Si la fusión alcanza la potencia neta, ¿será más fácil / más barato construir y operar una planta de fusión que las plantas de fisión actuales?

Answer 1

Más barato? Tal vez. ¿Más fácil? Probablemente no.

Si obtenemos poder de fusión comercial, será una rama de la industria de fisión. Aquí están las grandes diferencias:

• Toneladas más de energía . Fusion aprovecha al máximo la energía de cualquier proceso conocido por la humanidad. Pero adivinar dónde terminarán es difícil. Los Fusion Power Associates, a menudo hablan de que las plantas de energía de fusión hacen de 8 a 15 veces lo que hace una planta de fisión. Su planta de fisión estándar tiene una potencia de ~ 1000 MW por torre de enfriamiento. La planta de fisión más grande del mundo, en Japón, tiene siete torres. Estas son plantas grandes. Corren grandes ciudades. Hoy, en lugares como India / China, o pequeñas ciudades de EE. UU., Necesita plantas más pequeñas. A mis amigos en la industria de la energía les encanta impulsar ~ 350 MW, plantas de gas natural de ciclo combinado, porque se ajustan a las necesidades insatisfechas del mundo, son más baratas y funcionan con Gas Natural más barato y son “ecológicas”. ¿La fusión encajará en ESE mercado? Difícil de decir.

• Combustible barato (tal vez) . Básicamente, tiene dos opciones aquí: deuterio y tanto deuterio como tritio. El tritio es muy caro, difícil de almacenar, difícil de almacenar y una pesadilla regulatoria / de envío. Por estas razones, he argumentado repetidamente que la industria energética quemará deuterio directo. Los laboratorios nacionales, PPPL, NIF, la máquina Z, etc. incluyen rutinariamente tritio en sus pruebas y argumentan que es necesario para una planta de energía de fusión. Mientras tanto, puede comprar deuterio en eBay, 25 dólares por algunas cosas de baja calidad y enviarlo por correo a su casa. La gente sueña con fusionar Boro-11, porque casi no produce radiactividad y no tiene huella de carbono. Puede determinar qué tan bien funcionará su combustible, en función de la temperatura de fusión y la sección transversal, que es básicamente una medida de la “Fusibilidad” del combustible.

• Todavía es un reactor nuclear . Sí, soy un gran defensor de la fusión de “cerveza casera”. A continuación se muestra una foto de un adolescente que se fusionó en su habitación en Jersey. He promovido esta idea con fuerza durante varios años. Pero, incluso debo admitir que es un reactor nuclear. Por ejemplo, el mejor fusionero aficionado del mundo, Doug Coulter, está construyendo actualmente un sistema de manejo remoto para ejecutar su fusor porque su rendimiento se ha vuelto tan bueno que se está volviendo peligroso trabajar con él (ver más abajo).

El resultado final es: sea cual sea la fusión en última instancia, aún necesitará muchas de las cosas que necesita para la fisión : sistemas de seguridad, sistemas de refrigeración, sistemas de captura de energía, seguridad de la planta, supervisión, etc. Eso significa que necesitará una organización considerable y financiamiento para operar una planta de energía de fusión.

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Yo blogueo sobre fusión, tanto en Quora como en otros lugares. También estoy desarrollando un podcast de fusión que espero comenzar este año. ¡Espero que esto ayude!

Answer 2

Técnicamente, en el futuro cercano, el No. ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) promete demostrar que la fusión puede alcanzar la salida de potencia neta positiva, pero por ahora es demasiado costosa de construir. Al comienzo de la próxima década, somos optimistas de que podremos producir energía neta positiva con fusión. Eso es como en 3 a 4 años. Entonces, no, no será más barato construirlos. Todavía necesitamos refinar la tecnología y hacerla más barata. Palabras como “imanes superconductores” y “plasma” siguen siendo sonidos de ciencia ficción.

El confinamiento inercial también suena a ciencia ficción. “Rayos láser gigantes” y esas cosas. Stellarator también es complejo de correr y enfrenta obstáculos similares a los tokamaks. La técnica de Lockheed Martin suena bien para ser verdad. Espero que funcione. si lo hace, será la única forma en que el poder de fusión será más barato en el futuro previsible. Hay otros descubrimientos o inventos interesantes como la creación resentida de hidrógeno metálico. Esto tiene el potencial de hacer un imán superconductor a temperatura ambiente.

Incluso si todas las complejidades se superan en unos 100 años o más, dudo que sigan siendo más baratas que los Reactores de torio de fluoruro líquido (LFTR). Los LFTR también usan combustible muy barato y son mucho más baratos de construir. Producen “desechos” radiactivos de vida muy corta (en comparación con las centrales nucleares existentes). La palanca de radiación baja al nivel de fondo natural después de 300 años que está dentro de las capacidades normales de contención y gestión. Utilicé comillas allí porque la mayoría de los desechos son útiles y costosos. Es útil para el suministro de energía de naves espaciales y los isótopos médicos.

Los LFTR pueden ser incluso más seguros que los reactores de fusión. Los neutrones de alta energía que normalmente se crean a partir de las reacciones de fusión son realmente peligrosos y difíciles de contener. activan la mayoría de los elementos estables. Esto realmente podría hacer que el área alrededor del reactor sea muy radiactiva.

Answer 3

El combustible será más barato …

En cuanto al lado nuclear de la planta, no veo cómo van a ser más baratos. Es cierto que no necesitarán muchos de los sistemas de seguridad que tienen las plantas de fisión. Sin embargo, (suponiendo un estilo tokamack) la unidad de fusión en sí será muy costosa, debido a los metales exóticos que deberán desarrollarse para resistir el intenso flujo de neutrones. Luego, están los electroimanes superconductores. El sistema de contención para garantizar que el tritio no termine en el medio ambiente.

Supongo que si son comercialmente viables y salen al mercado, estarán bajo el control reglamentario de la NRC. Si los últimos 40 años nos han enseñado algo, a la NRC le ENCANTA agregar reglas para hacernos “más seguros”. ¡No puedo esperar a verlos desarrollar reglas para la multitud de fusión!

Answer 4

Compare el ITER con el reactor nuclear más costoso jamás construido y probablemente el reactor más costoso jamás construido: Hinkley Point C. Entonces, el ITER cuesta $ 14b y teóricamente produce 450 MW de calor. Supongamos que opera un motor de calor perfecto para automóviles y la eficiencia es de ~ 100% (10 millones de depósitos calientes de Kelvin y depósitos fríos a temperatura ambiente). También asumimos que el Li-6 que se utiliza para generar tritio es gratis (¿quién necesita litio de todos modos? Hinkley Point C cuesta £ 18b. Conversión a los usd y agregando costos excesivos, digamos que finalmente cuesta $ 30b construir una planta de 3.2GWe. El costo del combustible en una planta de fisión es insignificante, menos del 5% del CAPEX de la tierra durante su ciclo de vida completo, pero dice que el uranio se vuelve tan raro que cuesta millones de dólares por tonelada. Los ingenieros ahora se niegan a trabajar a menos que se les pague medio millón al año. El costo de por vida se convierte en doble CAPEX, y HPC cuesta $ 60b para construir y ejecutar. HPC costaría $ 20b por GW, mientras que ITER todavía cuesta $ 28b por GW. Recuerde que HPC tiene licencia por 60 años y puede extenderse a 120 años. Nadie está seguro de si el ITER puede durar hasta 40.

Fusion se basa en una historia de que mientras el costo del combustible sea bajo, la electricidad se vuelve barata y abundante. Considere que el costo del combustible de energía renovable es cero, y la energía eólica marina y los CSP siguen siendo una de las formas más caras de generar electricidad. Fusion tendrá que reducir el costo de CAPEX en 100 veces para cumplir los sueños de sus fanáticos.

Answer 5

RE: Si la fusión alcanza la potencia neta, ¿será más fácil / más barato construir y operar una planta de fusión que las plantas de fisión actuales?

Todavía no sabemos cómo, o incluso si, las plantas comerciales de energía de fusión serán posibles, por lo tanto, esta pregunta es imposible de responder.

Sin embargo, los nuevos diseños de reactores de fisión son ridículamente seguros, por lo que es difícil imaginar que una planta de fisión podría ser más segura.

Y en cuanto al costo del combustible, el torio hoy se produce como un subproducto de desecho de las operaciones mineras. Es difícil imaginar una fuente de combustible más barata que los desechos mineros. Lo único que falta son reactores que “queman” el torio.

Answer 6

El gran desafío técnico en las plantas de fisión es mantener el agua en la maceta. Sin embargo, si uno falla en eso, suceden cosas malas (un colapso). Esto lleva a una gran cantidad de regulaciones y gastos relacionados.

Los desafíos técnicos en las plantas de fusión son enormes y, al menos si miramos a ITER, el experimento de prueba de principio de fusión, las plantas serán igualmente costosas. Actualmente se proyecta que ITER costará 18 mil millones, como prueba de principio. Sin capacidad de generación de energía.

Por lo tanto, presumiblemente se ahorraría un considerable dinero en regulación, pero no sería suficiente para compensar el gasto de los sistemas necesarios para la fusión.