Les réacteurs nucléaires de 3è génération

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1 Les réacteurs nucléaires de 3è génération Bertrand Barré Conseiller scientifique auprès d AREVA Professeur Emérite INSTN Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.1

2 Le calendrier des générations nucléaires Réacteurs actuels Réacteurs avancés Systèmes du futur Premières réalisations Generation I UNGG CHOOZ Generation II REP 900 Generation III REP 1300 N4 EPR? Generation IV Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.2

3 Leçons tirées des accidents Mars 1979 : TMI (erreur de représentation) Interface homme/machine Hiérarchisation des alarmes Délai d inaction Approche par états, ISR, H&U «Lessons learned» Améliorations à la Deuxième Génération Avril 1986 : Tchernobyl (fusion de cœur) Importance de l enceinte La protéger contre corium, H2 Relâchement massif inacceptable La prévention ne suffit plus Il faut en plus limiter les conséquences D où la Troisième Génération Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.3

4 Les REP Gen III EPR (APR 1400 Corée S) APWR MHI AP 1000 W-Toshiba AES 92 Russie ATMEA Areva-MHI Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.4

5 Les REB Gen III ABWR GE-Hitachi ESBWR GE-Hitachi Kerena Areva Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.5

6 Résumé Gros REP «évolutionnaire» (1450 Mwe) APR 1400 KNG Corée du Sud Développé par KHNP dans le cadre d un accord de coopération signé en 1997 avec CE (Westinghouse) Dérivé du CE 80+, «Coréanisé» En construction en Corée, Vendu aux Emirats, décembre 2009 Attraits Piscine de stockage dans l enceinte 2 très gros GV et un gros pressuriseur 4 trains de sauvegarde (mais à 50%) avec injection directe dans la cuve Défauts Tranches jumelées Solidification du corium en cuve?? Génération 3? Une seule enceinte béton + peau d étanchéité. Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.6

7 APR 1400 KNG - Korea Circuit primaire Noyage du puits de cuve Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.7

8 Le premier APR 1400 en Corée Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.8

9 AP600 / AP1000 Simple design passive safety procurement operation and maintenance Economic AP600 lowest cost nuclear option AP1000 competitive with CCGT Safe Heavily reliant on passive, rather than active, safety systems Final Design Approval and Design Certification from US-NRC Mature Uses proven components already in operation Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.9

10 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.10

11 Schéma AP 600 Pseudo-2 Boucles, tuyauteries sans point bas Pompes primaires à rotor noyé, sur la boîte à eau des GV Confinement unique en acier, refroidi «passivement» Thermosiphons Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.11

12 AP 600/1000 Circuit Primaire Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.12

13 Passive Shutdown Core Cooling Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.13

14 AP 1000 Toshiba Westinghouse Refroidissement passif du confinement Re-solidification du coeur fondu en cuve par noyage du puits de cuve Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.14

15 Construction simplifiée : installation de modules préfabriqués en Open top Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre gros modules Modules préfabriqués et assemblés en usine Pré-tests et inspection avant transport Assemblage sur place annoncé à 36 mois

16 Haiyang 1 October 2010 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.16

17 Sanmen Septembre 2011 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.17

18 Statut Concept revu par TVO et STUK Concurrent de l EPR pour OK3 2 tranches en Chine (Tianwan) VVER 91 MSI 2006 et tranches plus modernes (VVER 92) prêtes à démarrer en Inde (Kudankulam) Système de refroidissement secondaire passif Attraits Taille adaptée aux réseaux moyens Double enceinte béton Défauts Implantation vulnérable des diesels VVER 1000 (V428) AES - Russie Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.18

19 VVER 1000 (V428) AES - Russie Circuit primaire Cendrier Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.19

20 AES 92 Spent fuel Pool in containment Nuclear Power Status & Prospect B. Barré WFEO Kuwait 2009 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.20

21 EPR Conception évolutionnaire fondée sur le retour d expérience Sûreté encore améliorée N4 Compétitif avec les concurrents fossiles KONVOI Pas de révolution pour garder la continuité Une solide base de réacteurs modernes Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.21

22 Sûreté encore améliorée En résumé Exploitation optimisée (dose au personnel et effluents divisés par 3 ou 4) Meilleure utilisation des matières (réflecteur lourd, haut burn-up) Coût du kwh compétitif pour une série (Disponibilité accrue +10%, durée de vie allongée) Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.22

23 Elimination des situations qui pourraient aboutir à des relâchements significatifs de radioactivité (fusion de cœur sous pression, explosion d hydrogène,...). n n n La sûreté renforcée de l EPR Reduction de la probabilité d endommagement du coeur par un facteur ~ 10 par rapport aux réacteurs actuellement en fonctionnement Réduction significative de la contribution des risques externes (séismes, crashes d avion et explosions) à l endommagement du coeur En cas d accidents graves, le corium ne peut pas attaquer le radier, à supposer que le corium ne soit pas retenu dans la cuve (donc, pas de relâchement significatif de radioactivité ni de contamination durable du sous-sol ni de la nappe phréatique) Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.23

24 Vue d ensemble de l ilot nucléaire Bâtiment des auxiliaires nucléaires Bâtiment combustible Division 1 Les 4 trains des systèmes de sauvegarde principaux sont installés dans 4 divisions séparées de façon à les protéger : - des agressions internes (incendie, inondation interne, ruptures de tuyauterie), - des agressions externes Division 4 Division 3 Division 2 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.24

25 Les agressions externes prises en compte Séisme Chute d avion militaire et commercial Inondation Explosion Conditions météorologiques extrêmes (température, vent, pluie, neige, sécheresse, ) Foudre et ondes électromagnétiques intenses Autres risques naturels ou industriels Perte totale de la source froide Transport de matières diverses Incendies Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.25

26 Réserves d eau Circuit primaire 4 systèmes de secours (4x400 m 3 ) Réservoir de l enceinte (1800 m 3 ) Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.26

27 Les bâtiments des Diesels Protection physique Séparation physique Redondance et diversité SBO Diesels Les Diesels de secours et leurs réservoirs sont logés dans des bâtiments en béton armé Résistants aux séismes Les portes résistent aux explosions externes et aux inondations 2 bâtiments séparés situés de chaque côté de la coque avion Impossibilité d endommager les 2 bâtiments en cas d agression externe (explosion, chute d avion, ) 2 Diesels principaux et 1 Diesel SBO par bâtiment, avec séparation interne Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.27

28 Portes des bâtiments auxiliaires et des bâtiments Diesels Portes résistant à explosions et inondations externes +0.00m +0.00m Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.28

29 Piscine située dans un bâtiment combustible robuste et dont le refroidissement est assuré Bâtiment combustible robuste En béton armé avec coque de protection contre la chute d avion Refroidissement assuré 2 systèmes de refroidissement principaux indépendants et séparés physiquement Un troisième système de refroidissement diversifié Construction du bâtiment combustible d OL3 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.29

30 Contrôle des accidents graves En cas d accident grave avec fusion du cœur et traversée de la cuve Le corium produit s étale dans la zone d étalement où il est refroidi - Passivement, par l eau du réservoir interne, puis - Activement par le système d aspersion enceinte Le système d aspersion enceinte - est alimenté par les Diesels principaux et par les Diesels SBO - est refroidi par un système dédié en plus du système de refroidissement classé Fusion cœur en pression évitée par l ouverture de vannes dédiées équipant le pressuriseur (2 X 900 t/h) Le risque d explosion Hydrogène est éliminé par une soixantaine de recombineurs passifs répartis dans l enceinte Le confinement est assuré par la double enceinte - L enceinte interne, en béton précontraint, avec peau d étanchéité métallique, peut résister à une pression interne d environ 10 bars - Les fuites résiduelles des traversées sont reprises dans l espace inter-enceinte maintenu en dépression et filtrées avant rejet Rejets en cas de fusion du cœur - Pas de besoin d évacuer les populations à court terme au delà de la proximité immédiate du site (limites de la CIPR 63) - Pas de besoin de reloger les populations à long terme (limites de la CIPR 63) - Pas de perte de la deuxième récolte (limites de consommation des aliments de la CEE) Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.30

31 Les dispositifs pour contrôler les accidents graves Zone d étalement Enceinte double avec peau d étanchéité Recombineurs passifs d hydrogène Permet le refroidissement du corium Limite les rejets de radioactivité dans l environnement Evite les explosions hydrogène Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.31

32 Olkiluoto Mars 2007 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.32

33 Le «cendrier» et le réservoir interne Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.33

34 Les avancées en matière de sûreté Les principaux systèmes de sauvegarde de l'epr Double enceinte de confinement avec ventilation et filtration Aire d'étalement du coeur fondu Recombineurs d Hydrogène Système d'évacuation de la chaleur de l'enceinte Réservoir d'eau intérieur à l'enceinte Redondance 4 trains des principaux systèmes de sauvegarde Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.34

35 Protection chute d avion Coque avion Coque avion Double paroi bâtiment combustible Double paroi bâtiments auxiliaires 2,3 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.35

36 Une protection très renforcée Coque externe En béton armé Annulus 1,8 m Enceinte de confinement en béton précontraint Peau d acier 1,86m d épaisseur Extérieur Intérieur Radier Dans l EPR, le bâtiment Réacteur, le bâtiment Combustible et 2 bâtiments de Sauvegarde résistent aux crashes, accidentels ou volontaires P16 S1 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.36

37 Olkiluoto 3 Mars 2012 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.37

38 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.38

39 Générateurs de vapeur Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.39

40 Pompes Primaires Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.40

41 Dôme de l Enceinte Secondaire Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.41

42 Piscines Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.42

43 Internes de Cuve Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.43

44 1000 KM DE CABLES Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.44

45 Simulateur de Conduite Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.45

46 Source Froide Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.46

47 Diesels de Secours Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.47

48 Cheminée Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.48

49 BK Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.49

50 Transfert BK - BR Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.50

51 Cuve Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.51

52 Flamanville 3 Novembre 2012 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.52

53 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.53

54 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.54

55 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.55

56 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.56

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61 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.61

62 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.62

63 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.63

64 Dans d autres domaines Hi Tech Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.64

65 Taishan Juin 2011 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.65

66 ATMEA AREVA-Mitsubishi Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre 2012

67 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre 2012

68 Reactor Technical Specification Main Data ( Best Estimate values) Core thermal power (MWth) Electrical output (MWe) N o of fuel assemblies Type of fuel assemblies Active length (cm) EPR (OL3) 4590 (4300) ~ x ATMEA x Rod linear heat rate (W/cm) N o of control rods Total flow rate (m 3 /h) Vessel outlet temp. ( C) Vessel inlet temp. ( C) S.G.: heat exch. Surface (m²) Steam Pressure (bar) 167 (155) (328) 295 (296) Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.68

69 1 Cuve 2 Pompes internes de recirclation 3 Mécanismes de croix 4 Vannes d isolement vapeur 7 Puits sec 11 Enceinte de confinement béton 20 Piscine combustibles usés Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.69

70 Advanced Boiling Water Reactor Diamètre interne = 7,1m Hauteur = 21,0 m Viroles de cuve forgées 872 Assemblages Puissance volumique du coeur = 50,6 kw/l Pourrait atteindre 1500 MWe 10 pompes de recirculation assurant 110% du débit caloporteur Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.70

71 ABWR Passive Severe Accident Mitigation Features Containment overpressure protection Containment Pressure vessel Core ABWR passive features which mitigate severe accidents Inerted containment Lower drywell flood capability Lower drywell special concrete and sump protection Suppression pool - fission products scrubbing and retention Containment overpressure protection Fusible Valve Sump cover Basaltic concrete High degree of public protection Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.71

72 Overview REB de taille moyenne ( Mwe) avec des systèmes passifs Fondé sur les REB allemands (Gundremingen B&C) KERENA Caractéristiques-clés Tranche unique Double enceinte (béton armé avec peau d étanchéité, béton armé) résistante aux crashes Moins de systèmes et de composants que les REB Gen 2 Empreinte au sol réduite Les systèmes de sauvegarde sont passifs (pas besoin d alimentation électrique ni d action des opérateurs) Rétention du corium en cuve justifié (puissance, cuve de grand diamètre, baffle) Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.72

73 Les réactions internationales à Fukushima-Daiichi Décident d arrêter les centrales : Allemagne Décident d arrêter les projets : Japon, Italie, Taiwan, Suisse? Décident de continuer le nucléaire : Etats-Unis, Russie, Chine, Inde, Royaume Uni, Finlande, Pologne, République Tchèque, Slovaquie, Hongrie, Brésil, Afrique du Sud, Corée du Sud, Argentine Tous : Evaluations Complémentaires de Sûreté Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.73

74 Le Processus en UE en 2012 Peer reviews were launched in Jan. 2012, they include representatives of other countries, plus the European Commission. Peer reviews aim at evaluating the country reports These reviews support the EC at getting input for further improvements and harmonizing safety level within EU Their conclusions form the basis of the EC consolidated report presented to the European Council in June 2012 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.74

75 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.75

76 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.76

77 A l issue des évaluations complémentaires de sûreté des installations nucléaires prioritaires, l ASN considère que les installations examinées présentent un niveau de sûreté suffisant pour qu elle ne demande l arrêt immédiat d aucune d entre elles. Dans le même temps, l ASN considère que la poursuite de leur exploitation nécessite d augmenter dans les meilleurs délais, au-delà des marges de sûreté dont elles disposent déjà, leur robustesse face à des situations extrêmes. Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.77

78 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.78

79 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.79

80 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.80

81 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.81

82 Octobre 2012 :La Chine annonce que ses nouveaux réacteurs seront tous de «Génération 3» Taishan 1&2 EPR Sanmen AP1000 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.82

83 UK : OK pour l EPR! Après une étude de 4 ans, retardée pour prendre en compte les premières leçons de Fukushima, l Office for Nuclear Regulation ONR et l Environment Agency vont émettre une certification de la conception de l EPR. Ces certifications étaient le dernier obstacle réglementaire à franchir après l autorisation récente du site EDF Energy de Hinkley Point, qui devrait accueillir 2 EPR, L EPR est ainsi certifié dans 4 pays : Finlande, France, Chine et Royaume Uni. AREVA a déjà signé des protocoles d accord avec 25 entreprises basées en Grande Bretagne pour la fourniture de composants et services Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.83

84 Production mondiale d électricité nucléaire (TWh) AIEA TWh/an Fukushima Prévisions pour 2030 High Low Réel Année de la prévision Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.84

85 Amélioration du soutien net par pays depuis Fukushima Avril 2011 Septembre 2012 USA China Saudi Arabia France India Great Britain Italy South Korea Turkey Australia Indonesia Mexico Global figure Hungary Belgium Canada Brazil Germany Sweden Russia South Africa Argentina Spain Poland Japan De 38/62 à 45/ Robert Knight, Ipsos MORI Base: adultes de18 à 64 ans (US and Canada), ou16-64 ans (autres pays), dans 24 pays Septembre 2012

86 Dans «L Express» du 12 décembre 2012 «la vraie question est de savoir ce que l on veut comme énergies : si l on ne veut pas de nucléaire et de carbone, que reste-t-il? Bien sûr, les nouvelles énergies. Mais cela est-il suffisant? Non!» Interview de Christophe de Margerie, PDG de TOTAL Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.86

87 AP 1000 vs AP 600 Résumé Réacteur «à sûreté passive» de 1200 MWe Extrapolé de l AP 600, Selon Bechtel l AP1000 ne coûterait que 12% de plus que l AP 600 en investissement sec, Produit vedette de Toshiba-Westinghouse Conforme aux URD Modifications par rapport à AP 600: Abandon du coeur à basse puissance volumique Plus d assemblages plus hauts GV et Pressuriseur plus gros, cuve plus haute Enveloppe de cœur soudée (pas de réflecteur lourd) Enceinte d acier : même diamètre mais plus haute Renforcement anti-agressions Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.87

88 3 & 4 autorisés 15 juin 2012 Poursuite Ohma Octobre 2012 TMI 2 Tchernobyl Fukushima B. Barré Décembre p.88 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.88

89 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.89

90 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.90

91 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.91

92 Réacteurs G3 Visiatome B.Barré, - 13 décembre p.92

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