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L’un des sujets de ma récente discussion avec Bent Flyvbjerg (Linkedin, Twitter), probablement le principal universitaire mondial dans les échecs et les succès de mégaprojets, quelqu’un qui a consulté plus de 100 projets coûtant plus d’un milliard de dollars, était l’optimisation de la modularité dans la mise à l’échelle. Le point de discussion portait sur les petits réacteurs nucléaires modulaires par rapport à l’énergie éolienne et solaire.
Le graphique ci-dessous est tiré du prochain livre de Flyvbjerg, co-écrit avec Dan Gardner, Comment les grandes choses se font : les facteurs surprenants qui déterminent le sort de chaque projet, des rénovations domiciliaires à l’exploration spatiale et tout le reste (fortement recommandé pour les développeurs d’énergie, les investisseurs institutionnels et les décideurs politiques). Il est assemblé à partir des 16 000 projets que Flyvbjerg et son équipe ont rassemblés dans leur ensemble de données de mégaprojets. La ligne verticale noire est la ligne de démarcation entre les projets qui sont généralement livrés dans les délais et le budget et ceux qui ne le sont généralement pas, les extrêmes indiquant quels projets sont les meilleurs (construction solaire et éolienne) et les pires (tout ce qui concerne le nucléaire et les Jeux olympiques) .
Image des catégories de projets qui répondent aux attentes en matière de temps, de budget et d’avantages par rapport à celles qui ne le font pas, de Comment de grandes choses sont faites de Bent Flyvbjerg et Dan Gardner
C’est bien sûr le problème que tentent de résoudre les petits réacteurs modulaires (SMRS) : les projets nucléaires dépassent le budget et le calendrier, en particulier ces dernières décennies dans l’Ouest.
Comme je l’ai dit à Flyvbjerg, il existe des conditions dans lesquelles les programmes de production nucléaire à l’échelle du GW peuvent obtenir des résultats raisonnables, mais ils sont difficiles à atteindre. Ces conditions sont qu’une juridiction majeure doit s’engager dans la production nucléaire en tant que stratégie nationale, généralement alignée sur les armes nucléaires. Le pays doit s’engager dans des dizaines de réacteurs. Ils doivent les construire en 30 ans ou moins. Ils doivent utiliser la même technologie dans chaque réacteur sans ingénierie ni innovation sur mesure.
Le concours de circonstances a brièvement existé aux États-Unis, en France et en Corée du Sud avant de tomber en poussière. Ils évitent les risques à queue grasse associés à «l’innovation» de la production nucléaire, évitent l’ingénierie sur mesure, permettent une gestion budgétaire facile à partir de caisses noires et autres, outrepassant les préoccupations locales et les écarts réglementaires au niveau national, partageant les apprentissages d’un site à l’autre, et la création de maîtres constructeurs et d’équipes de construction très qualifiés, certifiés et disposant d’une habilitation de sécurité, qui savent comment construire les réacteurs rapidement. Il est possible de construire du nucléaire raisonnablement rapidement et à un coût raisonnable, c’est juste extraordinairement improbable. Les données du projet nucléaire de Flyvbjerg, qui incluent des déploiements aux États-Unis, en France et en Corée du Sud, montrent qu’il est encore beaucoup plus difficile d’obtenir de bons résultats que de simplement construire de l’éolien et du solaire.
L’industrie s’est essayée à la standardisation lors de la « renaissance nucléaire des années 2000 », avec la gamme AP1000. Il était censé faire la plupart de ce que les petits réacteurs modulaires sont censés faire. Il était censé être standardisé, avoir des composants manufacturables qui pourraient être expédiés sur les sites et assemblés, et être passivement sûr. Des exemples de projets avec l’AP1000 incluent les usines de Summers et de Vogtle, qui ont toutes deux largement dépassé le budget et le calendrier, dont l’une a été purement et simplement tuée et l’autre boitille vers une connexion potentielle au réseau dans les deux prochaines années. L’échec de l’AP1000 a été l’un des facteurs contributifs qui ont conduit à la faillite de Toshiba Westinghouse et à son achat ultérieur par Brookfield pour les revenus de démantèlement.
À l’époque, il n’était pas clair pour les très nombreux analystes de l’énergie qui ne comprenaient pas la modularité, la parallélisation, la fabricabilité et les chaînes d’approvisionnement mondiales que les prix de l’éolien et du solaire plongeraient. Et il n’était pas clair pour plus de gens qu’ils n’auraient pas d’impact sur la fiabilité du réseau. Eh bien, les données à ce sujet sont disponibles. Les coûts de l’énergie éolienne et solaire ont chuté et les réseaux avec une pénétration plus élevée des énergies renouvelables sont en fait plus fiables que les réseaux lourds au charbon, au gaz ou au nucléaire en utilisant les mesures standard de l’industrie pour les pannes par client et par an. L’Allemagne et le Danemark, par exemple, voient la moitié ou plus de leur production électrique annuelle à partir d’énergies renouvelables et ont des pannes d’environ 13 minutes par client et par an, contre plus d’une heure pour la France voisine à dominante nucléaire, deux heures pour les États-Unis et le Canada. , et quatre heures pour la Pologne riche en charbon.
Ce n’est pas parce que les énergies renouvelables sont magiques, d’ailleurs, c’est simplement que les stratèges et les gestionnaires de réseau avant-gardistes ont tendance à favoriser les énergies renouvelables et à construire des réseaux et des marchés fiables qui les font bien fonctionner. Oh, et les tarifs de gros de l’électricité en Allemagne sont parmi les plus bas d’Europe, alors ne pensez pas que cela coûte très cher.
Les petits réacteurs modulaires sont le prochain grand espoir de l’industrie nucléaire, car aucun gouvernement ne peut plus obtenir le mandat de construire des dizaines de réacteurs à l’échelle GW. Ils ne cessent d’examiner des exemples tels que Hinkley, Flamanville et d’autres sites EPR, les impacts de près d’un billion de dollars sur l’économie japonaise dus à Fukushima, ainsi que les prix et les durées croissants du démantèlement nucléaire, puis examinent la fiabilité et la fiabilité éprouvées de l’éolien et du solaire. des prix bas et des difficultés, même dans les pays les plus engagés dans le nucléaire, à obtenir un soutien politique suffisant pour ce qui fonctionne. Et donc, le réacteur occasionnel qui est allumé en vert est inévitablement un projet raté et troublé, entraînant un coût de gros très élevé de l’électricité.
La promesse des SMR est qu’ils seront standardisés, des réacteurs plus petits pouvant être fabriqués dans des emplacements centraux, expédiés sur des sites et assemblés sur place. Pas d’ingénierie sur mesure. Cela a un certain mérite, mais comme indiqué, c’était aussi la promesse de l’AP1000. La seule idée réellement différente est qu’ils seront beaucoup plus petits par réacteur que l’AP1000, de 50 à 300 MW au lieu de 1000 MW.
Je suis au courant de mon opinion sur les SMR, et mon évaluation a attiré une attention mondiale surprenante. L’article original dans Clean Technica a été mis à jour dans Illuminem, publié dans une revue à comité de lecture (facteur mineur et à faible impact), inclus dans une série de manuels d’ingénierie des technologies propres allemandes, et a été à la base d’un débat pour quelques centaines d’investisseurs institutionnels mondiaux avec un SMR avocate et analyste, Kirsty Gogan Alexander. Qu’ai-je conclu sur les SMR ?
« Les petits réacteurs modulaires ne réaliseront pas d’économies d’échelle de fabrication, ne seront pas plus rapides à construire, renonceront à l’efficacité de la mise à l’échelle verticale, ne seront pas moins chers, ne conviennent pas aux sites de charbon éloignés ou désaffectés, font toujours face à des coûts de sécurité très importants , seront toujours coûteux et lents à mettre hors service, et nécessiteront toujours des plafonds d’assurance responsabilité. Ils ne résolvent aucun des problèmes qu’ils prétendent tout en choisissant intentionnellement d’être moins efficaces qu’ils ne pourraient l’être. Ils existent depuis les années 1950 et ils ne sont pas meilleurs maintenant qu’ils ne l’étaient alors.
La partie que je taquinais avec Flyvbjerg dans la discussion cette semaine était qu’ils « renoncent à l’efficacité de la mise à l’échelle verticale ». Qu’est-ce que cela signifie?
Eh bien, la production thermique comme le charbon ou le nucléaire aime les grosses chaudières. C’est l’inverse du stockage de l’hydrogène liquide devant être le plus proche des billes et le plus gros possible, l’efficacité thermique est meilleure dans les gros globes car elle minimise la surface tout en maximisant le volume. Envie d’efficacité thermique ? Augmenter.
L’industrie nucléaire l’a appris dans les années 1950 et 1960 lorsque les États-Unis ont transplanté des réacteurs à eau sous pression (REP) de sous-marins et de porte-avions à propulsion nucléaire pour en faire des installations de production d’électricité commerciales. L’économie des sous-marins et des transporteurs est très différente de l’économie de la production d’électricité, et l’énergie très chère qui présentait de nombreux avantages que les militaires appréciaient était tout simplement beaucoup trop chère. Ils les ont donc mis à l’échelle à partir des années 1960 jusqu’à ce qu’ils oscillent autour d’un GW dans les années 1970 et 1980, ce qui est principalement la norme mondiale. L’Inde était d’ailleurs un peu en retard sur cette courbe, car elle construisait 300 MW de Candus jusqu’en 2000 environ, mais ses nouvelles centrales sont également à l’échelle du GW.
La physique de l’efficacité thermique est donc importante. Il en va de même pour la modularité et la fabricabilité. Il y a une courbe d’optimisation là-dedans que les entreprises SMR essaient de comprendre, certaines devenant minuscules, et d’autres comme Terrapower de Gate concevant soudainement des centrales à l’échelle GW, ce qui signifie que ce n’est pas du tout un SMR.
Comme je l’ai dit à Flyvbjerg, l’exemple des éoliennes et des panneaux solaires est très instructif à cet égard. Ils sont tous deux bien adaptés aux exigences de la physique.
En commençant par l’énergie éolienne, les éoliennes sont devenues de plus en plus grosses, beaucoup plus grosses, au fil du temps. Le projet Innwind a passé beaucoup de temps et beaucoup de cerveaux à voir comment ils pourraient surmonter les difficultés d’ingénierie pour faire évoluer les éoliennes à 2o MW chacune. À l’heure actuelle, les turbines terrestres sont beaucoup plus petites que cela, avec une capacité nominale d’environ 2,6 MW, non pas parce que c’est la meilleure taille pour la production, mais parce que nous ne pouvons pas transporter les mâts, les nacelles et les pales des plus grosses turbines vers les sites. La limitation à terre est purement logistique du transport.
Au large, la plupart de ces limites sont supprimées car ils peuvent fabriquer les turbines au bord de l’océan, les mettre sur des navires massifs et les faire naviguer directement vers l’emplacement du parc éolien sans se soucier de petites choses comme des ponts ou des angles vifs le long de la route.
En conséquence, dans les deux cas, les éoliennes ont été mises à l’échelle jusqu’à la taille maximale qu’elles peuvent être en raison de contraintes logistiques ou techniques. Des pales plus longues, plus éloignées du sol sont optimisées pour la physique et l’économie de la forme de génération. Et comme discuté avec Flyvbjerg, parce que des centaines ou des milliers d’éoliennes identiques sont installées avec quatre composants principaux assemblés sur place, une automatisation massive est effectuée pour accélérer le processus.
Les panneaux solaires fonctionnent différemment d’un point de vue physique. Le panneau solaire est en fait constitué d’un ensemble de cellules. Ces cellules sont en fait plus efficaces lorsqu’elles sont plus petites en raison de la physique, mais elles sont assemblées en usine en panneaux plus grands qui sont convenablement dimensionnés pour être placés dans des conteneurs d’expédition et être manipulés par un ou deux ouvriers non qualifiés.
Ces deux exemples sont instructifs. La production éolienne s’est heurtée à des contraintes d’ingénierie et de logistique, contrairement au solaire. Entre autres choses, les panneaux solaires ont eu une longueur d’avance grâce à la conteneurisation massive qui s’est propagée par le transport maritime et terrestre depuis les années 1950, tandis que des véhicules marins et terrestres personnalisés doivent être construits pour les éoliennes.
Mais dans les deux cas, l’éolien et le solaire peuvent être fabriqués à des échelles très efficaces pour la physique de la forme de génération. Les éoliennes de 2,6 MW fonctionnent déjà à 95 % de la loi de Betz. Les panneaux solaires sont des produits tellement bon marché qu’ils n’ont pas besoin d’être plus efficaces qu’ils ne le sont, bien que beaucoup d’argent soit dépensé pour essayer d’en tirer un peu plus, car lorsque vous livrez des milliards de quelque chose, un gain d’efficacité de 1 % se transforme en beaucoup d’électricité.
Les SMR reviennent intentionnellement aux plus petites échelles des années 1950 et 1960, des échelles qui ont été essayées et abandonnées parce qu’elles n’étaient pas économiques à cette échelle même avec des réacteurs standardisés de sous-marins et de transporteurs, sans aucune réglementation de sécurité à proprement parler, sans Fukushima ou Tchernobyl dans le rétroviseur, et avec une stratégie nationale axée sur l’énergie nucléaire, alignée sur le programme d’armes nucléaires des États-Unis.
Et notez que les SMR ne font rien pour le pire cas absolu de projets dans l’ensemble de données de Flyvbjerg – les installations de stockage de déchets nucléaires.
La communauté SMR ou n’importe quelle entreprise pourra-t-elle trouver un point optimisé sur la courbe physique vs modularité ? Je ne pense pas. Pendant ce temps, l’éolien et le solaire ont très peu de risques à queue grasse dans la construction, sont fabriqués dans le monde par centaines de milliers ou dizaines de millions chaque année, ont des chaînes d’approvisionnement mondiales entières, ont des maîtres constructeurs et des travailleurs qualifiés, sont très bon marché et sont complètement fiables sur réseaux bien gérés à des pénétrations massives. Je ne pense pas que l’industrie nucléaire puisse espérer rattraper son retard.
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