เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กแบบโมดูลาร์และความท้าทายในการผลิตพลังงานในยุคปัญญาประดิษฐ์

(หนังสือพิมพ์ดานตรี) - เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กแบบโมดูลาร์คืออะไร และเหตุใดจึงถูกมองว่าเป็นทางออกในการตอบสนองความต้องการไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง บทความนี้จะชี้แจงประเด็นนี้

การใช้พลังงานทั่วโลกจากศูนย์ข้อมูลกำลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมาก เกินกว่าที่คาดการณ์ไว้ก่อนหน้านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของความต้องการใช้งานแอปพลิเคชันปัญญาประดิษฐ์ (AI) ที่เพิ่มขึ้น สิ่งนี้บังคับให้ศูนย์ข้อมูลต้องอัปเกรดโครงสร้างพื้นฐานและกำลังการประมวลผลอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างไม่หยุดยั้งสำหรับการสืบค้นและการคำนวณ

จากสถิติพบว่า ในปี 2024 ศูนย์ข้อมูลใช้ไฟฟ้าประมาณ 415 เทราวัตต์ชั่วโมง (TWh) ซึ่งคิดเป็นประมาณ 1.5% ของการใช้ไฟฟ้าทั่วโลกทั้งหมด ปริมาณการใช้ไฟฟ้าดังกล่าวคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเฉลี่ยปีละ 15% จนถึงปี 2030 ซึ่งเร็วกว่าอัตราการเติบโตของความต้องการใช้ไฟฟ้าในภาคส่วนอื่นๆ ประมาณสี่เท่า

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็กถูกมองว่าเป็นทางออกในการตอบสนองความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง (ภาพ: IAEA)

ในสหรัฐอเมริกา ที่ซึ่งบริษัทเทคโนโลยีกำลังวางแผนสร้างศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อรองรับการแข่งขันด้านปัญญาประดิษฐ์ (AI) นั้น จำเป็นต้องหาวิธีแก้ปัญหาที่เสถียรเพื่อตอบสนองความต้องการด้านพลังงาน พร้อมทั้งต้องมั่นใจว่าไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อปกป้องสิ่งแวดล้อม

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบเครื่องปฏิกรณ์โมดูลาร์ขนาดเล็ก (SMR) ถือเป็นหนึ่งในทางเลือกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด เนื่องจากมีข้อดีหลายประการ

ตามข้อมูลขององค์การพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA) ปัจจุบันมีแบบจำลองและแนวคิดเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็ก (SMR) มากกว่า 80 แบบที่อยู่ระหว่างการพัฒนาทั่วโลก ซึ่งส่วนใหญ่ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และมีเพียงไม่กี่แบบที่คาดว่าจะสามารถนำไปใช้งานได้จริงในอนาคตอันใกล้

SMR คืออะไร และทำงานอย่างไร?

ลีโอเนล ลากอส ผู้ทำงานอยู่ที่ศูนย์วิจัยประยุกต์ของมหาวิทยาลัยฟลอริดา (สหรัฐอเมริกา) กล่าวว่า เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็ก (SMR) อยู่ในตำแหน่งกึ่งกลางระหว่างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดใหญ่แบบดั้งเดิมและเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็ก

การเปรียบเทียบขนาดและกำลังการผลิตระหว่างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบดั้งเดิม โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็ก (SMR) และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดจิ๋ว (ภาพ: IAEA)

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบดั้งเดิมสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากกว่า 700 เมกะวัตต์ และสร้างขึ้นบนพื้นที่กว้างใหญ่ โดยมีแกนปฏิกรณ์สูงถึง 10 เมตร ในขณะเดียวกัน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กนั้นมีขนาดเล็กพอที่จะบรรจุลงในตู้คอนเทนเนอร์ขนส่งสินค้าได้ มีกำลังการผลิต 10 ถึง 20 เมกะวัตต์ และสามารถสร้างได้บนพื้นที่ขนาดเท่าสนามฟุตบอล

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็ก (SMR) จะตั้งอยู่ระหว่างเครื่องปฏิกรณ์ทั้งสองประเภท โดยมีแกนกลางขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงประมาณ 3 เมตร และสูง 6 เมตร สร้างขึ้นบนพื้นที่ประมาณ 20 เฮกตาร์ทั้งหมด และสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ประมาณ 300 เมกาวัตต์

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็ก (SMR) สร้างความร้อนโดยการแตกตัวของอะตอมหนัก แล้วถ่ายเทความร้อนนั้นผ่านสารต่างๆ เช่น น้ำ โลหะเหลว หรือเกลือหลอมเหลว เพื่อสร้างไอน้ำที่ไปหมุนกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

ผู้พัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็ก (SMR) ยังได้รวมเอาคุณสมบัติความปลอดภัยแบบพาสซีฟ ซึ่งทำงานโดยอาศัยหลักการทางฟิสิกส์ตามธรรมชาติ และจะหยุดปฏิกิริยาโดยอัตโนมัติโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงจากมนุษย์ ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงหรือความรุนแรงของการรั่วไหลของรังสีได้อย่างมาก

นอกจากนี้ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็ก (SMR) ยังมีปริมาณวัสดุนิวเคลียร์น้อยกว่าและสร้างความร้อนน้อยกว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบดั้งเดิม จึงมีความเสี่ยงต่ออุบัติเหตุและการรั่วไหลของรังสีต่ำกว่า

แบบจำลองโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็ก ซึ่งประกอบด้วยชิ้นส่วนโมดูลาร์ที่สามารถประกอบเข้าด้วยกันได้ (ภาพ: NuScale)

ข้อดีของ SMR

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็ก (SMR) ถูกออกแบบมาเพื่อให้บริการในพื้นที่ที่ไม่มีโครงข่ายไฟฟ้า พื้นที่อุตสาหกรรมห่างไกล หรือประเทศที่เพิ่งเริ่มต้นใช้พลังงานนิวเคลียร์ สามารถสร้างและเริ่มใช้งานได้ภายในเวลาเพียงสองถึงสามปี ซึ่งเร็วกว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบดั้งเดิมมาก

เนื่องจากมีขนาดเล็ก เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็ก (SMR) จึงสามารถผลิตเป็นโมดูลในโรงงาน แล้วขนส่งโดยรถบรรทุก รถไฟ หรือเรือไปยังสถานที่ติดตั้งได้ ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของ SMR คือขนาดที่เล็ก ทำให้สามารถติดตั้งในสถานที่ที่ไม่เหมาะสมสำหรับการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบดั้งเดิมได้

การออกแบบแบบโมดูลาร์ของ MSR ยังช่วยให้สามารถเพิ่มโมดูลหลายๆ โมดูลเพื่อเพิ่มกำลังการผลิตได้ทีละน้อยตามความต้องการ ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการลงทุนเริ่มต้นและลดระยะเวลาการก่อสร้างลงด้วย

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใช้เทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็กกำลังอยู่ระหว่างการก่อสร้างในประเทศจีน (ภาพ: ซิงหัว)

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็ก (SMR) มีรอบการเติมเชื้อเพลิงที่ยาวนานกว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบดั้งเดิม โดยทั่วไปจะอยู่ที่ทุก 3-7 ปี แทนที่จะเป็น 1-2 ปี บางแบบของ SMR สามารถทำงานได้นานถึง 30 ปีโดยไม่ต้องเติมเชื้อเพลิง

ตามข้อมูลขององค์การพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA) พลังงานนิวเคลียร์ถือเป็นแหล่งพลังงานสะอาด ไม่ปล่อยก๊าซคาร์บอนในระหว่างการผลิตไฟฟ้า และมีบทบาทสำคัญในการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

ปัจจุบัน 30 ประเทศมีโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ และอีกกว่า 20 ประเทศกำลังพิจารณาใช้พลังงานนิวเคลียร์เพื่อตอบสนองความต้องการไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น โดยโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบ SMR (Solar-Magnetic Regeneration) กำลังได้รับการประเมินว่าเป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับหลายประเทศ

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์อะคาเดมิก โลโมโนซอฟ (ตั้งอยู่ในภูมิภาคชูคอตกา ประเทศรัสเซีย) ซึ่งเป็นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบเครื่องปฏิกรณ์โมดูลาร์ขนาดเล็ก (SMR) แห่งแรก ของโลก เริ่มดำเนินการเชิงพาณิชย์ในเดือนพฤษภาคม 2020 ด้วยกำลังการผลิต 35 เมกาวัตต์ ปัจจุบัน โครงการ SMR อื่นๆ อีกหลายโครงการกำลังอยู่ระหว่างการก่อสร้างหรืออยู่ในขั้นตอนการขอใบอนุญาตในอาร์เจนตินา แคนาดา จีน เกาหลีใต้ และสหรัฐอเมริกา

ที่มา: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/lo-phan-ung-mo-dun-nho-va-bai-toan-dien-nang-trong-ky-nguyen-ai-20251212040847937.htm