Combien coûteront les centrales nucléaires avancées ?

L’Energy Innovation Reform Project (EIRP), une organisation américaine à but non lucrative, a publié le 25 juillet 2017 un rapport préparé par l’Energy Options Network (EON) qui donne une première réponse à cette question épineuse.Rapport EON

Vous trouverez ici une traduction française de la synthèse de ce rapport.

Un modèle économique dérivé de celui développé par le Forum International Génération IV a été utilisé pour comparer les technologies de 8 entreprises :

EON participants

 

…en termes de leurs coûts de capital, coûts d’exploitation et coûts moyens actualisés de production d’électricité :

Tableau 2.jpg

Figure 1. Coûts de capital pour toutes les entreprises participantes

Figure 1

Figure 2. Coûts d’exploitation pour toutes les entreprises participantes

Figure 2

Figure 3. Coût moyen actualisé d’électricité pour toutes les entreprises participantes

Figure 3

Voici quelques phrases particulièrement intéressantes, extraites du rapport :

« les estimations de coûts de certaines entreprises de réacteurs avancées – si elles sont précises – suggèrent que ces technologies pourraient révolutionner la façon dont nous pensons au coût, à la disponibilité et aux conséquences environnementales de la production d’énergie »

« les entreprises de nucléaire avancé projettent des cibles de coûts qui, si elles sont atteintes, seraient près de la moitié du coût des centrales nucléaires conventionnelles »

« Ce constat a d’importantes implications stratégiques pour l’industrie et le pays. »

« Aux États-Unis, ces technologies pourraient être la solution définitive pour les problèmes économiques de l’énergie nucléaire sur les marchés de libre concurrence. À ces niveaux de coûts, le nucléaire serait effectivement compétitif avec toute autre option pour la production d’électricité. Au même temps, cela pourrait permettre une expansion significative de l’empreinte nucléaire dans les régions du monde qui ont le plus besoin d’énergie propre, et dont les moyens manquent pour la payer aux prix élevés. »

« Les stratégies communes de réduction des coûts comprennent les éléments suivants :

  • Des conceptions de centrales simplifiées et standardisées
  • Intégration de fabrication à l’usine et au chantier naval
  • Modularisation
  • Réduction de besoins en matériaux
  • Réduction de périmètre pour les entreprises d’ingénierie, d’approvisionnement et de construction
  • Temps de construction plus court
  • Densité de puissance augmentée
  • Efficacité augmentée »

« Naturellement, il y a des limites intrinsèques à un exercice de calcul des coûts pour de tels concepts à des stades précoces, et il existe plusieurs raisons pour lesquelles les coûts finaux pourraient s’écarter de ces estimations rapportées. Ces estimations ne devraient pas être considérées comme définitives; Plutôt, ils reflètent au mieux les estimations actuelles. « 

« La compréhension du potentiel économique de cette industrie sera importante tant pour les investisseurs que pour les décideurs. »

« il est important de réfuter les idées fausses sur les coûts »

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Des millions de dollars pour la fission liquide

Bill Gates ne perd pas son temps. Le 30 novembre 2015 il a lancé à la conference COP21 à Paris la Breakthrough Energy Coalition, un groupe de 28 milliardaires qui se sont réunis pour investir dans l’énergie propre.

Membres BEC 2

Et le même jour il était aux côtés de 20 chefs d’état pour lancer Mission Innovation. Ces 20 pays vont doubler leurs budgets de recherche dans les énergies propres d’ici 5 ans.

Mission Innovation

Avec cette nouvelle organisation, quelle technologie d’énergie propre révolutionnaire est en première ligne en Amérique du Nord pour recevoir des fonds privés et publics?

Le Réacteur à Sels Fondus.

Terrapower, l’entreprise start-up soutenue par Bill Gates, a jusqu’alors été focalisée sur le développement d’un Réacteur à onde progressive, avec refroidissement au sodium. Sur leur site internet il est indiqué que « TerraPower prévoit que le réacteur à ondes progressives (TWR) puisse être compétitif en coût avec les réacteurs à eau légère existants« . Mais Gates sait très bien que ce n’est pas suffisant. Pour faire une vraie rupture, une nouvelle technologie nucléaire doit être moins chère que le charbon.

L’atteinte de cette cible serait possible avec un réacteur à sels fondus parce que le profil de sécurité unique offert par un combustible liquide à base de sels chimiquement stables réduit considérablement les hasards associés à l’opération d’un réacteur nucléaire.

L’annonce a été faite le 15 janvier 2016 par le Département de l’Énergie des États-Unis d’une subvention allant jusqu’à 40 millions de dollars, avec une somme initiale de 6 millions de dollars, pour développer le Réacteur Rapide à Chlorures Fondus (Molten Chloride Fast Reactor, MCFR). Terrapower développe ce réacteur avec Southern Company, un des plus grands producteurs d’électricité des États-Unis, et avec la collaboration du Electric Power Research Institute, de l’Université Vanderbilt, et du Laboratoire national d’Oak Ridge.

Partenaires MCFR.jpg

Mais Bill n’est pas le seul à s’intéresser aux réacteurs à sels fondus outre-atlantique.

Le 8 janvier 2016 la société canadienne Terrestrial Energy a annoncé avoir terminé un tour de financement, pour 10 millions de dollars canadiens. A rajouter à leur premier tour de capital d’amorçage qui a levé environ 1 million de dollars canadiens. Un troisième tour est prévu pour 2016. Terrestrial Energy vient de passer un jalon majeur dans le développement de leur Réacteur Intégral à Sels Fondus, avec l’annonce le 25 février 2016 de leur engagement dans le processus de validation de leur technologie avec la Commission canadienne de sûreté nucléaire. Ils ont publié le 1 mars 2016 une série d’images pour mieux visualiser l’architecture de la technologie :

IMSR

Et comme Terrapower, Terrestrial Energy a réussi à obtenir un soutien gouvernemental. Le 4 mars 2016, le gouvernement canadien a annoncé une subvention de 5,7 millions de dollars canadiens. Terrestrial Energy a rajouté à cette annonce qu’ils vont fabriquer d’ici septembre 2018 un prototype non-nucléaire de leur réacteur, chauffé électriquement, pour effectuer des essais de validation.

Dans un entretien avec le site internet Nuclear Energy Insider publié le 7 mars 2016, leur directeur général Simon Irish a dit : « La baisse des coûts associée à ce système signifie que le coût moyen actualisé est estimé à $40-$50 / MWh, sur la base d’un réacteur d’une capacité de 300 MWe. »

Et à Boston, l’entreprise Transatomic Power a levé 6,3 millions de dollars de différents investisseurs privés, y compris le Founders fund de Peter Thiel, le financier de PayPal et Facebook. Transatomic développe un réacteur à sels fondus qui serait capable de transformer les déchets issus des réacteurs à eau pressurisée actuels en énergie, et ainsi offrir une solution à la question de la gestion de ces déchets.

TAP

Ca commence à faire beaucoup de dollars !

3-million.jpg

Avec ce niveau d’intérêt, on peut se demander combien de temps encore la France peut continuer à ignorer les avantages de la fission liquide.

Le réveil de la Force aux États-Unis ?

Le monde de l’énergie nucléaire civile a toujours regardé vers les États-Unis, premier innovateur dans ce domaine, et la filière française des réacteurs à eau pressurisée en exploitation aujourd’hui est issue d’une technologie américaine.

Avec la généralisation mondiale de ce type de machine pour l’extraction de l’energie de la fission de l’uranium, il semblait que l’innovation dans l’énergie nucléaire avait stagné, freinée notamment par la Commission de réglementation nucléaire des États-Unis (NRC) qui est actuellement incapable de fournir une licence pour une technologie autre qu’un réacteur à eau légère.

Mais depuis plusieurs années il y a un regain d’intérêt outre-atlantique pour le potentiel offert par l’énergie nucléaire de production d’énormes quantités d’énergie sans émissions de CO2. Un rapport du cabinet third way a recensé 50 jeunes entreprises « start-up » qui travaillent sur des concepts prometteurs et variés.

Introducing_the_Advanced_Nuclear_Industry

Et il semblerait que l’administration américaine commence à reconnaître ce potentiel.

WhiteHouse

Le 6 novembre 2015, un premier sommet sur l’énergie nucléaire a eu lieu à la maison blanche, qui a annoncé des mesures pour garantir que l’énergie nucléaire reste une composante vibrante de la stratégie des États-Unis sur l’énergie propre :

GAIN

  • Etablissement d’un contact unique au Laboratoire national de l’Idaho pour accéder à l’expertise des différents services de la DOE
  • Publication d’une base de données avec un catalogue de l’infrastructure existante liée à l’énergie nucléaire
  • $2million sous la forme de bons pour les jeunes entreprises pour l’utilisation des services de la DOE
  • Aide pour la navigation du système régulatoire, avec la NRC.
  • Deuxième série d’ateliers au printemps 2016 sur les réacteurs « non-eau légère »
  • Extension du programme de garanties de prêts de $12,5 milliards, aux activités d’attribution de licence

Le sommet, dont les nouvelles ont été relayées par les sites de la SFEN et du MIT Tech Review, a regroupé des acteurs de l’industrie existante et ceux des nouvelles entreprises, comme Leslie Dewan de Transatomic Power qui a parlé du potentiel des réacteurs à sels fondus pour transformer les déchets nucléaires en électricité :

Le cabinet third way a également annoncé l’organisation le 27 janvier 2016 d’un sommet et vitrine sur le nucléaire avancé à Washington.

Avec l’arrivée de la conférence COP21 à Paris, on commence à entendre de plus en plus d’appels pour soutenir l’innovation dans l’énergie nucléaire. Vendredi, Peter Thiel, le financier derrière Facebook et PayPal, a publié dans le New York Times un article avec le titre « Nous avons besoin d’une nouvelle ère atomique ».

Peter Thiel

Peter Thiel a financé Facebook, PayPal, et maintenant Transatomic Power

Demain au Bourget, Bill Gates annoncera la création d’un fonds d’investissement de plusieurs milliards de dollars pour les energies propres.

Bill Gates

Il faut espérer qu’une bonne partie de cet argent sera dédiée au développement et à la commercialisation des réacteurs à sels fondus. Dans la lutte contre le réchauffement climatique, ce serait un veritable réveil de la Force.

Un nouveau rapport sur la fission liquide

Au Royaume-Uni, la société Energy Process Developments a publié un rapport avec le titre « Faisabilité de développement d’un réacteur à sels fondus prototype au Royaume-Uni« .

EPD

EPD a été créée en 2014 suite à l’annonce d’un financement de £100 000 du Technology Strategy Board, organisme stratégique du gouvernement britannique en matière d’innovation. Leur étude a été suivie par les universités d’Oxford et Cambridge, avec comme objectifs de :

  • Faire un examen complet de la technologie des réacteurs à sels fondus (RSF)
  • Identifier les développements récents dans ce domaine
  • Comparer les technologies offertes par 6 entreprises
  • Proposer la technologie la plus adaptée pour le développement d’un prototype de réacteur au Royaume-Uni

Technologies étudiées

Le rapport, publié en août 2015, est un document de 75 pages en anglais, disponible en format .pdf par simple clic sur ce lien. Chaque chapitre se termine par quelques lignes de synthèse, traduites en français ci-dessous :

Résumé

Les auteurs de ce rapport recommandent à tous les intéressés qu’ils devraient faire d’urgence les investissements nécessaires, ainsi qu’un engagement pour procéder avec un programme de réacteur à sels fondus, y compris un prototype de démonstration tel qu’identifié par cette étude.

1. Opportunités & aperçu de l’industrie

  • Le Royaume-Uni a un budget de R&D nucléaire inexistant par rapport aux autres grands pays.
  • Il existe une opportunité pour le Royaume-Uni d’avoir une part de £240 milliards dans un marché international du nucléaire de £1000 milliards d’ici 2030. Des RSF à combustible liquide peuvent être développés au Royaume-Uni pour alimenter ce marché.
  • Les RSF peuvent avoir le potentiel d’être plus économiques et sont plus sûrs que les technologies d’aujourd’hui. Les RSF peuvent traiter les stocks de déchets et de plutonium.
  • La prospérité, la consommation d’énergie, le gaz à effet de serre et la croissance démographique sont apparemment tous liés. Avec une source d’énergie propre et pas chère, ils peuvent tous être stabilisés.
  • Une action immédiate du gouvernement britannique peut lancer la technologie des RSF.

2. Concepts de RSF évalués par cette étude

  • La recherche et le développement mondiaux des RSF sont actuellement dirigés par la Chine. Ailleurs, de petites start-ups avec des nouveaux concepts innovateurs sont prometteuses.
  • Six propositions sont examinées pour leur aptitude en tant que prototype de démonstration au Royaume-Uni. Toutes sont considérées comme des propositions valables à ce stade de la conception.
  • Le réacteur à sels stables de Moltex Energy apporte simplicité et avantages pour le Royaume-Uni en particulier.

3. Contexte historique

  • Le réacteur à eau pressurisée a été développé pour le programme de la défense et a été repris pour la production d’électricité.
  • Le RSF en tant que concept a été démontré avec succès dans les années 1960. Il ne répondait pas aux exigences de la défense et a été arrêté.

4. Une introduction à la technologie des RSF à combustible liquide

  • L’énergie nucléaire a une densité énergétique beaucoup plus élevée que d’autres sources.
  • Le combustible des RSF est dissous dans un sel liquide, ce qui apporte de nombreux avantages.
  • Ils opèrent dans un spectre rapide ou thermique, avec un grand choix de cycles de combustible.

5. Avantages des RSF

  • Les RSF peuvent être conçus avec une sécurité passive complète et aucune possibilité pour une dispersion généralisée de substances radioactives.
  • Ils ont un taux élevé d’utilisation de combustible et produisent peu de déchets à vie longue.
  • Les coûts d’une installation peuvent être comparables aux combustibles fossiles.
  • Les RSF offrent plus d’avantages que les autres technologies existantes ou avancées.

6. Défis des RSF

  • La technologie des RSF n’a jamais été disponible dans le commerce.
  • L’approbation réglementaire sera un processus long et coûteux.
  • L’expérimentation sera nécessaire pour certains nouveaux concepts et applications de matériaux.
  • L’obtention de financement est difficile en raison du long engagement requis et le risque élevé de mettre en œuvre une technologie de rupture dans un environnement très réglementé.

7. Réglementation nucléaire

  • Aucune expérience n’existe pour l’homologation d’un prototype de réacteur ou d’un nouveau site.
  • La charge réglementaire pour une technologie innovante est de la responsabilité du vendeur.
  • La véritable innovation est sévèrement limitée par le processus actuel.

8. Sélection du site

  • Le Royaume-Uni n’a pas d’installations pour la démonstration de nouvelles technologies de réacteurs.
  • Le processus de développement et le calendrier seront grandement simplifiés si un site avec une licence existante peut être utilisé.
  • Des RSF qui brûlent du plutonium pourraient être bénéfiques pour l’Autorité Britannique de Démantèlement Nucléaire (NDA) qui possède certains sites appropriés.

Bien que des avantages sont trouvés dans l’ensemble des modèles de réacteurs étudiés, le rapport conclut que le Réacteur à Sels Stables, la conception proposée par Moltex Energy, est la meilleure option à poursuivre. Le Réacteur à Sels Stables est un réacteur à spectre rapide de type piscine, mais sa caractéristique unique par rapport aux autres conceptions est que le combustible est statique. Pour la plupart des réacteurs à sels fondus, le liquide hautement radioactif est pompé activement à travers un échangeur de chaleur tandis que dans la conception de Moltex Energy les sels fondus radioactifs (composés de combustible nucléaire usé mélangé avec du chlorure de sodium pour réduire son point de fusion) sont contenus dans des tubes métalliques, semblables aux crayons de combustible dans les réacteurs traditionnels. Le flux de sels fondus dans les tubes est créé entièrement par convection naturelle, sans pièces mobiles, éliminant la possibilité de défaillance des pompes. Le bassin de liquide de refroidissement contient un autre type de sels fondus ce qui donne au réacteur une sécurité intrinsèque car toute fuite de combustible radioactif est mélangée et diluée dans ce grand bain.

Réacteur à Sels Stables Moltex
Contrairement à tous les autres modèles de réacteurs à sels fondus, cette conception n’est pas un dérivé du réacteur expérimental à sels fondus développé au laboratoire national d’Oak Ridge (où les RSF ont été initialement développés dans les années 1960), mais plutôt une vraie conception du 21e siècle. Avec toute une série d’autres avantages, le Réacteur à Sels Stables est conçu de telle sorte que tous les composants peuvent être construits dans des segments et assemblés sur le site d’une centrale. Cette conception modulaire est beaucoup plus simple et moins chère que les réacteurs d’aujourd’hui, ce qui permet d’envisager un déploiement d’autant plus avantageux.

Le rapport conclut que ce réacteur conçu au Royaume-Uni, « en raison de sa relative simplicité et des obstacles techniques relativement faibles et peu nombreux, est la configuration la plus appropriée pour un développement immédiat à l’échelle prototype au Royaume-Uni ».

Une partie du texte de cet article provient de celui publié sur le site du Alvin Weinberg Foundation par Suzanna Hinson.

Symposium à Delft

Les organisations suivantes seront présentes à un symposium organisé par l’Université Technique de Delft au Pays Bas le 17 avril 2015.

TU Delft

Avec le titre « Le Thorium dans les Réacteurs à Sels Fondus« , ce symposium regroupe des experts internationaux dans le domaine des combustibles nucléaires liquides. L’enregistrement est ouvert jusqu’au 2 avril.

 

Energie des déchets nucléaires

La start-up Transatomic Power est parvenue à développer un réacteur nucléaire à sels fondus, pouvant être alimenté uniquement par les déchets nucléaires des centrales classiques.

(vidéo sous-titrée en français, transcription ici)

Russ Wilcox, Mark Massie et Leslie Dewan ont conçu un réacteur nucléaire, capable de produire d’énormes quantités d’électricité en consommant les déchets radioactifs issus des centrales conventionnelles, tout en réduisant leur durée de vie radioactive. Pour commercialiser cette solution, ils ont créé en 2010 leur entreprise : Transatomic Power. Basés à Cambridge, MA, il ont des liens étroits avec le Massachussets Institute of Technology (MIT), cet institut ayant également des liens avec le programme chinois de développement des réacteurs à sels fondus au thorium.

TAPLa base de leur approche est un réacteur nucléaire à combustible liquide qui est alimenté par de l’uranium dissous dans un sel de fluorure fondu. La conception est basée sur des travaux antérieurs menés dans les années 50 et 60 au Laboratoire National d’Oak Ridge dans le Tennessee, où les nombreux avantages de ce type de réacteur en matière de sécurité ont été démontrés. Mais le projet d’ORNL a été annulé : il était encombrant, avait une faible densité de puissance, et ne pouvait pas être justifié sur des motifs de sécurité parce que le monde n’avait pas encore connu Tchernobyl, Three Mile Island ou Fukushima.

L’équipe de Transatomic Power a amélioré l’idée de départ en modifiant certains des matériaux employés. Un modérateur en hydrure de zirconium au lieu du graphite entraîne une réduction de la taille et donc du coût de construction du réacteur. Et le remplacement du sel Flibe par le fluorure de lithium permet de fonctionner avec du combustible frais très faiblement enrichi ou du combustible nucléaire usé, tout en augmentant la densité de puissance.

MSBR vs WAMSR

Ces deux nouveaux matériaux permettent une grande différence dans la conception. Dans le graphique ci-dessous, Transatomic est la grande ligne bleue. En ralentissant les neutrons du coeur beaucoup plus rapidement entre la région rapide et la région thermique, ils font la transition plus rapidement. La région épithermique au milieu, source de pertes de neutrons, est évitée.

Spectre neutronique

Du coup, il y a plus de neutrons dans la partie thermique du spectre pour la production d’énergie, et plus dans la partie rapide du spectre pour attaquer les composants des déchets à longue durée de vie.

Il faut rappeler que les centrales nucléaires classiques ne sont en mesure d’extraire qu’une infime partie de l’énergie contenue dans l’uranium, en moyenne 3 à 5%. C’est justement cette caractéristique qui rend les déchets nucléaires aussi dangereux : l’énergie qu’ils renferment est considérable.

En exploitant cette énergie résiduelle, la technologie de Transatomic Power permettrait de multiplier par 75 l’électricité produite par tonne d’uranium extrait. Et ce, tout en réduisant la durée de vie radioactive des déchets, de plusieurs centaines de milliers d’années à quelques centaines d’années.

Stockage déchets nucléaires

Avec les 270 000 tonnes de déchets nucléaires déjà stockées dans le monde, les futurs réacteurs de Transatomic Power seraient en mesure de produire assez d’électricité pour la planète entière pendant 72 ans, même en tenant compte de la demande croissante, et simultanément de se débarrasser de la quasi-totalité des déchets nucléaires. La technologie peut fonctionner avec de l’uranium frais faiblement enrichi, ou être adaptée pour fonctionner avec du thorium, et ainsi assurer la sécurité énergétique pendant des milliers d’années.

Transatomic a travaillé avec la société Burns & Roe, qui a une longue expérience dans l’industrie nucléaire, sur l’élaboration d’un livre blanc, qui présente leur proposition technico-commerciale pour un premier réacteur exploitant cette technologie.

Premier réacteurAvec 520MWe de puissance pour 2 milliards de dollars, le prix représente environ 2/3 du coût de l’énergie nucléaire conventionnelle. Et il reste un potentiel important de réduction du coût avec une conception plus modulaire et des techniques de construction plus avancées, ce qui rendrait l’électricité nucléaire moins chère que celle issue des centrales à charbon.

Cette technologie représente une alternative aux combustibles fossiles qui est bon marché et sans carbone. Elle résout les problèmes de la sécurité et des déchets nucléaires. Et elle fournit une réponse sûre, propre et abordable aux besoins d’énergie de l’humanité.

Images : Transatomic Power Corporation

Article repris en partie de celui d’Aymeric Pontier