SMR,
na vanguarda da nova era nuclear
Menor, mais barato de fabricar, mais simples de comissionar e capaz de substituir os combustíveis fósseis para uma variedade de usos industriais e cotidianos...
Os SMRs (Small Modular Reactors, reatores modulares pequenos) em breve inaugurarão uma nova era para a energia nuclear.
Ainda mais porque os muitos projetos dos quais eles são objeto estão gerando um vento de inovação que deve beneficiar todos os operadores, inclusive os dos parques atuais.
A Onet Technologies não é estranha ao buzz positivo.
Maxime Michel-Noël, Diretor de Desenvolvimento dessa subsidiária dedicada a serviços e engenharia nuclear, explica.
- - Onet Technologies
Pequeno é Bonito
A famosa fórmula faz sentido em um mundo industrial como o da energia nuclear?
Uma coisa é certa: desde que foram desenvolvidos pela primeira vez, há cerca de vinte anos, os pequenos reatores modulares (SMRs ) têm se tornado cada vez mais populares. Seguindo os passos dos pioneiros - Estados Unidos, China e Rússia - muitos países estão agora se interessando por essas unidades de produção de novo estilo. A França não é exceção.
Como parte do plano anunciado em fevereiro de 2022 para relançar o programa nuclear da França, o presidente francês se comprometeu a investir 1 bilhão de euros em pequenos reatores inovadores.
Nada menos que dez projetos já foram lançados na França, sendo que um dos mais avançados, o Nuward, reúne a Comissão Francesa de Energia Atômica (CEA), a EDF, o Naval Group e a TechnicAtome para construir dois reatores. A pedra fundamental poderá ser lançada por volta de 2030...
O que há na SMR que justifica essa enxurrada de iniciativas?
Para entender isso, é útil voltar às palavras que compõem o acrônimo.
Os reatores são pequenos em termos de potência - entre 25 e 300 MW, dependendo do projeto previsto, em comparação com os 900 a 1.600 MW dos reatores civis atuais. Mas eles também são pequenos em termos de área ocupada, o que os torna candidatos ideais para a geração de energia em locais isolados ou em ilhas.
Tornar uma pequena cidade remota autossuficiente, fornecer energia a uma instalação de pesquisa não atendida pela rede elétrica: esses são apenas alguns dos serviços para os quais os SMRs podem contribuir.
Com o benefício colateral de limitar o impacto da produção de energia em áreas naturais e na biodiversidade.
Uma pequena revolução industrial
Como o próprio nome sugere, os SMRs também são modulares. Em outras palavras, o projeto padronizado e as dimensões reduzidas de seus componentes significam que eles podem ser produzidos em massa em uma fábrica, depois transportados e finalmente montados no local. Isso não tem nada em comum com os locais de construção de usinas de energia convencionais, que consomem muito capital, recursos humanos e tempo.
Devido à sua compactação e ao design altamente integrado, os SMRs provocarão uma pequena revolução em termos industriais. Podemos esperar uma redução nos custos de construção e operação, mas também, durante a fase de projeto, um progresso na confiabilidade das operações de cálculo, simulação e análise.
Outra promessa oferecida pelos SMRs é a possibilidade de combiná-los no mesmo local para aproveitar o efeito de rede.
Ao ligar ou desligar uma proporção maior ou menor de uma "frota" de reatores, o operador poderá variar o fornecimento de eletricidade com muito mais rapidez e facilidade do que em uma usina convencional. Essa é uma vantagem definitiva em um contexto em que as energias renováveis (solar, eólica) devem desempenhar um papel cada vez maior no mix de geração, exigindo a disponibilidade de recursos de reserva para compensar sua natureza intermitente.
A vantagem final de operar SMRs em uma rede é em termos de manutenção.
Como isso ocorre em ondas, sempre haverá reatores em condições de funcionamento para abastecer a rede com a energia elétrica esperada.
Alguns observadores chegam a prever que as unidades sejam transportadas para as usinas, onde os equipamentos seriam verificados e substituídos, e o combustível nuclear seria reabastecido.
É quase tão fácil quanto deixar seu carro na oficina para uma revisão!
Ainda com relação aos cenários prospectivos inspirados nos SMRs, devemos mencionar a ideia de poder gerenciar vários reatores ao mesmo tempo a partir de uma única sala de controle.
É provável que isso desperte o interesse das autoridades reguladoras, que considerariam essa uma oportunidade de inspecionar remota e continuamente a operação de uma fração das usinas nucleares.
Descarbonização da produção e do transporte de calor
Agora é um fato bem estabelecido: a eletrificação em massa dos usos será uma alavanca fundamental para nos afastarmos dos combustíveis fósseis. Com isso em mente, os SMRs estão surgindo como uma solução complementar às usinas nucleares existentes e às energias renováveis. Entretanto, seu papel na transição ecológica e energética não deve se limitar à produção de eletricidade...
Atualmente, o aquecimento e o transporte são duas das atividades humanas com maior impacto de carbono.
Entretanto, os futuros reatores serão capazes de gerar calor, especialmente para atender às necessidades dos industriais, cujas exigências atualmente são atendidas principalmente pelo gás.
Obviamente, esse tipo de objetivo exige ajustes no design das unidades.
Cientes das possíveis saídas, vários participantes entraram na corrida. Um exemplo é a produtora polonesa de produtos químicos Ciech, que planeja usar a SMR para substituir os combustíveis fósseis usados para produzir calor de processo em suas fábricas.
Na Finlândia, foram realizados estudos para determinar se a energia de futuros reatores poderia ser usada para abastecer as redes de aquecimento urbano.
No que diz respeito ao transporte, os SMRs são vistos como um instrumento que pode contribuir para a produção de hidrogênio, um transportador de energia que pode ser usado como base para a fabricação de combustíveis sintéticos, ajudando assim a descarbonizar a mobilidade pesada.
Também nesse caso, os desenvolvimentos estão em andamento. Como parte do projeto nuclear iniciado pela Rolls-Royce no Reino Unido, a produção de hidrogênio é uma das aplicações explicitamente visadas.
O setor de transporte marítimo, que, por meio da IMO (Organização Marítima Internacional), estabeleceu a meta de atingir zero emissões líquidas de gases de efeito estufa até 2050, está prestando muita atenção às possibilidades oferecidas pela energia nuclear para descarbonizar a propulsão de navios.
Como prova disso, três empresas anunciaram em julho de 2023 que uniriam forças como parte de um estudo de viabilidade com foco especial na tecnologia SMR resfriada a chumbo. São elas a start-up nuclear europeia newcleo e as empresas italianas Fincantieri (estaleiros) e Rina (certificação de navios).
Neste estágio, é difícil identificar os usos nos quais os SMRs terão um papel a desempenhar.
Mas suas características específicas, somadas às da energia nuclear em geral, devem abrir uma ampla gama de possibilidades.
A produção de água doce por meio da operação de usinas de dessalinização, por exemplo, parece ser uma função de sua competência.
Onet Technologies em todas as frentes
Com mais de quarenta anos de experiência no setor nuclear e uma equipe de 400 engenheiros especializados e consultores técnicos, a Onet Technologies pretende desempenhar seu papel na colocação dos primeiros SMRs em órbita.
Nosso posicionamento estratégico é claro. Queremos apoiar os participantes mais fortes o mais a montante possível, ao mesmo tempo em que diversificamos nossas posições, porque nem todos os projetos chegarão ao estágio industrial. Ao transferir a experiência que adquirimos com os reatores em operação e com um ambicioso programa de desenvolvimento de habilidades, estamos em condições de apoiar projetos que abrangem todo o ciclo de vida de um reator, desde o projeto até o descomissionamento.
Desde 2022, a empresa vem aplicando suas habilidades em quatro projetos na França.
Para um membro do consórcio Nuward, suas equipes estão realizando estudos de viabilidade sobre as ferramentas usadas para abrir e fechar a tampa do reator.
Dependendo do projeto, as atribuições da Jimmy Energy, da Naarea ou da newcleo envolvem estudos regulatórios e de projeto para equipamentos de pressão nuclear associados a componentes do núcleo, trabalho de projeto de trocadores de calor ou projeto de sistemas com grandes implicações de segurança para a operação do reator, como a máquina de carregamento de combustível.
Em todos os casos, trabalhamos com os proprietários e gerentes de projetos como um parceiro de primeira linha, com o desafio de adaptar a organização e a mobilização das habilidades da Onet Technologies à organização e aos métodos de trabalho de uma start-up!
Para ter um escopo de estudos e especificações claramente definido, você precisa estar no centro dos desenvolvimentos. Por esse motivo, uma das chaves de nossa oferta de engenharia é fornecer assistência técnica nas plataformas de projeto de nossos clientes. Nosso profundo conhecimento das regulamentações, estruturas e padrões nucleares aplicados ao projeto mecânico nos torna um valioso aliado nesse estágio dos projetos.
80 a 100 projetos em todo o mundo
Embora a tecnologia SMR tenha sido usada por várias décadas na propulsão de submarinos nucleares, as aplicações civis atuais estão principalmente no campo da promessa.
Apenas uma instalação foi oficialmente comissionada em maio de 2020.
A usina, composta por dois reatores de 35 MW, está instalada em uma barcaça flutuante, onde ajuda a atender às necessidades da cidade portuária de Pevek, no Mar da Sibéria Oriental.
Na China, a construção do primeiro reator de água pressurizada em terra (125 MW) começou em julho de 2021 na unidade de Changjiang. Depois de concluída e comissionada, essa unidade, conhecida como Linglong One, fornecerá até 1 bilhão de kWh, o equivalente à demanda de eletricidade de 526.000 residências na província de Hainan, no sul da ilha.
Em todo o mundo, a AIEA conta com 80 a 100 projetos em vários níveis de maturidade.
Na Europa, o mercado decolou há quatro ou cinco anos.
Ele se acelerou acentuadamente em 2022 com a constatação de nossa dependência energética do gás russo, em um cenário de apoio governamental cada vez mais forte à energia nuclear.
Três tipos principais de jogadores estão por trás dos principais desenvolvimentos.
Em primeiro lugar, os líderes históricos em energia nuclear civil, como a EDF, na França, a Westinghouse, nos Estados Unidos, e a Rolls Royce, no Reino Unido.
Além disso, há start-ups apoiadas por grupos industriais, como a NuScale e a Holtec nos Estados Unidos.
Por fim, há start-ups incubadas em organizações científicas. A Hexana e a Stellaria, que usam as tecnologias e patentes do CEA para desenvolver pequenos reatores modulares inovadores, se enquadram nessa categoria.
Além do perfil dos patrocinadores do projeto, a diversidade diz respeito às estratégias tecnológicas implementadas.
Em alguns casos, a abordagem é usar um tipo comprovado de combustível e tecnologias nucleares validadas pelo feedback da experiência e pelo órgão regulador, ao mesmo tempo em que se busca miniaturizá-los para que possam ser comissionados o mais rápido possível. Há também um desejo de projetar SMRs de quarta geração, o que implica um aumento na maturidade tecnológica para, em particular, oferecer garantias adicionais em termos de segurança e, para determinados projetos, a capacidade de queimar resíduos nucleares finais para criar uma nova fonte de combustível.
Isso pode ter um grande impacto sobre a autonomia e a soberania energética do país em questão.
Além disso, a Onet Technologies pode se valer de suas capacidades de back office para se encarregar de uma parte do desenvolvimento, seguida da industrialização, graças ao seu profundo conhecimento do tecido industrial na França e no exterior.
Por fim, o conhecimento especializado de sua rede interna e sua experiência no campo são de grande ajuda para ajudar os clientes a solucionar problemas técnicos, configurar uma auditoria e assim por diante.
Dentro de alguns meses ou anos, dependendo do ritmo de aceleração dos projetos, a Onet Technologies poderá ter sistemas e componentes fabricados e instalados no coração dos SMRs, além de fornecer suporte operacional - por exemplo, criando serviços inovadores usando inteligência artificial para aperfeiçoar as tecnologias de controle ou soldagem.
Como um centro multitécnico, especialista em análise de segurança, empreiteira de projeto e implementação, e um motor de crescimento para o setor nuclear como um todo, a Onet Technologies é tudo isso ao mesmo tempo, levantando bem alto a bandeira do SMR!
Na França, as autoridades públicas de apoio
Na França, o projeto Nuward, já mencionado, combina dois reatores de água pressurizada de 170 MW, uma tecnologia que é bem conhecida na França pelos reatores em operação e pelo EPR.
O objetivo é incentivar a substituição de usinas térmicas (carvão e gás) de capacidade comparável em vários países europeus, com o objetivo de descarbonizar o mix de eletricidade.
Em 9 de junho de 2023, após o financiamento público de € 50 milhões fornecido pelo programa France Relance para apoiar a fase de projeto preliminar, o governo anunciou um financiamento público adicional para apoiar a fase de projeto detalhado.
Atualmente, o Nuward é objeto de uma pré-avaliação da Autoridade de Segurança Nuclear (ANS) da França, em colaboração com as autoridades de segurança da República Tcheca e da Finlândia, com o objetivo de harmonizar as posições dos órgãos reguladores europeus sobre essa tecnologia.
Além disso, como parte dachamada "Reatores Nucleares Inovadores" para projetos lançada em março de 2022 pelo governo francês, os dois primeiros vencedores foram selecionados.
Um projeto, liderado pela start-up Naarea, tem como objetivo colocar em funcionamento um microgerador de 40 MW para produzir eletricidade e calor a partir de combustível nuclear usado da frota nuclear atualmente em operação. Graças ao seu pequeno tamanho, esse reator de nêutrons rápidos não precisará de água e poderá ser produzido em massa para rápida implantação no setor e nas autoridades locais.
O segundo vencedor é a newcleo, que estabeleceu operações na França, na Itália e no Reino Unido para desenvolver as tecnologias inovadoras que servirão de base para o projeto de um reator de chumbo intrinsecamente seguro, reunindo organizações e fabricantes europeus. A empresa, que já levantou 400 milhões de euros para apoiar o desenvolvimento de seu projeto, tem como objetivo colocar em funcionamento um demonstrador de 30 MW na França já em 2030. Ela também construirá uma usina MOX dedicada (combustível produzido pelo processamento de urânio enriquecido após ter sido usado em reatores nucleares) para seus próprios reatores e outros reatores de nêutrons rápidos.
Tecnologia:
Uma nova era para a energia nuclear civil?
Como os reatores em operação, a maioria dos projetos de SMR são modelos de água leve fervente ou água pressurizada que usam urânio como combustível.
No entanto, alguns países, como Canadá, Japão, China e Coreia do Sul, estão trabalhando em inovações revolucionárias: sais fundidos, gás de alta temperatura ou nêutrons rápidos. Esses reatores são conhecidos como reatores modulares avançados ou AMRs.
Embora menos maduras no momento, essas tecnologias podem se mostrar mais adequadas para determinados usos, como a descarbonização de processos industriais eletroquímicos.
Conceitos de segurançamais eficientes em termos de recursos
Antes de entrarem em operação, os SMRs precisam passar por vários estágios antes de serem certificados. Esse processo é monitorado de perto pela Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA) e pelas autoridades nacionais de segurança.
Outro ponto de atenção é a harmonização dos padrões de segurança em nível europeu e internacional. Devido às restrições de tamanho do reator, os modelos usados para projetar SMRs são baseados nos chamados sistemas nucleares "passivos". Em termos concretos, isso significa usar a gravidade ou a circulação natural de refrigerantes para controlar e, se necessário, interromper a reação de fissão nuclear.
Os benefícios associados são diversos. Não é necessária nenhuma fonte de energia externa e a intervenção humana é reduzida ao mínimo.
Além disso, esses sistemas são projetados para poder usar o combustível por um longo período de tempo, o que significa que precisarão ser reabastecidos a cada 3 a 10 anos, em comparação com 1 a 2 anos para usinas nucleares "convencionais".
Com relação ao tratamento e à reciclagem do combustível usado, os métodos e as soluções usados nos reatores existentes podem ser estendidos para as usinas SMR do futuro.
