A scenario analysis on small medium reactor development in the United States

Nowadays interest in small and medium-size modular reactors (SMR) is growing in several countries, including those economically developed among which we find United States. As a matter of fact a budget of 452 million US$ has been allocated in 2012 over five years to support the development of some US light-water reactor designs. Small scales in nuclear industry has been experienced soon, since the pioneering days of commercial nuclear power industry (late 1950s and early 1960s) but the scale pursuit has produced over the following decades larger and larger reactors up to reach current reactors size of more than 1100MWe. A rough evaluation based only on the economies of scale, as done in a simplistic way so far, could however label SMR as economically unattractive and has probably produced incomplete and misleading results. Despite this the nuclear industry and international literature are now looking at small reactors as a “deliberate” solution in order to get valuable benefits in safety, operational flexibility and economics. The aim of this study is to produce an investment appraisal of the SMR alternative in the U.S. electric market in order to compare SMR to large reactors (reference is the Westinghouse’s AP1000 sized 1.154 MWe). The research question concerns if and under what conditions, whenever the SMR technology will be ready for first deployment, SMRs could be competitive compared to a consolidated large advanced reactor at its N-of-a-Kind model. We propose several case studies where the context of profitability and investment risk get gradually worse and different plant layouts are configured: from one to four IRIS reactors (335MWe) per plant site. The investment analysis illustrated herein implements the Monte Carlo method and the Discount Cash Flow model on each case study, producing stochastic results of a number of investment parameters: NTV, IRR and LUEC. Due to the innovative nature of SMR technology the data-set implementation and the input uncertainties modeling are key. They have been addressed through a probabilistic characterization of a large number of variables and differentiating input by the scenarios themselves.

Negli ultimi anni l’interesse verso i reattori modulari di piccole e medie dimensioni (SMR) è cresciuto in molti Paesi. Negli Stati Uniti, ad esempio, il Governo ne ha recentemente finanziato la ricerca attraverso lo stanziamento di 452 milioni di $, spalmati su cinque anni, supportando lo sviluppo di alcuni modelli avanzati di progettazione americana. I primi reattori commerciali degli anni ’50 e ’60 erano caratterizzati da dimensioni inferiori ai 300MWe, ma in poco tempo la corsa alle economie di scala ha portato ad una crescita degli impianti fino al superamento dei 1100 MWe con i reattori attualmente in commercio. Nonostante l’industria nucleare abbia fin qui trascurato gli SMR, giudicati economicamente non vantaggiosi, è stato negli ultimi anni intrapreso un percorso di rivalutazione degli stessi in quanto, se riprogettati e sviluppati in modo specifico, potrebbero offrire vantaggi differenziali in termini economici, di sicurezza e di flessibilità operativa. L’obiettivo di questa tesi è l’elaborazione di un’analisi quantitativa e probabilistica di investimento in questa tecnologia, nel mercato elettrico degli Stati Uniti, al fine di proporre un confronto con i reattori “large” attualmente in commercio, prendendo come riferimento il più quotato reattore di progettazione Americana: l’AP1000 di Westinghouse da 1.154 MWe. L’analisi è stata condotta implementando il metodo del Discount Cash Flow simulando più scenari, ciascuno dei quali riproduce situazioni di diverso vantaggio e rischio associati all’investimento, proponendo varie configurazioni d’impianto: da uno a quattro reattori di tecnologia “small” IRIS (335MWe) per sito di produzione. L’obiettivo è di fornire una valutazione di opportunità per una utility che un in futuro potrebbe trovarsi a dover scegliere tra la tradizionale tecnologia Large e i nuovi reattori SMR. Il confronto viene fatto attraverso vari indici di performance come NPV, IRR e LUEC in un ottica di analisi di sensitività tra i diversi scenari. Data la natura innovativa degli SMR la modellazione delle variabilità in gioco rappresenta un aspetto chiave, affrontato anche attraverso la caratterizzazione probabilistica delle variabili.