Un système autonome d’évacuation de la chaleur pour une énergie nucléaire plus sûre
Même après l’arrêt de la réaction en chaîne de leur combustible, les cœurs des réacteurs des centrales nucléaires génèrent toujours de la «chaleur de désintégration». Cette chaleur résiduelle radioactive doit être transférée vers un dissipateur thermique (par exemple, des tours de refroidissement). Les systèmes d’extraction dépendent généralement de sources d’alimentation électrique externes, de déclencheurs actifs (tels que des niveaux de température ou un mode de fonctionnement manuel) et de la disponibilité en eau. Le projet sCO2-HeRo (The supercritical CO2 Heat Removal System), financé par l’UE, s’affranchit de ces dépendances et rend le processus d’évacuation de la chaleur plus efficace, plus fiable et plus sûr. Alimenté par la chaleur de désintégration elle-même, indépendamment de sources d’alimentation externes, le sCO2-HeRo s’active automatiquement et fonctionne de manière autonome. De plus, comme le système de refroidissement très compact utilise du dioxyde de carbone supercritique (fluide) et de l’air pour le dissipateur de chaleur, il ne dépend pas de la disponibilité en eau. Mettre le système à l’épreuve L’idée innovante de sCO2-HeRo consistait à réellement exploiter la chaleur résiduelle des centrales électriques pour permettre sa propre évacuation. Les partenaires du projet se sont vu attribuer des éléments du système à construire et à tester. L’échangeur de chaleur compact, la turbomachine et l’échangeur du dissipateur de chaleur ont tous été terminés, testés et validés à l’aide d’outils de simulation numérique garantissant la qualité des composants. Un des défis auxquels l’équipe s’est attaquée consistait à trouver un moyen de démarrer le système sans batterie. Ils y sont parvenus en utilisant un réservoir sous pression qui stocke le CO2. Le relâchement de la pression fait tourner la turbomachine, qui entraîne le cycle. Pour les tests ultérieurs, les composants ont été intégrés dans un modèle de démonstration en verre, qui a obtenu des résultats positifs. De plus, afin d’étudier la capacité du système à faire face à des scénarios d’accident, le projet a commencé à appliquer le code nucléaire allemand ATHLET, qui simule le flux de chaleur et d’eau/vapeur dans une centrale nucléaire. «Ces tests ont prouvé que le système d’évacuation de la chaleur de sCO2-HeRo transférait la chaleur de désintégration à l’air ambiant, maintenant ainsi le réacteur froid et sûr. Tant que cette chaîne de refroidissement est maintenue, du cœur du réacteur à l’air via la boucle de refroidissement du système d’évacuation de la chaleur de sCO2-HeRo, la chaleur sera évacuée du cœur, ce qui permettra de gagner du temps pour d’autres mesures telles que la reconnexion au réseau ou l’acheminement des équipements à la centrale», explique le professeur Dieter Brillert, coordinateur du projet. Une confiance renforcée Alors que l’énergie nucléaire offre une filière énergétique prometteuse, susceptible de réduire considérablement les émissions de CO2, son acceptation sera déterminée en partie par la confiance du public en ce qui concerne sa sûreté. L’activation de l’évacuation de la chaleur de sCO2-HeRo, indépendante des réacteurs, contribue à bâtir une telle confiance. En outre, l’équipe est convaincue que le système prolongera la période pendant laquelle la chaleur est évacuée en toute sécurité pendant une panne de courant, sa capacité à générer de l’électricité s’avérant extrêmement précieuse. Pour faire progresser la technologie, les membres de l’équipe entreprennent actuellement un projet de suivi, sCO2-4-NPP (sélectionné pour financement par la Commission européenne), qui permettra d’améliorer les codes des systèmes thermohydrauliques. Un des points forts résidera dans l’utilisation d’un simulateur de réacteur à eau sous pression de centrale nucléaire, qui prendra la forme d’une copie à l’identique de la salle de commande d’une centrale nucléaire, avec tous les signaux en temps réel. Un modèle virtuel du sCO2-HeRo sera associé à un réacteur à eau sous pression pour évaluer l’évacuation de la chaleur. Bien que l’équipe ait jusqu’à présent appliqué le système aux réacteurs existants (génération 3), sa conception permet son intégration dans les futurs réacteurs (génération 4). «Une fois que nous aurons démontré la capacité du système à fonctionner en cas d’accident, nous collaborerons avec les autorités nationales de sûreté et les exploitants de centrales nucléaires pour sa mise en œuvre», a déclaré le professeur Brillert. «Il reste encore beaucoup de chemin à parcourir, mais notre approche itérative signifie que nous avons déjà intégré la prise en compte des retours des parties prenantes, ce qui nous fera gagner du temps par la suite.»
Mots‑clés
sCO2-HeRo, énergie nucléaire, réacteur, chaleur de désintégration, énergie, système de refroidissement, dissipateur thermique, déchets, dioxyde de carbone, accidents, turbomachine
