Energie nucl

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Energie nucléaire vers des réacteurs de
génération IV
Association Universitaire pour lEnvironnement

• Ernest H. MUND
• Directeur de recherches du FNRS
• ULB - UCL

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Plan

• Introduction
• Energie nucléaire et développement durable
• Les réacteurs Generation III (2000--2020)
• Linitiative Generation IV
• Conclusion

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World Consumption of Primary Energy
1850-2000-2100 (Gtoe) WEC98
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Source J. Laherrère
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Quelles stratégies à long terme ?

• Economies dénergie,
• potentiel limité sauf économies forcées
  impliquant un
• changement de société. Lopinion 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 lopinion
  publique ?

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Generation I
Generation II
Generation III
Generation IV
(source USDOE)
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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
  délectricité,
• 3 groupes de pays
• Corée, Japon, France, Russie,
• USA
• Allemagne, Belgique, Pays-Bas, Suède, Suisse,
  ...

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Nucléaire et développement durable les atouts

• Préservation des ressources fossiles,
• Réserves (U-Th) bien réparties et abondantes,
• Pas dautres usages pour U- Th,
• Pas de rejets de gaz à effet de serre,
• Volume minime de déchets,
• Coût U faible du coût du kWh,
• stabilité du prix de l électricité

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Responsabilité des centrales électriques en
matière démission C02-eq Life Cycle (source
EI, KUL)
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Nucléaire et développement durable les risques

• Le risque daccident 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 na pas
• de solution technique.
• Le problème est de nature éthique.

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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)
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Les déchets radioactifs en Belgique (source
Rapport AMPERE)
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Concept de Stockage dans largile de Boom
(SAFIR-2)
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Stockage dans largile de Boom - Galerie de
dépot
Source SAFIR-2
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Evolution du débit de dose lié aux déchets
vitrifiés enfouis dans largile de Boom
(SAFIR-2)
Valeur max. 10 ?Sv/an dans 100.000 ans
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Lénergie nucléaire aux USA

• Absence de commande de centrale depuis 1979,
• Difficulté dobtention du permis
  dexploitation (10CFR50),
• 10 à 15 ans,
• Mauvaise rentabilité des investissements,
• Consolidation des producteurs délectricité
  (utilities),
• Amélioration régulière des indices de qualité
  de lexploitation
• 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)
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USA Nombre de centrales en fonctionnement
(1973-2000)
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USA production délectricité nucléaire
(1973-2000)
Generation II
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• 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)

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Le plan stratégique du NPOC (1990-2000)
Ce plan propose
EPR, AP600, S80, GT-MHR, ...

• Une modification de la législation relative au
  licensing,
• Loctroi par la NRC de certificat de
  conception standard.
• La possibilité pour les utilities dobtenir 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 (10CFR52), 1996
Octroi du premier Certificate of Design pour
lABWR de GE
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Caractéristiques de Generation III (URD)

• Temps de construction 4 ans,
• Utilisation de combustible UO2 et MOX,
• Taux dépuisement gt 60 GWj/t,
• Facteur de charge gt 0,9 ,
• Cycles de maintenance et recharg. 24 mois,
• Probabilité (cumulée) de fusion du coeur lt
  10-5 /réact. an,
• Probabilité (cumulée) de relâch. important lt
  10-6 /réact. an,
• Dose collective au personnel lt 0,8 homme.Sv /an

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Concepts de réacteurs de Generation III

• ABWR GE BWR 1350MWe (c)
• SWR 1000 FramatomeANP BWR 1013MWe
• ESBWR GE BWR 1380MWe
• AP600 Westinghouse PWR 610MWe (c)
• AP1000 Westinghouse PWR 1090MWe
• APWR Mitsubishi PWR 1538MWe
• EPR FramatomeANP PWR 1500MWe
• S80 ABB PWR 1345MWe (c)
• PBMR ESKOM HTR 120MWe
• GT-MHR General Atomics HTR 300MWe

en construction ou fonctionnement (c)
certifié par la NRC
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Le réacteur AP600 (PWR, sûreté passive)
Le projet GT-MHR (HTR, cycle de Brayton )
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Les concepts AP600 et GT-MHR
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Comparaison des risques entre lAP600 et les
réacteurs actuels. (Source BNFL)
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Compositions initiales et finales de combustibles
pour le GT-MHR (Source G. Fioni et al. ICENES
2000)
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Evolution du keff au cours du temps pour le
GT-MHR (Source G. Fioni et al. ICENES 2000)
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Le projet de réacteur PBMR (Eskom)
29
Réacteur PBMR et cycle de Brayton
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Le combustible TRISO
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HTGR - Excursion de température en cas de perte
de réfrigérant (source GA)
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Linitiative 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)
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• 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 létude 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 lIAEA et NEA-OECD

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But de Generation IV
Déploiement au-delà de 2030 dune 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. léconomie,
(Economy)
03/01 adoption par le GIF des objectifs de
G-IV
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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

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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

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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

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Etapes suivantes
10/02 adoption dun Roadmap pour
lidentification 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
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• 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, ...

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Le concept IRIS (International Reactor
Innovative and Secure) de Westinghouse
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Application importante pour les réacteurs HT (à
haut rendement) la production dhydrogène
(HTTR-JAERI)
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Conclusion

• Il y a un regain dintérêt (comparable à celui
  des
• années 60) pour des concepts innovants,
• Il est impossible à lheure actuelle de dire ce
  que
• réserve lavenir mais les conditions semblent
  
• réunies pour un nouveau départ du nucléaire,
  plus
• en.