英国の原子力発電容量の拡大

英国では数十年にわたり原子力発電が稼働しており、今後も加速する傾向にあるようだ。英国政府は、一世代で初めて原子力発電所を承認し、再生可能エネルギーの5倍増加を達成した成功した10年間を経て、2022年4月に英国エネルギー安全保障戦略を発表した。この戦略では、水素生産量の大幅な増加などの公約の中で、原子力発電能力を向上させるためのさまざまな措置を打ち出しました。ボリス・ジョンソン首相の戦略に関する声明には、「われわれは安全でクリーンで手頃な価格の新世代原子炉を採用し、かつて世界をリードしていた分野で英国を再び卓越した地位に戻す」と書かれている。声明は、政府が「原子力に大規模に投資する」と付け加えた。

この戦略は、政府のグリーン産業革命のための 10 項目計画に基づいており、グリーン雇用を支援し、英国のネットゼロへの道を加速するアプローチを概説しています。この計画では、英国が大規模原子力発電を追求しており、小型モジュール型原子炉（SMR）と新型モジュール型原子炉（AMR）へのさらなる投資を通じて原子力の未来を前進させようとしていることが詳述されている。この計画には、新型原子力の開発を進めるための1億2,000万ポンドの将来原子力可能化基金、ロールス・ロイスとのSMR開発への2億1,000万ポンドの投資、サフォークにあるEDFエナジーのサイズウェルC原子力発電所の開発を支援するための1億ポンドの投資が含まれている。この投資の一部は、次世代の原子力技術を支援するために、最大 3 億 8,500 万ポンドの先進核基金から提供されます。

英国内の原子力産業の台頭により、この分野の企業をサポートする適切な研究および試験施設の存在が不可欠となっています。業界リーダーと政府の支援を受け、シェフィールド大学が所有する原子力先進製造研究センター (Nuclear AMRC) は、英国の製造業者が原子力部門全体 (新規建設、運転、廃止措置) およびその他の品質が重要な産業での仕事を獲得できるよう支援しています。。その施設とサービスは誰でも利用できます。

同センターのエンジニアと各分野の専門家は企業と協力して、大規模で高精度の製造のための革新的な技術と最適化されたプロセスを開発しています。企業は、Nuclear AMRC の最先端のワークショップを利用して、自社の工場の能力を失うことなく、生産規模の機械で新しいプロセスを開発およびテストできます。

Nuclear AMRC は、メーカーが原子力市場に参入し、世界中で競争できるよう、サプライチェーン開発の幅広いサポートも提供しています。その主力プログラムである Fit For Nuclear プログラムは、企業が業界の要件に照らして業務を測定し、ギャップを埋めることを可能にする独自の診断ツールです。

サウスヨークシャーのアドバンストマニュファクチャリングパークにある中核研究工場と同様に、このセンターはバーチウッドパークでモジュール化研究開発施設を運営し、ダービーのニュークリア AMRC ミッドランズで新しい技術機能を開発しています。これは、7 つの主要な製造研究センターの全国連合である High Value Manufacturing Catapult の一部です。

イノベーション・プラットフォームは、英国における現在および将来の原子力の見通しと原子力開発の推進における原子力AMRCの役割について詳しく知るために、Nuclear AMRCのCEOであるアンドリュー・ストアラー氏に話を聞いた。

英国の原子力情勢は長年に比べて明るくなっているように見える。国家として、私たちは 2035 年までに発電の脱炭素化を目標に、2050 年までに温室効果ガス排出量を実質ゼロに削減することに取り組んでいます。これを達成できる唯一の現実的な方法は、再生可能エネルギーと並行して原子力発電を導入することです。風力、太陽光、潮汐の固有の変動性のバランスを取る信頼性の高いベースロード電力を提供できる実証済みの低炭素発電技術です。

ネットゼロへの潜在的な経路については、気候変動に関する国際パネルや国際エネルギー機関などの国際機関、さらには気候変動委員会やエネルギーシステムカタパルトなどの英国の機関によって、詳細なモデル化が数多く行われてきました。エネルギーミックスの一部として原子力の必要性を示しています。英国政府もこれを認識しており、英国エネルギー安全保障戦略の一環として4月に発表された2050年までに原子力容量24GWの目標を掲げている。

約 12 年前、Nuclear AMRC が初めて設立されたとき、英国には約 19 GW の新しい原子力容量の計画がありました。 EDF Energy の Hinkley Point C を除けば、これらのプロジェクトはまだ実現していないが、その主な理由は財政的な問題である。 2000年代に導入された古い差額契約モデルでは、発電所開発者は原子力プロジェクトの建設費全体（10年以上にわたって数百億ポンド）を融資し、発電所が発電を開始して初めて収益を受け取り始める必要があった。これは魅力的な投資プロファイルではなく、資金調達コストによりヒンクリーポイント C の建設総コストが大幅に増加しました。

英国は現在、原子力発電プロジェクトに対する規制資産ベース（RAB）融資モデルを法制化している。 RAB は、建設中の消費者への少額の追加料金を通じて収入源を提供し、投資家のプロジェクトのリスクを軽減することで、主要なインフラプロジェクトにより魅力的な投資プロファイルを提供するように設計されています。

近年見られたもう 1 つの大きな変化は、ヒンクリーポイントで建設中のフラマトーム EPR など、ギガワット規模の原子炉を現実的に補完する小型モジュール型原子炉の出現です。 SMR は小型で構築が早いため、機関投資家にとってより魅力的になるはずです。また、工場で製造されるように設計されているため、メーカーは航空宇宙など他の分野の技術を利用してコストを削減し、生産性を向上させることができます。

また、他の新しい設計の先進的原子炉、特に 2040 年代までの効率的な低炭素水素製造と工業的脱炭素化に使用できる高温ガス冷却原子炉への関心も高まっています。

核融合発電があり、英国が真に世界のリーダーである分野です。英国原子力庁（UKAEA）は現在、2040年代初頭の核融合発電所のプロトタイプであるエネルギー生産用球状トカマク（STEP）の建設に向けて取り組んでいる。商用核融合発電は、今世紀後半に無限の低炭素電力を実現する鍵となるでしょう。

英国において原子力のための強力なインフラを開発することが極めて重要である。それは単に経済を脱炭素化する必要があるからだけでなく、それによってより高度なエネルギー安全保障がもたらされ、化石燃料市場の激しい価格変動から解放されるからである。

英国は原子力ライフサイクル全体にわたって強みを持っています。私たちはウランの輸入に依存していますが、核燃料を製造することができ、非常に確立された世界をリードする廃炉部門を持っています。現在、ロールス・ロイス SMR やさまざまな先進モジュール型原子炉や核融合技術など、国内で開発中の原子炉技術がいくつかあります。

英国の原子力部門の発展は、他のどのエネルギー技術よりも英国全土に大きな経済的利益をもたらします。これらのメリットは全国的に感じられるでしょう。業界の雇用の約 90% はロンドンおよび南東部以外に拠点があり、原子力関連の雇用の平均値は全国平均の約 2 倍です。

Nuclear AMRC の私たちの使命は、英国の製造業者が原子力部門全体で仕事を獲得できるよう支援することです。これを 2 つの方法で行います。高価値製造カタパルトの他のセンターと同様に、当社は製造イノベーションを提供して、企業が生産を最適化したり、最も厳格な品質基準を維持しながら生産性を向上できる新しい技術能力を開発したりできるよう支援します。また、英国のサプライヤーが原子力プロジェクトの要件を確実に満たせるよう、サプライチェーンの開発にも多くの取り組みを行っています。

製造の研究開発面では、私たちは当初、原子力の新しい建造物の機械工学の側面に焦点を当てていました。これは、品質が重要な大規模な機械加工、溶接、被覆材および計測を意味しており、当社のロザラム研究工場には、世界のどこでも独立した産業研究に利用できる最大かつ最先端の機械加工プラットフォームと接合セルがいくつかあります。近年、当社はモジュール化、制御と計装、デジタルエンジニアリング、さまざまな種類の積層造形やニアネットシェイプ製造などの新しい技術分野に拡大してきました。

私たちは、創業パートナーの一部が生産性の大幅な向上を達成できるよう支援してきました。たとえば、私たちはロールス・ロイスと協力して、11 枚のプレートに約 5,000 本のチューブを通した複雑な熱交換器の組み立て時間を少なくとも半分に短縮できることを示しました。当社は、Sheffield Forgemasters が大型核鍛造品の粗フライス加工時間を 40% 以上短縮できるよう支援しました。

長期的なコラボレーションの 1 つとして、当社は米国のパートナーと協力して、電子ビーム溶接やその他の技術が SMR 圧力容器の製造時間を約 2 年半から 12 か月未満に短縮できることを実証しました。そこでの私たちの最大の成果の 1 つは、容器セクションの溶接時間を 60 時間からわずか 1 時間に短縮でき、溶接ごとにほぼ 2 トンの CO2 に相当するエネルギーを節約できることを示したことです。

また、当社は原子力廃炉部門のパートナーとも幅広く協力してきました。当社は、有害廃棄物を長期保管するための廃棄物コンテナのコスト削減において、セラフィールド社とそのサプライヤーを支援しました。英国のレガシー核施設を廃止するにはこれらのボックスが何万個も必要となるが、私たちは設計変更と高度な製造技術によってプログラムの全期間にわたって納税者がどのようにして数億ポンドを節約できるかを実証した。私たちは、永久廃棄物貯蔵施設として提案されている地層処分施設の製造要件を検討しており、機器の研究者は、周囲の放射線を収集して電力を供給することで、数十年にわたって廃棄物容器の状態を監視できるスマートセンサーの開発に取り組んできました。

私たちの仕事のもう一方の側面は、英国のサプライチェーンの開発であり、メーカーが品質管理と安全文化、技術的能力の面で業界の要件を満たすのを支援します。また、私たちは原子炉開発者や業界トップクラスと協力して、できるだけ英国のコンテンツを使用して新しい発電所をコスト効率よく製造できるようにしています。

当社の主力プログラムである Fit For Nuclear (F4N) は、英国の約 1,000 社の製造業者が自社の業務を業界標準に照らして評価し、ギャップを埋めるために必要な措置を講じることを支援してきました。 F4N は大きな成功を収めており、私たちは現在、海洋再生可能エネルギー、二酸化炭素回収、水素生産など、他の成長する低炭素分野をサポートするためにこのモデルを適応させています。

私たちがサプライチェーンプログラムで協力した企業は、私たちの支援によって 25 億ポンドの新規契約を獲得し、10,000 人以上の雇用を創出または保護できたと語っています。ネットゼロを達成するために必要な投資と英国の製造業者の機会を考えれば、これは実際には氷山の一角にすぎません。

当社の製造開発業務の多くは、新しい製造プロセスが原子力安全の要件を確実に満たすことを目的としています。大きな課題は、国際的な原子力規範や基準が、生産性がはるかに低い古い製造技術の使用を指定していることが多いため、これらの新しい方法で、数十年の使用にわたって少なくとも同等の安全性と信頼性を維持できるコンポーネントを製造できることを実証する必要があることです。。

場合によっては、航空宇宙や造船など他の分野ですでに確立されている電子ビーム溶接などの技術を採用し、厳密な試験と分析を通じて原子力基準を満たすことができることを実証しています。他のプロジェクトでは、核融合炉に必要となる特殊な合金を成形および接合するためのより革新的な方法を開発しています。

また、生産にかかる環境コストを削減できる持続可能な製造プロセスにも注目しています。たとえば、大量の油ベースの加工液をより少量の高度なクーラントに移行することや、厚い部分を接合できるパワービーム溶接技術などです。繰り返しの熱処理を必要とせず、1回のパスで完了します。

最近のプロジェクトでは、Cavendish Nuclear およびその他のパートナーと協力して、溶接欠陥をリアルタイムで識別するための自動システムを開発しました。これは、高信頼性の製造にとって大きな変革となる可能性があります。検査時間を数時間短縮することで、生産性、スケジュールの確実性、リソース効率が向上します。

安全は原子力業界の最優先事項であり、当社の F4N サービスの大部分は、メーカーが良好な安全文化を発展させるのに役立っています。

ロールス・ロイス SMR は、英国の実質ゼロエミッションへの取り組みにおいて大きな役割を果たすことができます。工場で製造される小型原子炉として、英国の原子力サプライチェーンの現在の能力にはるかに適しており、エネルギー転換の経済的利益を最大化するのに役立ちます。

当社は、政府からの 1,800 万ポンドのマッチファンディングを受けて、開発の第 1 段階を実行した英国 SMR コンソーシアムの一員でした。私たちの取り組みは、ポータブル機械加工、後工程の清浄度、溶接と被覆、測定、デジタル製造などの分野で、高度な製造技術がどのように資本コストと生産時間を削減できるかを実証することに重点を置きました。

昨年 11 月、当社は民間投資と同額の 2 億 1,000 万ポンドの政府支援を受けて、ロールス・ロイス SMR ビジネスの立ち上げを主催しました。当社は、ロザラムセンター内に SMR 製造用の完全に統合された量産前実証施設を構築するなど、SMR の製造能力の開発に引き続き注力しています。

当社は、長さ約 6 メートル、重さ 27 トンの代表的なスケールの重圧力容器と、直径約 4.5 メートル、質量 40 トンの実物大の容器クロージャーヘッドの 2 つの高度な製造プロトタイプを製造します。どちらもシェフィールド・フォージマスターズが提供する鍛造品から製造され、核品質基準に準拠して完全に溶接および被覆されます。

これらは、私たちがこれまで取り組んできた中で最も大規模かつ最も困難な部分の一部であり、私たちが過去 10 年間に開発してきた多くのテクノロジーとテクニックを結集することになります。

基本的に、私たちの任務は、原子力顧客と規制当局が期待するすべての品質と安全基準を満たしながら、ロールス・ロイス SMR をできる限りコスト効率よく英国の工場で製造できるように支援することです。

アンドリュー氏は 18 か月前に常務理事として同センターに入社しており、2017 年 8 月に Nuclear AMRC の最高経営責任者に任命されました。それ以前は、ロールス・ロイスの民生用原子力事業のプログラムディレクターとして 6 年間、顧客エンゲージメントと新規開発開発者との入札を主導しました。民間原子力分野で働く前は、潜水艦艦隊サポートのゼネラルマネージャーを務め、海上での可用性を確保していました。

彼は原子力エネルギー協会 (NEI) で見習いとして働き始め、大規模な石炭火力発電所やガス火力発電所でのさまざまなエンジニアリングの役割や、サイズウェル B のコンポーネントの納入を通じてキャリアを築きました。彼は原子力産業に関する Nuclear AMRC の代表を務めています。同評議会は、原子力セクター協定の一環として「Winning UK Business」作業プログラムを主導しており、英国エネルギー安全保障戦略で発表されたグレートブリティッシュ原子力車両の運営グループの一員でもある。

彼は原子力産業協会および原子力イノベーション研究諮問委員会の理事を務めています。英国代表であり、第 4 世代国際フォーラムの材料および製造リーダー。王立協会の原子力コージェネレーション運営グループのメンバーでもあります。彼はシェフィールド大学の原子力製造と能力開発の客員教授を務めています。

アンドリュー・ストーラー CEO Nuclear Advanced Manufacturing Research Center https://namrc.co.uk https://www.linkedin.com/company/nuclear-amrc/ https://twitter.com/NuclearAMRC

なお、この記事は季刊誌の第11版にも掲載されます。。

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アンドリュー・ストーラー CEO Nuclear Advanced Manufacturing Research Center https://namrc.co.uk https://www.linkedin.com/company/nuclear-amrc/ https://twitter.com/NuclearAMRC この記事も掲載されますのでご了承ください。季刊誌の第 11 版に掲載

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