Association Universitaire pour lEnvironnement Energie nuclaire vers des

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Association Universitaire pour l’Environnement Energie nucléaire : vers des réacteurs de génération IV Ernest

Association Universitaire pour l’Environnement Energie nucléaire : vers des réacteurs de génération IV Ernest H. MUND Directeur de recherches du FNRS ULB - UCL 18/04/02 A. U. E 1

Plan • Introduction • Energie nucléaire et développement durable • Les réacteurs “Generation III”

Plan • Introduction • Energie nucléaire et développement durable • Les réacteurs “Generation III” (2000 --2020) • L’initiative “Generation IV” • Conclusion 18/04/02 A. U. E 2

World Consumption of Primary Energy 1850 -2000 -2100 (Gtoe) WEC 98 18/04/02 A. U.

World Consumption of Primary Energy 1850 -2000 -2100 (Gtoe) WEC 98 18/04/02 A. U. E 3

Source : J. Laherrère 18/04/02 A. U. E 4

Source : J. Laherrère 18/04/02 A. U. E 4

Quelles stratégies à long terme ? • Economies d’énergie, potentiel limité sauf économies forcées

Quelles stratégies à long terme ? • Economies d’énergie, potentiel limité sauf économies forcées impliquant un changement de société. L’opinion publique y est-elle prête ? • Energies renouvelables (éolien, solaire, biomasse), potentiel limité pour des raisons physiques. • Charbon, impact sur le climat (effet de serre) • Nucléaire (y compris la fusion), problème : acceptation par l’opinion publique ? 18/04/02 A. U. E 5

Generation III Generation IV 18/04/02 A. U. E (source: USDOE) 6

Generation III Generation IV 18/04/02 A. U. E (source: USDOE) 6

Le nucléaire dans le monde (2002) • 441 centrales dans 31 pays (Generation II

Le nucléaire dans le monde (2002) • 441 centrales dans 31 pays (Generation II et III), • 87 % réacteurs LWR, • 360 GWe puissance installée, • 17% de la production mondiale d’électricité, • 3 groupes de pays : Corée, Japon, France, Russie, … USA Allemagne, Belgique, Pays-Bas, Suède, Suisse, . . . 18/04/02 A. U. E 7

Nucléaire et développement durable : les atouts • Préservation des ressources fossiles, • Réserves

Nucléaire et développement durable : les atouts • Préservation des ressources fossiles, • Réserves (U-Th) bien réparties et abondantes, • Pas d’autres usages pour U- Th, • Pas de rejets de gaz à effet de serre, • Volume minime de déchets, • Coût U : faible % du coût du k. Wh, stabilité du prix de l ’électricité 18/04/02 A. U. E 8

Responsabilité des centrales électriques en matière d’émission C 02 -eq “Life Cycle” (source: EI,

Responsabilité des centrales électriques en matière d’émission C 02 -eq “Life Cycle” (source: EI, KUL) 18/04/02 A. U. E 9

Nucléaire et développement durable : les risques • Le risque d’accident majeur (Tchernobyl, TMI,

Nucléaire et développement durable : les risques • Le risque d’accident majeur (Tchernobyl, TMI, …) ~10. 000 réacteur. an de fonctionnement (LWR et GCR) • Le risque de prolifération, Le risque existe indépendamment des réacteurs LWR • La question des déchets. Il est faux de dire que la question des déchets n’a pas de solution technique. Le problème est de nature “éthique”. 18/04/02 A. U. E 10

Wash-1400 (1975) N. Rasmussen Pf = 1 / (0, 8 9500) ~ 1, 5

Wash-1400 (1975) N. Rasmussen Pf = 1 / (0, 8 9500) ~ 1, 5 10 -4 / réacteur. an Pf : fréquence de fusion du coeur (par réacteur et par an) 18/04/02 A. U. E 11

Les déchets radioactifs en Belgique (source : Rapport AMPERE) 18/04/02 A. U. E 12

Les déchets radioactifs en Belgique (source : Rapport AMPERE) 18/04/02 A. U. E 12

Concept de Stockage dans l’argile de Boom (SAFIR-2) 18/04/02 A. U. E 13

Concept de Stockage dans l’argile de Boom (SAFIR-2) 18/04/02 A. U. E 13

Stockage dans l’argile de Boom - Galerie de dépot Source : SAFIR-2 18/04/02 A.

Stockage dans l’argile de Boom - Galerie de dépot Source : SAFIR-2 18/04/02 A. U. E 14

Evolution du débit de dose lié aux déchets vitrifiés enfouis dans l’argile de Boom

Evolution du débit de dose lié aux déchets vitrifiés enfouis dans l’argile de Boom (SAFIR-2) Valeur max. : 10 Sv/an dans 100. 000 ans 18/04/02 A. U. E 15

L’énergie nucléaire aux USA • Absence de commande de centrale depuis 1979, • Difficulté

L’énergie nucléaire aux USA • Absence de commande de centrale depuis 1979, • Difficulté d’obtention du permis d’exploitation (10 CFR 50), 10 à 15 ans, • Mauvaise rentabilité des investissements, • Consolidation des producteurs d’électricité (“utilities”), • Amélioration régulière des indices de qualité de l’exploitation des centrales : facteur de charge : 61% (1973) 89% (2000) dose moy. ind. (rem. an-1) : 0. 94 (1973) 0. 17 (2000) Accident de TMI (1979) 18/04/02 A. U. E 16

USA : Nombre de centrales en fonctionnement (1973 -2000) 18/04/02 A. U. E 17

USA : Nombre de centrales en fonctionnement (1973 -2000) 18/04/02 A. U. E 17

USA : production d’électricité nucléaire (1973 -2000) Generation II 18/04/02 A. U. E 18

USA : production d’électricité nucléaire (1973 -2000) Generation II 18/04/02 A. U. E 18

Pour relancer le nucléaire aux USA : • URD (Utility Requirements Document) (1985) une

Pour relancer le nucléaire aux USA : • URD (Utility Requirements Document) (1985) une compilation de caractéristiques requises pour les centrales “Generation III” • Plan stratégique du NPOC (1990 -2000) (Nuclear Power Overight Committee) 18/04/02 A. U. E 19

 Le plan stratégique du NPOC (1990 -2000) Ce plan propose : EPR, AP

Le plan stratégique du NPOC (1990 -2000) Ce plan propose : EPR, AP 600, S 80+, GT-MHR, . . . · Une modification de la législation relative au licensing, · L’octroi par la NRC de certificat de conception standard. · La possibilité pour les utilities d’obtenir un permis de site avant décision de construction (ESP) · Encourager la standardisation des équipements 1990 La NRC change la législation et adopte les propositions du plan NPOC (10 CFR 52), 1996 Octroi du premier “Certificate of Design” pour l’ABWR de GE 18/04/02 A. U. E 20

Caractéristiques de “Generation III” (URD) • Temps de construction = 4 ans, • Utilisation

Caractéristiques de “Generation III” (URD) • Temps de construction = 4 ans, • Utilisation de combustible UO 2 et MOX, • Taux d’épuisement > 60 GWj/t, • Facteur de charge > 0, 9 , • Cycles de maintenance et recharg. : 24 mois, • Probabilité (cumulée) de fusion du coeur < 10 -5 /réact. an, • Probabilité (cumulée) de relâch. important < 10 -6 /réact. an, • Dose collective au personnel < 0, 8 homme. Sv /an 18/04/02 A. U. E 21

Concepts de réacteurs de “Generation III” • ABWR+ • SWR 1000 • ESBWR •

Concepts de réacteurs de “Generation III” • ABWR+ • SWR 1000 • ESBWR • AP 600 • AP 1000 • APWR+ • EPR • S 80++ GE Framatome. ANP GE Westinghouse Mitsubishi Framatome. ANP ABB BWR 1350 MWe (c) BWR 1013 MWe BWR 1380 MWe PWR 610 MWe (c) PWR 1090 MWe PWR 1538 MWe PWR 1500 MWe PWR 1345 MWe (c) • PBMR • GT-MHR ESKOM General Atomics HTR 120 MWe HTR 300 MWe + : en construction ou fonctionnement (c) : certifié par la NRC 18/04/02 A. U. E 22

Le réacteur AP 600 (PWR, sûreté passive) 18/04/02 Le projet GT-MHR (HTR, cycle de

Le réacteur AP 600 (PWR, sûreté passive) 18/04/02 Le projet GT-MHR (HTR, cycle de Brayton ) A. U. E 23

Les concepts AP 600 et GT-MHR 18/04/02 A. U. E 24

Les concepts AP 600 et GT-MHR 18/04/02 A. U. E 24

Comparaison des risques entre l’AP 600 et les réacteurs actuels. (Source : BNFL) 18/04/02

Comparaison des risques entre l’AP 600 et les réacteurs actuels. (Source : BNFL) 18/04/02 A. U. E 25

Compositions initiales et finales de combustibles pour le GT-MHR (Source : G. Fioni et

Compositions initiales et finales de combustibles pour le GT-MHR (Source : G. Fioni et al. ICENES 2000) 18/04/02 A. U. E 26

Evolution du keff au cours du temps pour le GT-MHR (Source : G. Fioni

Evolution du keff au cours du temps pour le GT-MHR (Source : G. Fioni et al. ICENES 2000) 18/04/02 A. U. E 27

Le projet de réacteur PBMR (Eskom) 18/04/02 A. U. E 28

Le projet de réacteur PBMR (Eskom) 18/04/02 A. U. E 28

Réacteur PBMR et cycle de Brayton 18/04/02 A. U. E 29

Réacteur PBMR et cycle de Brayton 18/04/02 A. U. E 29

Le combustible TRISO 18/04/02 A. U. E 30

Le combustible TRISO 18/04/02 A. U. E 30

HTGR - Excursion de température en cas de perte de réfrigérant (source : GA)

HTGR - Excursion de température en cas de perte de réfrigérant (source : GA) 18/04/02 A. U. E 31

L’initiative “Generation IV” 2000 ? ? ? “While we cannot predict the future (of

L’initiative “Generation IV” 2000 ? ? ? “While we cannot predict the future (of nuclear energy), we can see that there is an opportunity to shape it … ” William D. Magwood, IV (USDOE) 18/04/02 A. U. E 32

Generation IV est une initiative du “Department of Energy” (USDOE) avec les volets suivants

Generation IV est une initiative du “Department of Energy” (USDOE) avec les volets suivants : • NERI (Nuclear Energy Research Initiative) : octroi de budget de recherche pour l’étude de concepts de réacteurs innovants, (budget FY-01 : 32. 106 US$) • GIF (Generation-IV International Forum) : participation internationale à la définition des objectifs et au choix des concepts. Pays membres : Afrique du Sud, Argentine, Brésil, Canada, Corée, France, Grande-Bretagne, Japon, USA avec participation de l’IAEA et NEA-OECD 18/04/02 A. U. E 33

But de “Generation IV” Déploiement au-delà de 2030 d’une nouvelle génération de réacteurs satisfaisant

But de “Generation IV” Déploiement au-delà de 2030 d’une nouvelle génération de réacteurs satisfaisant des objectifs (”Technology Goals”) à atteindre, en rapport avec : 1. le développement durable (“Sustainability”) 2. la sûreté et fiabilité, (“Reliability and Safety”) 3. l’économie, (“Economy”) 03/01 : adoption par le GIF des “objectifs” de G-IV 18/04/02 A. U. E 34

Technology goal 1 : Sustainability • Provide sustainable energy generation that meets clean air

Technology goal 1 : Sustainability • Provide sustainable energy generation that meets clean air objectives and promotes long-term availability of systems and effective fuel utilization for worldwide energy production • Minimize and manage their nuclear waste and notably reduce the long term stewardship burden in the future, thereby improving protection for the public health and the environment • Increase the assurance that they are a very unattractive and least desirable route for diversion or theft of weapons usable materials 18/04/02 A. U. E 35

Technology goal 2 : Reliability and Safety • Excel in safety and reliability •

Technology goal 2 : Reliability and Safety • Excel in safety and reliability • Have a very low likelihood and degree of reactor core damage • Eliminate the need for offsite emergency response 18/04/02 A. U. E 36

Technology goal 3 : Economy • Have a clear life-cycle cost advantage over other

Technology goal 3 : Economy • Have a clear life-cycle cost advantage over other energy sources • Have a level of financial risk comparable to other energy projects 18/04/02 A. U. E 37

Etapes suivantes : 10/02 : adoption d’un “Roadmap” pour l’identification et le développement du

Etapes suivantes : 10/02 : adoption d’un “Roadmap” pour l’identification et le développement du (ou des …) concept à déployer au-delà de 2030. Au-delà de 2003 : “screening” des concepts G-IV proposés en conformité avec la méthodologie développée dans le roadmap 18/04/02 A. U. E 38

Sont en cours de développement des concepts de réacteurs suivants : • Advanced water

Sont en cours de développement des concepts de réacteurs suivants : • Advanced water cooled reactors, • Supercritical water reactors, • Liquid metal cooled reactors, • Gas cooled reactors, • Thorium/uranium reactors, • Pressure-tube reactors, • Pebble-fuel water cooled reactors, • Non-classical pow er reactors, . . . 18/04/02 A. U. E 39

Le concept IRIS (International Reactor Innovative and Secure) de Westinghouse 18/04/02 A. U. E

Le concept IRIS (International Reactor Innovative and Secure) de Westinghouse 18/04/02 A. U. E 40

Application importante pour les réacteurs HT (à haut rendement) : la production d’hydrogène (HTTR-JAERI)

Application importante pour les réacteurs HT (à haut rendement) : la production d’hydrogène (HTTR-JAERI) 18/04/02 A. U. E 41

Conclusion • Il y a un regain d’intérêt (comparable à celui des années ‘

Conclusion • Il y a un regain d’intérêt (comparable à celui des années ‘ 60’) pour des concepts innovants, • Il est impossible à l’heure actuelle de dire ce que réserve l’avenir mais les conditions semblent réunies pour un nouveau départ du nucléaire, plus en. 18/04/02 A. U. E 42