Les petits réacteurs modulaires sont l'un des domaines les plus populaires pour le développement de l'énergie nucléaire et des technologies des réacteurs.
Depuis 70 ans d'existence, les réacteurs nucléaires ont pris une position forte dans l'équilibre mondial de la production d'électricité. Leur capacité est passée de quelques mégawatts à près de deux gigawatts (bien qu'il y ait eu des projets plus importants).
Une centrale nucléaire moderne n'est pas seulement une unité de puissance où une installation de réacteur et un turbogénérateur sont présents. Il s'agit d'un groupe concentré d'ateliers et d'industries qui servent à assurer le fonctionnement d'une unité aussi puissante au niveau approprié. Pensez-y: dans toute centrale nucléaire, il y a non seulement un grand nombre de systèmes de sûreté (qui, soit dit en passant, sont soumis au principe de redondance), mais aussi des systèmes pour assurer et soutenir ces systèmes de sûreté. Je ne parle pas du nombre et de la variété des systèmes pour un fonctionnement normal.
Le nombre d'employés dans ces installations est en moyenne d'environ 1 000 personnes par unité. Et si des installations de production supplémentaires peuvent être présentes sur le site de la centrale nucléaire, par exemple, un complexe de retraitement RW, une installation de stockage de combustible usé séparée ou même une station de dessalement, le nombre de personnel ne fera qu'augmenter.
Centrale nucléaire de Bruce (Canada) - 6 232 MW (e). La photo montre l'atelier de production d'eau lourde.Il semblerait que si la station est économiquement viable et génère une grande quantité d'électricité, quel est le piège?
Les centrales nucléaires modernes, en tant que grands complexes industriels, présentent des inconvénients importants. Tout d'abord, c'est un coût énorme pour la construction d'un tel complexe. Par exemple, le coût de construction de la centrale électrique n ° 3 de la centrale d'Olkiluoto est passé de 3 à 8,5 milliards de dollars (il convient de tenir compte du fait qu'il existe déjà des ateliers de soutien et du personnel qualifié à la centrale). A titre de comparaison, le coût du
LHC s'élève à 6 milliards de dollars.
L'exploitation et la maintenance de ces géants nécessitent non seulement une organisation opérationnelle, mais aussi un superviseur, un grand nombre d'instituts et de centres de recherche pour soutenir l'exploitation et la sécurité.
Dans les pays à faible consommation d'énergie, les centrales nucléaires modernes seront économiquement désavantageuses. Je pense que les lecteurs peuvent imaginer combien les coûts attendent les propriétaires de centrales nucléaires après la fin de leur durée de vie utile, lorsque la centrale doit démonter, recycler et emballer les déchets de la production d'électricité dans les centrales nucléaires. L'expérience a montré que le déclassement des grandes centrales nucléaires est généralement à la traîne.
Une autre réalité
Parallèlement aux grandes centrales électriques, des dizaines d'installations destinées à des programmes militaires ont été développées, par exemple des réacteurs sous-marins (jusqu'à 190 MW) et des réacteurs de recherche. Tout cela a donné une impulsion à l'avenir pour le développement de petits réacteurs.
Alors qu'est-ce que c'est? Dans la définition de l'AIEA, «petits» - réacteurs d'une capacité électrique allant jusqu'à 300 MW, «moyens» - jusqu'à 700 MW. Néanmoins, «SMR» est le plus souvent utilisé comme acronyme de «petit réacteur modulaire», destiné à la construction en série, comme alternative à la conception complexe de «l'île atomique» avec ses chambres et enceintes encombrantes.
- petits réacteurs modulaires - usines développées à l'aide de technologies intégrées (réacteurs avec pompes (ou sans) et générateurs de vapeur dans un boîtier), qui devraient être fabriquées dans les usines, en utilisant tous les avantages économiques de la production en série. Ils peuvent être construits indépendamment les uns des autres ou sous forme de modules dans un complexe plus grand, avec l'ajout de puissance progressivement selon les besoins.
Les petits réacteurs peuvent être situés n'importe où et n'importe quand.
Le projet Flexblue est un module énergétique situé sous l'eau.
Exotique militaire russe - concept.La plupart des MMP, comparativement aux gros réacteurs, nécessitent peu d'entretien. En particulier, la conception de ces réacteurs suggère un intervalle plus long entre les surcharges de combustible (de 2 à 10 ans contre 12-24 mois pour les grandes unités de puissance) ou la pose de combustible en général pendant tout le cycle de vie - pour cela, il est nécessaire de le faire périodiquement (une fois tous les 10 ans ou plus) remplacement du module réacteur compact.
Avantages clés:
- La puissance spécifique plus faible de l'installation du réacteur la rend a priori plus sûre du point de vue de l'intensité énergétique (puissance plus faible - moins de dégagement de chaleur résiduelle après arrêt). Du point de vue du backend, des quantités relativement faibles de déchets radioactifs accumulés.
- Les unités de puissance de ce type dépendent moins de la capacité de puiser de grandes quantités d'eau de refroidissement à proximité. Ainsi, ils sont excellents pour travailler dans des coins reculés de la planète (et pas seulement ), par exemple, pour générer de l'énergie pour l'exploitation minière.
- La présence d'un nombre suffisant de systèmes de sécurité passive. Dans le bon sens (en théorie), ces systèmes résolvent le principal problème d'urgence - la perte du consommateur final de chaleur en cas d'accident. En fait, même si les systèmes sont passifs, ils nécessitent également une supervision et une maintenance constantes. Mais il vaut la peine de reconnaître la grande stabilité des petits appareillages de commutation dans une situation typique - une perte totale de puissance.
- Minimisation des travaux de construction et d'installation techniquement complexes, en tenant compte des spécificités des régions de localisation possibles. Quantité minimale de service. Réduire le nombre de personnel de terrain requis.
- La possibilité de simplifier considérablement le déclassement de ces unités de puissance.
Les petits réacteurs avec une perspective de mise en œuvre étroite (10 à 15 ans) appartiennent aux types de réacteurs à cuve suivants: REP (pressurisé à eau sous pression), réacteurs à neutrons rapides ou réacteurs à haute température (principalement avec un réfrigérant à gaz).
De gauche à droite: 1 - Westinghouse SMR. 2 - hélium HTMR-100. 3 - PRISME rapide.Étant donné que la plupart des projets MMP sont au niveau conceptuel et nécessitent une R&D importante à l'avenir, afin d'ajouter une spécificité à ma narration, je me concentrerai sur deux des projets prêts à l'emploi les plus pertinents.
1) NuScale (NuScale Power Inc., États-Unis)
Le projet de l'usine NuScale, anciennement appelé MASLWR, est une unité avec un réacteur à eau sous pression à faible puissance - 45 MW (e).
Il a été développé conjointement par le National Engineering Laboratory de l'Idaho et l'Université de l'Oregon (USA). En 2007, NuScale Power Inc. a été créée pour commercialiser le projet. Le projet est en cours de développement depuis 2000. Puisqu'il s'agit d'un réacteur modulaire, 12 de ces modules sont installés en standard sur site.
Bâtiment réacteur. Vue en coupe.Le cœur, les générateurs de vapeur et le compensateur de pression sont situés dans le même récipient, il n'y a pas de pompes de circulation. Le diamètre du boîtier est de 2,9 mètres et une hauteur de 17,4 mètres.
Le caloporteur, chauffant dans la zone active, se déplace vers le haut, dégage de la chaleur dans le générateur de vapeur et retourne par les canaux de descente. Circulation naturelle, oui.
Le noyau est tiré d'assemblages combustibles avec le beau nom NuFuel-HTP2. En fait, de conception similaire aux assemblages combustibles pour les unités Western PWR, la conception. La spécification de l'assemblage technique pour NRC est
ici . Ils prévoient de recharger tous les 24 mois.
Assemblages combustibles du réacteur NuScale. Soit dit en passant, la production d'AREVA.
Tableau de chargement du cœur du réacteur NuScale.La principale caractéristique des projets similaires est que la cuve du réacteur est en outre placée dans une cuve métallique à paroi épaisse en acier inoxydable. Toute la structure est dans la piscine, complètement immergée dans l'eau. Le système de dissipation de chaleur résiduelle se compose de deux systèmes passifs indépendants.
Systèmes d'évacuation de chaleur planifiée et d'urgence.Fin 2016, la société a déposé une demande de licence auprès du régulateur américain. Il s'agit de la première demande de licence US SMR. Ce fait signifie qu'à ce stade, le projet est presque terminé et a la capacité de devenir un produit très réel et commercialisable.
2) CAREM-25 (CNEA, Argentine)Le lecteur ne s'attendait probablement pas à voir ce pays parmi les meilleurs développeurs de MMP, mais l'Argentine est maintenant la plus proche de l'exploitation d'un réacteur modulaire de démonstration de 25 mégawatts.
CAREM-25 est un type intégral de REP, dont la construction a commencé en 2014 à proximité de la centrale nucléaire d'Atucha. Il est agréablement surprenant qu'il s'agisse d'une technologie argentine, et 70% des équipements et matériaux devraient provenir de fabricants locaux.
Le projet a été développé comme source d'énergie pour l'alimentation électrique des régions à faible consommation. Il peut également être utilisé pour l'exploitation d'une usine de dessalement.
Cuve de réacteur et systèmes de sécurité de base.Le noyau, les actionneurs hydrauliques des organismes de réglementation et les douze générateurs de vapeur verticaux à tuyau droit (avec surchauffe de la vapeur) sont situés dans un seul boîtier - selon tous les canons de modularité. Dans le premier circuit - circulation naturelle. La cuve du réacteur a un diamètre de 3,2 mètres et une hauteur de 11 mètres. Le noyau est tiré de 61 cassettes de carburant hexadécimales!
Réacteur à combustible FA CAREM-25.CAREM-25 contient des systèmes de sécurité actifs passifs et simples. Le projet prévoit qu'en cas d'accident grave, le cœur reste intact pendant 36 heures sans intervention de l'opérateur et sans alimentation externe. Le taux de dommages au cœur prévu (CPAP) est de 10E-07 réacteur / an.
La réaction de fission en chaîne est arrêtée à l'aide de deux systèmes indépendants - des tiges CPS et un système d'injection de bore-eau. Dans des conditions de fonctionnement normales, le bore n'est pas utilisé.
L'énergie résiduelle est éliminée par le système passif PRHRS. Il fonctionne sur le principe d'un condenseur technologique (condenseur d'isolement). Les condensateurs PRHRS sont situés dans la piscine en haut de l'enceinte. Le système assure l'évacuation de la chaleur du cœur pendant 36 heures.
Condenseur de procédé et système de piscine PRHRS.Le projet fournit également un système d'urgence passif pour verser de l'eau dans le noyau EIS si la pression dans le corps tombe en dessous du point de consigne de 1,5 MPa - à cette pression, le diaphragme de sécurité se casse et de l'eau borée est versée dans le corps depuis le réservoir EIS. D'une manière simple - la capacité hydraulique de l'ECCS.
Le premier téléchargement est prévu pour 2018.
Il y a beaucoup de questions pour ce projet. Par exemple, la fiabilité de 12 générateurs de vapeur internes, la possibilité d'inspection et de réparation.
Et cela ressemblera au bâtiment de l'unité de puissance de l'extérieur.En conclusion, il convient de noter que les petits réacteurs "rechargeront le moteur" d'un atome pacifique et donneront à l'industrie une nouvelle force, et une puissance plus faible, ce qui signifie un temps de construction plus court, réduira le coût de production et luttera contre la popularité croissante des sources d'énergie renouvelables.
Fin 2016, un consortium a été créé pour mettre en œuvre l'objectif stratégique de démarrage de l'exploitation commerciale des petits réacteurs au milieu des années 2020. Il comprend les sociétés suivantes: AREVA, Bechtel, BWXT, Dominion, Duke Energy, Energy Northwest, Fluor, Holtec International, NuScale Power, Ontario Power Generation, PSEG, TVA et Utah Associated Municipal Power Systems. Comme vous pouvez le voir, il existe plusieurs joueurs puissants.
Il est donc trop tôt pour parler d'un avenir radieux, mais la dynamique positive est toujours visible.