Le point sur les SMR (Small Modular Reactor) – Toujours l’avenir de l’énergie nucléaire

Rêves et peurs nucléaires

L'énergie nucléaire est un sujet controversé.

D'abord pour des raisons rationnelles, du fait de son aspect sécuritaire, la catastrophe de Tchernobyl ou de Fukushima rappelant ce qui peut arriver en cas de panne.

Deuxièmement, en raison de l'association moins rationnelle avec les armes nucléaires, ainsi que de la crainte de tout rayonnement, souvent motivé par la culture pop populaire et la science-fiction.

Il a également été considéré comme un concurrent des « véritables » énergies renouvelables comme l’éolien et le solaire, et comme une mauvaise alternative à celles-ci.

C'est néanmoins une source d'énergie très puissante, en fait, c'est la plus dense dont dispose la civilisation humaine avec 1 petite pastille d'uranium capable de remplacer des centaines de litres de pétrole, une tonne de charbon ou 17,000 XNUMX pieds cubes de gaz.

Source: Énergie.gov

Il s’agit également d’une source d’énergie à très faible teneur en carbone, ce qui amène certains militants du climat à reconsidérer leur vision du nucléaire. Cela est particulièrement vrai dans la mesure où le nucléaire est capable de fournir de l’électricité de base, quelles que soient les conditions météorologiques ou l’heure de la journée, ce que les énergies renouvelables ne peuvent faire qu’avec d’énormes parcs de batteries.

Le nouveau nucléaire

Récemment, une nouvelle génération de défenseurs et d’ingénieurs du nucléaire a émergé, prêts à critiquer le chemin emprunté jusqu’à présent par l’industrie. Leurs plaintes concernant l’énergie nucléaire telle qu’elle existe aujourd’hui sont doubles : la taille et le combustible.

Petit est beau?

Les centrales nucléaires sont généralement des projets de grande envergure. La production se chiffre en gigawatts, les investissements requis en dizaines de milliards et la durée de construction en années, voire en décennies. Cela pose quelques problèmes :

• Difficulté à trouver des fonds auprès du gouvernement, en raison du décalage considérable entre le démarrage du projet et la date de première production d'électricité.
• Cela ne convient pas aux petits pays ou aux zones isolées et nécessite, dans une certaine mesure, que l'ensemble du réseau électrique soit adapté à la centrale nucléaire.
• Quand quelque chose ne va pas, au lieu d’un incident localisé, cela peut se transformer en un désastre à l’échelle du continent.
• Chaque projet massif est une conception expérimentale personnalisée, empêchant l’industrie de développer toute sorte de standardisation dans son processus de production.

Ce dernier point est particulièrement frappant après la faillite des grandes centrales électriques centralisées au cours des dernières décennies, qui a eu pour effet de geler de fait l’industrie. Cela a même provoqué sa destruction totale (et probablement permanente) dans des pays comme l’Allemagne.

Plus une centrale électrique est grande, plus elle produit d’énergie en un seul endroit. Cela rend le refroidissement du réacteur encore plus difficile et encore plus dangereux en cas de problème.

L'attention se tourne donc désormais vers les petits réacteurs appelés SMR (Small Modular Reactors). Ils seraient produits en série, comme des navires ou des machines, et transportés par camion jusqu'au site de leur centrale électrique. La partie modulaire vient du fait qu’une centrale nucléaire basée sur SMR intégrerait 4 à 20 générateurs d’électricité « modulaires », identiques les uns aux autres.

Il existe même une tendance au développement de micro-réacteurs pour des applications de niche comme la chaleur industrielle, les bases militaires, les communautés éloignées ou même bases lunaires.

Source: AIEA

Les mauvaises conceptions et le mauvais carburant ?

Designs

Une autre discussion concerne la conception des usines elles-mêmes. Certains spécialistes affirment que les conceptions refroidies par eau sont intrinsèquement moins sûres, car elles nécessitent un flux d'eau constant, dépendant d'un système complexe de pompes et de canalisations, exactement ce qui a échoué lors de l'incident de Fukushima.

Différentes conceptions de refroidissement sont en cours de développement, avec un objectif de sécurité passive, garantissant qu'un réacteur refroidit sans aucune intervention extérieure en cas de problème.

Choix de carburant

D’autres critiquent l’accent mis sur l’uranium comme combustible. Pour des raisons de physique fondamentale, ce combustible a été préféré aux alternatives car l'énergie produite avec l'uranium crée du plutonium. Et le plutonium est un élément clé des armes nucléaires.

Dans les années 1950-1980, lorsque la majeure partie de l'industrie nucléaire est née, celle-ci était considérée comme un qualité. C’était après la guerre froide, et de nombreux pays considéraient le besoin de matières nucléaires comme une condition nécessaire à leur propre sécurité. C’est quelque chose de beaucoup moins accepté par l’opinion publique aujourd’hui, surtout avec la menace de prolifération nucléaire et de terrorisme.

En outre, l’uranium est fondamentalement un combustible plus risqué, avec davantage de risques de réactions en chaîne incontrôlées. De nombreux passionnés du nucléaire et startups militent désormais pour l’exploration des réacteurs au thorium.

Un hoquet dans l’innovation

Si vous aviez interrogé des spécialistes il y a à peine un ou deux ans, la plupart auraient répondu qu'ils pensaient que les PRM seraient l'avenir de l'industrie nucléaire.

« Avec les SMR, nous avons ouvert tout un spectre de clients. »

PDG de Rolls-Royce

Mais l'annulation récente du projet d'énergie sans carbone de Nuscale a soulevé la question de la compétitivité des SMR par rapport aux énergies renouvelables et au nucléaire conventionnel. Ou du nucléaire dans son ensemble, compte tenu des dizaines de milliards de dollars de dépassement de coûts des centrales nucléaires « traditionnelles » récemment mises en service. Finlande et Etats-Unis.

Cette croissance des coûts pourrait être préoccupante si la situation n’était pas identique pour l’ensemble de la filière énergétique, y compris les énergies renouvelables.

C’est quelque chose que nous avons étudié plus en détail dans notre article «Le krach des énergies renouvelables de 2023« . Pour résumer brièvement, les fabricants d’éoliennes et de panneaux solaires, ainsi que les constructeurs de centrales nucléaires, ont souffert d’une conjonction de problèmes :

• Les coûts croissants des matières premières comme le métal, le béton et l’énergie sont tous nécessaires aux projets industriels.
• Inflation générale, qui augmente le coût de la main-d’œuvre qualifiée.
• Les perturbations de la chaîne d’approvisionnement, dues à la pandémie, troubles dans les voies commerciales internationales, et la guerre commerciale et les sanctions de l’Occident contre la Russie et la Chine.
• Hausse des taux d’intérêt, augmentant fortement les coûts des projets à forte intensité de capital comme la production d’électricité.

Tous ces phénomènes nuisent à la capacité des producteurs d’énergie, TOUS les producteurs d’énergie, à fournir des centrales à un coût aussi bas que prévu. Mais sauf si nous prévoyons de ne plus utiliser d’énergie à partir de maintenant, c’est quelque chose qui devra être retarifé.

Dans un contexte de forte inflation et de taux d'intérêt élevés, les combustibles fossiles, les énergies renouvelables ou le nucléaire seront tous les plus coûteux. La réaction des marchés, qui privilégieraient les énergies renouvelables et les SMR pour compenser la hausse des coûts dans ce contexte, n'est donc pas vraiment rationnelle.

Juste de commencer

Les inquiétudes concernant l’annulation d’usines pilotes risquent également de passer à côté de l’essentiel. Le Carbon Free Power Project était par définition un projet pilote.

Les réductions de coûts des SMR par rapport aux autres projets nucléaires devraient provenir de deux sources :

1. Amortissement des coûts de R&D sur des dizaines et des centaines de centrales identiques.
2. Flux de travail stable de la chaîne d’assemblage, permettant une optimisation et des économies d’échelle.

Il est donc probable que tout SMR coûtera quelque peu cher pour ses 5, voire 10 premières centrales électriques. Ce n’est qu’une fois qu’il aura atteint son plein régime que les avantages économiques se manifesteront dans la conception. De la même manière, un prototype de voiture coûtera plus cher à l’unité qu’un modèle bien établi et produit en série.

C’est également un phénomène bien connu dans les industries innovantes, appelé les « Vallées de la Mort ». Entre chaque étape, il y a un pic d’enthousiasme, suivi d’un pic de pessimisme. Les investisseurs axés sur le long terme et les investissements publics permettent aux industries innovantes de traverser ces périodes négatives et favorisent le progrès à long terme.

Source: ThirdDerivative.org

Et même si la conception spécifique de Nuscale s'avère trop coûteuse, cela en dit long sur les sels fondus, le thorium, les combustibles HALEU ou les barges nucléaires (voir plus bas).

Dans l’ensemble, il semble que l’industrie ait recommencé à innover, probablement stimulée par la crise énergétique déclenchée par la guerre en Ukraine. Avec la montée des tensions au Moyen-Orient, une répétition de la crise énergétique des années 1970 n’est pas improbable et reproduirait ses effets sur l’industrie nucléaire, obligeant des pays comme la France à produire 70 % de leur électricité avec l’énergie nucléaire.

Une sélection d'innovateurs SMR

Cet article examine certaines des conceptions innovantes du SMR, une liste complète peut être trouvée sur le site Web de la World Nuclear Association.

NuScale Power Corporation (SMR)

NuScale Power Corporation (SMR -3.03%)

NuScale est un leader dans un nouveau type de conception de réacteur nucléaire appelé Petits réacteurs modulaires (SMR).

La conception principale de NuScale peut être transportée par camion et produira 77 MWe par module, avec jusqu'à 12 modules par centrale électrique finie pour près de 1 GW de puissance nominale.

Source : Nuscale

Cette conception est suffisamment petite pour être mise en œuvre sur le site d’une centrale électrique au charbon déclassée, lui permettant de réutiliser toute l’infrastructure de sécurité et de réseau déjà construite. NuScale était également le premier SMR à être certifié par la Commission américaine de réglementation nucléaire (NRC).

L'entreprise a déjà obtenu des contrats en Roumanie. L'entreprise étudie également plus de 15 autres clients potentiels engagés dans le déploiement de SMR et plus de 120 clients potentiels. En plus de ça, viens les clients industriels comme les aciéries cherchent à décarboner leurs opérations et à garantir des sources d’énergie fiables et bon marché.

Elle est cependant au centre des interrogations sur la viabilité économique des SMR, après l'annulation de son projet d'énergie sans carbone avec l'Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS) en raison de l'augmentation des coûts. Le cours de l’action de la société a fortement baissé suite à cette nouvelle, même s’il a quelque peu rebondi depuis.

General Electric (GE) / Hitachi (HTHIY)

GE Aérospatiale (GE -1.18%)

GE, en collaboration avec Hitachi, développe le Petit réacteur modulaire BWRX-300Elle capitalise sur l'expérience des deux entreprises dans le domaine de l'énergie nucléaire pour créer ce réacteur de 300 MW.

Source: GE

GE a été sélectionné pour des projets pilotes SMR au Canada par Ontario Power Generation et par SaskPower en Saskatchewan.

Aux États-Unis, elle a conclu un accord avec la Tennessee Valley Authority et est en discussion avec plusieurs autres sociétés de services publics.

À l'échelle mondiale, il a été sélectionné pour une flotte de 79 SMR en Pologne, qui seront déployés par la société Orlen d'ici 2038. Il a également été sélectionné en Estonie, en République tchèque et en Suède, et est en discussion au Royaume-Uni et dans le reste du pays. le monde pour de nouvelles ventes.

Le succès de GE/Hitachi dans la promotion du BWRX-300 est impressionnant et pourrait constituer le meilleur succès international de l'industrie SMR. Il est probable que la popularité du design ne repose pas uniquement sur son ingénierie, mais aussi sur la réputation de ses sociétés mères, leur réseau d'influence, ainsi que la certitude du soutien financier disponible, par rapport aux petites startups.

Rolls-Royce Holdings plc (RYCEY)

Rolls-Royce n'est pas seulement un constructeur de voitures de luxe, mais également un leader dans le domaine de l'aéronautique (notamment des moteurs à réaction) et des technologies d'ingénierie avancées.

L'entreprise cherche à devenir le leader britannique de la technologie SMR. Sa conception fournit 470 MW par module.

Source: Rolls Royce

Rolls Royce discute le déploiement de ses SMR aux Pays-Bas. C'est aussi en discussion en Suède et en Finlande, aussi bien que la République tchèque (y compris avec constructeur automobile Skoda), Et Pologne.

Rolls-Royce semble principalement axé sur les marchés européens et les applications industrielles, probablement un choix judicieux compte tenu de la crise énergétique que traverse actuellement le continent. Une crise qui pourrait s’aggraver avec la potentielle fermeture du canal de Suez aux importations d’énergie, dont nous avions parlé dans notre article «Problèmes d’approvisionnement en combustibles fossiles – crise imminente du transport maritime et de l’énergie ».

Westinghouse: Caméco (CCJ) et Brookfield Renewable Partners L.P. (MPE)

Brookfield Renewable Partners LP (BEP -1.01%)

Westinghouse Nuclear est un pionnier de l'énergie nucléaire aux États-Unis depuis les débuts de l'industrie. Il a récemment été acquis conjointement par la société minière d'uranium Cameco (49 %) et le géant des services publics à faibles émissions de carbone BEP (51 %), qui fait partie d'un groupe encore plus grand. Brookfield société d'investissement (BN), avec 850 milliards de dollars sous gestion.

Le réacteur de puissance à faible puissance AP300 de Westinghouse est une version réduite de ses réacteurs conventionnels AP1000. Actuellement, quatre AP4 sont en service en Chine, six autres sont en construction en Chine et deux en Géorgie, aux États-Unis (le projet Vogtle en Géorgie a également été lancé). devenir tristement célèbre pour ses retards et ses dépassements de coûts), ainsi qu'un projet de 3 à 6 réacteurs en Pologne et 6 en Inde.

Avec une capacité de puissance de 990 MW, cette conception SMR trace la frontière entre les réacteurs conventionnels et les « petits » réacteurs.

Source: Westinghouse

Comme elle n'est pas directement cotée, pour acquérir une part de Westinghouse, les investisseurs devront décider s'ils sont plus intéressés par une exposition à l'activité d'énergies renouvelables de BEP, ou à l'activité d'extraction d'uranium de Cameco.

Néanmoins, Westinghouse est un géant de l’énergie nucléaire, avec une longue histoire de référence pour l’industrie, notamment la conception à eau sous pression qui dominera l’industrie nucléaire pendant des décennies.

Puissance Terra

La société privée cotée est notoirement soutenue par Bill Gates. Alors que les grandes entreprises et Nuscale cherchent principalement à améliorer la conception conventionnelle des centrales nucléaires en modifiant leur taille et leur méthode de production, TerraPower cherche à la changer radicalement.

Sa principale innovation est un réacteur à sels fondus, que l'entreprise exploite dans un partenariat avec GE-Hitachi pour développer le réacteur Natrium, un réacteur de 345 MWe. La technologie devrait être déployée dans une centrale à charbon en retraite dans le Wyoming. Il travaille également sur le Réacteur rapide à chlorure fondu (MCFR) unique.

Les sels fondus agissent à la fois comme combustible, contenant les éléments radioactifs, et comme liquide de refroidissement. Cela pourrait le rendre intrinsèquement plus sûr, car des températures trop élevées provoquent une expansion des sels, réduisant spontanément la réaction nucléaire et conduisant à des températures plus basses.

Cela permettrait également un ravitaillement continu au lieu de devoir arrêter le réacteur tous les 18 à 24 mois. Il pourrait également accepter du combustible à base d'uranium à différents degrés d'enrichissement, ce qui le rendrait plus flexible.

Comme les neutrons ne sont pas ralentis comme dans un réacteur nucléaire classique, la réaction devrait être beaucoup plus efficace.

Source : Terrapower

Même ces innovations radicales dans une industrie très conservatrice et prudente ne suffisent pas à TerraPower. Il développe son « objectif à long terme » de Conception du réacteur à ondes progressives (TWR®), qui pourrait fonctionner avec de l'uranium non enrichi pendant des siècles et être 30 fois plus efficace que les conceptions conventionnelles.

L’industrie de l’énergie nucléaire, soucieuse de ne pas répéter les erreurs des fusions de réacteurs passées, est actuellement extrêmement sceptique quant à toute nouvelle conception radicale. Cela pourrait jouer à la fois en faveur et contre TerraPower.

D’une part, leur approche radicale et innovante pourrait créer une conception unique et beaucoup plus sûre. D’un autre côté, ils pourraient être confrontés à une bataille difficile pour convaincre les autorités de réglementation nucléaire, inquiètes, d’accepter ne serait-ce que le lancement expérimental de leurs réacteurs nucléaires.

Energie terrestre

Une autre entreprise de sel fondu est Terrestrial Energy, avec son Réacteur à sel fondu intégré.

La société prétend résoudre un problème clé dans la conception des réacteurs à sels fondus, lié à la durée de vie du modérateur en graphite. En faisant du cœur du réacteur une unité entièrement intégrée, il est facilement remplaçable, avec une durée de vie de 7 ans.

Cette conception bénéficie également des mêmes avantages que les autres réacteurs à sels fondus, comme une meilleure sécurité et un rendement plus élevé grâce à des températures plus élevées.

Moltex Énergie

Moltex est une société basée au Royaume-Uni qui développe un réacteur de combustion de déchets nucléaires, un type de réacteur également connu sous le nom de Réacteur à sel stable – Brûleur de déchets (SSR-W) à Point Lepreau au Canada.

La conception peut modifier rapidement sa production d’énergie, ce qui en fait un complément idéal aux énergies renouvelables intermittentes.

« Cette technologie nucléaire avancée offre la flexibilité des centrales électriques au gaz, mais elle produit de l’électricité à moindre coût et sans émissions de carbone. »

MoltexFLEX

Le réacteur ne comporte aucune pièce mobile et refroidit passivement, nécessitant beaucoup moins de surveillance qu'un réacteur conventionnel.

Parce que Moltex dépend des déchets nucléaires, il n’a jamais pu remplacer complètement les conceptions standard ou SMR. Cependant, il peut s’adapter à un créneau unique en parvenant à produire une énergie bon marché tout en réduisant les déchets nucléaires et en fournissant une source d’énergie à faible teneur en carbone très réactive et flexible sur demande.

Rosatom

L’entreprise nucléaire russe est un leader du secteur depuis des décennies. Ce fut l’un des premiers à développer quelque chose de similaire à un petit réacteur. Actuellement, elle ne semble pas vraiment axée sur le développement des SMR, à l’exception du nucléaire maritime.

L'idée déjà déployée est d'installer sur un navire une centrale nucléaire plus petite, similaire à celle qui alimente les sous-marins nucléaires ou les porte-avions. Cette centrale électrique flottante pourra ensuite être déployée dans les zones qui en ont besoin, dans le cas de la Russie, principalement dans les villes et les sites industriels de l'océan Arctique.

Cette conception peut également être produite en série dans des chantiers navals dédiés déjà expérimentés dans la construction de navires de guerre à propulsion nucléaire.

Source: Power Technology.com

Avec 80 % de la population mondiale vivant dans les régions côtières, ce modèle pourrait devenir populaire. Pour l'instant, le modèle économique envisagé serait celui des Rosatom possédera et exploitera la barge électrique et vendra l'électricité, y compris à l'étranger.

Il offre également une certaine flexibilité, avec la possibilité de déplacer une centrale électrique dans des zones frappées par des catastrophes comme un ouragan, ou vers des régions reculées avec peu d'infrastructures énergétiques.

merborg

Le concept de Rosatom d'une barge nucléaire / centrale électrique flottante n'est pas unique à la Russie, et compte tenu de la situation géopolitique, il est peu probable que la conception russe soit populaire dans les pays occidentaux et leurs alliés dans un avenir prévisible.

C'est là qu'intervient la société danoise Seaborg. Elle développe un réacteur compact à sels fondus qui est également une centrale électrique flottante pouvant atteindre 800 MW.

Source : Seaborg

La conception maritime des réacteurs Seaborg en fait un choix idéal pour les pays côtiers, avec des discussions engagées avec Indonésie et Norvege.

Seaborg travaille également avec le leader mondial de la construction navale Samsung Heavy Industries pour développer centrales nucléaires flottantes combinées à des centrales à hydrogène et à ammoniac.

Seaborg pourrait donc devenir partie intégrante d’une économie nucléaire de l’hydrogène et de l’ammoniac, comme décrit dans notre article «L’autre carburant hydrogène – Top 5 des stocks d’ammoniac vert ».

X-Énergie

L'innovation de X-Energy dans le domaine de l'énergie nucléaire consiste à utiliser un type de combustible différent de l'uranium enrichi conventionnel, le combustible TRISO-X.

Le carburant TRISO-X utilise de l’« uranium faiblement enrichi à haute teneur » (HALEU), permettant des périodes de fonctionnement plus longues, ce qui devrait réduire les coûts. Sa conception devrait également intégrer le système de confinement dans le carburant lui-même, augmentant ainsi considérablement son profil de sécurité.

Son réacteur Xe-100 est un réacteur refroidi par gaz à haute température (HTGR), une conception de 80 MWe considérée comme faisant partie du 4^th génération de centrales nucléaires. De tels réacteurs revendiquent un périmètre de sécurité de 400 m (contre 10 miles pour les conceptions conventionnelles).

Les conceptions X-Energy peuvent présenter des avantages techniques, mais peuvent également être vulnérables aux problèmes géopolitiques. Le combustible HALEU est principalement fourni aux États-Unis par la société russe Rosatom, et cela pourrait être menacé en raison de la guerre en Ukraine.. Le développement d'approvisionnements alternatifs en provenance de Centrus aux États-Unis ou d'Orano en France pourrait prendre de 5 à 10 ans, mettant en péril l'approvisionnement en combustible nucléaire de l'entreprise.

La société a annoncé en octobre 2023, elle a mis fin à son accord avec SPAC Ares Acquisition Corporation pour que X-Energy soit coté en bourse.

La Chine

Longtemps importatrice de technologie nucléaire de Russie et d’Occident, la Chine est rapidement devenue un innovateur de premier plan dans ce secteur.

Le pays abrite 55 centrales nucléaires en activité, 22 en construction et 70 autres en projet. Au total, elle a annoncé en 2021 son ambition de construire 150 nouvelles centrales électriques. Il a également réalisé la première production commerciale au monde pour un 4^th centrale nucléaire de production en décembre 2023.

Outre les grandes centrales électriques conventionnelles, les entreprises chinoises développent également un réacteur au thorium refroidi par air ce serait un excellent choix pour les zones arides qui manquent d’eau pour les conceptions traditionnelles à eau sous pression.

Il y a aussi le développement de une conception compacte à sel fondu de thorium pour propulser les porte-conteneurs sans aucune émission de carbone ni besoin de ravitaillement. Cela pourrait concrétiser le rêve des navires nucléaires commerciaux envisagés pour la première fois dans le programme « L’atome pour la paix » dans les années 1960, le Savannah américain. Peut-être symboliquement, le déclassement du Savannah américain a été annoncé pour janvier 2023

Savane américaine – Source : ANS

Atomique de Copenhague

La société danoise envisage de construire un réacteur à sels fondus alimenté au thorium et pouvant être installé dans des conteneurs standardisés de 40 pieds.

L'entreprise revendique la possibilité que son réacteur soit disponible commercialement pour 100,000 100 dollars ou en location tout en délivrant 560 MW de puissance thermique, avec une température de 2025°C. Le premier produit de démonstration est attendu en XNUMX.

Source : Copenhagen Atomics

D'ici 2028, l'entreprise prévoit également d'avoir construit son premier incinérateur de déchets. Ce système permettra de traiter des déchets radioactifs d'une durée de vie de 100,000 300 ans et de réduire leur durée de vie dangereuse à seulement XNUMX ans, tout en produisant de l'électricité.

En se concentrant simultanément sur toutes les innovations nucléaires les plus avancées (thorium, sels fondus, brûleur de déchets, réacteur de la taille d'un conteneur), Copenhagen Atomics est probablement l'une des startups les plus ambitieuses de l'industrie nucléaire. Ainsi, une grande partie de son succès ou de son échec futur dépendra probablement de la rapidité avec laquelle le cadre réglementaire pourra évoluer pour accueillir des conceptions nucléaires radicalement nouvelles, plus que des simples réalisations techniques de l’entreprise.