ANL เปิดผลศึกษาพลังงานโลกปี 2050 ชี้ 'นิวเคลียร์' โตรับกระแสความต้องการไฟฟ้าพุ่ง

จากเวทีสัมมนาเชิงปฏิบัติการระดับภูมิภาค IAEA–United States Regional Workshop on Scaling SMR Deployment: From FOAK to NOAK Financing Models จัดโดยสำนักงานปรมาณูเพื่อสันติ (ปส.) เมื่อวันที่ 3 พฤศจิกายนที่ผ่านมา ระดมกูรูระดับโลกมาร่วมแลกเปลี่ยนความคิดเห็น หนึ่งในนั้นมาจาก Argonne National Laboratory (ANL) ห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอนน์ สหรัฐอเมริกา ได้ฉายภาพอนาคตทิศทางพลังงานนิวเคลียร์ปี 2026 ถึงเป้าหมายปี 2050 ชี้ให้เห็นถึงความต้องการใช้ไฟฟ้าทั่วโลกจ่อพุ่ง 25% ถึง 50% ดันสัดส่วนนิวเคลียร์เติบโตก้าวกระโดดสูงสุดถึง 6 เท่า พร้อมแนะแนวทางใช้นิวเคลียร์และ SMRs ตอบโจทย์ศูนย์ข้อมูล (Data Centers) และภาคอุตสาหกรรมหนัก

ภายในงานดังกล่าว นาย Neal Mann วิศวกรระบบพลังงานหลัก (Principal Energy Systems Engineer) และ นาย Nicolas Stauff วิศวกรพลังงานหลัก ( Principal Energy Engineer) จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอนน์  (Argonne National Laboratory - ANL) ภายใต้การสนับสนุนจากกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ (US DOE) และสำนักงานพลังงานนิวเคลียร์ (NEA)

ทางทีมวิจัย ระบุว่า การศึกษานี้เป็นการมองภาพรวมของระบบพลังงานทั้งหมดผ่านการบูรณาการเครื่องมือแบบจำลองระดับสูง 3 ชนิด ได้แก่ GCAM แบบจำลองระบบโลกที่ครอบคลุมทั้งภาคพลังงาน น้ำ เกษตรกรรม ที่ดิน และสภาพภูมิอากาศในระดับสัปดาห์และระดับโลก พัฒนาโดย PNNL สนับสนุนโดยกระทรวงพลังงาน , AEF แบบจำลองระบบไฟฟ้าเฉพาะในอเมริกาที่มีความละเอียดสูงซึ่งพัฒนาโดยอาร์กอนน์ที่นำผลลัพธ์จาก GCAM มาวิเคราะห์เจาะลึกเฉพาะระบบไฟฟ้าในอเมริกาเหนือ

และ IMPLAN แบบจำลองผลกระทบทางเศรษฐกิจเพื่อดูผลกระทบจากการติดตั้งพลังงานนิวเคลียร์ต่อการจ้างงานในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์และการจ้างงานที่เกิดขึ้นจากการก่อสร้างใหม่ภายใต้ 5 สถานการณ์จำลองหลักเพื่อใช้ในการศึกษาโดยไม่ได้คาดการณ์แบบตายตัวแต่เป็นการจำลองภายใต้สมมติฐานต่าง ๆ เช่น แนวโน้มปัจจุบัน, การเติบโตทางเศรษฐกิจต่ำ-สูง, เป้าหมายตามนโยบายของประเทศ และการส่งออกก๊าซธรรมชาติของสหรัฐฯ โดยตัวแปรหลักที่นำมาปรับเปลี่ยนในแต่ละสถานการณ์ ได้แก่ การเติบโตของประชากรและ GDP ของประเทศ, การเติบโตของ Data Centers, ต้นทุนเครื่องปฏิกรณ์, อุปทานของเชื้อเพลิงฟอสซิล และเป้าหมายนโยบายด้านนิวเคลียร์ที่ตั้งเป้าหมายที่ 400 GW ในสหรัฐฯ และคำมั่นสัญญาระดับโลกในการเพิ่มกำลังการผลิตนิวเคลียร์ขึ้น 3 เท่าภายในปี 2050 สำหรับประเทศที่เข้าร่วม    

ภาพรวมพลังงานโลกปี 2050  

ผลการวิเคราะห์ชี้ให้เห็นว่า ความต้องการพลังงานปฐมภูมิและไฟฟ้าทั่วโลกจะเติบโตอย่างต่อเนื่องอาจเพิ่มขึ้น 25% ถึง 50% ภายในปี 2050 โดยมีพลังงานไฟฟ้าเป็นตัวขับเคลื่อนหลัก ขณะที่สัดส่วนพลังงานนิวเคลียร์ทั่วโลกมีแนวโน้มเติบโตขึ้น 40% ถึง 4 เท่า หรือ สูงสุดถึง 600%  ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ทางเศรษฐกิจโดยเฉพาะในภูมิภาคเอเชียและยุโรปที่มีอัตราการขยายตัวสูง 
 

อย่างไรก็ดี ทีมนักวิจัย เน้นย้ำว่า ผลการวิเคราะห์แบบจำลองระดับโลก (GCAM) มุ่งเน้นการสมดุลของอุปสงค์-อุปทานในตลาดแต่ไม่ได้จำลองความเสถียรของระบบไฟฟ้าแบบเรียลไทม์ หากนำผลลัพธ์ไปจำลองในระบบส่งไฟฟ้าจริงภายใต้สภาพอากาศวิกฤต เช่น ลมและแสงอาทิตย์ต่ำพร้อมกับความต้องการใช้ไฟสูง ระบบจะต้องพึ่งพากำลังการผลิตสำรองที่สูงขึ้นซึ่งหมายถึงความจำเป็นในการมีกำลังการผลิตจากถ่านหิน ก๊าซ และนิวเคลียร์ในปริมาณที่มากกว่าที่แบบจำลองเบื้องต้นประเมินไว้ และการเลือกสถานที่ตั้งโรงไฟฟ้าให้ใกล้กับแหล่งความต้องการใช้ไฟ (Load Centers) สามารถช่วยลดความจำเป็นในการลงทุนสร้างระบบส่งไฟฟ้าแรงสูงระยะไกลที่มีต้นทุนสูงและใช้เวลานานได้  

ทั้งนี้ ผลการศึกษาเฉพาะประเทศสหรัฐอเมริกา ชี้ให้เห็นถึงแนวโน้มในสหรัฐฯ สอดคล้องกับภาพรวมทั่วโลก คือ การเพิ่มขึ้นของโซลาร์, นิวเคลียร์ และพลังงานลม ขณะที่ถ่านหินลดลงอย่างมาก โดยสัดส่วนการผลิตไฟฟ้าจากนิวเคลียร์ในสหรัฐฯ ปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 20% และอาจลดลงเหลือ 12% หรือเพิ่มขึ้นสูงสุดถึง 33% ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ ปัจจุบันความต้องการไฟฟ้าของสหรัฐฯอยู่ที่ประมาณ 4,200 เทราวัตต์-ชั่วโมงต่อปีซึ่งอาจเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าภายในปี 2050   

นิวเคลียร์สำหรับกระบวนการทางอุตสาหกรรมโดยแบบจำลองเปิดโอกาสให้เลือกใช้นิวเคลียร์สำหรับกระบวนการอุตสาหกรรมได้ ผลลัพธ์ชี้ว่า ส่วนใหญ่ยังคงเน้นการผลิตไฟฟ้ามากกว่ากระบวนการอุตสาหกรรมโดยตร มีสัดส่วนเพียงประมาณ 1% ที่ใช้สำหรับอุตสาหกรรมโดยตรงในกรณีขยายตัวสูง เนื่องจากบางครั้งการนำกระบวนการอุตสาหกรรมมาขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า แล้วดึงพลังงานจากกริดที่มีนิวเคลียร์ร่วมด้วยมีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจมากกว่าการสร้างเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์เฉพาะสำหรับโรงงานอุตสาหกรรมนั้น ๆ  

พลังงานนิวเคลียร์ทั่วโลก มีการเติบโตขึ้น 

ขณะที่ผลการศึกษาภาพรวมระดับโลก ในส่วนของความต้องการพลังงานปฐมภูมิ (Primary Energy) นั้น ทุกสถานการณ์แสดงให้เห็นถึงการเติบโตของพลังงานปฐมภูมิ ทั้งเชื้อเพลิงฟอสซิล น้ำมัน ก๊าซ ถ่านหิน โดยก๊าซ, โซลาร์, นิวเคลียร์ และลม มีอัตราการเติบโตสูง ส่วนการบริโภคน้ำมันและถ่านหินมีแนวโน้มทรงตัวหรือลดลงเล็กน้อยภายในปี 2050

ในขณะที่พลังงานนิวเคลียร์ทั่วโลก มีการเติบโตขึ้นในทุกสถานการณ์โดยเติบโตต่ำสุดในกรณีเศรษฐกิจโตต่ำ และเติบโตสูงสุดในกรณีเศรษฐกิจโตสูง ขณะที่ในระดับภูมิภาคนั้น สำหรับภูมิภาคเอเชียโดยเฉพาะจีนและยุโรป มีการเติบโตด้านนิวเคลียร์มากที่สุดในกรณีแนวโน้มปัจจุบัน ขณะที่สถานการณ์การขยายตัวทางนิวเคลียร์ระดับสูงแสดงให้เห็นการเพิ่มขึ้นอย่างมหาศาลทั่วโลก ในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ภายใต้สถานการณ์เศรษฐกิจเติบโตสูงจะได้กำลังการผลิตนิวเคลียร์ประมาณ 100 กิกะวัตต์ภายในปี 2050 ซึ่งเทียบเท่ากับกำลังการผลิตของสหรัฐฯในปัจจุบัน 

สำหรับการบริโภคพลังงานขั้นสุดท้ายและไฟฟ้า พบว่า การบริโภคไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมากในทุกสถานการณ์เนื่องจากการเปลี่ยนผ่านไปสู่ระบบไฟฟ้า การบริโภคไฮโดรคาร์บอนยังคงเพิ่มขึ้นแต่ในอัตราที่ช้าลงแต่ไม่ได้ลดลงจนเป็นศูนย์เนื่องจากแบบจำลองขับเคลื่อนด้วยเศรษฐกิจมากกว่านโยบายบังคับการลดคาร์บอนแบบสุทธิเป็นศูนย์เต็มรูปแบบ ในส่วนของศูนย์ข้อมูล (Data Centers) มีการเติบโตอย่างเด่นชัดโดยเฉพาะในสถานการณ์เศรษฐกิจเติบโตสูง ขณะที่สัดส่วนการผลิตไฟฟ้าทั่วโลกเปลี่ยนแปลงไปอย่างมากโดยพลังงานนิวเคลียร์, โซลาร์ และลม เติบโตขึ้นอย่างรวดเร็วควบคู่ไปกับก๊าซธรรมชาติ

แหล่งพลังงานสำหรับศูนย์ Data Centers สั้น-กลาง-ยาว

ในเวทีครั้งนี้ทีมวิจัยได้หยิบยกกรณีศึกษาเฉพาะพื้นที่ (Specific Case Studies) เพื่อพิจารณาสำหรับการติดตั้งเตาปฏิกรณ์ในตำแหน่งต่างๆ สำหรับศูนย์ Data Center มาแลกเปลี่ยนด้วย ผู้วิจัยระบุว่า การนำนิวเคลียร์มาใช้กับศูนย์ข้อมูลมีความซับซ้อนมากเนื่องจากมีโครงการนิวเคลียร์ที่เกี่ยวข้องกับศูนย์ข้อมูลมีหลากหลายรูปแบบโดยได้จำแนกทางเลือกในระยะสั้น ระยะกลาง และระยะยาว

สำหรับทางเลือกในระยะสั้น คือ การจัดหาพลังงานจากเตาปฏิกรณ์ที่มีอยู่แล้วโดยการซื้อพลังงานจากโรงไฟฟ้าที่มีอยู่เดิมเพื่อป้อนให้ศูนย์ข้อมูลโดยตรง, การรีสตาร์ทโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เคยถูกปิดตัวไปแล้วกลับมาเดินเครื่องใหม่เพื่อส่งพลังงานให้กับศูนย์ข้อมูล, การอัปเกรดกำลังการผลิตของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีอยู่เดิม เป็นต้น ขณะที่ทางเลือกระยะกลางและระยะยาว

ทางเลือกที่น่าสนใจมากที่สุด คือ การสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งใหม่ (Greenfield) เพื่อป้อนพลังงานให้แก่ศูนย์ข้อมูลโดยเฉพาะ และการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในพื้นที่ของโรงงานถ่านหินเดิมที่ปิดตัวลง (Brownfield) หรือใช้พื้นที่เดิมที่มีระบบส่งไฟฟ้าอยู่แล้วเพื่อลดต้นทุนโครงสร้างพื้นฐาน เป็นต้น 

อย่างไรก็ดี การประเมินเลือกพื้นที่ดังกล่าวข้างต้นนั้น เป็นการใช้เครื่องมือ ArcGIS (เครื่องมือระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์) เพื่อช่วยคัดเลือกพื้นที่ที่เหมาะสมพร้อมทั้งทำการคาดการณ์ราคาค่าไฟฟ้าและวิเคราะห์ผลทางเศรษฐศาสตร์ด้วยเครื่องมือ AFX และ IMPLAN ของทีม ทั้งนี้ มีเกณฑ์ในการพิจารณาที่สำคัญอื่น ๆ ที่ต้องคำนึงถึง เช่น เรื่องความหนาแน่นของประชากรและความปลอดภัยรอบพื้นที่, ความพร้อมของแหล่งน้ำสำหรับการหล่อเย็น, ความพร้อมของระบบส่งไฟฟ้า (Grid Connection Readiness), ระยะทางจากแหล่งพลังงานไปยังลูกค้า คือ ศูนย์ข้อมูล รวมถึงแรงจูงใจและนโยบายสนับสนุนระดับท้องถิ่นหรือรัฐ   

ขณะที่กรณีการฟื้นฟูอุตสาหกรรมเหล็กยูเครนด้วย SMRs โครงการของกระทรวงการต่างประเทศสหรัฐฯ ในยูเครน ซึ่งอุตสาหกรรมเหล็กก่อนเกิดสงครามเคยสร้างสัดส่วนสูงถึง 10% ของ GDP ประเทศ ทีมวิจัยได้ประเมินแนวทางทั้งแบบ Greenfield และ Brownfield โดยต้องใช้พลังงานไฟฟ้าและก๊าซธรรมชาติปริมาณมากในกระบวนการผลิต (Gas-based DRI)

ตัวขับเคลื่อนที่สำคัญที่สุด คือ มาตรการปรับคาร์บอนก่อนข้ามพรมแดนของสหภาพยุโรป (EU CBAM) ซึ่งกำหนดมาตรฐานการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เข้มงวด หากยูเครนต้องการรักษาความสามารถในการแข่งขันในตลาดส่งออกยุโรป การเปลี่ยนผ่านสู่อุตสาหกรรมเหล็กที่ใช้พลังงานสะอาดจาก SMRs จึงเป็นเงื่อนไขชี้ขาดความอยู่รอดทางธุรกิจ

ผลการศึกษายืนยันว่า พลังงานนิวเคลียร์และ SMR มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการสร้างความมั่นคงทางพลังงานและการบรรลุเป้าหมายลดการปล่อยคาร์บอนแม้ช่วงเริ่มต้นของการก่อสร้างจะต้องใช้เงินลงทุนสูง ประมาณ 1.4 พันล้านดอลลาร์สำหรับบางแพ็กเกจแต่ในระยะยาวโครงการเหล่านี้สามารถสร้างผลตอบแทนทางเศรษฐกิจ รายได้ภาษี และการจ้างงานนับล้านตำแหน่งกลับสู่รัฐและชุมชนได้อย่างยั่งยืน  

บทบาทของห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอนน์ (ANL)

ทั้งนี้ ข้อมูลจากการบรรยายระบุว่า Argonne National Laboratory (ANL) ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี ค.ศ. 1946 ณ ชานเมืองชิคาโก เป็นห้องปฏิบัติการแห่งชาติแห่งแรกของสหรัฐฯ มีผลงานโดดเด่นระดับโลก ทั้งการร่วมมือกับ General Electric พัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบน้ำเดือด (BWR), การวิจัยเครื่องปฏิกรณ์โซเดียมฟาสต์ รวมถึงการค้นพบวัสดุ NMC สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และการเป็นเจ้าของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ความเร็วสูงอันดับต้น ๆ ของโลกอย่าง "Aurora" ซึ่งสะท้อนถึงศักยภาพในการขับเคลื่อนงานวิจัยด้านพลังงานและนิวเคลียร์ขั้นสูงเพื่อรองรับอนาคตของโลกอย่างยั่งยืน