تحتاج SMR من Rolls-Royce إلى أرض أقل بمقدار 10,000 مرة من طاقة الرياح ، مما يثبت `` القانون الحديدي لكثافة الطاقة ''

في الشهر الماضي ، قالت شركة Rolls-Royce إنها تتوقع الحصول على موافقة الجهات التنظيمية من الحكومة البريطانية بحلول عام 2024 لمفاعلها المعياري الصغير بقدرة 470 ميجاوات. وأنها ستبدأ في إنتاج الطاقة على الشبكة الكهربائية لبريطانيا بحلول عام 2029.

هل سيحدث ذلك؟ سيخبر الوقت. لقد تجاوزت العديد من المشاريع النووية والشركات الناشئة التواريخ المتوقعة للخدمة. لكن إعلان Rolls-Royce مهم لسببين. أولاً ، يضيف المزيد من المصداقية إلى فكرة أن نهضة نووية عالمية جارية بالفعل. ثانيًا ، يُظهر تصميم مفاعل Rolls-Royce الجديد بقدرة 470 ميجاوات أنه نظرًا لكثافة طاقته غير المسبوقة ، فإن الطاقة النووية الطريقة الوحيدة التي يمكننا من خلالها إنتاج الكهرباء على نطاق واسع مع الحفاظ على البيئة الطبيعية وتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

لماذا ا؟ ستحتاج كثافة الطاقة في المحطات النووية التي تخطط Rolls-Royce لبنائها إلى مساحة أرض تقل بمقدار 10,000 مرة عن مساحة مشروع الرياح ومساحة أقل بنحو 1,000 مرة مما يتطلبه مشروع الطاقة الشمسية. نظرًا لكثافة طاقتها العالية بشكل مذهل ، ستحتاج المحطات النووية الجديدة إلى موارد أقل بكثير مثل الأرض والصلب والنيوديميوم والنحاس والخرسانة مما يثبت ما أطلق عليه القانون الحديدي لكثافة الطاقة. المزيد عن ذلك في لحظة.

إذا تخطيت الفيزياء في المدرسة الثانوية (فعلت) ، فقد لا تفهم سبب أهمية كثافة الطاقة. لا مشكلة. هنا سريع التمهيدي. الطاقة (تقاس بالجول ، أو Btu) هي القدرة على القيام بالعمل. القوة (تقاس بالواط ، أو القدرة بالحصان) هي معدل إنجاز العمل. نحن لا نهتم بالطاقة. ما نريده هو القوة. لا نهتم بالضرورة بنوع الطاقة (الزيت أو الشمس أو الفحم أو الغاز) الذي يتم استخدامه لتحريك سيارتنا أو تشغيل التلفزيون أو طهي سمك الفيليه ، فنحن نهتم فقط بأن لدينا القوة التي نحتاجها للحصول عليها عملنا انتهى. والنتيجة الطبيعية لذلك صحيحة أيضًا: كلما زادت القوة التي نمتلكها ، (طاقة الحوسبة ، طاقة التسخين ، القوة المحركة ، طاقة الطهي) زاد العمل الذي يمكننا القيام به.

كثافة الطاقة هي مقياس تدفق الطاقة الذي يمكن تسخيره من منطقة أو حجم أو كتلة معينة. أي كم عدد الواطات التي يمكننا الحصول عليها لكل متر مربع أو لتر أو كيلوجرام. وهذا يعود إلى القانون الحديدي لكثافة القوة. لقد اقترضت مفهوم القانون الحديدي من مؤلف وأستاذ بجامعة كولورادو روجر بيلك جونيور ، الذي صاغ قانون المناخ الحديدي، الذي يقول إنه عندما يُجبر السياسيون وصناع القرار على الاختيار بين النمو الاقتصادي والعمل المناخي ، سيختارون دائمًا النمو الاقتصادي.

القانون الحديدي لكثافة القوة هو ابن عم مرسوم بيلكي. تقول: كلما انخفضت كثافة الطاقة ، زادت كثافة المورد. إذا كنت تعتمد على مصدر منخفض الكثافة للطاقة مثل إيثانول الذرة (0.1 واط لكل متر مربع) أو طاقة الرياح (1 واط لكل متر مربع) ، فعليك مواجهة هذا التدفق الضئيل للطاقة بمدخلات كبيرة من الموارد الأخرى. بالنسبة للإيثانول ، يعني ذلك استخدام الكثير من الأراضي والأسمدة ووقود الديزل لزراعة ما يكفي من الذرة لإنتاج كميات كبيرة من الوقود السائل. في العام الماضي ، أفاد ديف ميريل ، وهو مراسل متخصص ومحلل بيانات في بلومبرج ، أن "ثلثي إجمالي بصمة الطاقة الأمريكية مكرس ل ... الذرة المزروعة للإيثانول. يتطلب مساحة أكبر من جميع مصادر الطاقة الأخرى مجتمعة. " حدد ميريل أن الوقود الحيوي (بشكل أساسي إيثانول الذرة) يستخدم حوالي 80,000 ألف ميل مربع ، وهي مساحة أكبر من ولاية نبراسكا.

طاقة الرياح لها نفس مشكلة الإيثانول. لإنتاج كميات كبيرة من الكهرباء ، تتطلب مشاريع الرياح مساحات شاسعة من الأرض وكميات هائلة من الفولاذ والخرسانة والنحاس والعناصر الأرضية النادرة. تعد متطلبات استخدام الأراضي هذه أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل طاقة الرياح تواجه مثل هذه المقاومة الشرسة في جميع أنحاء البلاد. كما أعرض في قاعدة بيانات الرفض المتجدد ، رفض حوالي 331 مجتمعًا في جميع أنحاء البلاد أو قيدوا مشاريع طاقة الرياح منذ عام 2013. حدث الرفض الأخير في 5 مايو في مقاطعة كروفورد بولاية أوهايو ، والتي رفضت مشروع طاقة الرياح الذي اقترحته شركة Apex Clean Energy ، وهي شركة شهدت معارضة شديدة لمشاريعها بما في ذلك المشاريع التي ماتت الآن. مشروع Lighthouse Wind في نيويورك الذي كان سيغطي حوالي 20,000 فدان.

كما أوضحت في كتابي الأخير ، مسألة الطاقة: الكهرباء وثروة الأمم، وفي الرسم البياني أعلاه ، تعني كثافة الطاقة المنخفضة لطاقة الرياح أن تلبية الطلب الحالي على الكهرباء في أمريكا باستخدام توربينات الرياح وحدها يتطلب مساحة أرض تبلغ ضعف مساحة كاليفورنيا. هذه مساحة سخيفة ، لا سيما بالنظر إلى أنه يكاد يكون من المستحيل بناء طاقة الرياح في كاليفورنيا.

ماذا عن الطاقة الشمسية؟ لديها كثافة طاقة أعلى من الإيثانول أو الرياح - حوالي 10 واط لكل متر مربع - ولكنها تتطلب أيضًا الكثير من مدخلات المواد بما في ذلك البولي سيليكون والفولاذ والنحاس. كما تتطلب مساحة كبيرة من الأرض ، ولهذا السبب العديد من المجتمعات في جميع أنحاء البلاد ترفض Big Solar.

نعود الآن إلى رولز رويس. تبلغ تكلفة SMR 470 ميغاواط حوالي 2.3 مليار دولار وستتطلب موقعًا على مساحة حوالي 10 فدان. وهذا يعني أن محطة الطاقة الجديدة ستبلغ كثافة طاقتها أكثر من 10,000 واط لكل متر مربع. ها هي الرياضيات: 470,000,000 واط مقسومًا على 40,489 مترًا مربعًا = 11,608 واط لكل متر مربع. إذا افترضنا عامل سعة 90٪ (بمعنى أن المحطة ستعمل بكامل طاقتها 90٪ من الوقت) والتي تصل إلى 10,447 واط لكل متر مربع. لأكون واضحًا ، هذا رقم كبير جدًا. كما أعرض في الرسم الثاني أعلاه مباشرة ، كانت كثافة الطاقة لمركز إنديان بوينت للطاقة الذي تم إغلاقه مؤخرًا في بوكانان حوالي 2,000 واط لكل متر مربع.

رود آدامز ، محلل الطاقة النووية البارز وناشر رؤى ذرية ومضيف برنامج Atomic Show podcast ، متفائل بشأن مفاعل رولز رويس. قال إن الشركة لديها المال والدعم الحكومي الذي يجب أن يسمح لها بالنجاح وبناء SMR الجديد. قال لي يوم الخميس "إنها شركة متطورة تقنيًا لديها عقود من الخبرة في بناء الآلات المعقدة بما في ذلك محركات الطائرات ومحطات الطاقة النووية للغواصات".

علامة إيجابية أخرى: رئيس الوزراء البريطاني بوريس جونسون يعانق الطاقة النووية بشدة. في وقت سابق من هذا الشهر ، أثناء زيارته لمحطة هارتلبول للطاقة النووية في إنجلترا ، قال إن الطاقة النووية "ضرورية للغاية لفطامنا عن الوقود الأحفوري ، بما في ذلك النفط والغاز الروسي". وقال أيضًا إن المملكة المتحدة ستبني الكثير من المفاعلات. "بدلاً من بناء واحد جديد كل عقد ، سنبني واحدًا كل عام ، ويزود المنازل بالطاقة النظيفة والآمنة والموثوقة."

من المؤكد أن بوريس يقول الكثير من الأشياء. ونعم ، لقد سمعنا عن انتعاش القطاع النووي العالمي من قبل. لكن هذه المرة ، في الواقع ، قد تكون مختلفة. هناك العديد من العوامل ، بما في ذلك ارتفاع الأسعار العالمية للغاز الطبيعي والفحم (يبلغ معيار نيوكاسل الآن حوالي 400 دولار للطن) ، وعدم اليقين الهائل بسبب غزو بوتين لأوكرانيا ، مما يمنح قطاع الطاقة النووية موجة من الأمل ورأس المال. لكن تذكر ، إنها ليست مجرد رولز رويس. في وقت سابق من هذا الشهر ، NuScale Power (شريط الأسهم: SMR) تم طرحها للاكتتاب العام في بورصة نيويورك. وقالت فرنسا إنها ستعزز صناعتها النووية.

هذه التطورات أخبار سارة للبيئة الطبيعية ، لطيورنا وخفافيشنا وحشراتنا ، ونعم للبشر. بدلاً من التوسع في الطاقة الذي يفسد المناظر الطبيعية والذي يأتي مع مشاريع الرياح والطاقة الشمسية ، يعد العصر النووي الجديد بتقديم مفاعلات فائقة الكثافة للطاقة والتي تحافظ على الطبيعة وتجلب المزيد من العصير الخالي من الكربون لشبكاتنا الكهربائية. لا تمتلك رولز رويس فقط تقنية أفضل من طاقة الرياح أو الطاقة الشمسية. لديها تكنولوجيا أفضل بـ 10,000 مرة.