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小型モジュール炉（SMR）は、工場で製造され、設置のために運用現場に輸送され、その後建物やその他の商業施設の電力供給に使用されるように設計された小型原子核分裂炉の一種です。SMRという用語は、サイズ、容量、モジュール構造を指します。原子炉の種類と核プロセスは異なる場合があります。多くのSMR設計のうち、加圧水型原子炉（PWR）が最も一般的です。ただし、最近提案されたSMR設計には、第4世代、熱中性子炉、高速中性子炉、溶融塩、ガス冷却炉モデルがあります。[1]
商用 SMR は、モジュールあたり最低 5 MW e (電気) から最大 300 MW eの電力出力を提供するように設計されています。SMR は、電力ではなく、純粋に淡水化または施設の暖房用に設計される場合もあります。これらの SMR は、メガワット熱MW tで測定されます。多くの SMR 設計はモジュール システムに依存しており、顧客はモジュールを追加するだけで、必要な電気出力を実現できます。
小型原子炉は、1950年代に弾道ミサイル搭載潜水艦や船舶（航空母艦や砕氷船）に原子力推進力を供給するために、主に軍事目的で最初に設計された。[2]テクノロジー企業は、SMRをデータセンターに電力供給するために使用することに強い関心を示している。
現代の海軍原子炉の電気出力は、一般的に 165 MW e未満に制限されており、電力を供給するのではなく、ターボシャフト プロペラの動力供給に使用されます。さらに、海軍原子炉はスペースの制限を考慮して設計されているため、安全制御がはるかに不足しています。
モジュール型原子炉は、現場での建設を減らし、封じ込め効率を高めることが期待されています。これらの原子炉は、人間の介入を必要としない受動的な安全機能を使用することで安全性を高めることも期待されていますが、これはSMRに特有のものではなく、むしろほとんどの現代の原子炉設計の特徴です。また、SMRは操作がかなり簡単なため、発電所の人員コストが低いと主張されており、[3] [4]、従来の原子炉の建設を妨げる財政的および安全上の障壁を回避する能力があると主張されています。[4] [5]
NuScale Powerはオレゴン州立大学（OSU）と協力して、 2022年に米国市場向けに原子力規制委員会の承認を受けた最初のモデルを開発しました。[6]
運用中のSMR
2024年現在、稼働可能なSMRの建設に成功しているのは中国とロシアのみである。[7] 19か国で80を超えるモジュール型原子炉の設計が開発中である。 [8]ロシアは2020年からロシア極東（ペヴェク）の浮体式原子力発電所アカデミック・ロモノソフを商業的に運転している。[9]この浮体式発電所は世界初のものである。中国のペブルベッドモジュール型高温ガス冷却炉HTR-PMは2021年に送電網に接続された。[8]
背景
安全性の向上とコスト削減への期待
規模の経済要因により、原子炉は大型化する傾向があり、その規模自体が制限要因となる。1986年のチェルノブイリ原発事故と2011年の福島原発事故は、世界中で開発の中断、資金の削減、原子炉工場の閉鎖が起こり、原子力産業に大きな打撃を与えた。
これに応えて、オレゴン州立大学の研究者らは、1990年代後半から2000年代初頭にかけて、最初の商用SMRプロトタイプを開発した。軍が使用する原子炉とは根本的に異なるOSUのSMR設計は、製造時間を短縮し、運用上の安全性を向上させ、運用コストを削減した。もちろん、その目的は、従来はコストが高すぎたエネルギーを商業および公共機関が容易に利用できるようにすることだった。商用SMRの発明者として認められているOSUの研究者らは、より小型のフォームファクタとモジュール設計により、製造業者はユニット規模の経済性をユニット大量生産の経済性に置き換えることができると考え、生産コストを下げ、製造効率を改善した。[10] NuScale PowerはOSUと提携し、2006年からこの製造戦略を最初に適用した。[11] [12]
支持者は、SMRは、専用工場でオフサイトの工業生産できる標準化されたモジュールの適用により、より安価になると主張している。[13]しかし、SMRには経済的な欠点もある。[14]いくつかの研究は、SMRの総コストが従来の大型原子炉のコストと同程度であることを示唆している。さらに、SMRモジュールの輸送に関する情報は極めて限られている。[15]批評家は、SMR 1台あたりのコストが依然として高いことを考えると、モジュール式の建造は、同じタイプのSMRを多数建設する場合にのみ費用対効果が高いと言う。[16]したがって、十分な注文を得るには高い市場シェアが必要である。
ネットゼロ排出経路への貢献
2024年2月、欧州委員会はEUグリーンディールの一環として、SMR技術を脱炭素化に重要な貢献をするものとして認めた。[17]
国際エネルギー機関（IEA）は、2050年までに世界の排出量を実質ゼロにするという目標に向けて、 2020年から2050年の間に世界の原子力発電を2倍に増やすべきだと考えている。[18]原子力機関（NEA）の専門家であるアントニオ・ヴァヤ・ソレル氏は、再生可能エネルギーは地球温暖化対策に不可欠だが、 CO2排出量を実質ゼロにするには不十分であり、原子力発電の容量を少なくとも2倍にする必要があることに同意している。[ 19]
現在世界にある約400基の大型原子力発電所と同じ電力を生産するには、ドイツ連邦原子力廃棄物管理安全局（BASE）は、数千から数万基のSMRを建設する必要があると警告している。 [2] [20]
二酸化炭素排出量を大幅に削減するには、全く同じタイプのSMRを工業的に大量に製造し、世界中に迅速に配備する必要がある。原子力機関（NEA）はCOP28で、研究機関、原子力産業、安全当局、政府間の協力を促進し、2050年までに炭素排出量をネットゼロにして地球表面温度の上昇を抑えるための「ネットゼロのためのSMRの加速」イニシアチブを立ち上げた。[21] [22] [23]
今後の課題
推進派は、実証済みの技術を用いた原子力エネルギーはより安全であると主張し、原子力業界は、小型化により従来型の大型プラントよりもさらに安全になると主張している。これは、原子炉メルトダウンに関連する主な問題が原子炉停止後に発生する崩壊熱であるためであり、出力が低いSMRでは崩壊熱がはるかに低いためである。批評家は、小型原子炉の数が増えると[2]、核燃料の輸送量が増え、放射性廃棄物の生成も増加するため、リスクが大きくなると主張する。[24] SMRには、安全性がまだ実証されていない新技術を用いた新設計が必要である。
2020年まで、真にモジュール化されたSMRは商業利用のために稼働していませんでした。[25] 2020年5月、2基の30MWの原子炉を備えた浮体式原子力発電所の最初のプロトタイプであるKLT-40型がロシアのペヴェクで稼働を開始しました。 [9]このコンセプトは原子力砕氷船の設計に基づいています。[26]中国では、2026年末までに最初の商用陸上型125MWの実証炉ACP100 （Linglong One）の稼働が開始される予定です。 [27]
2050年までにCO2排出量を実質ゼロにするという目標に時間を無駄にせずに対処するためには、多数のSMR（数千から数万基）[2] [検証失敗]を迅速かつ大規模に導入することが重要であり、検討されている短い時間枠内で、原子力産業、安全当局、市民社会（国民、政治家、大国政府の受け入れ）にとって前例のない課題を表しています。[要出典]
デザイン
SMRには複数の設計が想定されている。現在の原子炉の簡易版もあれば、全く新しい技術を取り入れたものもあります。[28]提案されているSMRはすべて核分裂を利用しており、その設計には熱中性子炉や高速中性子炉などがあります。
熱中性子炉
熱中性子炉は、中性子を減速させるために減速材（水、グラファイト、ベリリウムなど）に依存しており、一般的には235
核分裂性物質としてのウラン。現在稼働中の原子炉のほとんどはこのタイプです。
高速炉
高速炉は減速材を使用しません。代わりに、高速中性子を吸収するために燃料に依存します。これは通常、炉心内の燃料配置を変更するか、異なる燃料を使用することを意味します。例:239
Puは高速中性子を吸収する可能性が高い235
う。
高速炉は増殖炉にもなり得る。これらの原子炉は、非核分裂性元素を核分裂性元素に変換する のに十分な中性子を放出する。増殖炉の一般的な用途は、炉心を「ブランケット」で囲むことである。238
最も入手しやすい同位体であるU。238
Uは中性子吸収反応を起こし、239
Puは燃料交換時に原子炉から除去され、その後再処理されて燃料として使用される。[29]
テクノロジー
冷却剤
従来の軽水炉では通常、冷却材および中性子減速材として水を使用します。[30] SMRでは、冷却材として水、液体金属、ガス、溶融塩を使用できます。[31] [32]冷却材の種類は、原子炉の種類、原子炉の設計、および選択された用途に基づいて決定されます。大型原子炉では主に軽水を冷却材として使用するため、この冷却方法をSMRに簡単に適用できます。ヘリウムは、プラントの熱効率が高く、十分な量の原子炉熱を供給できるため、SMRのガス冷却材としてよく選択されます。ナトリウム、鉛、鉛ビスマス共晶（LBE）は、第4世代SMR用に研究されている液体金属冷却材です。大型原子炉の初期の研究ではナトリウムに大きな焦点が当てられていましたが、それ以来、SMRに引き継がれ、液体金属冷却材としての主要な選択肢となっています。[33] SMRは冷却水の必要量が少ないため、鉱業や淡水化が行われている遠隔地など、SMRを建設できる場所の数が拡大します。[34]
熱・電気発電
いくつかのガス冷却炉の設計では、水を沸騰させるのではなくガスタービンを駆動し、熱エネルギーを直接利用することができます。熱は水素製造や、淡水化や石油誘導体の製造（オイルサンドからの石油抽出、石炭からの合成油の製造など）などの他の産業操作にも使用できます。[31]
荷重追従
SMR 設計は一般にベースロード電力を供給することが期待されていますが、提案されている設計の中には、電力需要に基づいて出力を調整することを目的としているものもあります。[引用が必要]
もう一つのアプローチは、特に高温熱を供給するように設計されたSMRの場合、熱電併給を採用し、一定の熱出力を維持しながら、不要な熱を補助的な用途に転用することです。地域暖房、淡水化、水素製造が熱電併給の選択肢として提案されています。[36]
夜間淡水化には、生産時以外の時間に水を供給するために十分な淡水貯蔵容量が必要である。[37] 逆浸透膜と熱蒸発器は、海水淡水化の2つの主要な技術である。膜淡水化プロセスは、水ポンプを動かすために電気のみを使用し、2つの方法の中で最も多く使用されている。熱プロセスでは、供給水流は段階間で圧力が連続的に低下しながら、さまざまな段階で蒸発される。熱プロセスは熱エネルギーを直接使用し、熱エネルギーを電気に変換することを回避します。熱淡水化はさらに、多段フラッシュ蒸留（MSF）と多重効果脱塩（MED）の2つの主要な技術に分けられます。[38]
原子力安全
ドイツ連邦原子力廃棄物管理安全局（BASE）が、過去および現在の136の異なる原子炉とSMRコンセプトを検討した報告書では、次のように述べられている。「全体的に、SMRは、原子炉1基あたりの放射性物質の保有量が少なく、特に簡素化と受動システムの使用増加を通じてより高い安全レベルを目指しているため、出力が大きい発電所と比較して安全上の利点を潜在的に達成できる可能性がある。しかし、対照的に、さまざまなSMRコンセプトは、安全システムの冗長性または多様性の要件など、規制要件の緩和も支持している。開発者の中には、内部事故管理の領域や計画区域の縮小、さらには外部緊急保護計画の完全な免除など、現在の要件の免除を要求する者さえいる。原子炉プラントの安全性はこれらすべての要因に依存するため、現在の知識に基づいて、SMRコンセプトによって原則的に高い安全レベルが達成されると断言することはできない。」[39] [40] [14]
減速材と燃料の負の温度係数は核分裂反応を制御し、温度が上昇するにつれて反応を遅くします。[41]原子炉の停止後、崩壊熱を放散するために原子炉を継続的に冷却する必要があります。福島原発事故やスリーマイル島事故のように緊急冷却が失われると、原子炉内の温度が高くなりすぎて原子炉メルトダウンが発生する可能性があります。初期の崩壊熱は原子炉の運転電力のほんの一部であるため、SMRの運転電力が低いほど、放散する必要のある熱が少なくなり、はるかに安全です。[42]
一部のSMR設計では、故障する可能性のある冷却ポンプをなくすために、熱対流（自然循環）のみに基づいた冷却システムを提案している。対流は原子炉停止後も崩壊熱を除去し続けることができる。しかし、一部のSMRでは受動システムをバックアップするために能動冷却システムが必要になる場合があり、コストが増加する。[43]
一部のSMR設計では、一次炉心、蒸気発生器、加圧器が密閉された原子炉容器内に一体化されている。この一体型設計により、汚染物質の漏れを封じ込めることができるため、事故の可能性を減らすことができる。原子炉容器の外側に多数の部品がある大型原子炉と比較すると、この機能により封じ込め不能事故のリスクが減り、安全性が向上する。一部のSMR設計では、原子炉と使用済み燃料貯蔵プールを地下に設置することも想定されている。[44]
放射性廃棄物
SMR の核燃料サイクルのバックエンドは、複雑で困難な問題であり、依然として議論が続いています。SMR によって生成される放射性廃棄物の量と放射毒性は、主に SMR の設計と関連する燃料サイクルによって決まります。SMR の概念にはさまざまなタイプの原子炉が含まれるため、この質問に簡単に答えることはできません。SMR には、第 3 世代の小型軽水炉や第 4 世代の小型高速中性子炉が含まれる場合があります。
多くの場合、非従来型SMRプロトタイプを開発しているスタートアップ企業は、提案されたソリューションの利点として廃棄物の削減を主張し、時には自社の技術によって高レベル放射性廃棄物や長寿命放射性廃棄物を処分するための深地層処分場の必要性をなくすことができると主張することさえあります。これは特に、第4世代の高速中性子炉（溶融塩炉、金属冷却炉（ナトリウム冷却高速炉、鉛冷却高速炉））を研究している企業に当てはまります。
高速増殖炉が「燃える」235
U （天然ウランの0.7％ ）だけでなく、238
U（天然ウランの99.3%）を核分裂性 239
核燃料として使用できるプルトニウム[29]
テラパワーが提案した進行波炉は、原子炉の炉心から燃料を取り出したり、さらに再処理したりすることなく、増殖した燃料を即座に「燃焼」させることを目的としている。[45]
一部のSMR原子炉の設計はトリウム燃料サイクルに基づいており、これはウランサイクルと比較して長期的な廃棄物の放射性毒性を軽減する方法として推進者によって検討されている。[46]しかし、トリウムサイクルの使用は、生産と使用のコストが高いため、運用上の大きな課題も抱えている。232
Uと長寿の肥沃な233
Uはどちらも強いガンマ線を放出する放射性同位元素です。そのため、これらの放射性核種の存在は、新しい核燃料の放射線遮蔽と、使用済み核燃料の長期保管および処分を深刻に複雑化させます。
2022年にクラル、マクファーレン、ユーイングが行った研究はより批判的で、一部のSMRでは従来の原子炉よりも出力単位あたりの廃棄物が多くなる可能性があると報告しており、場合によっては1キロワットあたりの使用済み燃料の量の5倍以上、中性子放射化によって生成される活性 鋼やグラファイトなどの他の廃棄物の場合は35倍にもなると報告している。[47] [48] [49] [24]
著者らは、SMR の炉心容積に対する表面積が大きいため、中性子漏れが SMR の第一の問題であると特定しました。著者らは、SMR の中性子漏れ率がはるかに高いと計算しました。これは、炉心が小さいため、放出された中性子が燃料内の核分裂性原子と相互作用して核分裂を起こす機会が少ないためです。代わりに、中性子は核燃料と相互作用することなく炉心から出ていき、中性子反射体や遮蔽物 (熱遮蔽体とガンマ遮蔽体) に使用される材料によって炉心の外側に吸収され、放射性廃棄物 (活性鋼とグラファイト) になります。
液体金属冷却材（溶融ナトリウム、鉛、鉛ビスマス共晶、LBE）を使用する原子炉設計も放射性となり、活性化不純物を含みます。
Krallら（2022）[24]が指摘したSMRのより高い中性子漏洩に関連するもう一つの問題は、核燃料の消費量が少ないため燃焼度が低くなり、使用済み燃料に核分裂性物質が多く残り、廃棄物の量が増加することである。小型原子炉の炉心で核分裂連鎖反応を持続させるためには、より濃縮度の高い核燃料を使用するという代替案がある。235
U 。これにより核拡散のリスクが増大し、それを防ぐためにより厳格な保障措置が必要になる可能性がある（ IAEA保障措置も参照）。
使用済み燃料に高濃度の核分裂性物質が存在する場合、核連鎖反応を維持するために必要な臨界質量も低くなります。直接的な結果として、廃棄物容器内の使用済み燃料の数も少なくなり、臨界事故を回避し、深地層処分場での核臨界安全性を保証するために、より多くの容器とオーバーパックが必要になります。これは、地層処分場内の廃棄物の総量と処分場の数の増加にも寄与します。
気候変動と闘うために必要なゼロカーボンの電気エネルギーを供給するSMRの潜在的な技術的・経済的重要性と、将来の世代に負の負担をかけずに放射性廃棄物を適切に管理・処分するための研究の長期的かつ社会的意義を考えると、権威あるPNAS誌でのKrallら（2022）の発表は、データと仮説の質に対する批判[50]から、SMRによって生成される放射性廃棄物とその廃止措置に関する国際的な議論まで、多くの反応を引き起こしました。[51]
スタンフォード大学国際安全保障協力センター（CISAC）の元マッカーサー博士研究員で、この研究の主執筆者であるリンゼイ・クラール氏は、原子力科学者会報の副編集長フランソワ・ディアス・モーリン氏とのインタビューで、ニュースケール原子炉会社が提起した質問や批判などに答えた。[52]クラール氏がこのインタビューで表明した主な懸念の1つは、次の通りである。
- 「燃料サイクルのバックエンド、特に地層処分場の開発に携わる人々と、実際に原子炉を設計する人々の間には、明らかに断絶があります。また、原子炉設計者が地層処分の側面について考える動機があまりありません。なぜなら、NRC の新しい原子炉設計認証申請書には地層処分に関する章がないからです...」
Krallら(2022)の重要な研究には、原子炉設計者や意思決定者が無視できない関連する疑問を提起し、SMR や放射性廃棄物管理全般にとって重要な成果についてオープンで新鮮な議論を引き起こしたというメリットがある。今日、多くのスタートアップ企業によって開始されたさまざまな種類の SMR プロジェクトの中で、これらの疑問に正しく対処し、実際に放射性廃棄物の発生を最小限に抑えることに貢献しているプロジェクトだけが、公的機関や政府機関 (原子力安全当局や放射性廃棄物管理組織) から支援を受け、長期的な国家政策によって研究資金を得られるチャンスがある。
SMR原子炉とその燃料サイクルの多様性の高さから、核廃棄物をリサイクルしたり安全に処分したりするために、より多様な廃棄物管理戦略が必要になるかもしれない。[47] [24]使用済み燃料の種類が増えると、現在の軽水炉の場合のように1種類だけの場合よりも管理が難しくなる。
クロールとマクファーレン（2018）が以前に強調したように、[53]一部の種類のSMR使用済み燃料または冷却材（溶融塩炉からの反応性および腐食性の高いフッ化ウラン（UF4）、または液体金属冷却高速増殖炉からの自然発火性ナトリウム）は、地下環境（深部粘土層、結晶岩、または岩塩）での化学反応性のため、深地層処分場に直接処分することができません。使用済み燃料の貯蔵および処分の問題を悪化させないようにするために、最終地層処分の前に、適切かつ安全な方法で再処理および調整することが必須となります。
フィンランドのVTT技術研究センターのケトら（2022）による研究では、フィンランドで将来的にSMRが配備される可能性から生じる使用済み核燃料（SNF）と低・中レベル廃棄物（LILW）の管理についても取り上げられている。また、大型原子力発電所と比較して、軽水SMRでは、SNFやその他のHLWの質量（GWe-年あたり）とLLWの体積（GWe-年あたり）がより多く生成されることも示唆している。[54]
ドイツ連邦核廃棄物管理安全局（BASE）の報告書によると、SMRには依然として大規模な中間貯蔵と燃料輸送が必要である。いずれにしても、移動性の高い長寿命核分裂生成物が存在するため、深地層処分場は依然として避けられない。なぜなら、中性子断面積が低すぎるため、線量支配的な放射性核種の場合のように 、効率的に核変換できないからである。129
私、99
Tcと79
Se（負に帯電した鉱物に吸着されず、地質学的媒体中で遅延されない可溶性陰 イオン）。 [14]
核拡散
核拡散、つまり核兵器の製造に核物質が利用されることは、小型モジュール炉にとって懸念事項である。SMRは発電能力が低く、物理的に小型であるため、従来の原子炉よりも多くの場所に配備されることが想定されている。[55] SMRは人員を大幅に削減すると予想されている。この組み合わせにより、物理的防護とセキュリティ上の懸念が生じる。[56] [30]
SMRは非従来型燃料を使用するように設計することができ、より高い燃焼度とより長い燃料サイクルを可能にする。[5]燃料交換間隔を長くすることで、核拡散リスクを減らすことができる。燃料が照射されると、核分裂生成物と核分裂性物質の混合物は放射能が高くなり、盗難を防ぐために特別な取り扱いが必要となる。
従来の大型原子炉とは対照的に、SMRは密閉された地下室に設置できるように適応できるため、「原子炉のテロ攻撃や自然災害に対する脆弱性を軽減」することができます。[44]原子炉設計会社Gen4のものなど、新しいSMR設計は核拡散抵抗性を高めています。これらのSMRモデルは、設置後原子炉の寿命の間、地下で密閉された状態で稼働できるソリューションを提供します。[44] [57]
一部のSMR設計は、1回限りの燃料補給用に設計されている。これにより、現場での核燃料の取り扱いがなくなり、燃料を原子炉内に密封できるため、核拡散抵抗性が向上する。しかし、この設計では大量の燃料が必要となるため、より魅力的な標的となる可能性がある。200MWe、30年の炉心寿命を持つ軽水SMRは、寿命末期に約2.5トンのプルトニウムを収容できる可能性がある。[30]
さらに、多くのSMRは、いかなる形の燃料交換も必要とせずに10年以上稼働する能力を備えているため、18～24か月ごとに燃料交換を必要とする従来の大型原子炉と比較して、核拡散抵抗性が向上しています。[44]
トリウムで稼働するように設計された軽水炉は、従来のウランサイクルに比べて核拡散抵抗性が向上しているが、溶融塩炉には大きなリスクがある。[58] [59]
SMRは、一部のマイクロリアクターを除いて、最終的なサイトで燃料が補給されるため、工場から燃料なしで輸送されます。[60]これは、サイトへの燃料の独立した輸送を意味し、したがって核拡散のリスクが増大します。
ライセンス取得プロセス
ライセンスは、新しい原子力施設の安全性、セキュリティ、および保障措置を保証するために必要な重要なプロセスです。[61] NuScale PowerのVOYGR SMRのみが米国での使用に対して完全なライセンスを取得しています。[62]ただし、すべての国がNRCまたはIAEAのライセンス基準に従っているわけではありません。米国とIAEA加盟国では、ライセンスは、放射性廃棄物の長期管理を含む施設の全耐用年数にわたって、通常時および事故時の状況下での原子力安全に重要なすべての構造、システム、およびコンポーネントの厳格で独立した分析とレビュー作業に基づいています。[63]ライセンスは、SMRの製造者と利用者が、施設の建設と安全な利用のライセンスを申請する際に安全当局（規制機関）に提出しなければならないセーフティケースの枠組みで作成したリスク評価研究と安全性ファイルの調査と精査に基づいています。[64] NRCとIAEAの許認可においては、原子力施設の安全性と実現可能性のケースでは、運用上の安全性、そのセキュリティ（アクセス保護）、核保障措置（拡散のリスク）、安定した物理化学的形態での放射性廃棄物の適切な処理、施設の廃止措置後の解体作業中に発生するすべての廃棄物を含む、生成されるさまざまな種類の放射性廃棄物の最終処分に関連する長期的安全性にとって重要なすべてのプロセスと要素を考慮に入れなければならない。[63] [65] [66]核燃料サイクルのバックエンドで特に重要な注意点は、状態が悪い廃棄物、持続可能な最終処分場がない廃棄物、または予期しない再処理および処分コストが発生しやすい廃棄物の種類の発生を回避することである。
既存の商業用原子炉で適用されている最も一般的な認可プロセスは、軽水炉（PWRおよびBWR）の運転に対するものである。大規模原子炉の初期設計は、現在稼働中の原子炉群の建設中の1960年代から1970年代にまで遡る。米国原子力規制委員会（NRC）による元の認可プロセスの一部は、SMRユニットの展開の特定の特性とニーズによりよく対応するように再利用されている。[67]特に、米国原子力規制委員会の認可プロセスは、主に従来型原子炉に焦点を当てている。設計および安全仕様、人的要因および組織要因（人員要件を含む）は、700MWeを超える電気出力の原子炉向けに開発されている。[68] [69]
原子力安全に関する適切なガイドラインを確保し、ライセンス発行プロセスを支援するために、IAEAはSMRの中央ライセンス制度の創設を奨励してきた。[70] 2009年10月と2010年6月のワークショップでこのテーマが検討され、その後2010年5月に米国議会で公聴会が開催された。
NRCと米国エネルギー省は、SMRのライセンスの定義に取り組んでいる。SMRの開発を促進するための課題は、安全規制の弱体化を防ぐことである。より急速に導入された緩和された規制のリスクは、SMRの安全特性を低下させることである。[71] [72] [73]品質管理が改善された製造工場で製造された同一のシステムを導入することは利点と考えられるが、SMRは依然として非常に高いエネルギー密度を持つ原子炉であり、サイズが小さいことはそれ自体で安全性の向上を保証するものではない。外部への放射性汚染物質の放出を伴う重大事故は、大型のLWR原子炉の場合とそれほど変わらない深刻な結果をもたらす可能性がある。また、それはおそらく国民による原子力エネルギーの最終的な拒否と原子力産業の終焉を意味するだろう。大型SMR艦隊の潜在的な「増殖」とその設計の多様性も、ライセンスプロセスを複雑にしている。原子力の安全性は産業的利益や経済的利益のために犠牲にすることはできず、原子力事故のリスクは、稼働中の原子炉の数、小型ユニット、大型ユニットに関わらず増大します。
米国の新型炉実証プログラムは、最大40億ドルの政府資金を投入し、2020年代に2基のSMRプロトタイプのライセンス取得と建設を支援することが期待されていた。[74]
2024年7月、ADVANCE法は米国原子力規制委員会にマイクロリアクターの設計を認可し規制するプロセスを開発するよう指示した。この法律は、他の原子力技術の中でもマイクロリアクターの導入を迅速化することを目的としています。[75]
柔軟性
小型原子炉は、従来の原子力発電所と比較して、モジュール構造の柔軟性に関連する潜在的な利点を提供する。[44]電気負荷が増加した場合、追加のユニットを段階的にグリッドに接続することが可能になる。さらに、モジュール性を中心とした標準化されたSMR設計のこの柔軟性により、敷地内の最初の原子炉が完成した後、より低コストでより迅速な生産が可能になる可能性がある。[44] [57]
SMRの想定される柔軟性とモジュール性は、既存の発電所に追加の発電能力を設置できるようにすることを目的としています。1つのサイトに複数のSMRを設置することができ、1つは燃料補給のためにオフラインになり、他の原子炉はオンラインのままになります。これは、従来の大型原子炉ですでに行われていることです。[44]
電気エネルギーが必要ない場合、一部のSMR設計では熱エネルギーを直接利用し、エネルギー損失を最小限に抑えることを想定している。これには「淡水化、工業プロセス、水素製造、シェールオイル回収、地域暖房」などがあり、現在の従来の大型原子炉はこれらの用途を想定して設計されていない。[44] [76]
経済
SMRへの関心を高める主な要因は、オフサイトの工場で大量生産することで生産規模の経済が実現できるという主張である。一部の研究では、SMRの資本コストは大型原子炉と同等であると結論付けられている。 [78]工場を建設するには多額の資本が必要であり、そのコストを改善するには40～70基と推定される大量の生産が必要である。[79] [80]
もう一つの潜在的な利点は、SMRを使用する将来の発電所は単一のモジュールから始めて、需要の増加に応じてモジュールを追加することで拡張できることです。これにより、従来の設計に関連する初期コストが削減されます。[81]一部のSMRは負荷追従設計を採用しており、需要が低いときには発電量を減らすことができます。
2014年に行われた分散型マイクログリッドの電力生産に関する研究によると、SMRを発電に使用した場合の総コストは、洋上風力発電、太陽熱エネルギー、バイオマス、太陽光発電所の総コストと比較して大幅に低くなるとのことです。[82]
2016年にはSMR原子炉1基あたりの建設コストは従来の原子力発電所よりも低いと主張されていたが、SMRは規模の経済性が低く原子炉の数が多いため、開発コストが高くなる可能性があります。SMRの単位出力あたりの人員運用コストは、少数の大型原子炉の固定運用コストよりも最大190％高くなる可能性があります。[83]モジュール式建築は非常に複雑なプロセスであり、2019年の報告書によると、「SMRモジュールの輸送に関する情報は極めて限られている」とのことです。[15]
ドイツ連邦原子力廃棄物管理安全局（BASE）が規模の経済と原子力産業からの学習効果を考慮して行った生産コストの計算によると、SMRの生産が有益になるには平均3,000基のSMRを生産する必要があることが示唆されている。これは、SMRの建設コストが、電力出力が低いため、大型原子力発電所の建設コストよりも比較的高いためである。[84]
2017年に、エネルギー革新改革プロジェクト（EIRP）が8つの企業を対象に実施した調査では、47.5MWeから1,648MWeの容量を持つ原子炉の設計が検討されました。[85]この調査では、平均資本コストが3,782ドル/kW、平均運用コスト合計が21ドル/MWh、均等化発電原価（LCOE）が60ドル/MWhと報告されています。
2020年、エネルギーインパクトセンターの創設者ブレット・クーゲルマスは、数千基のSMRを並行して建設することができ、「これにより、長期にわたる建設スケジュールに伴う長い借入期間に関連するコストが削減され、現在大規模プロジェクトに関連付けられているリスクプレミアムが削減される」と主張した。[86] GE日立ニュークリアエナジーのジョン・ボール副社長もこれに同意し、SMRのモジュール要素は、長期にわたる建設期間に関連するコストの削減にも役立つと述べた。[86]
2023年10月、 Energy誌に発表された学術論文では、より開発された19のSMR設計の基本的な経済データを収集し、一貫した方法でコストをモデル化した。モンテカルロシミュレーションでは、いずれも収益性や経済的競争力がないことが示された。市場に近いPWR SMRの場合、LCOEの中央値は218ドル/MWhから614ドル/MWh（2020年の米ドル）の範囲で、低い第一四分位の推定値は188ドル/MWhから385ドル/MWhであった。開発により多くの時間を必要とした3つの高温ガス冷却炉設計では、LCOEの中央値は116ドル/MWhから137ドル/MWhと低かった。[87]
米国で最初のSMR導入プロジェクトは、カーボンフリーパワープロジェクトで、当初の計画では12基だった77MWeのニュースケール原子炉を6基導入する計画だった。補助金後の推定目標発電価格は、2021年の58ドル/MWhから2023年には89ドル/MWhに上昇した。発電コストの増加により、2023年11月にプロジェクトは中止された。[77]中止される前、このプロジェクトは2020年に米国政府から建設費として13億5500万ドルの費用分担金を受け取っており[88]、さらに2020年インフレ削減法から推定30ドル/MWhの発電補助金を受け取っている。[89]中止時の補助金なしのコスト見積もりは、資本コストが20,139ドル/kW、発電コストが119ドル/MWeだった。[90]これにより、米国における他のSMR設計の商業的見通しについて懸念が高まった。[91]
2024年、オーストラリアの科学研究機関CSIROは、2023年から建設されるSMRによってオーストラリアで生産される電力のコストは、従来の大型原子力発電所で生産される電力の約2.5倍になり、2030年までに約1.6倍に下がると推定しました。[92] [93]
原子炉設計の一覧
数多くの原子炉設計が提案されている。注目すべきSMR設計:
記載されている出力は、特に指定がない限り、1 つの原子炉の容量を指します。
立地/インフラ
SMRはより少ない土地で済むと予想されており、例えば、470MWeの3ループロールスロイスSMR原子炉は40,000m2 （430,000平方フィート）で済むと予想されており、これは従来の原子炉に必要な土地の10%に相当します。[ 145]この原子炉は、国際原子力機関の定義である300MWe未満のSMRを満たすには大きすぎます。 [146]また、現場での建設も必要となり、SMRの利点が疑問視されています。同社は500日の建設期間を目標としています。[147]
遠隔地での電力需要は通常小さく変動しやすいため、小規模な発電所に適しています。[148]また、規模が小さいため、出力を分配するために大規模な送電網にアクセスする必要性も低くなります。
提案された場所
アルゼンチン
2014年2月、アルゼンチンでCAREM SMRプロジェクトが、原型炉の格納容器建屋の土木工事とともに開始された。CAREMの頭字語は、 Central ARgentina de Elementos Modularesの略である。アルゼンチンの原子力研究開発を担当する政府機関である国家原子力委員会（スペイン語：Comisión Nacional de Energía Atómica、CNEA）と国営原子力エネルギー会社Nucleoeléctrica Argentina が、プロジェクトの実現に向けて協力している。[149]
CAREM-25は25MWeのプロトタイプで、アルゼンチンで完全に設計・開発された最初の原子力発電所です。[149]このプロジェクトは数回中断された後、再開されました。2022年10月、CNEAは土木工事が2024年までに完了すると予想しました。建設が計画どおりに進めば、CAREM-25の最初の臨界は2027年末までに予測されます。[149]
カナダ
2018年、カナダのニューブランズウィック州は、ポイント・レプロー原子力発電所の実証プロジェクトに1000万ドルを投資すると発表した。[150]その後、SMR推進派のアドバンスト・リアクター・コンセプツ[151]とモルテックス[152]がそこに事務所を開設すると発表された。 2018年7月にはカナダのポイント・レプロー原子力発電所に1基の建設が予定されている。モルテックスとARCニュークリアの両社が契約を争っている。[153] [154]
2019年12月1日、オンタリオ州、ニューブランズウィック州、サスカチュワン州の首相は、「革新的で多用途かつ拡張可能な原子炉、いわゆる小型モジュール炉（SMR）の開発と導入に協力することを約束する」覚書（MoU）[155]に署名した。 [156] 2020年8月にはアルバータ州もこれに加わった。 [157]国民と政府関係者からの継続的な支援により、カナダ原子力研究所で選定されたSMRの建設が実現した。[33]
2021年、オンタリオ発電はダーリントンの敷地にBWRX-300 SMRを建設し、2028年までに完成させる計画を発表した。建設許可はまだ申請中である。[158]
2022年8月11日、アルバータ州政府の政府系企業であるインベスト・アルバータは、以前参加した州間覚書を通じて、西カナダにおけるIMSRに関する覚書をテラストリアル・エナジーと締結した。 [159]
中国
2019年7月、中国核工業集団は、年末までに海南省長江の既存の長江原子力発電所の北西側にACP100 SMRを建設すると発表した。 [160] 2021年6月7日、玲瓏一号と名付けられたこの実証プロジェクトは、中国国家発展改革委員会によって承認された。[161] 7月、中国核工業集団（CNNC）は建設を開始し、[162] 2021年10月、2基のうち最初のユニットの格納容器底部が設置された。これは世界初の商用陸上SMRプロトタイプである。[27]
2023年8月に炉心モジュールが設置された。炉心モジュールには、統合圧力容器、蒸気発生器、一次ポンプレシーバーが含まれる。原子炉の計画出力は125MWeである。[163]
フランス
2023年初頭、フランス電力公社（EDF）は、Nuwardという名の新型SMRの開発・建設を行う新しい子会社を設立した。これは340MWeの設計で、2基の独立した170MWeの軽水炉を搭載していた。2基の原子炉は、ほとんどの機器を共有する単一の格納容器に収容されていた。[164] 2023年8月、EDFはフランスの安全当局である原子力安全機関（ASN）にNuwardの安全ケースを提出した。[165]
2024年7月、EDFは、Nuwardの既存の設計プロセスを中止し、将来のSMR顧客との協議を経て、革新的な技術ではなく既存の技術に基づいたSMR設計に取り組むと発表した。[114] [115]
ポーランド
ポーランドの化学会社シントスは、 2030年までにポーランドに日立 BWRX-300原子炉（300MW）を配備する計画を発表した。 [166]実現可能性調査は2020年12月に完了し、ポーランド国立原子力庁とのライセンス取得プロセスが開始された。[167]
2022年2月、ニュースケール・パワーと大手鉱業コングロマリット KGHMポルスカ・ミエジは、 2029年までにポーランドで最初の稼働可能な原子炉を建設する契約を締結したと発表した。[168]
ルーマニア
2021年の国連気候変動会議の機会に、ルーマニアの国営原子力エネルギー会社NuclearelectricaとNuScale Powerは、ブカレストの北90km、ダンボビツァ県ドイチェシュティ村の近くにある元石炭火力発電所の跡地に、ドイチェシュティ発電所に6基の小型原子炉を備えた発電所を建設する契約を締結した。このプロジェクトは2026～2027年に完了する予定で、完了すればヨーロッパで初めての発電所となる。この発電所は462MWeを発電し、約46,000世帯の消費を確保するとともに、年間400万トンのCO2排出を回避するのに役立つと予想されている。[ 169] [170] [171]
ロシア
ロシアは北極海沿岸に砕氷船に搭載された小型原子炉の配備を開始した。2020年5月には、 2基の30MW原子炉を搭載した浮体式原子力発電所の最初のプロトタイプであるKLT - 40型がロシアのペヴェクで稼働を開始した。 [9]このコンセプトは原子力砕氷船の設計に基づいている。[26]
イギリス
2016年には、英国政府がウェールズのSMR建設予定地（旧トラウスフィニッド原子力発電所を含む）と北イングランドの旧原子力発電所または石炭火力発電所の跡地を評価していると報じられた。ブラッドウェル、ハートリプール、ヘイシャム、オールドベリー、サイズウェル、セラフィールド、ウィルファなどの既存の原子力発電所が候補地とされた。 [172]ロールスロイス社製の470MWe SMRユニットの目標コストは、5基目のユニットで18億ポンドである。[173] [174] 2020年には、ロールスロイス社が英国に最大16基のSMRを建設する計画があると報じられた。2019年、同社はモジュラーシステムの設計を開始するために1,800万ポンドを受け取った。[175] 2021年に英国政府からロールス・ロイス社に追加で2億1000万ポンドが授与され、民間企業からの1億9500万ポンドの寄付が補完された。[176] 2022年11月、ロールス・ロイス社は、トラウズフィニッド、ウィルファ、セラフィールド、オールドベリーの敷地が複数のSMRの候補地として優先的に評価されると発表した。[177]
英国政府は2023年7月にSMR建設の競争を運営するグレート・ブリティッシュ・ニュークリアを設立し、実行可能なプロジェクトには共同出資する予定である。[178]
アメリカ合衆国
米国エネルギー省は、米国初のSMRはニュースケール・パワー社によって2030年頃に完成すると見積もっていたが[179] 、この契約はコスト上昇を理由に顧客が撤退したため破談となった。[180] [7]米国は複数のモジュール型原子炉の計画がある。ドミニオン・エナジー・バージニア社が現在提案を受け付けている。[181 ]ユーティリティ・ダイブによると、米国では発表済みのSMRプロジェクトが約4ギガワットあり、さらに開発初期または開発前段階にあるプロジェクトが約3ギガワットあるという。[182]
SMRは人員、安全性、配備時間の点で異なります。[183] SMR関連のリスクを評価するための米国政府の研究は、ライセンスプロセスを遅らせたと言われています。[117] [184] [185] SMRと、経済的収益性を達成するために必要なその多数に対する主な懸念の1つは、核拡散を防ぐことです。[56] [186]
先進的なデータ処理企業にインフラストラクチャ・アズ・ア・サービスを提供するスタンダード・パワーは、ニュースケール・パワーおよびENTRA1エナジーと提携して、ペンシルベニア州とオハイオ州にSMRを利用した施設を開発することを決定しました。これらの施設は合わせて約2ギガワットのクリーンかつ信頼性の高いエネルギーを生産する予定です。[187]
NuScale Powerはウィスコンシン州のDairyland Powerと協力し、VOYGR SMR発電所の導入可能性を評価している。米国のSMR技術のリーダーは、その負荷追従能力がDairylandの既存の再生可能エネルギーポートフォリオをサポートし、成長を促進するために使用できると考えている。さらに、VOYGR発電所はDairylandの廃止予定の石炭火力発電所の代替として適しており、重要な雇用を維持し、コミュニティが脱炭素エネルギーシステムに移行するのを支援する。[188]
NuScale Powerは、ミズーリ州のAssociated Electric Cooperative Inc.（Associated）と協力して、信頼性が高く責任あるエネルギー源を模索するためのAssociatedのデューデリジェンスの一環として、VOYGR SMR発電所の導入を評価しています。[189]
ユタ州地方自治体電力システム協会（UAMPS）は、エナジー・ノースウエストと提携して、アイダホ州、おそらくエネルギー省のアイダホ国立研究所にニュースケール・パワー原子炉を設置することを検討していた。[190] [77]カーボンフリー・パワー・プロジェクトとして知られるこのプロジェクトは、コスト上の理由で2023年11月にキャンセルされた。[77]ニュースケールは2023年1月、この発電所からの電力の目標価格は1メガワット時あたり89ドルで、以前の見積もりである1メガワット時あたり58ドルから53％上昇したと述べ、顧客の支払い意欲に対する懸念を引き起こした。[191]それでも、コストの上昇見積もりは、商業施設で使用される従来の原子力発電や、信頼性が低く環境に有害なほとんどの他の発電形態よりもはるかに低いままである。[192]
アラスカ州ガリーナにあるガリーナ原子力発電所は、小型原子炉の設置が提案されていた。東芝の4S原子炉の潜在的な配備であった。[193]このプロジェクトは「事実上停滞」した。東芝は、米国原子力規制委員会によって要求される承認のための費用のかかる手続きを決して開始しなかった。
現在検討中のSMRはまだNRCの認可を受けていないが、テネシー川流域開発公社は2019年12月に原子力規制委員会からテネシー州のクリンチリバー原子力発電所にSMRを設置するための早期サイト許可（ESP）を受けることを承認された。 [194]このESPは20年間有効で、サイトの安全性、環境保護、緊急事態への備えを扱っている。このESPは、米国で開発中のあらゆる軽水炉SMR設計に適用可能である。 [195]
2024年10月、グーグルは人工知能処理に電力を供給するためにカイロスパワーから複数の小型モジュール型原子炉を調達することに合意し、最初の原子炉は2030年に稼働する予定である。[196] [197] [198]
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、小型モジュール炉に関連するメディアがあります。
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