โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็ก: กลยุทย์ความท้าทาย ลมหายใจของพลังงานนิวเคลียร์

ทำไมต้อง SMR?

จากแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทั่วโลก ทำให้หลายประเทศตระหนักถึงความจำเป็นในการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและสร้างความมั่นคงทางพลังงานในระยะยาว จึงเป็นจุดเริ่มต้นของการเปลี่ยนผ่านสู่พลังงานสะอาด หรือ พลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy) โดยมีเป้าหมายสำคัญ คือ การลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยการจำกัดการใช้งานเชื้อเพลิงฟอสซิล โดยการเปลี่ยนผ่านสู่พลังงานสะอาด ถือ เป็นการสร้างโอกาสในการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ และเสริมความมั่นคงทางพลังงานเพื่อรองรับความต้องการไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น ถึงแม้ว่าพลังงานหมุนเวียนซึ่งเป็นแหล่งพลังงานสะอาดที่หาได้ตามธรรมชาติ เช่น แสงอาทิตย์ ลม น้ำ ความร้อนใต้พิภพ และสามารถที่จะกักเก็บพลังงานในแบตเตอรี่ได้ แต่แหล่งพลังงานหมุนเวียนเหล่านี้ ก็มีข้อจำกัดในเรื่องของความไม่เสถียรภาพในการผลิตพลังงาน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ ฤดูกาล และเวลา ที่ไม่สามารถคาดเดาได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้การใช้เทคโนโลยีแบตเตอรี่มาช่วยกักเก็บพลังงานก็มีต้นทุนสูงมากหากต้องสำรองไฟฟ้าเป็นเวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวัน เนื่องจากการผลิตแบตเตอรี่ต้องใช้แร่หายาก เช่น ลิเธียม หรือ โคบอลต์ ดังนั้นถึงแม้ว่าพลังงานหมุนเวียนจะเป็นส่วนสำคัญของการลดคาร์บอน แต่ก็มีความจำเป็นที่จะต้องมีการผสมผสานกับแหล่งพลังงานอื่นๆ ที่มีความเสถียรภาพมากกว่า เช่น พลังงานนิวเคลียร์ เพื่อให้ระบบไฟฟ้ามีความมั่นคงและต้นทุนเหมาะสม

ในหลายทศวรรษที่ผ่านมา พลังงานนิวเคลียร์ได้ถูกนำมาใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย ทั้งในการทหาร อุตสาหกรรมเชิงพาณิชย์ และการศึกษาวิจัย ปัจจุบันโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็ก หรือ Small Modular Reactor หรือเรียกสั้นๆว่า SMR ซึ่งเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีนิวเคลียร์ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าที่มีกำลังการผลิตน้อยกว่า 300 MWe เป็นที่ถูกกล่าวถึงอย่างมาก โดยเฉพาะในแง่มุมของการใช้ประโยชน์ที่มีความหลากหลายภายใต้ระบบความปลอดภัยด้วยเทคโนโลยีวิศวกรรมระดับสูง โดยการพัฒนาโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็ก SMR ได้ถอดบทเรียนจากบทเรียนมาจากอุบัติเหตุโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดใหญ่ในเชิงพาณิชย์ หรือ Nuclear Power Plant (NPP) ในอดีตที่ผ่านมา ของประเทศที่เป็นเจ้าของเทคโนโลยีได้แก่

โรงไฟฟ้าทรีไมล์ไอส์แลนด์ ของประเทศสหรัฐอเมริกา ปี ค.ศ. 1979
โรงไฟฟ้าเชอร์โนบิล ของสหภาพโซเวียต (ปัจจุบันคือประเทศยูเครน) ปี ค.ศ. 1986 และ
โรงไฟฟ้าฟุกุชิมะไดอิจิ ของประเทศญี่ปุ่น ปี ค.ศ. 2011

ความผิดพลาดในการเดินเครื่อง และความผิดพลาดระบบความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นนั้น ถือเป็นความท้าทายของประเทศที่ต้องการจะเป็นเจ้าของเทคโนโลยีในการเอาชนะข้อจำกัดหรือความผิดพลาดในอดีตเพื่อมุ่งสู่การเป็นผู้นำของเจ้าของเทคโนโลยีนิวเคลียร์โลก ดังนั้น SMR จึงกลายเป็นอีกหนึ่งตัวแปรทางเทคโนโลยีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และกลยุทธ์ที่สำคัญที่ทำให้หลายๆประเทศ ได้หันกลับมาพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กให้มีความปลอดภัยที่สูงขึ้น ซึ่งถึงแม้ว่าโรงไฟฟ้า SMR จะศูนย์เสียการส่งไฟฟ้าจากภายนอก เช่น กรณีอุบัติเหตุของโรงไฟฟ้าฟุกุชิมะไดอิจิ เครื่องปฏิกรณ์ SMR นั้นก็ได้ถูกออกแบบให้สามารถหยุดการทำงานและระบายความร้อนได้อย่างปลอดภัยโดยไม่ต้องมีการควบคุมจากผู้ปฏิบัติงาน นอกจากนี้ โรงไฟฟ้า SMR ยังได้รองรับการออกแบบในการประยุกต์งานร่วมกับอุตสาหกรรมอื่นๆ ด้วยประโยชน์ที่หลากหลาย รวมไปถึงยังช่วยสร้างโอกาสการขยายตัวทางเศรษฐกิจในประเทศผู้เล่นใหม่ที่ไม่เคยมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มาก่อน

การควบคุมปรากฏการณ์ทางธรรมชาติเพื่อความปลอดภัยเชิงวิศวกรรมของ SMR

NuScale Power Module, USA

เนื่องจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็ก SMR ได้ถูกออกแบบให้มีขนาดเล็กลงกะทัดรัดกว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่โดยทั่วไป และสามารถที่จะควบรวมระบบผลิตไอน้ำและระบบวิศวกรรมความปลอดภัยแบบพาสซีฟ (Passive Safety) ให้อยู่ในโมดูลเดียวกันได้ โดยการผลิต SMR ในแต่ละโมดูลสามารถผลิตแบบแยกส่วนในโรงงานซึ่งช่วยควบคุมคุณภาพได้ดีกว่าและลดระยะเวลาและต้นทุนในการก่อสร้างหน้างาน เพื่อรองรับการติดตั้งหลายเครื่องในพื้นที่เดียวกัน และยังมีความยืดหยุ่นในการติดตั้งใต้ดินหรือใต้น้ำในพื้นที่หรือเกาะห่างไกล ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยจากภัยธรรมชาติ เช่น แผ่นดินไหวหรือสึนามิ อีกทั้งยังสามารถถอดหรือรื้อถอนโมดูลถอนได้อย่างสะดวกเมื่อต้องการเปลี่ยนโมดูลหลังหมดอายุการใช้งาน ซึ่งถือเป็นการลดภาระในการจัดการของเสียและการฟื้นฟูพื้นที่

ในส่วนของระบบวิศวกรรมความปลอดภัยแบบพาสซีฟ (Passive Safety) ถือเป็นระบบความปลอดภัยที่มีความก้าวหน้าขั้นสูงที่มีจุดเด่น คือ เมื่อเกิดความผิดปกติของระบบ เครื่องปฏิกรณ์ SMR จะสามารถจัดการอุบัติเหตุได้ด้วยตนเองได้โดยอาศัยปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ เช่น แรงโน้มถ่วง การพาความร้อนตามธรรมชาติ และ แรงดันไอน้ำ เพื่อช่วยให้ระบบสามารถระบายความร้อนจากแกนเครื่องปฏิกรณ์ได้โดยไม่ต้องใช้ปั๊มหรือไฟฟ้า ซึ่งเป็นการลดการพึ่งพาระบบความปลอดภัยแบบแอคทีฟ (Active Safety) ในการบรรเทาอุบัติเหตุจากภายนอกซึ่งมีความเสี่ยงที่สูงกว่า

SMR ทางเลือกใหม่ของพลังงานทดแทน

Example of Nuclear-renewable Hybrid Energy System

จากแนวคิดการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการใช้แหล่งเชื้อเพลิงที่ปล่อยคาร์บอนต่ำตามเป้าหมาย Net Zero ทำให้เทคโนโลยี SMR กลายเป็นอีกหนึ่งทางเลือกในการการผสมผสานพลังงานนิวเคลียร์และพลังงานหมุนเวียนเข้าด้วยกัน หรือที่เรียกว่า Nuclear-Renewable Hybrid Energy System โดยมีจุดประสงค์หลักคือ การสร้างเสถียรภาพ ของระบบไฟฟ้า เนื่องจาก พลังงานหมุนเวียน เช่น แสงอาทิตย์และลม ถึงแม้ว่าพลังงานหมุนเวียนจะมีต้นทุนต่ำแต่ก็มีการผลิตพลังงานที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งขึ้นกับปัจจัยทางธรรมชาติ ดังนั้นการผสมผสานพลังงานนิวเคลียร์ จาก SMR จึงเป็นอีกหนึ่งทางเลือกในการช่วยลดผลกระทบจากความไม่ต่อเนื่องของพลังงานหมุนเวียน เนื่องด้วยพลังงานนิวเคลียร์มีความเสถียรภาพในการผลิตพลังงานที่สูง และยังสามารถผลิตไฟฟ้าได้ต่อเนื่องโดยไม่มีการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากปฏิกิริยานิวเคลียร์

แนวทางการประยุกต์ใช้ SMR ในอุตสาหกรรม

Outlet Temperatures Range of SMR-integrated industrial processes

ในบริบทของอุตสาหกรรมการผลิตความร้อนเป็นสิ่งจำเป็นในการกลั่น การแยกสาร หรือการทำปฏิกิริยาเคมี โดยเฉพาะอุตสาหกรรมหนัก เช่น ปิโตรเคมี โดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็ก SMR ประเภท Light Water Reactor (LWR) เช่น NuScale ประเทศสหรัฐอเมริกา มีศักยภาพของในการผลิตพลังงานไฟฟ้าและความร้อนร่วม (co-generation) เพื่อใช้ในการการผลิตน้ำจืดจากกระบวนการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล (Desalination) ในช่วงอุณหภูมิสูงกว่า 80-200°C ซึ่งเหมาะสำหรับพื้นที่ติดทะเลหรือเกาะห่างไกลที่มีปัญหาขาดแคลนน้ำจืด ในขณะที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็ก SMR รุ่นใหม่ เช่น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบแก๊สอุณหภูมิสูง High-Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR) หรือ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบเกลือหลอมเหลว Molten Salt Reactor (MSR) สามารถผลิตไอน้ำแรงดันสูงและอุณหภูมิสูงกว่า 700°C ซึ่งเหมาะสมกับอุตสาหกรรมการกลั่นน้ำมัน การผลิตไฮโดรเจน การแปรรูปน้ำมันดิบ และการสังเคราะห์เคมี ซึ่งในปัจจุบันเครื่องปฏิกรณ์แบบ Pebble-bed HTGR หรือ HTR-PM ของประเทศจีนเริ่มทดสอบการเดินเครื่องแล้วตั้งแต่ปี ค.ศ. 2023 ซึ่งถือเป็นต้นแบบของ Generation IV Reactor ที่เน้นความปลอดภัยสูงและการใช้งานในอุตสาหกรรม โดยประเทศจีนได้มีแผนขยายเป็น 10 ยูนิต ในอนาคต เพื่อรองรับความต้องการพลังงานและความร้อนในอุตสาหกรรม และนำร่องไปสู่การขยายตลาดในประเทศ อื่นๆ

Reactor Vessel of HTR-PM, China

ในปัจจุบัน สหรัฐอเมริกามีธุรกิจสตาร์ทอัพด้านเทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็ก (SMR) ที่มีบทบาทสำคัญหลายราย เช่น

กลุ่มบริษัท NuScale Power ได้พัฒนา SMR แบบน้ำเบา LWR และได้รับการรับรองจาก U.S. Nuclear Regulatory Commission (U.S. NRC) เป็นรายแรก มีโครงการในสหรัฐฯ และยุโรป
กลุ่มบริษัท TerraPower ได้พัฒนาเครื่องปฏิกรณ์ Natrium ที่ใช้โซเดียมระบายความร้อนและระบบกักเก็บพลังงาน ซึ่งสนับสนุนโดย Bill Gates
กลุ่มบริษัท X-energy ได้พัฒนาเครื่องปฏิกรณ์แก๊สอุณหภูมิสูง Xe-100 ใช้เชื้อเพลิง TRISO เหมาะสำหรับอุตสาหกรรม
กลุ่มบริษัท Kairos Power ได้พัฒนาเทคโนโลยีเกลือฟลูออไรด์ระบายความร้อน มีแผนเดินเครื่องเชิงพาณิชย์ภายในปี ค.ศ. 2030
กลุ่มบริษัท Oklo ได้พัฒนาไมโครรีแอคเตอร์สำหรับพื้นที่ห่างไกล ฐานทัพ และดาต้าเซ็นเตอร์

นอกจากนี้ บริษัทเทคโนโลยีชั้นนำของสหรัฐฯ เช่น Amazon, Google และ Microsoft ได้เข้ามามีบทบาทสำคัญ ทั้งในด้านการลงทุนและการทำสัญญาซื้อไฟฟ้าจาก SMR เพื่อรองรับความต้องการพลังงานสะอาดสำหรับ ดาต้าเซ็นเตอร์และระบบ ปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence: AI) ซึ่งต้องการไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องและปลอดคาร์บอน

ความเคลื่อนไหวของ SMR ในประเทศไทย

19 IAEA Nuclear Infrastructure Issues

ประเทศไทยเป็นอีกหนึ่งประเทศในภูมิภาคอาเซียนที่ถือเป็นผู้เล่นใหม่สำหรับพลังงานนิวเคลียร์ โดยแนวทางการสร้าง SMR ในประเทศไทยนั้น ได้มีแผนที่จะบรรจุอยู่ในร่างแผนพัฒนากำลังผลิตไฟฟ้า (PDP2024) ซึ่งเป็นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็ก SMR ประเภท Light Water Reactor จำนวน 2 โรง ขนาดโรงละ 300 เมกะวัตต์ โดยคาดว่าจะเริ่มดำเนินการจ่ายไฟฟ้าเข้าระบบได้ในช่วงปี ค.ศ. 2037 ทั้งนี้การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) ได้เริ่มดำเนินการการศึกษาเบื้องต้น (Pre-feasibility Study) เพื่อคัดเลือกพื้นที่ศักยภาพ การศึกษาเทคโนโลยี SMR ที่เหมาะสม การเตรียมความพร้อมด้านบุคลากร รวมไปถึงการประสานความร่วมมือประเทศเจ้าของเทคโนโลยี ปัจจุบันประเทศไทยได้อยู่ระหว่างการจัดเตรียมองค์ประกอบคณะกรรมการเพื่อเตรียมการศึกษาความเหมาะสมของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ หรือ Nuclear Energy Program Implementing Organization (NEPIO) ซึ่งถือเป็นก้าวที่สำคัญในการร่วมกันวางแผนการดำเนินโครงการ SMR ตามกระบวนการอนุญาตตามมาตรฐานสากลของ International Atomic Energy Agency (IAEA) และมาตรฐานการกำกับดูแลของสำนักงานปรมาณูเพื่อสันติ (ปส.) เพื่อเตรียมการใน 19 ประเด็นโครงสร้างพื้นฐานสำหรับโครงการพลังงานนิวเคลียร์ หรือ Nuclear Infrastructure Issues เช่น ความปลอดภัยทางนิวเคลียร์ กรอบกฎหมายที่เกี่ยวข้อง การจัดการของเสียกัมมันตรังสี และการมีส่วนร่วมของภาคอุตสาหกรรมในประเทศ เป็นต้น

Compact Molten Salt Reactor (CMSR), Denmark

ในส่วนของภาคเอกชนของประเทศไทย Global Power Synergy Public Company Limited (GPSC) ซึ่งเป็นบริษัทในเครือของกลุ่ม ปตท. ได้มีแผนการศึกษาการประยุกต์ใช้ปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นที่ 4 (Generation IV) เช่น HTGR และ MSR อยู่ ซึ่งถือเป็นนวัตกรรมพลังงานสะอาดยุคใหม่ที่จะช่วยยกระดับศักยภาพการแข่งขันของภาคอุตสาหกรรม เพื่อฝ่ากำแพงคาร์บอนเครดิตเพื่อให้สอดคล้องกับเป้าหมายด้านสิ่งแวดล้อม Net Zero Emissions และยังเป็นการต้นทุนจากการซื้อคาร์บอนเครดิตในตลาดโลก ซึ่งในปี ค.ศ. 2024 บริษัท GPSC ได้ลงนามข้อตกลงความร่วมมือ (MoU) กับ Seaborg Technologies ของประเทศเดนมาร์ก หรือ บริษัท Saltfoss Energy ในปัจจุบัน ซึ่งเป็นผู้พัฒนา Compact Molten Salt Reactor (CMSR) เพื่อที่จะศึกษาความเป็นไปได้ในการลงทุน โดยการศึกษาของ GPSC ดังกล่าวถือเป็นมิติใหม่ของประเทศไทยในการการดึงดูดการลงทุนจากต่างประเทศในอนาคต

อย่างไรก็แล้วแต่การเกิดขึ้นของเทคโนโลยี SMR จำเป็นต้องอาศัยความร่วมมือ ในทุกๆภาคส่วนทั้งภาครัฐและเอกชน รวมไปถึงหน่วยงานจากต่างประเทศ ความเข้าใจในเรื่องของเทคโนโลยีความปลอดภัยและความเสี่ยง การจัดการกากกัมมันตรังสีและเชื้อเพลิงใช้แล้ว การยอมรับของประชาชน และการตอบแทนผู้มีส่วนได้ส่วนเสีย ถือเป็นองค์ประกอบที่สำคัญ ที่ต้องอาศัยการสะสมประสบการณ์และผู้เชี่ยวชาญในหลากหลายสาขาเพื่อร่วมกันผลักดัน ดังนั้น หน่วยงานสนับสนุนทางเทคนิค หรือ Technical Support Organization (TSO) จึงมีบทบาทสำคัญในการร่วมกันส่งเสริม กำลังคน ในด้านการวิจัยและพัฒนา การอบรมและให้ความรู้ จนไปถึงการให้ข้อมูลทางเทคนิคในเรื่องของความปลอดภัยและความเสี่ยงแก่หน่วยงานที่เกี่ยวข้อง ซึ่งในประเทศไทย สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (สทน.) ศูนย์เทคโนโลยีพลังงานแห่งชาติ (ENTEC) ภาควิชาวิศวกรรมนิวเคลียร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และมหาวิทยาลัยที่ศึกษาด้านวิศวกรรม อื่นๆ ถือเป็นหน่วยงาน TSO หลัก ที่จะเข้ามามีบทบาทในการสนับสนุนโครงการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็ก SMR เพื่อสานต่อความมั่นคงทางพลังงานของประเทศไทยได้อย่างปลอดภัยและยั่งยืน

Reference