Pacotes de Usinas Nucleares de Próxima Geração de Bill Gates em Armazenamento de Energia em Escala de Rede

Eólica, solar, geotérmica, hídrica, das ondas … Os recursos sustentáveis ​​são um pilar essencial de qualquer tipo de estratégia para descarbonizar os setores de geração de energia do planeta, bem como erradicar o uso de combustíveis fósseis. No entanto, por vários fatores – intermitência, dependência de localização, necessidades de terra e outros – eles não podem realizá-los por conta própria.

Uma forma escalonável de energia com emissões zero que pode produzir energia de maneira confiável durante todo o ano sem interrupções é necessária para remover totalmente os gases de efeito estufa dos setores de energia do mundo. Seria especialmente melhor se ele aumentasse e diminuísse rapidamente sua produção para ajudar a rede elétrica a lidar com picos de carga e interrupções no fornecimento de energia renovável. Atualmente, a energia nuclear avançada é a melhor candidata para preencher essa função.

Apesar de ninguém querer que seu quintal seja associado a desastres como Chernobyl e Fukushima, a energia nuclear é comprovadamente uma das  formas mais seguras de geração de energia . A energia nuclear causou apenas 0,07 fatalidades por terawatt de energia fornecida, incluindo os desastres de alto perfil que levaram a sua reputação arruinada, enquanto o carvão e a energia derivada do petróleo causam 24,6 e 18,4.

Com um  número de mortes projetado de um aumento de temperatura de 2 ° C  – algo entre 300 milhões e 3 bilhões de mortes prematuras espalhadas ao longo de um a dois séculos – a quarta geração de energia nuclear está sendo reconsiderada, dadas as muitas décadas de desenvolvimento, modelagem avançada e tecnologia de materiais por seu lado, é provável que a sua excelente segurança melhore.

A colaboração entre a Terrapower de Bill Gates e a GE Hitachi Nuclear Energy é uma iniciativa promissora que tem sido apoiada por pesados ​​investimentos privados, assim como pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos. Graças, em parte, a uma doação de US $ 80 milhões do DoE  anunciada em outubro , Natrium (latim para sódio) tem a chance de demonstrar seu “reator rápido de sódio de custo competitivo com um sistema de armazenamento de energia de sal fundido” em uma escala comercial adequada.

Em meados da década de 2020, a planta de demonstração do Natrium estará totalmente operacional e conectada à rede elétrica em sua localização ainda desconhecida. Em vez de usar água como refrigerante do reator, o reator de nêutrons rápidos da planta usará sódio líquido de alta temperatura.

A ampla faixa de temperatura de 785 graus entre seus estados sólido e gasoso é uma das principais vantagens do sódio; água, oferecendo apenas uma faixa de 100 Kelvin, precisa ser pressurizada para lidar com maiores quantidades de energia térmica. Os altos níveis de pressão aumentam imensamente o custo da planta, pois os componentes de alta pressão de classe nuclear não são acessíveis e podem ter consequências explosivas.

Em pressões atmosféricas normais, o sódio líquido transferirá uma quantidade impressionante de calor do reator. Além disso, ele não se dissocia em hidrogênio e oxigênio, anulando o risco de explosões de hidrogênio no estilo Fukushima, e sendo não corrosivo, contorna o problema que coloca um ponto de interrogação sobre os  reatores de sal fundido .

O projeto Natrium, como muitos dos reatores nucleares de próxima geração em desenvolvimento, usará alto teor de urânio de baixo enriquecimento (HALEU) como seu combustível nuclear. O isótopo U-235 representa cerca de 0,7 por cento do urânio natural quando sai do solo, que é posteriormente dividido para gerar energia nuclear e, usando processos centrífugos ou difusão de gás, o tradicional combustível de reator nuclear de baixo urânio enriquecido (LEU) é enriquecido para conter 3-5 por cento de U-235, sendo posteriormente enriquecido, entre 5 e 20 por cento. Comparativamente, as armas nucleares precisam de urânio enriquecido em mais de 90 por cento.

Ao reprocessar o combustível gasto em usinas nucleares tradicionais, o combustível HALEU pode ser produzido e seu grau superior melhora o desempenho e a eficiência do reator, permitindo que os reatores avançados sejam muito menores do que as usinas LEU. De acordo com Natrium, ele deve ser quatro vezes mais eficiente em termos de combustível do que os reatores de água leve. 

Em relação à segurança, a circulação natural do ar funcionará como resfriamento de emergência e, em caso de queda de energia, as hastes de controle cairão por ação da gravidade. Ao contrário dos reatores de água leve, a planta não precisa de um escudo de contenção extenso graças ao design de sódio líquido, e para aumentar o fator de segurança enquanto reduz custos, o design coloca o reator no subsolo.

Produzindo uma potência constante de 345 MWe na forma de calor, a planta de Natrium foi projetada para funcionar a 100 por cento da produção, 24 horas por dia, 7 dias por semana. O calor é transferido através do sistema de resfriamento de sódio líquido e transferido para um sistema separado de armazenamento de energia térmica de sal fundido semelhante ao que foi comprovado em muitas usinas solares diretas em todo o mundo. Um conjunto de turbinas a vapor, localizado na outra extremidade desse sistema de armazenamento, pode levar essa energia constante e gerar eletricidade suficiente para abastecer cerca de 225.000 residências.

O design Natrium tem um benefício extraordinário; seu sistema de armazenamento significa que a planta Natrium pode responder a picos de demanda ou quedas intermitentes de fornecimento de energia renovável aproveitando esse calor armazenado e aumentando suas turbinas até 150 por cento da potência nominal do reator, bombeando 500 MWe por até 5,5 horas ou mais.

Isso significa praticamente um gigawatt-hora de armazenamento extra de energia sob demanda; significativamente mais do que até mesmo os maiores projetos de bateria em escala de grade em desenvolvimento. Esta é uma grande vantagem, especificamente no contexto da descarbonização, onde sistemas de carga reativa semelhantes a este certamente desempenham um papel crucial no apoio às fontes de energia renováveis ​​através dos ótimos e também dos vales em seus ciclos de geração menos previsíveis.

O financiamento de planta de demonstração DoE é, sem dúvida, uma informação excelente para Natrium, que atualmente pode desenvolver e provar suas habilidades antes de se mover para lançar plantas comparáveis ​​em escala, que será consideravelmente maior, bem como muito mais eficiente. É também uma espécie de retribuição para a Terrrapower, que estava se preparando para construir um reator nuclear experimental fora de Pequim para testar e mostrar sua tecnologia distinta do Travelling Wave Generator quando o consentimento do governo dos Estados Unidos em acordos de tecnologia com a China obrigou-o a descartar o projeto em 2019.

Se tudo der certo, o projeto Natrium promete ser rápido para construir, bem como comissionar, e fazer uso de muito menos concreto de nível nuclear do que os projetos convencionais – um grande fator para manter o custo baixo e minimizar o “prêmio ecológico ”Sobre a energia livre de emissões. Projetos como este ajudarão a trazer alguma luz de volta à energia nuclear? As oportunidades para esses negócios certamente serão enormes, à medida que os combustíveis fósseis forem reduzidos. O tempo vai dizer.