Kärnenergins potential

När man diskuterar vilken potential kärnenergi har så finns det i princip två tillvägagångssätt. Det ena är vad jag vill kalla det autistisk ekonomiska synsättet, det går ut på att man går igenom diverse historiska reaktorbyggprojekt, jämför dem med andra energiprojekt och drar en slutsats. För detta behöver man inte veta något alls om energikällorna och hur de fungerar. Jag är själv måttligt intresserad av den exercisen eftersom den inte säger något om olika energikällors potential, det säger endast något om hur byråkrater och myndigheter har manglat hela energisektorn till oigenkännlighet på ett asymmetriskt sätt och jag är den första att erkänna att kärnenergi är ett ekonomiskt korkat alternativ så som de byråkratiska förutsättningarna ser ut nu.

Det andra tillvägagångssättet är att försöka utröna vilka fundament de olika energikällorna vilar på, vad man egentligen kan förvänta sig om man skickar de klåfingriga stråltanterna till en arsenikgruva i Sibirien och låter entreprenörerna experimentera fritt. Det kräver att man lyfter blicken en smula och faktiskt besvärar sig med att förstå tekniken och fysiken.

Men låt oss först diskutera den tråkiga inverkan som stråltanter har, Bernard Cohen skrev i sin bok The Nuclear Energy Option¹ ett kapitel om regulatory ratchetings, dvs att myndigheten fungerar som en spärrhake och när en ny regel klickat förbi så kan man aldrig snurra tillbaka. Vad har denna spärrhake för effekt på kärnenergi? Cohen visar att under lite drygt tio år så ökakde åtgången av stål med 41%, betong med 27%, rör med 50% och elkablage med 36%, enkom på grund av stråltanterna. Men värst av allt så förlängdes tiden från projektstart till färdig anläggning från 58 månader till 124 månader! Detta är dödsstöten för kapitalintensiva projekt eftersom man inte kan börja betala av de massiva lånen innan degen rullar in men man måste givetvis pynta ut för ränta under de där 124 månaderna.

Detta skedde i en period från slutet på 60 talet till början på 80 talet, de tiotusentals heltidsanställda stråltanterna har givetvis inte suttit på sina händer sedan 80 talet och nu har vi alltså 40 år till med ackumulerade korkade regleringar att tampas med. Så nej, någon ny kärnkraft kommer vi inte se i västvärlden innan vi lägger ned SSM, NRC, IAEA, Euratom, NEA och alla andra organ som doftar starkt av byråkrati.

Någon lyfter säkert nu ett darrigt finger i luften och säger men säkerheten då. Ja låt oss fundera över säkerheten! Vad regleringar har åstadkommit är att våra kärnkraftverk blivit betydligt mer komplexa (50% fler rörledningar och 36% mer elkablage ger en antydan om det) samtidigt som de aktivt förhindrar de säkerhetsåtgärder som faktiskt reducerar komplexiteten (OBH någon…). Komplexitet är säkerhetens antites och någon duktig systemteoretiker som vill ödsla sin tid på det kan säkerligen på ett övertygande sätt visa att dagens kärnkraftverk är betydligt mindre säkra än 60 talets verk var (med några få undantag som tillkomsten av utsläppsfilter).

Med det tråkiga och byråkratiska ur vägen så kan vi nu börja prata om den egentliga potentialen. Vad är det som faktiskt kostar något förutom papperskrigarnas löner? Det är framförallt material, bränsle och arbetstid. Låt oss då börja med hur materialåtgången ser ut för en reaktor jämfört med andra energikällor⁷.

2].

Ton material per installerad Megawatt

Detta ger ett hum om kapitalinvesteringen som krävs för de olika energislagen. Dessvärre så hittade jag ej något vettigt för vattenkraft vilket är begripligt eftersom det är svårt att prata om vattenkraft i generella termer och någon nybyggnation av vattenkraft är det ändå inte tal om eftersom vi redan förstört alla våra älvar.

Det viktiga är inte de exakt siffrorna utan storleksordningarna eftersom vi endast är intresserade av en generell jämförelse mellan energislagen. Naturgas spelar uppenbarligen i en egen liga medan kärnkraft behöver hälften så mycket konstruktionsmaterial som kolkraft och vindkraften.. ja vindkraften är den tjocka kusinen som ingen riktigt vill umgås med och som fräckt roffar åt sig alla kakor från serveringsfatet vid släktträffen.

Härnäst så kan vi titta på bränslevolymer för olika energislag⁸.

3].

Ton bränsle per genererad Gigawattimme värmeenergi

Hoppsan! Vad hände här? I den här tabellen så får vi den första inblicken i det som gör uran snudd på magiskt. Det krävs alltså i runda slängar en miljon gånger mer naturgas än uran för att producera samma energimängd. Vi tar det igen, det är en etta med sex stycken nollor bakom sig, 1 000 000, gånger mer energi i uran. Om du undrar vad skillnaden är mellan LWR och breeder så är det helt enkelt olika reaktortekniker. Breeders är effektivare men har ännu ej fått något kommersiellt genombrott (fråga stråltanterna varför…). LWR (Light Water Reactor) är den typ av reaktor som vi har i Sverige och som dominerar globalt, även med den undermåliga sjuttiotalstekniken så ser vi att vi får ut elvatusen gånger mer energi ur uran än naturgas. Därför kommer jag inte orda så mycket om breeders i det här inlägget.

En annan sak vi kan titta på är hur materialåtgången är fördelad över livstiden, dvs vi tar bränsleåtgången under ett kraftverks livstid och dividerar med konstruktionsmassan⁹.

4].

Livstidsbränslekvot

Det ger en indikation på hur kostnaderna och logistikbördan är fördelade. Vi ser att för kärnkraft sker ingen kännbar transport av material efter konstruktionen medan för naturgas och kolkraft så ligger nästan allt under driftfasen.

Vad betyder det rent praktiskt, ett kolkraftverk med en elektrisk effekt på en gigawatt behöver ca tiotusen ton kol per dag vilket motsvarar hundra fullastade godsvagnar. Ett naturgaskraftverk med samma effekt behöver ca femtusen ton naturgas per dag via pipelines eller LNG båtar. Ett kärnkraftverk behöver ca hundrasextio ton uran per år men av diverse skäl (anrikning av uran etc) så blir det ungefär en tiondel av den uranmängden i form av bränslestavar som levereras till kraftverket.

Börjar du förstå skillnaden i den logistiska utmaningen? En lastbilstransport per år istället för trettiosextusen femhundra godsvagnar eller ett massivt pipelinesystem. Den mängden ska inte bara transporteras till kraftverket, det blir även en proportionerlig avfallsmängd som ska hanteras för kolkraften (för naturgas åker det mesta upp i luften av naturliga skäl).

Vad är kostnaden för själva bränslet¹⁰?

5]?

Bränslekostnad i öre per producerad kWh

Detta inkluderar transportkostnader odyl för kärnbränslet men är de rena råvarupriserna på spotmarknden för kol och naturgas. Kostnaden för hela den logistiska utmaningen att transportera de fossila bränslena till kraftverket är alltså inte inräknat och den kostnaden bryr jag mig ej om att uppskatta eftersom det är väldigt platsberoende. Siffrorna i tabellen är med andra ord en överskattning för kärnbränslekostnader och en underskattning för fossilbränslekostnader.

Nu kan vi titta på nästa post, antal anställda⁶.

6].

Antal anställda per installerad gigawatt

Här får man hålla tungan rätt i mun, många sidor anger antal anställda i hela kolsektorn men kostnaden för exempelvis gruvarbetare är redan inräknat i priset för kol i den föregående tabellen. Däremot så är transport inte inräknat i kolets prislapp så därför har jag inkluderat även transportarbetare för kol (utan det så blir det ca 300 för kolkraftverket).

Där har vi de tre stora utgiftsposterna så som de ser ut nu, konstruktionsmaterial, bränsle och antal anställda. Eftersom vi bara pratar om att jämföra olika energislags egentliga potential så är inte exakta kronor och ören intressanta, vi vill se förhållandet mellan dem. Därför kan vi summera kalaset såhär:

Olika poster som kvot av kärnenergin

Slutsatserna vi kan dra är att kärnenergins största börda är antalet anställda medan fossila bränslen lider av de enorma kvantiteter bränsle som ska skyfflas runt. Vindkraft lider både av mängden konstruktionsmaterial och mantimmar som krävs (samt förstås att den inte är reglerbar).

Kan vi då rimligtvis reducera bördorna för olika energislag? Mängden bränsle som går åt i fossila kraftverk kan ej reduceras eftersom de är så energifattiga. Vi ser här varför naturgas håller på att ersätta kol, det är energitätare, betydligt billigare att konstruera och kräver få anställda. När naturgaspriserna är låga så har kolkraft ingen chans alls. Kol kan man inte göra mycket åt, antal anställda beror rimligtvis på alla rörliga delar och utmaningen i att förflytta tiotusentals ton fast material per dag, kolets potential är redan maximerad.

Kärnenergi då? För det första så kan vi se att det inte finns något egentligt skäl att försöka reducera bränsleåtgången, bränsle är redan en nästintill försumbar del av det hela och argumenten för att generation 4 reaktorer använder mindre mängd bränsle faller platt. Vem bryr sig? Tyvärr så är det den aspekten av tekniken som alla kärnkraftsingenjörer fokuserat på sedan 50-talet vilket bara kan förklaras med skråets bottenlösa ekonomiska analfabetism. Det är en stor anledning, tillsammans med stråltanterna, till varför vi inte kommer någon vart.

Men det finns inget som på förhand säger att vi behöver femhundra man per installerad gigawatt! Faktum är att vi hade mycket förre anställda än så i Sverige på våra kärnkraftverk innan stråltanterna började skruva åt tumskruvarna (jag kan dessvärre inte längre hitta historiska siffror för antal anställda som referens) så även våra föråldrade reaktorer skulle utan problem klara sig med säg halvera antalet anställda efter att vi omvandlat SSM till en panflöjtsmyndighet eller något annat viktigt.

Kan vi reducera antalet anställda till en lika låg siffra som för naturgas? Inte med våra existerande kraftverk eftersom det finns för många rörliga delar och underhållsbehov, men med radikalt annorlunda designer så finns det ingen anledning till varför man inte kan det.

Kan vi reducera konstruktionsmaterialåtgången? Utan tvekan! Lättvattenreaktorer kräver mycket stål och betong av några enkla skäl. Reaktorn kyls med vatten under ohyggligt högt tryck vilket gör själva reaktortanken till en präktig pjäs, för att skydda omvärlden ifall något sker med denna enormt trycksatta behållare så behöver vi en lika ohyggligt robust betongbunker som innesluter den. Dessutom behöver vi en hel del rekorderligobusta rörledningar för att kunna hantera trycket och för alladiverse säkerhetssystem. Allt detta är egenheter hos just den reaktortypen men m. Man behöver inte trycksatt vatten, man behöver inte en inneslutning och man behöver inte invecklade säkerhetssystem som ska hantera tryckbortfall för att ha kärnkraft. Det är inte egenheter hos kärnenergi, det är egenheter hos trycksatt vatten. Gör vi andra designval så slipper vi vatten under högt tryck och kan reducera en hel delSkiter vi i vattnet så kan vi skita i resten på samma sätt som att en gasturbin inte behöver allt konstruktionsmaterial som ett kolkraftverk behöver trots att båda är fossila energislag. Vi kan bygga kärnenergianläggningar som är lika annorlunda från lättvattenreaktorer som en gasturbin är från en kolpanna, ja till och med ännu mer annorlunda eftersom kärnenergi har större designflexibilitet än fossil energi.

Den sanna potentialen för kärnenergi är alltså att ha lika få anställda och lika blygsamt behov av konstruktionsmaterial som naturgas men utan att behöva de enorma volymerna bränsle som naturgas behöver. För att ta oss dit så behöver vi släppa lös entreprenörerna, slå staten på fingrarna varje gång den vill gå in och bestämma riktning samt avlägsna det farliga myndighetsutövandet.

[^massakvot ¹²: Den totala massan som används vid konstruktion och i form av bränsle under 40 års drift av ett kraftverk dividerat med samma storhet för ett LWR kärnkraftverk.