米国の研究、石炭から原子力への転換の実現可能性を調査 : エネルギーと環境

2024年7月10日

ミシガン大学の研究者による研究では、米国で稼働中の石炭火力発電所245基を先進的な原子炉に転換することの実現可能性がランク付けされており、政策立案者や電力会社が脱炭素化の目標を達成するための貴重な知見を提供している。

インディアナ州のピーターズバーグ石炭火力発電所は、原子力発電所への転換が最も実現可能な大規模発電所であることが判明した（画像：AESインディアナ）

2022年には、米国の石炭火力発電所は総エネルギー生産量の約20％を占め、その結果、8億4,700万トンのCO2が排出されました。これは、米国の電力部門からの総CO2排出量の55％に相当します。

石炭火力発電所 (CPP) は、米国を含む多くの国で段階的に廃止されています。全国の電力会社は、石炭火力発電からよりクリーンなエネルギー資源への移行を統合資源計画に組み入れています。さらに、いくつかの電力会社は、今後 15 年以内にすべての CPP を廃止するという目標を設定しています。

この移行の一環として、廃止された火力発電所を代替のクリーンなエネルギー源に転用する必要がある。その可能性の一つが原子力エネルギーであり、石炭と同じ安定したベースロードエネルギーを生成できるが、炭素排出量はゼロであると研究は述べている。

新たな発電所を建設する代わりに、稼働中の石炭火力発電所を原子力発電所に移行すれば、送電線や電力システム部品などの既存の設備を利用することで時間と費用を節約できる。石炭火力発電所が段階的に廃止されるにつれ、周辺地域も移行の恩恵を受け、雇用と税基盤を維持できる。

ミシガン大学の新しい研究では、先進的原子炉開発のための立地ツール (STAND) を使用して、米国における石炭から原子力 (C2N) へのエネルギー転換の可能性を体系的に評価しています。ミシガン大学、国立原子炉イノベーションセンター、アルゴンヌ国立研究所、アイダホ国立研究所、オークリッジ国立研究所が共同で開発した STAND により、ユーザーは社会経済的要因、安全性、近接性パラメータを入力して、先進的原子炉開発の可能性のある場所を選択できます。

「一連の目的のバランスを取りながら複数の場所を同時に評価するこのツールの能力は、いくつかの特定の植物に焦点を当てた以前の研究よりも拡張性と堅牢性が高い分析を提供する」と研究者らは指摘した。

調査対象となった稼働中の石炭火力発電所245基は、定格出力に基づいて2つのグループに分類された。「先進的な原子炉は、マイクロリアクター、中規模原子炉、小型モジュール原子炉など、さまざまなクラスに分かれているため、原子力発電へのスムーズな移行のためには、石炭火力発電所をその出力に合わせて分類する必要がある」と調査では述べられている。

結果は、さまざまな場所における適合性レベルとトレードオフの幅広い範囲を明らかにし、石炭から原子力への移行の実現可能性と複雑さの両方を浮き彫りにしました。小規模電力容量グループの場合、実現可能性スコアは 100 点満点中 51.52 ～ 84.31 点、中央値は 66.53 でした。大規模電力容量グループの場合、実現可能性スコアは 47.29 ～ 76.92 点、中央値は 63.97 でした。

インディアナ州のRMシャーファー石炭火力発電所は、発電量が1000MWe以下の小規模発電所としては最も実現可能性が高く、一方、インディアナ州のAESピーターズバーグ発電所は、発電量が1000MWeを超える大規模発電所としてはトップクラスでした。

「STAND が実施した分析は、エネルギー モデル作成者、利害関係者、政策立案者、公共事業体、エネルギー業界が情報に基づいた意思決定を行う上で役立つ可能性がある」と研究は結論づけている。「この分析は、さまざまな石炭火力発電所における C2N 移行の可能性を評価するためのトップダウン アプローチを提供します。ただし、原子炉ライセンスに関する決定を最終決定する前に、さらに現地での地質調査、環境評価、コミュニティ エンゲージメント プロセスが必要であることを強調しておくことが重要です。」

「全国の石炭火力発電所ごとに石炭から原子力への移行の可能性を非常に細かく検討したこの研究が、リアルタイムで展開されている国家レベルおよび州レベルの議論に役立つことを期待しています」と、ミシガン大学の原子力工学および放射線科学の助教授で、この研究の主任著者であるアディティ・バーマ氏は述べた。

この研究は、 エネルギーレポート – 米国エネルギー省原子力局が後援し、原子力エネルギー大学プログラムを通じて資金提供を受けました。

石炭火力発電所を原子力発電所に置き換える可能性は、米国やその他の地域で積極的に検討されている。テラパワーは2021年にワイオミング州の閉鎖された石炭火力発電所の跡地にナトリウム冷却高速炉の実証ユニットを建設する計画を発表した。2022年にはメリーランド州エネルギー局が、石炭火力発電施設をX-エナジーのXe-100小型モジュール炉に転用する可能性を評価する作業への支援を発表した。またホルテック・インターナショナルは最近、SMR-160の候補地として石炭火力発電所を検討しており、早ければ2029年に最初のユニットをオンライン化する計画だと述べた。ポーランドでは、ニュースケールがエネルギー会社ユニモットおよび銅・銀生産者KGHMと共同で、自社の原子炉で石炭火力発電所を置き換える可能性を模索している。

ワールド・ニュークリア・ニュースによる調査と執筆