Pourquoi les « piles nucléaires » offrent une nouvelle approche de l’énergie sans carbone

Pourquoi les « piles nucléaires » offrent une nouvelle approche de l'énergie sans carbone

Ce rendu en coupe du concept de batterie nucléaire du MIT montre des composants importants tels que le module de contrôle-commande, le réacteur et le module de puissance. Crédit : Massachusetts Institute of Technology

Nous sommes peut-être au bord d’un nouveau paradigme pour l’énergie nucléaire, a récemment suggéré un groupe de spécialistes du nucléaire dans The Bridge, le journal de la National Academy of Engineering. Tout comme les grands ordinateurs coûteux et centralisés ont cédé la place aux PC largement distribués d’aujourd’hui, une nouvelle génération de réacteurs fabriqués en usine relativement petits et peu coûteux, conçus pour un fonctionnement plug-and-play autonome similaire à celui d’une batterie surdimensionnée, est à l’horizon, disent-ils.

Ces systèmes proposés pourraient fournir de la chaleur pour les processus industriels ou de l’électricité pour une base militaire ou un quartier, fonctionner sans surveillance pendant cinq à 10 ans, puis être ramenés par camion à l’usine pour être remis à neuf. Les auteurs : Jacopo Buongiorno, professeur TEPCO de science et d’ingénierie nucléaires au MIT ; Robert Frida, fondateur de GenH ; Steven Aumeier du Laboratoire national de l’Idaho ; et Kevin Chilton, commandant à la retraite du Commandement stratégique américain, ont surnommé ces petites centrales électriques « piles nucléaires ». En raison de leur simplicité de fonctionnement, ils pourraient jouer un rôle important dans la décarbonisation des systèmes électriques mondiaux pour éviter un changement climatique catastrophique, selon les chercheurs. MIT News a demandé à Buongiorno de décrire la proposition de son groupe.

Q : L’idée de réacteurs nucléaires plus petits et modulaires est débattue depuis plusieurs années. En quoi cette proposition de batteries nucléaires est-elle différente ?

R : Les unités que nous décrivons poussent ce concept de fabrication en usine et de modularité à l’extrême. Des propositions antérieures portaient sur des réacteurs d’une puissance électrique comprise entre 100 et 300 mégawatts, soit un facteur 10 plus petit que les grosses bêtes traditionnelles, les gros réacteurs nucléaires à l’échelle du gigawatt. Ceux-ci pourraient être assemblés à partir de composants fabriqués en usine, mais ils nécessitent encore un certain assemblage sur le site et beaucoup de travail de préparation du site. Donc, c’est une amélioration par rapport aux plantes traditionnelles, mais ce n’est pas une énorme amélioration.

Ce concept de batterie nucléaire est vraiment différent en raison de l’échelle physique de ces machines, environ 10 mégawatts. Elle est si petite que l’ensemble de la centrale est en fait construit dans une usine et tient dans un conteneur standard. L’idée est d’installer l’ensemble de la centrale, qui comprend un microréacteur et une turbine qui convertit la chaleur en électricité, dans le conteneur.

Cela offre plusieurs avantages d’un point de vue économique. Vous découplez totalement vos projets et votre technologie du chantier, qui a été la source de tous les retards de calendrier et dépassements de coûts possibles pour les projets nucléaires au cours des 20 dernières années.

De cette façon, il devient une sorte d’énergie à la demande. Si le client veut du chauffage ou de l’électricité, il peut l’obtenir en quelques mois, voire quelques semaines, et ensuite c’est plug and play. Cette machine arrive sur le site, et quelques jours plus tard, vous commencez à faire le plein d’énergie. Donc, c’est un produit, ce n’est pas un projet. C’est comme ça que j’aime le caractériser.

Q : Vous parlez d’avoir potentiellement de telles unités largement distribuées, y compris même dans les zones résidentielles pour alimenter des quartiers entiers. Dans quelle mesure les gens peuvent-ils avoir confiance en la sécurité de ces centrales ?

R : Il est exceptionnellement robuste, c’est l’un des arguments de vente. Tout d’abord, le fait qu’il soit petit est bon pour diverses raisons. D’une part, la quantité globale de chaleur générée est proportionnelle à la puissance, qui est faible. Mais surtout, il a un rapport surface/volume élevé car, encore une fois, il est petit, ce qui le rend beaucoup plus facile à garder au frais en toutes circonstances. Il est refroidi passivement, à un point où personne n’a à faire quoi que ce soit. Vous n’avez même pas besoin d’ouvrir une vanne ou quoi que ce soit. Le système prend soin de lui-même.

Il est également doté d’une structure de confinement très robuste qui l’entoure pour le protéger contre tout dégagement de rayonnement. Au lieu du grand dôme en béton traditionnel, il existe des coques en acier qui encapsulent essentiellement l’ensemble du système. Et en ce qui concerne la sécurité, sur la plupart des sites, nous prévoyons qu’ils seraient situés sous le niveau du sol. Cela offre une certaine protection et une sécurité physique contre les attaquants externes.

Quant aux autres problèmes de sécurité, vous savez, si vous pensez aux fameux accidents nucléaires, Three Mile Island, Tchernobyl, Fukushima, ces trois problèmes sont médiés par la conception de ces batteries nucléaires. Parce qu’ils sont si petits, il est fondamentalement impossible d’obtenir ce type de résultat à partir d’une séquence d’événements.

Q : Comment savons-nous que ces nouveaux types de réacteurs fonctionneront et que faudrait-il pour que ces unités deviennent largement disponibles ?

R : La NASA et le Laboratoire national de Los Alamos ont réalisé un projet de démonstration similaire, qu’ils ont appelé un microréacteur, pour des applications spatiales. Il ne leur a fallu que trois ans, du début de la conception à la fabrication et aux tests. Et cela leur a coûté 20 millions de dollars. C’était des ordres de grandeur plus petits que les grandes centrales nucléaires traditionnelles qui coûtent facilement plus d’un milliard et prennent une décennie ou plus à construire.

Il existe également différentes entreprises qui développent actuellement leurs propres conceptions, et chacune est un peu différente. Westinghouse travaille déjà sur une version de ces batteries nucléaires (bien qu’ils n’utilisent pas ce terme), et ils prévoient d’exploiter une unité de démonstration dans deux ans.

La prochaine étape consistera à construire une usine pilote dans l’un des laboratoires nationaux qui dispose d’un équipement complet pour tester les systèmes de réacteurs nucléaires, comme l’Idaho National Laboratory. Ils ont un certain nombre d’installations qui sont en cours de modification pour accueillir ces microréacteurs, et ils ont des niveaux de sécurité supplémentaires. Parce qu’il s’agit d’un projet de démonstration, vous voulez vous assurer que si quelque chose arrive que vous n’aviez pas prévu, que vous n’ayez aucun rejet dans l’environnement.

Ensuite, la centrale pourrait passer par un programme accéléré de tests, la soumettant à des conditions plus extrêmes que celles rencontrées en fonctionnement normal. Vous en abusez essentiellement et montrez par des tests directs qu’il peut supporter toutes ces charges ou situations externes sans dépasser les limites de défaillance. Et une fois que cela aura été prouvé dans des conditions rigoureuses, des installations commerciales à grande échelle pourraient commencer assez rapidement.

Ces batteries nucléaires sont idéales pour créer une résilience dans des secteurs très différents de l’économie, en fournissant une source d’énergie stable et fiable pour soutenir la dépendance croissante envers les sources d’énergie renouvelables intermittentes telles que l’énergie solaire et éolienne. Et, ces systèmes hautement distribués peuvent également aider à atténuer les pressions sur le réseau en étant situés juste là où leur sortie est nécessaire. Cela peut fournir une plus grande résilience contre toute perturbation du réseau et éliminer pratiquement le problème des pertes de transmission. Si ceux-ci deviennent aussi répandus que nous l’envisageons, ils pourraient apporter une contribution significative à la réduction des émissions de gaz à effet de serre dans le monde.


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Plus d’information:
Une stratégie pour libérer le potentiel de l’énergie nucléaire pour un nouveau paradigme énergétique et industriel mondial résilient. www.nae.edu/255810/A-Strategy- … yIndustrial-Paradigm

Fourni par le Massachusetts Institute of Technology

Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l’actualité de la recherche, de l’innovation et de l’enseignement du MIT.

Citation: Pourquoi les « batteries nucléaires » offrent une nouvelle approche de l’énergie sans carbone (2021, 25 juin) récupéré le 25 juin 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-06-nuclear-batteries-approach-carbon-free- énergie.html

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