่วมกับพลังงานหมุนเวียน

          ระบบพลังงานไฮบริดระหว่างพลังงานหมุนเวียนร่วมกับนิวเคลียร์ช่วยเพิ่มเสถียรภาพและความยืดหยุ่นของโครงข่ายไฟฟ้าโดยการลดผลกระทบของพลังงานหมุนเวียนที่ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ และรับประกันการจ่ายไฟที่เสถียรในระหว่างสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย เพิ่มความเสถียรของกริด:

 

รูปที่ 12 แสดงการใช้พลังงานนิวเคลียร์ผ่าน Turbine Generator ร่วมกับพลังงานหมุนเวียน ผลพลอยได้คือการผลิตไฮโดรเจน นำไปตอบสนองกลุ่มผู้ใช้ภาคอุตสาหกรรม (ข้อมูลจาก : https://bit.ly/46HM97o)

 

          โดยสรุป ระบบพลังงานไฮบริดทดแทนนิวเคลียร์ผสมผสานแหล่งพลังงานนิวเคลียร์และพลังงานทดแทนเพื่อสร้างแนวทางการผลิตพลังงานที่มีความน่าเชื่อถือ ยั่งยืน และคาร์บอนต่ำมากขึ้น ระบบเหล่านี้ถือเป็นคำมั่นสัญญาในการจัดการกับความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับพลังงานหมุนเวียนที่ไม่ต่อเนื่อง ในขณะเดียวกันก็มีส่วนช่วยในอนาคตด้านพลังงานที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

          นิวเคลียร์เป็นทางเลือกคาร์บอนต่ำแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งทำให้วิกฤติสภาพภูมิอากาศโลกรุนแรงขึ้น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงพาณิชย์แห่งแรกเริ่มดำเนินการในทศวรรษ 1950 และปัจจุบันมีเครื่องปฏิกรณ์ประมาณ 440 เครื่องที่ทำงานอยู่ทั่วโลก ซึ่งผลิตไฟฟ้าได้ 10% ของโลกเป็นแหล่งพลังงานคาร์บอนต่ำที่ใหญ่เป็นอันดับสองของโลก โดยมีประมาณ 50 ประเทศที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ ในขณะที่โลกมุ่งมั่นที่จะลดการปล่อยคาร์บอนในภาคพลังงานของตน การใช้พลังงานนิวเคลียร์ควบคู่ไปกับเทคโนโลยีสีเขียวอื่นๆ เช่น พลังงานที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ก๊าซหรือถ่านหินที่มีการดักจับและกักเก็บคาร์บอน (CCS) ความร้อนใต้พิภพ มีการประมาณการชี้ให้เห็นว่ากำลังการผลิตนิวเคลียร์อาจเพิ่มขึ้น 280 กิกะวัตต์ (GW) ภายในปี 2593

ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ (เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันชนิดโทคาแมค) และ SMR เกี่ยวข้องกันหรือไม่?

          เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันและเครื่องปฏิกรณ์โมดูลาร์ขนาดเล็ก (SMR) มีความสัมพันธ์กันในแง่ที่ว่าทั้งสองเป็นรูปแบบของเทคโนโลยีนิวเคลียร์ แต่โดยพื้นฐานแล้วจะแตกต่างกันในแง่ของหลักการปฏิบัติการและวัตถุประสงค์

 

รูปที่ 13 ดวงอาทิตย์เทียม Tokamak

รูปที่ 14 รูป SMR

ข้อมูลจาก : CANVAS AI

รูปที่ 15 ดวงอาทิตย์เทียม Tokamak

รูปที่ 16 รูป SMR

รูปที่ 17 รูป SMR

ข้อมูลจาก : https://bit.ly/46MBIPH, https://bit.ly/3ttaU8V และ https://bit.ly/45NkP6V

ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ (เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันชนิดโทคาแมค)

          นิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear Fusion) เป็นกระบวนการที่นิวเคลียสของอะตอมเบา 2 นิวเคลียสรวมกันเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า และปล่อยพลังงานจำนวนมากออกมาในกระบวนการนี้ มันเป็นกระบวนการเดียวกับที่ให้พลังงานแก่ดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์อื่นๆ ปฏิกิริยาฟิวชันเกี่ยวข้องกับไอโซโทปของไฮโดรเจน ซึ่งโดยทั่วไปคือดิวทีเรียมและทริเทียม และต้องการอุณหภูมิและความดันที่สูงมากเพื่อเอาชนะแรงผลักของไฟฟ้าสถิตระหว่างนิวเคลียสที่มีประจุบวก และนำมาไว้ใกล้พอที่จะเกิดปฏิกิริยาฟิวชัน

          เป้าหมายของการวิจัยนิวเคลียร์ฟิวชันคือการพัฒนาวิธีการที่ปฏิบัติได้จริงและยั่งยืนในการควบคุมพลังงานฟิวชันในฐานะแหล่งพลังงานที่สะอาดและแทบไม่มีขีดจำกัด การบรรลุการควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันบนโลกถือเป็นความท้าทายทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมที่มีมายาวนาน และโครงการวิจัยฟิวชันต่างๆ ยังดำเนินอยู่ เช่น ITER (เครื่องปฏิกรณ์ทดลองนิวเคลียร์ความร้อนระหว่างประเทศ) ปัจจุบันมี 2 ประเภท คือ เลเซอร์ฟิวชั่น และ โทคาแมค

เครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็ก (SMR):

          SMR เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชัน (Nuclear Fission) ประเภทหนึ่ง มีขนาดเล็กกว่าและมีการออกแบบแบบโมดูลาร์เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดใหญ่แบบดั้งเดิม ใช้กระบวนการแยกตัวของนิวเคลียร์ โดยที่นิวเคลียสของอะตอมหนักจะถูกแยกออกเป็นชิ้นเล็กๆ เพื่อปล่อยพลังงานออกมา เชื้อเพลิงที่ใช้กันมากที่สุดใน SMR คือยูเรเนียม-235 เสริมสมรรถนะหรือวัสดุฟิสไซล์อื่นๆ ได้รับการออกแบบให้มีความยืดหยุ่น ปลอดภัยกว่า และอาจคุ้มค่ามากกว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดใหญ่แบบดั้งเดิม สามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ต่าง ๆ รวมถึงการผลิตไฟฟ้า การทำความร้อนแบบรวมศูนย์ และการใช้งานทางอุตสาหกรรม

          โดยสรุป แม้ว่าทั้งนิวเคลียร์ฟิวชันและ SMR จะมีความสัมพันธ์กันในแง่ที่ว่าเป็นส่วนหนึ่งของเทคโนโลยีนิวเคลียร์ในสาขาที่กว้างกว่า แต่ก็เป็นแนวคิดที่แตกต่างกันโดยมีแนวทางในการผลิตพลังงานนิวเคลียร์ที่แตกต่างกัน นิวเคลียร์ฟิวชันมีจุดมุ่งหมายเพื่อจำลองแหล่งพลังงานของดวงอาทิตย์ผ่านการหลอมรวมของนิวเคลียสอะตอมเบา ในขณะที่ SMR ใช้การแยกตัวของนิวเคลียร์เพื่อสร้างพลังงานในรูปแบบที่เล็กกว่าและเป็นโมดูลาร์มากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์แบบดั้งเดิม

ราคาต้นทุนการผลิตไฟฟ้าต่อหน่วยของ SMR เทียบกับเทคโนโลยีอื่น

รูปที่ 18 แสดงต้นทุนการผลิตไฟฟ้าต่อหน่วยของ SMR ในประเทศสหรัฐอเมริกา

(ข้อมูลจาก : https://bit.ly/3LSM092)

         
          ในปี 2022 สหรัฐอเมริกาได้ประเมินว่าต้นทุนการผลิตไฟฟ้าต่อหน่วยจาก SMR ได้ปรับเพิ่มสูงขึ้นจากเป้าหมายที่วางไว้ ถึงแม้ว่าจะได้รับเงินสนับสนุนจากกฎหมายการลดเงินเฟ้อ (Inflation Reduction Act: IRA) ในรัฐบาลประธานาธิบดีไบเดน แต่ไม่เป็นไปตามที่วางแผนไว้ เนื่องจากสาเหตุต้นทุนการก่อสร้างที่เพิ่มขึ้นของโครงการความร่วมมือของภาครัฐและบริษัทเอกชนที่ได้รับการรับรองการออกแบบจาก NERC จากเดิมประมาณการไว้ 58 $/MWh ส่งผลให้ราคาที่คาดการณ์ใหม่เปลี่ยนเป็น 120-130 $/MWh โดยหากได้รับการสนับสนุนจากภาครัฐ (IRA) จำนวน 30 $/MWh จะส่งผลให้ต้นทุนการผลิตไฟฟ้าจาก SMR ลดเหลือ 90-100 $/MWh

รูปที่ 19 แสดงต้นทุนค่าก่อสร้างและค่าดำเนินการเฉลี่ยต่อหน่วยผลิตไฟฟ้า (LCOE) จากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และฟอลซิลที่รวมและไม่รวมการกักเก็บคาร์บอน (ข้อมูลจาก : https://bit.ly/3PRihP9)

         
          จากรูปจะเห็นว่าต้นทุนการผลิตไฟฟ้าจาก SMR จะสามารถแข่งขันกับเชื้อเพลิงถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากคำนึงถึงต้นทุนการปล่อยก๊าซคาร์บอนสำหรับเชื้อเพลิงฟอสซิล โดยคาดว่าราคาต้นทุนของ SMR จะลดลงอีกในช่วงปี 2030 ถึง 2050 เนื่องจากเครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็กบรรลุการประหยัดจากขนาด (Economies of Scale)

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้วมีการดำเนินการอย่างไร

รูปที่ 20 แสดงวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่นำกลับมาใช้ใหม่และนำไปไปฝังกลบและนำไปผลิตอาวุธ

(ข้อมูลจาก : https://bit.ly/3rOCGfK และ https://bit.ly/3ttQcWF) (รูปจาก CANVAS AI)

         
          วัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เริ่มจากการทำเหมือง (Mining) เพื่อสกัดยูเรเนียม จากนั้นจึงเปลี่ยนรูป (Conversion) ยูเรเนียม ให้อยู่ในรูปของก๊าซ ก่อนจะเสริมสมรรถนะ (Enrichment) ให้ยูเรเนียม-235 มีความเข้มข้นเพิ่มขึ้น สำหรับผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ หรือเสริมสมรรถนะ ให้ยูเรเนียม-235 มีความเข้มข้นเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 90% สำหรับใช้ในอาวุธนิวเคลียร์

          จากข้อมูลของทางทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA) พบว่าเชื้อเพลิงยูเรเนียมที่ใช้งานในเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน (PWR) และเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด (BWR): มักจะมีอายุการใช้งานประมาณ 3-7 ปี หลังจากช่วงเวลานี้ จะถือว่าเชื้อเพลิงถูกใช้ไปเนื่องจากไม่สามารถรักษาปฏิกิริยาฟิชชันได้อย่างมีประสิทธิภาพอีกต่อไป

          การจัดการกากกัมมันตรังสีมีการทำหลายระยะ เพื่อความสะดวกปลอดภัย และประหยัด กล่าวคือ กากที่อยู่ในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในระยะแรกมักปล่อยให้อยู่ในแท่งเชื้อเพลิงและเก็บแท่งเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วไว้ในบ่อน้ำ ซึ่งอยู่ภายในตัวโรงไฟฟ้าเพื่อให้สารกัมมันตรังสีสลายตัวหรือที่เรียกตามภาษาสามัญว่าปล่อยมันเย็นลง ขั้นตอนนี้เป็นการเก็บกากกัมมันตรังสีไว้ภายใต้การดูแลที่เข้มงวดภายในโรงไฟฟ้า ระยะของสารกัมมันตรังสีจะสลายตัวลงอย่างรวดเร็วหลังจากเก็บไว้ 3 เดือน กัมมันตรังสีจะลดลงไปแล้วครึ่งหนึ่ง พอถึง 1 ปี กัมมันตรังสีจะลดลงไปถึงร้อยละ 80 และถ้าปล่อยทิ้งไว้ 10 ปี จะสลายตัวไปถึงร้อยละ 90 อีกร้อยละ 10 มีอายุยืนยาวเป็นพันปี จึงต้องมีการเก็บอย่างถาวรเพื่อไม่ให้มีโอกาสเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต ดังนั้น ถ้าประเทศไทยจะเลือกใช้พลังงานนิวเคลียร์เพื่อผลิตไฟฟ้าในอนาคต ควรจะเริ่มจากสถานีเก็บกากถาวรภายในประเทศว่ามีความเป็นไปได้มากน้อยเพียงไรและควรเตรียมตัวในเรื่องสถานที่เก็บกากกัมมันตรังสีเพื่อให้ประชาชนเกิดการเชื่อมั่นว่า ถ้ามีกากกัมตรังสีจากโรงไฟฟ้าเกิดขึ้นแล้วจะมีที่เก็บอย่างปลอดภัย สถานที่เก็บที่ประเทศต่าง ๆ เลือกไว้ มักจะมีสภาพธรณีวิทยาที่เป็นชั้นหินแกรนิตหรือเป็นเหมืองเกลือ สำหรับประเทศไทยอาจเลือกเป็นชั้นดินเหนียวหรือดินดานหรือหินแบบอื่นได้ แต่อาจจะต้องมีการศึกษาวิจัยเพิ่มเติม

         ตัวอย่างในประเทศออสเตรเลียที่เป็นทั้งผู้ผลิตเชื้อเพลิงและผู้ใช้พลังงานนิวเคลียร์ พบว่า มีหลุมฝังกลบกว่า 100 แห่ง ทั่วประเทศ

 

รูปที่ 21 แสดงภาพสถานที่เก็บกากกัมมันตรังสีที่มีความหนาแน่นต่ำที่ภูเขา Walton East ในประเทศออสเตรเลีย

(ข้อมูลจาก : https://bit.ly/48KpLvL) และการเติบโตของตลาดเก็บกากนิวเคลียร์ (ข้อมูลจาก : https://bit.ly/46HMAyy)

   

ความเห็นของผู้เขียน

          จากสิ่งที่ได้กล่าวมาทั้งหมดข้างต้นจะเห็นว่า จีนกำลังก้าวเข้าสู่ราชาแห่งพลังงานนิวเคลียร์ แทนที่อเมริกาผู้กำลังผันตัวเองเป็นผู้ส่งออกเตาปฏิกรณ์ สถานการณ์ความต้องการเชื้อเพลิงยูเรเนี่ยมที่มีคุณภาพสูงเพื่อใช้ใน SMR และเตาปฏิกรณ์แต่ละรุ่นโดยเฉพาะที่มีมากในประเทศมหาอำนาจ รวมถึงผู้นำเทคโนโลยีด้านนิวเคลียร์ จะเป็นตัวแปรสำคัญที่ชี้นำตลาดในอนาคต

          แถมท้ายอีกนิด จากราคาที่ลดลง และความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น เมื่อเชื้อเพลิงฟอสซิลถูกทำให้เป็นผู้ร้าย ความยั่งยืนของพลังงานหมุนเวียนจำเป็นต้องพึ่งพาพลังงานอื่นที่มั่นคงกว่าเพื่อนำมาใช้งานได้จริงยามที่ไม่มีลม ไม่มีแดด ไม่มีพลังงานจากแรงโน้มถ่วง พลังงานนิวเคลียร์ถือเป็นตัวละครหนึ่งที่น่าจับตามองคาดว่าใน 30 ปีต่อจากนี้เราจะได้เห็นรถไฟฟ้านิวเคลียร์วิ่งตามท้องถนนก็เป็นได้ เมื่อถึงเวลานั้นเราอาจจะต้องวางแผนนโยบายเกี่ยวกับโรงไฟฟ้าและสถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าและสถานบริการเชื้อเพลิง รวมถึงกลไกการติดตามตรวจสอบกันอีกครั้งก็เป็นได้

ฝ่ายนวัตกรรมและพัฒนาการกำกับกิจการพลังงาน

สำนักงานคณะกรรมการกำกับกิจการพลังงาน

ตุลาคม 2566

ข้อมูลอ้างอิง    

http://large.stanford.edu/courses/2022/ph241/kader1/

https://www.iaea.org/newscenter/news/what-are-small-modular-reactors-smrs

https://globalnews.ca/news/6243567/small-nuclear-reactors-environment/

https://ontariotechu.ca/programs/continuous-learning/engineering/nuclear-renewable-hybrid-energy-systems/index.php

https://eciu.net/analysis/briefings/uk-energy-policies-and-prices/small-modular-nuclear-reactors

https://watt-logic.com/2022/04/11/cost-of-renewables/

https://ned.egat.co.th/

https://www.iaea.org/publications/15098/nuclear-renewable-hybrid-energy-systems

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frsc.2021.723910

https://www.mdpi.com/1996-1073/16/14/5329

https://www.iaea.org/publications/13594/nuclear-renewable-hybrid-energy-systems-for-decarbonized-energy-production-and-cogeneration

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652618302993

https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/small-nuclear-reactors

https://www.nuclear-power.com/nuclear-power-plant/reactor-types/small-modular-reactor-smr/advantages-and-disadvantages-of-small-modular-reactors/

https://issuu.com/charlton_media/docs/ap_q2_2023/s/23194356

https://tradingeconomics.com/

https://www.parliament.go.th/ewtadmin/ewt/parliament_parcy/ewt_dl_link.php?nid=45206

https://www.youtube.com/watch?v=ojWCvxKzUgk

https://www.cnbc.com/2023/08/30/how-china-became-king-of-new-nuclear-power-how-us-could-catch-up.html

https://www.aph.gov.au/About_Parliament/Parliamentary_departments/Parliamentary_Library/pubs/rp/rp2223/Chronologies/RadioactiveWasteManagement2012-2022

https://mgronline.com/politics/detail/9490000100408#lnjr97ghw0q3xc14r4

https://www.abc.net.au/news/2020-06-26/call-for-mt-walton-facility-to-accept-australia-hazardous-waste/12392518

https://www.marketresearchfuture.com/reports/nuclear-waste-management-market-7226