Assessing the economic viability of an ARC-like magnetic fusion power plant: Cost Estimation, LCOE, and Sensitivity Analyses

In the context of the ongoing energy transition, there arises a critical requirement of differentiating the energy sources and emerges the need for a green dependable “baseload” energy source to ensure grid stability and meet uninterrupted power demands. Fusion energy emerges as a highly promising technology for facilitating the transition and lowering the dependence from fossil fuels. Within this framework, the principal objective of this research is to assess the economic viability of an ARC-like magnetic fusion power plant and strategize methods to render its electricity competitive on the market. ARC is considered the first and most promising magnetic fusion power plant in which the most efficient technology of magnetic confinement (i.e., HTS) will be utilized. Nevertheless, the state of art of the technology is still at its primary phases and several milestones must be achieved in order to create such a reliable, affordable and competitive source of energy. The research methodology entails a thorough review of existing literature pertaining to magnetic fusion energy and established cost estimation methodologies. Data sources have been collected and incorporated into an automated model. This integration involves a cross-sectional analysis of costs derived from various fusion plants. Once LCOE has been determined, sensitivity analyses are rigorously conducted to evaluate the impact of input parameters and uncertainties on the LCOE and optimize and canalize the scientific research’s efforts to make magnetic fusion power plants competitive on the electricity market. The methodology used reveals that magnetic fusion projects are inherently capital-intensive. As of the present analysis, the LCOE for such projects may not be competitive with other energy sources, but it exhibits a notable range of variability due to potential advancements in scientific targets and performance uncertainties. Magnetic fusion power plants necessitate government grants and incentives, similar to those already existing for fission plants, in order to mitigate the inherent risk associated with their capital-intensive nature and render its electricity competitive in the market. This strategy would not be far from reality as in the past the same process has been applied to solar PV to increase the adoption rate and positively contributing in tackling energy transition.

Nel’ attuale contesto della transizione energetica, emerge un requisito critico di differenziare le fonti energetiche e sorge la necessità di una fonte energetica "a carico di base" verde e affidabile, per garantire la stabilità della rete e soddisfare le richieste di energia. L'energia da fusione emerge come una tecnologia estremamente promettente per agevolare la transizione e ridurre la dipendenza dai combustibili fossili. In questo contesto, l'obiettivo principale di questa ricerca è valutare la sostenibilità economica di una centrale elettrica a fusione magnetica simile ad ARC ed elaborare strategie per rendere competitiva la sua energia elettrica sul mercato. ARC è considerata la prima e più promettente centrale elettrica a fusione magnetica in cui verrà utilizzata la tecnologia più efficiente di confinamento magnetico (HTS). Tuttavia, la tecnologia è ancora nelle fasi iniziali e devono essere raggiunti diversi obiettivi per creare una fonte di energia così affidabile, conveniente e competitiva. La metodologia di ricerca prevede una revisione della letteratura esistente riguardante la fusione magnetica e le metodologie utilizzate per la stima dei costi. I dati raccolti sono stati poi incorporati in un modello automatizzato. Questa integrazione implica un'analisi trasversale dei costi derivati da diverse centrali a fusione. Una volta determinato il LCOE (Levelized Cost Of Electricity), sono state condotte analisi di sensitività per valutare l'impatto dei parametri di input e delle incertezze sul LCOE, al fine di ottimizzare e indirizzare gli sforzi della ricerca scientifica per rendere competitive sul mercato le centrali elettriche a fusione magnetica. La metodologia utilizzata rivela che i progetti di fusione magnetica sono intrinsecamente intensivi in termini di capitale. Al momento dell'analisi attuale, il LCOE per tali progetti potrebbe non essere competitivo con altre fonti energetiche, ma mostra un notevole margine di miglioramento dovuto ai potenziali progressi scientifici. Le centrali elettriche a fusione magnetica necessitano di sovvenzioni governative e incentivi, simili a quelli già esistenti per le centrali a fissione, al fine di mitigare il rischio intrinseco associato alla loro natura intensiva in termini di capitale e renderle competitive sul mercato. Questa strategia non sarebbe lontana dalla realtà, poiché in passato lo stesso processo è stato applicato a impianti fotovoltaici per aumentare il tasso di adozione e contribuire positivamente ad affrontare la transizione energetica.