Énergie nucléaire et sécurisation de la transition énergétique : des défis d’aujourd’hui aux systèmes d’énergie propre de demain

 Ou le scenario Net Zero Emission de l’AIE

https://www.iea.org/reports/nuclear-power-and-secure-energy-transitions/executive-summary

I) le constat : Une nouvelle aube pour l’énergie nucléaire ?

L’énergie nucléaire peut aider à rendre le secteur de l’énergie plus rapide et plus sûr pour s’éloigner des combustibles fossiles sans relâche. Dans le contexte de la crise énergétique mondiale actuelle, la réduction de la dépendance à l’égard des combustibles fossiles importés est devenue la priorité absolue en matière de sécurité énergétique. La crise climatique n’est pas moins importante : atteindre zéro émission nette de gaz à effet de serre d’ici le milieu du siècle nécessite une décarbonisation rapide et complète de la production d’électricité et de chaleur.

L’énergie nucléaire, avec sa capacité de 413 gigawatts (GW) dans 32 pays, contribue à ces deux objectifs en évitant 1,5 gigatonne (Gt) d’émissions mondiales et 180 milliards de mètres cubes (bcm) de demande mondiale de gaz par an.

Alors que l’éolien et le solaire photovoltaïque sont souvent cités en priorité pour remplacer les combustibles fossiles, ils doivent être complétés par des ressources pilotables. En tant que deuxième source d’énergie à faibles émissions après l’hydroélectricité, avec son caractère pilotable et son potentiel de croissance, le nucléaire – dans les pays où il est accepté – peut aider à assurer des systèmes électriques sûrs et diversifiés à faibles émission.

Les économies avancées ont perdu leur leadership sur le marché nucléaire

Bien que les économies avancées détiennent près de 70 % de la capacité nucléaire mondiale, les investissements sont au point mort et les derniers projets dépassent largement le budget et ont pris beaucoup de retard. En conséquence, les pipelines de projets et les conceptions préférées ont changé.

Sur les 31 réacteurs dont la construction a commencé depuis le début de 2017, tous sauf 4 sont de conception russe ou chinoise.

Atteindre la neutralité carbone à l’échelle mondiale sera plus difficile sans nucléaire

La prolongation de la durée de vie des centrales nucléaires est un élément indispensable d’une trajectoire rentable vers la neutralité carbone d’ici 2050. Environ 260 GW, soit 63 %, des centrales nucléaires d’aujourd’hui ont plus de 30 ans et approchent de la fin de leur permis d’exploitation initial. Malgré les mesures prises au cours des trois dernières années pour prolonger la durée de vie des centrales représentant environ 10% du parc mondial, le parc nucléaire opérant dans les économies avancées pourrait diminuer d’un tiers d’ici 2030.

Dans le scenario Net Zero Emission de l’AIE, il est nécessaire de prolonger la durée de vie de plus de la moitié de ces centrales existantes, ce qui réduit de près de 200 GW le besoin d’autres options à faibles émissions. Le coût en capital pour la plupart des extensions est d’environ 500 à 1 100 USD par kilowatt (kW) en 2030, ce qui donne un coût actualisé de l’électricité généralement bien inférieur à 40 USD par mégawattheure (MWh), ce qui les rend compétitives même avec le solaire et l’éolien dans la plupart des régions.

L’énergie nucléaire joue un rôle capital dans la progression mondiale vers la neutralité carbone.

Dans le scénario Net Zero Emission de l’AIE, l’énergie nucléaire double, passant de 413 GW début 2022 à 812 GW en 2050. Les ajouts annuels de capacité nucléaire atteignent 27 GW par an dans les années 2030, soit plus que toute autre décennie auparavant.

Malgré cela, la part mondiale du nucléaire dans la production totale tombe légèrement à 8%. Les économies émergentes et en développement représentent plus de 90% de la croissance mondiale, la Chine devant devenir le premier producteur d’énergie nucléaire avant 2030. Les économies avancées voient collectivement une augmentation de 10 % du nucléaire, les arrêts étant compensés par de nouvelles centrales, principalement aux États-Unis, en France, au Royaume-Uni et au Canada.

L’investissement mondial annuel dans l’énergie nucléaire passe de 30 milliards USD au cours des années 2010 à plus de 100 milliards USD d’ici 2030 et reste supérieur à 80 milliards USD jusqu’en 2050.

Moins d’énergie nucléaire rendrait les ambitions nettes zéro plus difficiles et plus coûteuses.

La variante Bas nucléaire  du  scénario NZE suppose l’échec de l’accélération de la construction nucléaire et de la prolongation des durées de vie et en mesure l’impact. Dans ce cas, la part du nucléaire dans la production totale passe de 10 % en 2020 à 3 % en 2050. Le solaire et l’éolien devraient combler le vide, repoussant les frontières de l’intégration de parts élevées d’énergies renouvelables variables. Davantage d’installations de stockage d’énergie et de combustibles fossiles équipées de captage, d’utilisation et de stockage du carbone (CCUS) seraient nécessaires. En conséquence, la variante Bas nucléaire de la NZE nécessiterait 500 milliards de dollars d’investissements supplémentaires et augmenterait les factures d’électricité des consommateurs en moyenne de 20 milliards de dollars par an jusqu’en 2050.

Un rôle encore plus important pour l’énergie nucléaire nécessitera une baisse plus importante des coûts de construction.

Les centrales hydroélectriques, bioénergétiques et à combustibles fossiles équipées de CCUS sont les principales sources d’énergie à faibles émissions distribuables au nucléaire. Chacun d’entre eux fait également face à des défis pour leur développement. Les sites hydroélectriques et l’approvisionnement durable en bioénergie sont limités, tandis qu’il existe des obstacles économiques, politiques et techniques à l’expansion du CCUS. S’il existe un potentiel d’expansion de ces alternatives et que le CCUS est disponible sur le marché, les coûts de construction de l’énergie nucléaire devraient tomber à 2 000-3 000 USD / kW (en dollars de 2020) pour rester compétitifs

Nouvelles opportunités pour  l’électricité nucléaire : production d, hydrogène et de chaleur

L’expansion rapide de l’hydrogène à faibles émissions est un pilier clé du sceénario NZE, les investissements connexes passant de près de zéro aujourd’hui à 80 milliards de dollars par an jusqu’en 2040. Selon les projections de coûts de la NZE, la production d’hydrogène via le gaz naturel avec CCUS ou par électrolyse à l’aide d’énergies renouvelables sont les options les moins chères. Pour que le nucléaire puisse concurrencer ces alternatives, les coûts d’investissement devraient être réduits à 1 000-2 000 USD/kW. L’économie serait plus favorable si le réacteur nucléaire était colocalisé avec un utilisateur d’hydrogène, évitant ainsi les coûts de transport. Le NZE estime que l’électricité nucléaire en surplus pourrait être utilisée pour produire environ 20 millions de tonnes d’hydrogène en 2050.

Il existe également des possibilités de cogénération de chaleur à partir de centrales nucléaires pour remplacer le chauffage urbain et d’autres utilisations à haute température, bien que l’échelle potentielle de ce marché soit limitée et que les coûts de construction devraient tomber à 2 000-3 000 USD ...

La rémunération de la contribution du nucléaire aux systèmes d’énergie sûrs et à faibles émissions est souvent inadéquate

Les conceptions actuelles du marché de l’électricité ne permettent pas de rémunérer de manière adéquate deux avantages de la production d’énergie nucléaire. L’énergie nucléaire est une ressource pilotable qui est capable de délivrer du courant pendant les périodes de stress du système, lorsque la charge approche du niveau de capacité d’approvisionnement disponible. Cela contribue au fonctionnement sécurisé du système, évitant ainsi des pannes coûteuses qui causent des dommages économiques et sociaux. Ce service pourrait être rémunéré soit par un paiement de capacité distinct, soit par des accords de tarification du marché sans entrave qui tiennent pleinement compte de la capacité des ressources à se protéger contre le délestage, parfois appelé « tarification de la rareté ». Cependant, la plupart des marchés limitent aujourd’hui les prix par le biais de plafonds de prix, et sans mécanisme de capacité de soutien, privent les opérateurs de capacité pilotable (i.e. du nucléaire) de revenus.

La plupart des marchés de l’électricité ne parviennent pas non plus à récompenser le caractère bas carbone de la production nucléaire

Le défi de la neutralité carbone stimule une explosion du développement des technologies des petits réacteurs modulaires.

 Dans la NZE, la moitié des réductions d’émissions d’ici 2050 proviennent de technologies, y compris de petits réacteurs modulaires, qui ne sont pas encore commercialement viables. Les SMR, généralement définis comme des réacteurs nucléaires avancés d’une capacité inférieure à 300 MW, bénéficient d’un fort soutien politique et institutionnel, avec des subventions substantielles aux États-Unis et un soutien accru au Canada, au Royaume-Uni et en France. Ce soutien permet d’attirer des investisseurs privés, d’amener de nouveaux acteurs et de nouvelles chaînes d’approvisionnement dans l’industrie nucléaire.

Leur plus petite taille constitue un atout certain des SMR.  La réduction des coûts en capital, les attributs inhérents à la sécurité et à la gestion des déchets et la réduction des risques des projets peuvent améliorer l’acceptation sociale et attirer des investissements privés pour la recherche et le développement, la construction de démonstrateurs.

Des décisions doivent être prises maintenant pour que  les  SMR puissent  jouent un rôle significatif dans la transition énergétique. Bien que seul un petit nombre d’unités soient susceptibles de commencer à fonctionner cette décennie, avec l’élan récent, les SMR  pourraient commencer à jouer un rôle important dans les transitions énergétiques dans les années 2030, à condition que les décisions réglementaires et d’investissement soient prises dès maintenant et que la viabilité commerciale soit démontrée. Cela est vrai à la fois pour les petits réacteurs évolutifs qui pourraient atteindre plus facilement la compétitivité économique, mais aussi pour les modèles de réacteurs avancés (surgénérateurs)

Les principales recommandations

- Prolonger la durée de vie des réacteurs existants. Autoriser la prolongation de la durée de vie des centrales nucléaires existantes afin qu’elles puissent continuer à fonctionner aussi longtemps que possible en toute sécurité.

- Faire en sorte que les marchés de l’électricité valorisent la capacité de production de base à faibles émissions. Concevoir des marchés de l’électricité pour garantir que les centrales nucléaires sont justement rémunérées de manière compétitive et non discriminatoire pour rémunérer justement les services qu'elles fournissent : éviter les émissions de gaz à effet de serre,  assurer la disponibilité de la capacité et le contrôle des fréquences.

- Promouvoir une réglementation de la sécurité efficiente et efficace. Veiller à ce que les organismes de réglementation de la sécurité disposent des ressources et des compétences nécessaires pour entreprendre en temps opportun des examens des nouveaux projets et des nouvelles conceptions, élaborer des critères de sécurité harmonisés pour les nouvelles conceptions et collaborer avec les promoteurs potentiels et le public pour s’assurer que les exigences en matière de permis sont clairement communiquées.

-  Mettre en œuvre des solutions pour l’élimination des déchets nucléaires. Impliquer les citoyens dans la priorisation de l’approbation et de la construction d’installations d’élimination des déchets de haute activité dans les pays qui n’en disposent pas encore.

- Accélérer le développement et le déploiement de petits réacteurs modulaires (SMRs). Identifier les opportunités où les PRM pourraient être une source rentable d’électricité, de chaleur et d’hydrogène à faibles émissions. Soutenir les investissements dans les projets de démonstration et dans le développement des chaînes d’approvisionnement.

-  Réévaluer les plans en fonction des performances. Conditionner le soutien à long terme à la réalisation de projets sûrs par l’industrie respectant mieux délais et budget.

3) Quelques graphes

Limitation des émissions : le nucléaire est toujours leader

Emissions de CO2 par source d’énergie

L’énergie nucléaire a largement contribué à ralentir l’augmentation des émissions mondiales de CO2 depuis les années 1970. Environ 66 Gt de CO2 ont été évités dans le monde entre 1971 et 2020.3 Sans la contribution de l’énergie nucléaire, les émissions totales provenant de la production d’électricité auraient été presque 20 % plus élevées et les émissions totales liées à l’énergie 6 % plus élevées au cours de cette période.

Les investissements ont commencé à se redresser, principalement grâce à la Chine et à la Russie

Un changement de politique, ça se ressent finalement assez vite : l’ exemple de la Corée

Et pour mémoire, l'effet falaise qui est devant nous :