ในขณะที่ราคาไฟฟ้าในประเทศไทยแพงเกินกว่าที่ควร อันอาจมาจากค่าใช้จ่ายในการดําเนินการสูงมาตั้งแต่ในอดีตแล้ว กูรูในวงการจึงเริ่มหาเทคโนโลยีทางเลือกมาผลิตไฟฟ้า เช่น พลังงานหมุนเวียน และพลังงานใหม่ๆ ที่อยู่ระหว่างค้นคว้าทดสอบ
SMRs : Small Modular Reactors หลากหลายยี่ห้อได้กรีฑาทัพเข้ามาเสนอประเทศไทย ผ่านเข้ามาทางหน่วยงานผลิตไฟฟ้าของรัฐ เช่น การไฟฟ้าฝ่ายผลิตในประเทศไทย และหน่วยงานความมั่นคง SMR คือ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็ก เริ่มตั้งแต่ขนาด VSPP (ตํ่ากว่า 10 MW) จนถึงขนาด SPP (30-50 MW) ด้วยรูปแบบแยกส่วน (Modular) ซึ่งถอดประกอบเคลื่อนย้ายได้สะดวก โดยไม่ต้องมีการก่อสร้างที่หน้างาน ไม่ต้องคอยกันจนข้าม Generation และไม่กลายเป็นตัวประกันในยามสงคราม เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ผู้ผลิตมั่นใจว่ามีความปลอดภัยสูง และทุกระบบจะหยุดทํางานเมื่อเกิดสิ่งผิดปกติ
เรามาสร้างความเข้าใจเรื่องของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์กันแบบสามัญชนคนทั่วๆ ไปกันดีกว่า คําว่า “โรงไฟฟ้านิวเคลียร์” มี 2 รูปแบบ (เป็นแฝดคนละฝาก็ว่าได้)
- โรงไฟฟ้าปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน (Nuclear FISSION) หมายถึง โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ทั่วไปที่เรารู้จัก เช่น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟุกุชิมะ ประเทศญี่ปุ่น และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิล ประเทศรัสเซีย เป็นต้น
- โรงไฟฟ้าปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear FUSION) หรือที่เรารู้จักในชื่อ “ดวงอาทิตย์ เทียม” ล่าสุดมีข่าวดีว่ากําลังจะเข้าสู่เชิงพาณิชย์ได้แล้วในอนาคตอันใกล้ (5-10 ปี) นี้
SMRs ที่เราจะกล่าวถึงในฉบับนี้เป็นโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบฟิชชัน (Fission) ซึ่งเป็น นวัตกรรมโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีขนาดเล็กลงแต่เพิ่มความปลอดภัยมากขึ้น (โดยผู้ขายยืนยัน) สําหรับประเทศไทยมีหน่วยงานที่ดูแลและมีความรู้เกี่ยวกับนิวเคลียร์นี้ 3 หน่วยงาน ได้แก่
- สํานักงานปรมาณูเพื่อสันติ (ปส.) เป็นหน่วยงานราชการดูแลและกํากับด้านนโยบายภาพรวม
- สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) หรือ สทน. เป็นผู้ดูแลรับผิดชอบด้าน การนําเทคโนโลยีนิวเคลียร์มาใช้ประโยชน์ เช่น ด้านการแพทย์ เกษตรกรรม วิศวกรรม ฯลฯ
- ภาควิชาวิศวกรรมนิวเคลียร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
คงเป็นเรื่องยากที่จะนําเสนอ ให้ผู้รับผิดชอบด้านการผลิตไฟฟ้ากล้าตัดสินใจทดลองใช้เทคโนโลยี SMRs นอกเหนือจากกังวลด้านความปลอดภัยแล้ว ประเทศไทยผลิตไฟฟ้าเกินกว่าปริมาณสํารองหลายเท่าตัว อีกทั้งผู้ผลิตไฟฟ้ากว่าร้อยละ 50 เป็นภาคเอกชนลงทุน ซึ่งอาจขัดต่อรัฐธรรมนูญ ผู้เขียนในฐานะผู้สนใจและติดตามเรื่องเหล่านี้ อยากจะให้ท่านผู้มีอํานาจเปิดใจทบทวนความผิดพลาดในอดีตที่ฟันธงว่า ประเทศไทยเราจะใช้ก็าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงหลักในการผลิตไฟฟ้า เนื่องจากสมัยนั้นราคาถูกและไฟฟ้าก็มีความเสถียร แต่ในปัจจุบันผู้รับผิดชอบทุกรัฐบาลต่างกลืนไม่เข้าคายไม่ออก อันเนื่องมาจากราคาก็าซมีแต่สูงขึ้น อีกทั้ง ประเทศไทยก็ไม่ได้โชติช่วงชัชวาลเหมือนสมัยก่อน ลูกเป็ดขี้เหร่อย่าง SMR ตัวนี้ น่าจะเป็นอีกหนึ่งทางเลือกที่ช่วยให้ไทยเรามีเชื้อเพลิงหลากหลายในการผลิตไฟฟ้า
เพื่อรู้จักกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ระบบ SMR มากขึ้น จึงได้นําความเห็นและข้อมูลจากผู้รู้ 3 หน่วยงานมาให้ท่านผู้อ่าน พิจารณาดังต่อไปนี้
นทีกูล เกรียงชัยพร
วิศวกรระดับ 9 ฝ่ายวิศวกรรมโรงไฟฟ้า การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย
SMRs : Small Modular Reactors เป็นโรงไฟฟ้าซึ่งใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กที่สามารถผลิตกําลังไฟฟ้าได้ ในระดับที่ตํ่ากว่า 300 MWe มีลักษณะ เป็นโมดูล (Module) ที่ผลิตและประกอบ เบ็ดเสร็จจากโรงงานผู้ผลิต ทําให้มีระยะเวลา การก่อสร้างน้อยกว่าโรงไฟฟ้าแบบเดิม และสะดวกต่อการขนย้ายโดยรถบรรทุก หรือรถไฟ
ปัจจุบันในหลายๆ ประเทศ อาทิ จีน รัสเซีย สหรัฐอเมริกา อังกฤษ และฝรั่งเศส มีการพัฒนาเทคโนโลยี SMRs มากกว่า 50 แบบ เทคโนโลยีที่มีอยู่อย่างแพร่หลาย ในป็จจุบันเป็นแบบนํ้าอัดความดันสูง (PWR : Pressurized Water Reactor) โดยออกแบบให้มีกําลังการผลิตระหว่าง 10-300 MWe และนําเอาอุปกรณ์หลักต่างๆ เช่น เครื่องผลิตไอนํ้า (Steam Generator) เครื่องควบคุมความดัน (Pressurizer) แท่งควบคุมปฏิกิริยา (Control Rod) รวมเข้าติดตั้งในเตาปฏิกรณ์ทั้งหมด โดยไม่จําเป็นต้องมีปั๊มนํ้าและท่อระบายความร้อน เรียกว่า iPWR (Integrated Pressurized Water Reactor) ดังแสดง ในรูปที่ 1
รวมไปถึงเทคโนโลยีในรุ่นที่ 4 ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น เช่น เครื่องปฏิกรณ์ที่ระบายความร้อนด้วยแก็สอุณหภูมิสูง (High Temperature Gas-Cooled Reactor) เครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมละลาย (Molten Salt Reactor) และเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนพลังงานสูงหล่อเย็นด้วยตะกั่ว (Lead-Cooled Fast Neutron Reactor)
ด้านความปลอดภัย SMRs ได้ออกแบบให้มีความปลอดภัยมากยิ่งขึ้น โดยนําบทเรียนจากอุบัติเหตุฟูกุชิม่ามาใช้เป็นการออกแบบให้มีการตอบสนองต่อเหตุการณ์ไม่ปกติต่างๆ เช่น แผ่นดินไหว การสูญเสียนํ้าระบายความร้อน โดยระบบจะหยุดปฏิกิริยานิวเคลียร์อัตโนมัติทันที และมีการป้องกัน การหลอมละลายของเชื้อเพลิงโดยไม่จําเป็นต้องใช้ไฟฟ้า เพื่อการระบายความร้อนออกจากระบบ มีมาตรการในการป้องกันการระเบิดจากก็าซไฮโดรเจน นอกจากนี้ ยังสามารถลดขนาดของพื้นที่รองรับเหตุฉุกเฉินลงให้อยู่ในบริเวณของโรงไฟฟ้าได้ จากเดิมที่โรงไฟฟ้าขนาดใหญ่จะต้องมีพื้นที่รองรับเหตุฉุกเฉินที่รัศมี 16 กิโลเมตร (มาตรฐานสหรัฐอเมริกา) จึงทําให้ลดข้อจํากัดในการเลือกพื้นที่ตั้งโรงไฟฟ้า โดยจะสามารถตั้งใกล้แหล่งชุมชนได้มากขึ้น
SMRs ได้พัฒนาทั้งในรูปแบบเครื่องปฏิกรณ์เดี่ยวและหลายเครื่องปฏิกรณ์ (Module) เพื่อใช้ในโรงไฟฟ้าโดยรูปแบบของโรงไฟฟ้าแบบหลายโมดูลนั้น สามารถผลิตไฟฟ้าได้ตามความต้องการจาก การเพิ่มโมดูล ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยี NuScale (รูปที่ 2) มีกําลังการผลิตโมดูลละ 77 MWe สามารถ ออกแบบโรงไฟฟ้าให้รองรับได้ 4 โมดูล (308 MWe) 6 โมดูล (462 MWe) หรือ 12 โมดูล (924 MWe) ได้ จึงมีความยืดหย่อนเหมาะกับความต้องการใช้งาน และยังสามารถใช้ในรูปแบบผสมร่วมกับพลังงานหมุนเวียนในช่วงเวลาที่ผลิตไฟฟ้าไม่ได้ โดยคาดการณ์ว่าเทคโนโลยี NuScale จะเริ่มเดินเครื่องใน 6-7 ปีข้างหน้านี้
สําหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ SMRs ได้เริ่มมีการใช้งานแล้วในประเทศรัสเซียและประเทศจีน และอีกหลายประเทศทั่วโลกให้ความสนใจในการนําเทคโนโลยีนี้มาใช้เพื่อตอบสนองกับนโยบายความเป็นกลางทางคาร์บอน (Carbon Neutrality) โดยนํามาสร้างทดแทนโรงไฟฟ้าถ่านหินที่หมดอายุ ซึ่งคาดว่าตลาด SMRs จะขยายตัวอย่างมากในอนาคต
รศ. ดร.สัญชัย นิลสุวรรณโฆษิต
อาจารย์ภาควิชาวิศวกรรมนิวเคลียร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
กระบวนการฟิวชัน (Fusion) และกระบวนการฟิชชัน (Fission) ล้วนเป็นกระบวนการทางนิวเคลียร์ ที่ผลิตพลังงานอันมหาศาลออกมา อันเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของมวลเป็นพลังงานที่แตกต่างกัน คือ กระบวนการฟิชชันนั้นเป็นกระบวนการที่นิวเคลียสของธาตุหนักแตกตัวเป็นนิวเคลียสของธาตุเบากว่า และสูญเสียมวลบางส่วนไปเป็นพลังงาน ในขณะที่กระบวนการฟิวชันจะหลอมรวมนิวเคลียสของธาตุเบากว่าไปเป็นนิวเคลียสของธาตุที่หนักขึ้น หากแต่ก็สูญเสียมวลบางส่วนไปเป็นพลังงานเช่นกัน
โดยทั่วไปแล้วธาตุที่จะเกิดการฟิชชันได้จะมีเลขมวลสูงมาก ธาตุเหล่านี้ เช่น U-235 และ Pu-239 ในขณะที่ธาตุที่จะเกิดฟิวชันได้จะเป็นธาตุที่มีเลขมวลตํ่า โดยทั่วไปธาตุที่พิจารณาใช้ในกระบวนการ ฟิวชัน คือ H-2 (ดิวทีเรียม, Deuterium) และ H-3 (ตริเตียม, Tritium) ทั้งนี้ โดยเหตุผลที่ว่ากระบวนการ ฟิวชันของดิวทีเรียมและตริเตียมเกิดได้โดยใช้อุณหภูมิตํ่าที่สุดที่มนุษย์สามารถสร้างขึ้นได้ และแม้อย่างนั้นก็ยังเป็นอุณหภูมิสูงนับเป็นหลายล้านองศาเซลเซียส (และโดยเหตุที่การฟิวชันของดิวทีเรียม และตริเตียมเป็นหนึ่งในกระบวนการฟิวชันที่เกิดในดวงอาทิตย์ จึงมีบางคนเรียกกระบวนการฟิวชัน ของดิวทีเรียมและตริเตียมนี้ว่าเป็นดวงอาทิตย์ที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้น)
ในการสร้างกระบวนการฟิวชันของดิวทีเรียมและตริเตียม ทั้งดิวทีเรียมและตริเตียมในสถานะก็าซจะถูกบรรจุในภาชนะโดยมีความดันตํ่ามาก จากนั้นถูกเพิ่มอุณหภูมิโดยใช้ศักย์ไฟฟ้าแรงดันสูง เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นสูงมากถึงจุดที่อิเล็กตรอนของดิวทีเรียมและตริเตียมแยกตัวเป็นอิสระ ตัวกลางที่อยู่ ในภาชนะจะกลายสถานะเป็นพลาสมา อันเป็นของไหลที่ประกอบด้วยของไหลประจุบวก ซึ่งคือไอออน ของดิวทีเรียมและตริเตียม และของไหลประจุลบ อันได้แก่ อิเล็กตรอน ในภาวะพลาสมานี้หากมีอุณหภูมิสูงมากพอ ไอออนของดิวทีเรียมและตริเตียมจะสามารถชนและหลอมรวมกันเกิดเป็นกระบวนการฟิวชันได้ด้วยตัวเอง อย่างไรก็ตาม ที่สถานะนี้พลาสมามีอุณหภูมิสูงมาก กระทั่งอาจสร้างความเสียหายกับตัวภาชนะ ยิ่งกว่านั้นหากพลาสมาสัมผัสกับภาชนะก็อาจสูญเสียพลังงานไม่สามารถรักษาภาวะการเป็นพลาสมาไว้ได้ ดังนั้นจึงต้องมีกระบวนการควบคุมและกักเก็บพลาสมาในภาชนะโดยใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแรงสูง ภาชนะบรรจุพลาสมาและระบบแม่เหล็กไฟฟ้าแรงสูงเหล่านี้ ปัจจุบันกระทําได้โดยใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบโทคาแมค (Tokamak Reactor)
ประเด็นสําคัญที่กําลังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาก็คือ การพัฒนากระบวนการฟิวชันให้สามารถปลดปล่อยพลังงานได้มากกว่าพลังงานที่ใช้ในการสร้างฟิวชัน กับทั้งสามารถควบคุมให้ดําเนินการได้อย่างต่อเนื่องเป็นระยะยาว โครงการ ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) เป็นโครงการนานาชาติขนาดใหญ่ที่พยายามตอบป็ญหาในส่วนนี้ นอกจากนี้ ยังมีประเด็นต่อเนื่องที่ยังต้องศึกษาเพิ่มเติม เช่น การจัดสร้างตริเตียม ซึ่งเป็นไอโซโทปที่มนุษย์ต้องสร้างขึ้น เนื่องจากไม่มีอยู่เองในธรรมชาติ รวมถึงวิธีการที่จะนําพลังงานที่ได้จากกระบวนการฟิวชันไปใช้งาน ในทางกายภาพ
ดร.กัมปนาท ซิลวา
นักวิจัย กลุ่มวิจัยพลังงานคาร์บอนตํ่า ศูนย์เทคโนโลยีพลังงานแห่งชาติ สํานักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ
เมื่อเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กแบบโมดูลาร์ (Modular) หรือ SMRs ได้รับการวางตัวให้เป็นหนึ่งในทางเลือกของการผลิตไฟฟ้าในอนาคต ภายใต้แผนพลังงานชาติฉบับที่กําลังจะเกิดขึ้น ถึงแม้จะเป็นการมองในระยะยาว แต่หากพลังงานนิวเคลียร์เป็นหนึ่งในทางเลือก ก็ต้องมีการเตรียมการไว้ล่วงหน้า ในฐานะนักวิจัยที่อยู่ภายใต้หน่วยงานทางด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และนวัตกรรม เห็นว่านี่เป็นก้าวแรกและเป็นก้าวที่สําคัญในการพัฒนาองค์ความรู้ กําลังคน และโครงสร้างพื้นฐาน เพื่อนําไปสู่การใช้พลังงานนิวเคลียร์อย่างยั่งยืนในอนาคต การให้ความสําคัญกับ 2 ประเด็นหลัก ในช่วงก่อนการตัดสินใจว่าจะใช้พลังงานนิวเคลียร์หรือไม่ ตามคําแนะนําของทบวงการปรมาณูระหว่าง ประเทศ ประเด็นแรกคือ การสร้างการมีส่วนร่วมกับผู้มีส่วนได้เสีย ซึ่งหากไม่ได้ดําเนินการอย่างถูกต้อง ตามขั้นตอนตั้งแต่ต้นแล้ว ก็จะทําให้ไม่เกิดประโยชน์สูงสุดต่อประเทศและประชาชน และอาจถูกคัดค้าน จนกลายเป็นป็ญหาเรื้อรังในระยะยาว อีกประเด็นหนึ่งคือ การพัฒนากําลังคนและแรงงาน ซึ่งเป็นเรื่องที่ต้องดําเนินการเป็นเรื่องแรกๆ เนื่องจากการพัฒนากําลังคนต้องใช้เวลา และหากต้องการให้โครงการนี้ ประสบความสําเร็จ ก็ควรจะมีกําลังคนที่มากเพียงพอ นอกจากนี้ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กแบบ SMRs นี้ เป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่ การเรียนรู้พื้นฐานของเทคโนโลยีรวมถึงระบบความปลอดภัย ก็เป็นเรื่องที่สําคัญมากเช่นกัน ทั้งนี้ เนื่องจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กแบบ SMRs นี้ ใช้ปริมาณเชื้อเพลิงที่น้อยกว่า และยังออกแบบมาให้มีระบบความปลอดภัยที่ใช้แรงธรรมชาติ (Passive Safety System) เช่น แรงโน้มถ่วง หรือกฎการไหลเวียนของของไหล ทําให้มั่นใจในความปลอดภัยได้มากขึ้น จากการประชุมเชิงปฏิบัติการซึ่งประกอบด้วยวิทยากรมากประสบการณ์จากประเทศสหรัฐอเมริกาและ ประเทศญี่ปุ่น ผู้ใช้พลังงานนิวเคลียร์มาอย่างต่อเนื่องมากว่า 50-60 ปี ได้มาแลกเปลี่ยนประสบการณ์ ให้กับบุคลากรในประเทศไทยได้เรียนรู้เกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กแบบ SMRs นี้ รวมไปถึง แนวทางการดําเนินงานในช่วงต้นเพื่อให้โครงการสามารถดําเนินการได้อย่างราบรื่นและยั่งยืน
Source: นิตยสาร Green Network ฉบับที่ 118 กรกฎาคม – สิงหาคม 2566 คอลัมน์ บทความ โดย พิชัย ถิ่นสันติสุข