タイトル: 「核による変革: SMRと原子力を用いたデータセンターへのガイド」
出典: Data Center Knowledge
ウェブサイト: 核による変革: SMRと原子力を用いたデータセンターへのガイド
抜粋: 「データセンター産業が直面している電力制約市場に対する潜在的な解決策として、核エネルギーに対する関心が高まっています」と、データセンターとコロケーションサービスに焦点を当てるOmdiaの主任アナリスト、アラン・ハワードは述べています。
原子力への移行: SMR と原子力データセンターへのガイド
小型原子炉はいつかデータセンターにクリーンエネルギーを供給できるようになるかもしれないが、課題はまだ残っている。
ワイリー・ウォン | 2023 年 11 月 29 日
データセンター事業者は、需要を満たすためにより大きなデータセンター容量を構築する中で、エネルギー関連の 2 つの課題に直面しています。それは、データセンターに電力を供給するために利用できるエネルギーの不足と、二酸化炭素排出量の削減の必要性です。 しかし、新興の原子力技術である小型モジュール型原子炉（SMR）は、両方の問題を同時に解決できる可能性があります。
新興企業も老舗企業も同様に、データセンターやその他の産業および消費者のニーズに電力を供給するための小型原子炉の建設を競っています。 これらの次世代原子炉は安全であり、化石燃料とは異なり、発電プロセス中に炭素やその他の大気汚染物質を排出しないため、データセンター運営者の主要な持続可能性目標の達成に役立つと彼らは述べています。
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SMR ベンダーは、2020 年代後半から 2030 年代前半に市販の SMR を発売する予定ですが、技術の完成から規制当局の承認の取得、実行可能なビジネス モデルの開発まで、多くのハードルが残っています。 それにもかかわらず、データセンターのアナリストは、SMR には将来性があると述べています。
データセンターとコロケーションサービスを専門とするオムディアの主席アナリスト、アラン・ハワード氏は、「データセンター業界が課題となっている電力制約市場の潜在的な解決策として原子力への関心が高まっている」と述べた。 「本当にクリーンなエネルギーですね。 ネットゼロ経済を達成するには、原子力が大きな役割を果たす必要がある。」
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小型モジュラーリアクター (SMR) とは何ですか?
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国際原子力機関（IAEA）によると、SMRは最大300メガワット電気（MWe）の出力容量を持つ先進的な原子炉で、これは大型の従来型原子炉の容量の約3分の1に相当する。 アイダホ国立研究所 (INL) によると、マイクロリアクターと呼ばれるさらに小型の SMR は最大 20 MWe を生成します。
名前が示すように、SMR は小型でモジュール式です。 これらのプレハブユニットは現場で輸送して設置できるため、カスタム設計が多い大型原子炉よりも手頃な価格で、より簡単かつ迅速に建設できるとIAEAは述べた。
「ただ一つの大きな原子炉を建設するだけではありません。 拡張するために、1 つのサイトに複数のユニットを配置できます。 レゴブロックのようなものだと考えてください」と、15 MWe と 50 MWe の SMR を構築している新興企業 Oklo の事業開発責任者、ブライアン・ギット氏は言います。
原子力庁の規模と出力の比較
従来の小型モジュールリアクターとマイクロリアクターのサイズと発電電力の比較。
使用中および開発中の SMR
ロシアは、2020年にアカデミック・ロモノーソフと呼ばれる水上発電所を建設し、初めてSMRを導入した。この発電所には、ロシア極東の港町ペヴェクに35MWeのSMRが2基設置されている。
IAEAによると、合計約80の商用SMR設計が開発されているという。 同団体によると、他のSMRはアルゼンチン、カナダ、中国、韓国、米国で認可段階にあるか、建設中であるという。
米国政府は原子力エネルギーの大推進者です。 2014 年以来、エネルギー省は企業の SMR 開発努力を支援するために 6 億ドル以上を提供してきました。
実際、2016年以来、エネルギー省の原子力イノベーション加速ゲートウェイ（GAIN）は52社の民間企業に3,180万ドルの助成金を与えているとINLのGAINイノベーション・テクノロジーマネージャーのクリストファー・ローゼ氏は述べた。
同氏によると、補助金は小型モジュール炉企業に対し、INL、アルゴンヌ、オークリッジ、サンディアを含むエネルギー省の国立研究所のリソースや科学的専門知識へのアクセスを提供するバウチャーの形で提供されるという。 目的は、民間企業による技術のテストと実証を支援し、商業化を加速することです。
「GAINの主な役割は、原子力開発者が国立研究所の独自の資産と能力にアクセスできるよう支援することです」とローゼ氏は述べた。 「研究所はテストベッドを構築し、先進的な原子炉実証プロジェクトを支援しています。」
Oklo に加えて、小型モジュール式原子炉を開発している米国に本拠を置く企業には、BWX Technologies、Kairos Power、NuScale Power、X-energy などがあります。 英国ではロールスロイスもSMR技術の開発を進めている。
OkloOklo施設のモックアップ
Oklo 小型モジュール型原子炉施設のアーティストによる表現。
2023 年の SMR の最近の開発には次のようなものがあります。
原子力規制委員会 (NRC) は、米国初の SMR 設計、つまり 77 MWe を発電できる NuScale の先進的な「軽水」SMR を承認しました。 10月、ホスティングプロバイダーのStandard Powerは、NuScaleのSMRを使用してオハイオ州とペンシルベニア州に2つの原子力発電所を建設し、2029年までに近くのデータセンターに約2GWの電力を供給する計画を発表した。
4月、不動産およびプロジェクト開発会社であるGreen Energy Partnersは、4～6台のSMRを使用して20～30のデータセンターに電力を供給し、水素燃料を生成し、バージニア州の送電網にバックアップ電力を供給することを含むプロジェクトのために641エーカーの土地を購入した。
米国のインフラ管理会社スタンダード・パワーは、米国内でオハイオ州とペンシルベニア州のデータセンターに電力を供給する2つの小型モジュール式原子炉発電施設を開発する計画を発表した。
遠隔地や厳しい環境でのミッションクリティカルな運用を強化するマイクロリアクターの開発に投資している米国国防総省は、INLでマイクロリアクターのプロトタイプを構築しテストするためにBWXを選択したと6月に発表した。
マイクロソフトは9月、テクノロジー巨人のデータセンターに電力を供給するためにSMRとマイクロリアクターを使用する取り組みを主導する原子力技術専門家の求人を掲載した。
SMR の利点: より安全でクリーン
チェルノブイリ、スリーマイル島、福島の原子力災害の永続的な影響により、一般の人々は原子力発電を重大なリスクとして認識する可能性があります。 しかし、SMRはより安全になるように再設計されている、とOmdiaのハワード氏はレポートで書いている。 それらは、サイズが小さく、設計がシンプルで、固有の安全特性があるため、リスクがはるかに少ないと彼は書いています。
従来の大型原子炉とは対照的に、小型モジュール式原子炉は停止するために人間の介入や外部の電力や力を必要としない、とIAEAは述べた。 SMRは受動的システムであり、自然循環、対流、重力、自己加圧などの物理現象によって自動的に停止する可能性があると同団体は述べた。 IAEAは、事故が発生した場合、SMRの安全機能により、危険な放射性物質が環境に放出される可能性が排除されるか、大幅に低減されると述べた。
「スリーマイル島、チェルノブイリ、福島で起こった問題は、燃料が加熱されたことです。 熱を除去する能力を失ったため、過熱して燃料が溶けた」とオクロのギット氏は語った。 「これらの [SMR] 設計は自己冷却式であり、電力や人間の介入やいかなる種類のアクティブな機械システムも必要ありません。」
SMR は核廃棄物も大幅に削減します。 従来型の大型原子力発電所は 1 ～ 2 年ごとに燃料を補給する必要がありますが、SMR は 3 ～ 7 年ごとに燃料を補給できるように設計されています。 オムディアのレポートによると、燃料を補給せずに最長40年間動作するように設計されたものもあります。
SMR のもう 1 つの利点は、従来の大型原子力発電所よりも多くの場所に設置できることです。 SMRを搭載した原子力発電所は、エネルギー消費者の近くに設置でき、さらにはデータセンターのある敷地内に設置することもできるため、送電網の制約の問題を克服できるとハワード氏は述べた。
「制約の 1 つは送電網です。 SMR の利点の 1 つは、オンサイトまたは適切な距離内で発電を必要源に近づけることができることです」とハワード氏は Data Center Knowledge のインタビューで語った。
データセンター運営者にとっての主な利点は、SMR が信頼性の高いカーボンフリーの電力を生成できることである、とアップタイム研究所の持続可能性研究ディレクター、ジェイ・ディートリッヒ氏は述べています。
原子力は、風力や太陽光などの再生可能エネルギーの利用を増強して、データセンターの持続可能性を高めることができるクリーン エネルギー源です。 問題は、風力や太陽光発電などの再生可能エネルギー源が季節的かつ断続的に発生する可能性があることだと同氏は述べた。
「信頼できるカーボンフリーエネルギーを入手するのに苦労があります。 原子力は 2 つのことを実現します。1 つは信頼性の高い電力であり、2 つ目はカーボンフリーであるため、カーボンフリーとネットゼロの目標を達成できるのです」とディートリッヒ氏は語った。
SMR 導入の課題
SMR はデータセンター業界に多くの潜在的なメリットをもたらしますが、市場が発展するには時間がかかります。 ディートリッヒ氏によると、製造の増強、設計許可や現場の承認の取得、データセンターを備えたオンサイトで特別に構築されていない場合の送電網への接続許可の取得など、クリアすべきハードルは多く、約10年かかるという。
INLのローゼ氏は、SMRを使用した原子力発電所の初期建設コストは高いかもしれないが、時間の経過とともにコストは下がるだろうと述べた。
「最初の数回の建設が最も安価になるとは誰も期待していないと思いますが、サプライチェーンを稼働させると、コスト曲線は下がり、スケールメリットが得られます。」と彼は言いました。
実際、新興市場への挫折で、ユタ州関連都市電力システムズと共同で原子炉6基、出力462MWのプロジェクトを立ち上げるニュースケールの計画は、コストの上昇を受けていくつかの町がプロジェクトから撤退したため、11月初旬に破綻した。
もう一つの課題は、たとえ大規模な従来の原子力発電所よりもはるかに少ないとしても、SMRが依然としてある程度の核廃棄物を生成することだ、とローゼ氏は述べた。 一部のSMR企業は、廃棄物を最小限に抑えるためにリサイクルされた核廃棄物の利用を検討していると同氏は付け加えた。
例えば、オクロは2027年にINLに電力を供給するために商業用原子炉を稼働させる計画で、本格的な核燃料リサイクル施設を建設し、SMRにリサイクル核燃料を使用する計画だとギット氏は述べた。
導入のもう 1 つの課題は、地方と都市部の両方に小型原子炉を建設するために地域社会の賛同を得ることです。 アナリストらは、SMRのベンダーや開発者は何らかの反発に直面する可能性があるため、原子力技術が安全で経済的利益をもたらすことを実証する準備をしておく必要があると述べた。
「これは重要なコミュニケーションの取り組みであり、多くの耳を傾け、懸念に前向きに対処するための取り組みです」とディートリッヒ氏は語った。
SMR市場は今後どのように発展していくのでしょうか？
新興 SMR 市場は近年勢いを増しています。 これは、技術の進歩を遂げる民間企業、政府の資金提供の増加、国立研究所から世界の研究機関までの研究支援など、さまざまな要素が絡み合ったものです。
ハワード氏は、NRCは承認プロセスを合理化していると述べた。
政策レベルでは、連邦政府、州政府、地方自治体が発電の必要性により多くの注意を払っていると同氏は述べた。
アップタイム研究所のディートリッヒ氏もこれに同意し、電力会社、大規模データセンター運営者、規制当局、州議会、気候活動家などが、送電可能なベースロードのカーボンフリー発電なしでは送電網の存続は不可能であることを認識していると述べた。 そのニッチを埋めるために利用できる実証済みの唯一の技術は原子力である、と彼は述べた。
「『核を使用すべきではない』という考えから、核が役割を果たさなければならないというかなり強い声への変化が見られました」とディートリッヒ氏は言う。 「その認識により、商業および産業の顧客は原子力発電とSMRを電気エネルギーインフラの重要な部分とみなしています。」
SMR市場は段階的に発展していきます。 まず、許可の取り組みと実証プロジェクトがあります。 その後、最初のユニットが稼働して運用が開始され、人々がこの技術に慣れるにつれて、地域社会による SMR の導入支援の意欲がさらに高まるだろうとディートリッヒ氏は言います。
SMR ベンダーはさまざまなビジネス モデルを追求できると Lohse 氏は言います。 彼らはSMRを電力会社に販売することができ、電力会社は原子力発電所を所有して運営し、データセンターや他の産業に電力を供給することになる。 また、自社が発電事業者となり、自らデータセンターに電力を販売することも可能だという。
「他の再生可能エネルギーと組み合わせて送電網に接続したいのでしょうか、それとも単にデータセンターの隣の 1 か所に配置して島にしたいのでしょうか? こうした企業にとって、どのようなビジネスモデルを望んでいるのかを見極めるのは真っ白なキャンバスだ」とローゼ氏は語った。
データセンターは、SMRを自社で所有して運用するよりも、サードパーティにSMRを搭載したプラントを運用してもらうことを好む可能性が高いとローゼ氏は付け加えた。
全体として、原子力はデータセンターがカーボンフリー エネルギーで完全に電力供給されるようになる方程式の一部ですが、それには時間がかかるだろうとディートリッヒ氏は言います。
しかし、データセンター運営者は今こそ、将来のデータセンターを計画する際に小型原子炉を考慮に入れる時期であるとハワード氏は述べた。
「データセンターを含む大規模なインフラストラクチャプロジェクトは通常、計画サイクルがかなり長いため、今こそ注意を払い始める時期です」とハワード氏は述べた。
「データセンター開発の計画を立てる立場にある人々が、SMR 業界の現状を理解し、5 年、6 年、7 年後を見据えることが重要です。そうすることで、電力がどこにあるのか、そしてそれがサイトの選択にどのような影響を与える可能性があるのかを理解することができます。」
タグ: 持続可能性 建築/建設
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