What will power the grid in 2035? The race is wide open

Невгамовний попит ШІ на електроенергію змушує технологічні компанії шукати нові джерела енергії — пошук, який стимулює конкуренцію та інвестиції в стартапи, що займаються термоядерним синтезом та поділом ядра.

Для багатьох природний газ є простим рішенням для цілодобової базової потужності. Він перевірений, недорогий і широко доступний. Але війна на Близькому Сході виявила вразливість його ланцюга постачання після того, як іранські удари безпілотників вивели з ладу значну частину інфраструктури природного газу в Катарі, великому експортері. Водночас стрімке зростання попиту створило таку чергу на газові турбіни, що нинішні замовлення, ймовірно, не будуть виконані до початку 2030-х років.

Ці затримки становлять ризик не лише для технологічних компаній, але й для самої індустрії природного газу.

У США 40% споживаного сьогодні природного газу йде на виробництво електроенергії. До того часу, як дефіцит турбін зменшиться, галузь може зіткнутися з цілою плеядою нових конкурентів. Як стартапи з малими модульними ядерними реакторами (SMR), так і стартапи з термоядерного синтезу планують почати підключення своїх перших комерційних електростанцій до мережі в найближчі п’ять-сім років, що приблизно збігається з часом очікування на деталі для нової газової електростанції.

Стартапи з SMR, можливо, мають найкращі шанси витіснити газові електростанції. У багатьох випадках їхня технологія модифікує конструкції існуючих реакторів поділу, але фундаментальна фізика доведена і широко використовується десятиліттями.

Декілька компаній SMR прагнуть запустити реактори до кінця цього десятиліття. Kairos Power, клієнтом якої в майбутньому є Google, є однією з них. Компанія отримала схвалення на свій демонстраційний реактор Hermes 2 у 2024 році, і будівництво триває повним ходом. Oklo, яка об’єдналася з компанією-спецпризначенням Сема Альтмана у 2024 році, згідно зі своїм річним звітом, планує розпочати комерційну експлуатацію в 2028 році.

Інші сподіваються наслідувати цей приклад через кілька років. X-energy, інвестором якої є Amazon, планує запуск на початок 2030-х років, тоді як TerraPower, заснована Біллом Гейтсом і яка має угоду з Meta, планує розпочати комерційну експлуатацію в 2030 році.

Щоб витіснити природний газ як джерело генерації номер один, SMR потрібно буде швидко масштабуватися, реалізуючи ефект масштабу, на якому базуються їхні бізнес-моделі. Це буде нелегко. Але технологічні компанії, здається, достатньо впевнені, що або інвестують у стартапи, або підписують з ними угоди на гігавати потужності.

Інша технологія, до якої технологічні компанії починають придивлятися, — це термоядерний синтез. Хоча він і не є таким перевіреним, як поділ ядра, термоядерний синтез обіцяє виробляти величезну кількість енергії, використовуючи лише морську воду як паливо.

Стартапи в галузі термоядерного синтезу також планують розгорнути свої перші реактори на початку 2030-х років — або раніше. Один із лідерів, Commonwealth Fusion Systems, уже наступного року має намір увімкнути свій демонстраційний реактор. Його перший комерційний реактор, 400-мегаватний Arc, має почати генерувати електроенергію у Вірджинії на початку 2030-х років.

Інший стартап, відносний новачок, сподівається розпочати будівництво електростанції мережевого масштабу в 2030 році. Inertia Enterprises заснувала свою технологію на конструкції реактора, що використовується в Національному комплексі лазерного термоядерного синтезу (NIF), який першим довів, що керовані термоядерні реакції можуть виробляти більше енергії, ніж споживають.

Але Helion, мабуть, має найамбітніший графік серед усіх. Стартап, який підтримує Сем Альтман, прагне побудувати Orion, свою першу комерційну електростанцію, до 2028 року, щоб постачати електроенергію Microsoft. Повідомляється також, що компанія веде переговори з OpenAI про надання до 5 гігават до 2030 року та 50 гігават до 2035 року. Щоб досягти цих показників, Helion доведеться побудувати 800 реакторів до кінця десятиліття та ще 7200 за наступні п’ять років.

Якщо стартап зможе забезпечити таку кількість енергії, це повністю перепише енергетичний ринок. Минулого року США додали 63 гігавати нових генеруючих потужностей з усіх джерел. Якщо Helion зможе будувати близько 10 гігават нових потужностей щороку, то одна ця компанія додасть більше енергії, ніж уся галузь природного газу минулого року.

Проблемою для всіх цих компаній — включно з виробниками газових турбін — є вартість.

Стартапи SMR розраховують на масове виробництво для зниження витрат, але ця гіпотеза ще не підтверджена. Сьогодні ядерна енергія є однією з найдорожчих форм нових генеруючих потужностей — близько 170 доларів за мегават-годину, згідно з даними Lazard. Термоядерний синтез стикається з подібною проблемою масштабування, хоча перед ним стоїть ще більше невідомостей. Деякі експерти прогнозують, що одна мегават-година від термоядерної електростанції може коштувати спочатку близько 150 доларів.

Нові базові газові електростанції, тим часом, коштують близько 107 доларів за мегават-годину, за даними Lazard, хоча ціни мають тенденцію до зростання в останні роки, що, можливо, наближає їх до вартості нових реакторів поділу та синтезу.

Але всіх їх може перевершити відновлювана енергетика в поєднанні з акумуляторами.

Витрати на вітрову та сонячну енергію різко впали за останнє десятиліття. Здається, ціни на вітрову енергію дещо стабілізувалися в останні роки, але ціни на сонячну продовжують повільно знижуватися без ознак зупинки. Акумулятори також стали дешевшими з роками, настільки, що мережі встановлюють їх у величезних кількостях — 58 гігават-годин минулого року. Навіть без субсидій сонячні панелі в поєднанні з акумуляторами коштують від 50 до 130 доларів за мегават-годину, що перекриває вартість термоядерного синтезу, поділу ядра та природного газу.

Ці цифри базуються на поточних технологіях акумуляторів, створених на основі хімічних джерел струму, призначених для електромобілів. Новіші конструкції, орієнтовані безпосередньо на підключення до мережі, можуть ще більше знизити ціни. Наприклад, Form Energy нещодавно уклала угоду про постачання Google електроенергією від 30-гігават-годинної залізо-повітряної батареї. Інша компанія, XL Batteries, може використовувати старі нафтові резервуари для зберігання своєї недорогої органічної рідини — розмір батареї обмежений лише розміром і кількістю резервуарів.

Оскільки ці нові батареї уникають використання критичних мінералів, таких як літій, кобальт чи нікель, вони обіцяють різко знизити вартість довготривалого зберігання енергії до такої міри, що буде важко знайти аргументи на користь чогось іншого.