Energia nucleare nel 21 secolo - Energia Ecologia Economia " Energia ...

Energia nucleare nel 21° secolo
                            Parte 1/3

                      Francesco Oriolo
                      oriolo@ing.unpi.it
Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale, Università di Pisa

           Seminari Economia, Energia Ecologia
           Circolo ARCI “Pisanova” – Isola Verde,
           via Frascani, Pisa 28/11/2018, ore 17                1

Premessa
Ho preso a riferimento l’insegnamento del Prof Cesare
Marchetti (International Institute for Applied System
Analyis,IIASA) che afferma: “…le quote di mercato delle
varie fonti primarie seguono una dinamica temporale
riconducibile ad una competizione di tipo darwiniano,
quantificabile con le equazioni di Volterra . Questo è molto
importante perché ciascuna fonte energetica inquina in
misura diversa, e le equazioni permettono di prevedere il
mix di combustibili primari, con buona precisione, per
circa cinquant'anni. ……Un'altra caratteristica che
emerge dalle analisi di sistemi competitivi fatte con le
equazioni di Volterra èSeminari
                         che un Economia,
                                concorrente     non torna
                                            Energia        piu
                                                     Ecologia
indietro quando ha penetrato   circa il
                       Circolo ARCI     5% del mercato”.
                                      “Pisanova”  – Isola Verde,
                       via Frascani,
Questo significa,nel nostro          Pisache
                             contesto,     26/02/2016,
                                             l'energia ore 17

nucleare è ormai abbarbicata e verrà eliminata solo sul
lungo termine per effetto della concorrenza della fusione.

                        Contenuto
● Carico di base, reti, mercato e prospettive 2050;
● Stato attuale energia nucleare di potenza:reattori nucleari
  in esercizio ,in decommissioning e in costruzione e/o
  pianificati
● Fattori di carico e innovazione tecnologica
● Tempi di costruzione e costo capitale
● Caratteristiche dei reattori di Gen II e Gen III
● Obiettivi della Gen IV: nuovi sistemi e uso efficiente
   della materia prima, cogenerazione nucleare e SMR. 3

Se oggi vogliamo anticipare le necessità di domani,
dovremmo trovare la chiave per risolvere il trilemma
Energia-Economia-Ambiente (EEEnvironment).
L’energia nucleare e le rinnovabili potrebbero soddisfare
la futura domanda di energia e contribuire allo sviluppo
economico durevole e alla salvaguardia dell’ambiente.
Le forze che influenzano il futuro del 21° secolo sono:
  ▪ globalizzazione del mercato, con/senza dazi:
     risorse economiche;
  ▪ innovazione tecnologica, ricerca e sviluppo (R&D):
    risorse umane;
  ▪ uso equo ed eco-compatibile di tutte le risorse
    energetiche       e     delle      materie       prime:
                                                        4
    risorse naturali ed ambiente.

Dopo l’incidente di Fukushima Daiichi del 2011,
l’industria nucleare ha passato anni molto impegnativi e
duri, svolgendo un lavoro sistematico ad ampio spettro che
dopo 6-8 anni ne esce fortemente rafforzata.
 E’ stata effettuata una revisione radicale della sicurezza e
del rischio nucleare, prendendo anche a riferimento gli
eventi naturali catastrofici-multipi, simili a quelli
verificatesi a Fukushima: “Stress tests”
Inoltre sono state affrontate le sfide derivanti dalla
concorrenza dei bassi prezzi del gas naturale, dallo
sviluppo impetuoso delle energie rinnovabili e dalla lenta
crescita della domanda elettrica in alcuni mercati
occidentali.
Mercati liberi o regolamentati?         Costi esterni? 5

Per l’energia nucleare é fondamentale avere una rete
elettrica efficiente, stabile e mercati dell’energia ben
normati, poiché le asimmetrie o mercati liberalizzati, dove
si conoscono a priori i vincitori é dannoso per il carico
elettrico di base e le forniture di energia elettrica stabili
e a lungo termine.
I Paesi dell’OCSE, che in passato hanno costruito una rete
elettrica interconnessa, robusta e diffusa, devono decidere
se utilizzare al meglio questa infrastruttura o farla degradare
con funzioni non previsti in sede di progetto e non in grado
di sopportare, per mancanza d’investimenti ed innovazioni
tecnologiche (smart rete, accumulo, produzione di vettori
energetici, ecc.).
Lo sviluppo accelerato delle rinnovabili, con sussidi, 6

agevolazioni normative e priorità di dispacciamento hanno
caricato la rete oltre i limiti di progetto, con arresto di
centrali per il carico di base a combustibili fossili e anche a
qualche impianto idroelettrico e nucleare che non
emettono gas ad effetto serra.
  Nei paesi dell’OCSE, spesso il costo delle nuove energie
rinnovabili é considerato una variabile indipendente del
sistema economico, con normative a favore delle rinnovabili
e penalizzanti per le centrali convenzionali. Questi
privilegi creano forti anomalie e asimmetrie di mercato e
onerose perdite economiche per gli esercenti di centrali
elettriche tradizionali.
E’ fondamentale capire bene se questa anomalia del libero
mercato é un fenomeno transitorio o é connesso al declino  7
industriale dell’Occidente, non in grado ad

investire in nuove infrastrutture e a guardare lontano.
 Oggi i mercati dell’elettricità non sono liberi e non
funzionano e se la transizione ad un’economia a bassa
densità di carbone sarà lunga, saranno queste incertezze a
condizionare la fornitura energetica del futuro

      Stato attuale dell’energia nucleare
Il numero di reattori nucleari di potenza dichiarati
“funzionabili” a livello mondiale a luglio 2018 sono circa
450 , con una potenza di circa 390 GWe e fattori di carico
con valori tra 81% a oltre il 90% in USA.
 Nel 2017, 2016, 2015 le centrali nucleari hanno fornito
rispettivamente 2506, 2477 , 2441 TWh di elettricità.

Produzione di energia nucleare
                             2017

La potenza nucleare netta é state nel 2017 e 2016 rispettivamente
di di 392 e 390 GWe. Energia elettrica generata nel 2017 e 2016 é
stata di 2506 e 2477 TWh . Dal al 2012 al 2017 un incremento di
160 TWh (oltre 20 unità da 1GWe) .                           9

2016, Tot Lor 24930.2 TWh, Nuc 2612.8TWh;
 2017, Tot Lor 25551.3 TWh, Nuc 2635.6 TWh

                                             10

La crescita globale di energia elettrica nel 2017 é dovuta 3/4
     a Cina, India e Giappone., due to soaring generation in Iran. 11

Produzione mondiale di elettricità per fonti - 1971-2016

La produzione di elettricità lorda, inclusi gli impianti di pompaggio
                                                               12

13

IAEA
                            21%)
                        Luglio 2017

Estremo oriente 24.4% (in costr 45.3%). Medio oriente e Arabia
Saudita 6% (20%); Nord America 25% (6.7%); Europa 25.5 %
                                                          14
(2.2%); Europa-Russia 15.7 (21.2%) IAEA JULY 2017

Numero di reattori nucleari disponibili a giugno 2018

Agosto 2018, Giappone in esercizio 9 PWR e 17 reattori sono in
fase di certificazione per il riavvio. US 99;FR 58;JP 42;CN 39;RU
                                                               15
37; KR 24; IN 22, CA 19; UA 15; UK 15; SE 8; ES 7; DE 7

In aprile 2018, gli USA hanno
registrato il maggior numero di
reattori funzionanti (99) e
hanno generato (nel 2016 ) 805
TWh, seguiti da dalla Francia
con 58 reattori e con 384TWh. .
                          16

Aliquota di
   energia
  nucleare
generata per
 Paese. Nel
  2015, la
 Francia ha
 raggiunto
circa il 77%
     della
produzione
di elettricità
    totale

         17

Dall'incidente di Fukushima del 2011 la maggior parte dei
reattori giapponesi é in attesa dell’autorizzazione di riavvio.
                                                            18

19

20

La produzione nucleare in Asia è stata di 72 TWh in più rispetto
alla media del periodo 2011-2015.
Nel 2016 la produzione nucleare è stata più elevata in tutte le
regioni, tranne che nell'Europa occidentale e centrale, rispetto al
2011-2015

                                                              21

Numero globale di chiusure di reattori nucleari permanenti a partire dall'8
  Numero globale di reattori            nucleari arrestati all'8
                               agosto 2017
                             agosto 2017

                                                                        22

I fattori di utilizzo (FU) si basano sulle prestazioni dei
reattori che hanno generato elettricità durante ciascun anno.
Essi hanno avuti significativi miglioramenti durante i primi 30
anni. Nel 2016 è stato dell'80.5%, dal 2000 si é raggiunto un
elevato livello mondiale di prestazioni dai reattori nucleari .

                                                             23

I fattori di utilizzo hanno avuto un continuo miglioramento negli
ultimi 40 anni. Ad esempio, il 64% dei reattori ha raggiunto un FU >
all'80% nel 2016, rispetto al 24% del 1976, mentre solo l'8% dei
reattori aveva un FU < al 50% nel 2016, rispetto al 22% del 1976.

                                                                24

Fattori di utilizzo per Aree geopolitiche. I risultati
raggiunti nel 2016 sono coerenti con quelli del periodo 2011-2015.
Gli scostamenti maggiori si sono registrati nelle regioni con un
numero minore di reattori.

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26

Il fattore medio di utilizzo rimane coerentemente alto durante tutta
la vita del reattore. Il fattore medio di utilizzo negli ultimi dieci anni
non mostra variazioni significative correlate all'età.

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I fattori di utilizzo per tipo di reattore nucleare

                                                28

Il fattore medio di utilizzo per eolico in Italia é 25%
                                                      29

Esperienza operativa degli impianti nucleari di potenza
é circa 17.000 anni reattore; i reattori nucleari operano in
30 Paesi+ Taiwan. L’apporto alla produzione globale di
energia elettrica, nel 2016, é stato circa del 10.3% con una
potenza globale installata pari a circa il 7% .
Molti altri paesi, mediante la rete di trasmissione, usano in
parte l’energia elettronucleare prodotta altrove:
Italia e Danimarca ricevono quasi il 10% della loro
elettricità dall'energia nucleare importata.
Nel 2016 le centrali nucleari hanno fornito 2477 TWh di
elettricità, rispetto ai 2441 TWh del 2015. Questo è il
quarto anno consecutivo che la produzione nucleare globale
è aumentata, con una produzione di 130 TWh in più rispetto
al 2012 (1GW*24*365*0.9=7.9 TWh)                          30

Circa 50 reattori nucleari di potenza sono attualmente in
fase di costruzione in 13 Paesi: Cina, India, Emirati
Arabi Uniti e Russia e solo 2 negli USA.
Diecine di tipi di reattore sono in fase di progettazione nel
mondo, di cui alcuni finalizzati alla cogenerazione
nucleare e alla produzione rinnovabile di MeOH per
riciclo di CO2 .
Già 250 reattori di ricerca operano in 55 paesi e
circa 180 reattori nucleari azionano navi e
sottomarini nucleari.
I reattori di ricerca sono fondamentalmente fabbriche di
neutroni e sono utilizzati per la ricerca e la formazione, i
test sui materiali o la produzione di radioisotopi per la
medicina, la cura del cancro e per applicazioni industriali.

Quasi tutti i reattori di ricerca del mondo operano con
neutroni termici . La Russia afferma che il suo BOR-60 a
Dimitrovgrad (1969) è l'unico reattore di ricerca a neutroni
veloci. Verrà sostituito da un FNR, raffreddato a sodio e
multiuso (MBIR), che ha capacità di irradiazione 4 volte >
di quelle BOR, costruito nello stesso sito e in esercizio
negli anni 2020.
MBIR è un SFR, con 150 MWt e avrà una vita di 50 anni.
Sarà un reattore di ricerca multi-loop in grado di testare
refrigeranti (Pb, Pb-Bi e gas) e per prove sui materiali
stutturali e di contenimento, il combustibile MOX e per
chiudere il ciclo di combustibile utilizza il ritrattamento
pirochimico. A Dimitrovgrad, la NIIAR (Research Institute
of Atomic Reactors ) in ha già sviluppato e sperimentato un
                                                          32
impianto pilota.

La carenza di reattori di ricerca a spettro veloce é sentita a
livello mondiale per prove sperimentali sui combustibili,
materiali strutturali e di contenimento per i FNR di Gen 4.
Stati Uniti. Nel febbraio 2018 un disegno di legge
bipartisan approvato dalla Camera dei Rappresentanti degli
US autorizzò $ 2 miliardi per la costruzione di una
“Sorgente di neutroni veloci basata su un reattore versatile,
che funzionerà come struttura nazionale per i diversi utenti"
entro il 2026.
E’ chiaro che la chiave del nostro futuro é investire in
R&D, formazione e conoscenza e su un uso equo e
ecocompatibile delle risorse energetiche e delle materie
prime:
 risorse umane, naturali, economiche e ambientali. 33

E’ difficile prevedere il mix per il 2050, perché
dipenderà da progressi della scienza e dalla tecnologica,
dalla crescita demografica e da scelte politiche ed
economiche a livello mondiale.
La popolazione mondiale, in luglio, ha superato i 7.5
miliardi e si avvia a circa 10 miliardi nel 2050. Già oggi
1.2 miliardi di persone aspirano ad avere servizi elettrici e
circa 2.7 miliardi di persone desiderano cibi salubri, non
disponendo attrezzature per la loro cottura.
 Uno dei compiti più difficili del 21° secolo é "Garantire
l'accesso all’energia a prezzi accessibili, affidabili,
sostenibile per tutti“. Punto fondamentale di “the 17
Sustainable Development Goals (SDGs) of the 2030
Agenda for Sustainable Development,” adottata a
Settembre 2015 dall’United Nations Summit.                34

Per contestualizzare le previsioni del mix sono presi a
riferimento i tre scenari analizzati dall'IEA (Agenzia
Internazionale dell'Energia), in questa presentazione si fa
riferimento al lo scenario 450 IEA.
In detto scenario é definita una strategia di consumo
energetico coerente con la Cop 21 di Parigi di limitare
l’innalzamento della temperatura atmosferica (almeno)
entro 2°C, con concentrazione dei gas serra in atmosfera a
circa 450 ppm di CO2 .
Nel WEO-2016 , viene esaminato non solo lo Scenario 450
(compatibile con una probabilità del 50% di contenere
l’aumento di temperatura media globale) e viene proposto
l’uso di tecnologie di generazione a basse emissioni di
carbonio, sfruttando le sinergie e un’ analisi costo/benefici
                                                          35  .

Il rapporto dell’IEA sul monitoraggio dei progressi
energetici per il 2017 raccomanda un forte aumento nell'uso
dell'energia nucleare per raggiungere questo obiettivo
minimo previsto della COP 21 di Parigi.
Lo scenario IEA 450 richiede un grande crescita e
utilizzo di tutte le fonti energetiche a basse emissioni di
carbonio, compresa l’energia nucleare .
Per raggiungere l’obiettivo è necessaria una quota
sempre maggiore di fonti a basse emissioni di carbonio e un
uso molto ridotto e oculato dei combustibili fossili.
La sinergia tra le fonti primarie potrà garantire la
sicurezza dello approvvigionamento energetico e un’offerta
di energia affidabile, economica, pulita e disponibile 24
ore su 24 e per 7 giorni la settimana.                      36

37

38

39

Potenza prevista dall’IAEA, 2017

                                   40

Stime di generazione elettrica mondiale nel periodo 2015
(storico) al 2050, per fonte di energia (in miliardi di kWh)
                        chilowattora)

                                                          41

10GW di potenza nucleare allacciata alla rete nel 2016, il più
alto incremento dal 1990; con una media nell’ultimo decennio di
circa 8.8 GW. Lo scenario 2SD (T= +2 °C temperatura media
globale) necessitano circa 20GW

                                                            42

Detto rapporto rileva che la nuova capacità di generazione
nucleare di 10 GWe del 2016 risulta il più alto apporto in
termini di potenza nucleare dal 1990 e per lo scenario IEA
450 sono necessari incrementi annui di potenza di 20 GWe
all'anno entro il 2025 per raggiungere l’obiettivi di +2 °C.
Gli investimenti nella produzione di energia nucleare hanno
raggiunto $ 21 miliardi nel 2015, però non sono sufficienti
per raggiungere gli obiettivi dello scenario IEA 450,
questo contrasta con i grandi investimenti di circa $ 313
miliardi in energie rinnovabili nel 2015.
La World Nuclear Association (WNA) ha lancio il
programma "Harmony”,             che prevede un’aliquota
nucleare del 25% nel mix elettrico per il 2050.
Harmony é la visione dell'industria nucleare mondiale43

per assicurare una fornitura elettrica affidabile e a costi
abbordabili , anche ai milioni di persone che ne sono
esclusi.
Harmony ha come obiettivo il triplicare la potenza
istallata entro il 2050 e fornisce una struttura per l’azione,
coinvolgendo gli azionisti principali a rimuovere gli
ostacoli e favorire la crescita.
Obiettivo 2050
25% aliquota globale di elettricità nucleare
1000 GWe nuova potenza nucleare
L’obiettivo é soddisfare la domanda crescente di
elettricità, senza normative coercitive, con un mix di
fonti energetiche a basse emissioni di carbonio.    44

Programma Harmony

                    45

Tassi di costruzione storici (GW all'anno) e requisiti futuri per
aver 1000 GWe di nuova costruzione nucleare entro il 2050 ,
secondo gli obiettivi di Harmony.

                                                               46

Nel 2015, “the Nuclear Energy Agency (NEA)”
dell'Organizzazione per la Cooperazione Economica e
Sviluppo (OCSE) ha lanciato “the Nuclear Innovation
2050 (NI2050)”.
Il suo scopo è quello di produrre una tabella di marcia per i
principali programmi di ricerca prioritari e delle
infrastrutture necessarie per sostenere il ruolo dell'energia
nucleare, in modo che possa giocare un ruolo nel settore
energetico del futuro a basse emissioni di carbonio.
 L'iniziativa NI2050 prevede una fase di indagine, una fase
di roadmapping e una d'implementazione, che é stata
completata nel 2017.
La NEA ha già lanciato l'iniziativa Nuclear Innovation
2050 (NI2050).                                           47

Nel 2015 è stato firmato un accordo quadro tra l'AIEA e
“the International Renewable Energy Agency (IRENA)”
per la cooperazione nel settore della pianificazione
energetica, allo scopo di migliorare l'efficacia e l'impatto
delle pertinenti capacità di sviluppo e costruzione.
 L'accordo identifica diverse aree di cooperazione, tra cui lo
scambio di informazioni, la condivisione di dati e
metodologie, partecipazione a eventi di formazione e
cooperazione su casi studio.
Negli USA sta emergendo la sicurezza della fornitura
elettrica e termica. Il settore nucleare globale ha la
necessità di avere parità di condizioni sul mercato
elettrico, processi normativi armonizzati e un semplice
e efficace paradigma di sicurezza.                       48

L’energia nucleare ed i combustibili fossili
possono produrre energia

DOVE e QUANDO necessita
Non hanno il problema dell’accumulo .

Sicurezza dell’approvvigionamento, costo??

Le energie variabili non gagantisco la sicurezza
dell’approvvigionamento, ma necessitano il supporto di
altri combustibili, con stocaggio del combustibile in sito per
90 giorni (carbone, petrolio e nucleare, idro) ( vedi USA),
come avviene per le scorte di gas naturale, petrolio e
prodotti petroliferi equivalenti (pari a 90 giorni di consumo
interno medio giornaliero nell'anno precedente )          49

REATTORI NUCLEARI

La vita dei reattori stimata inizialmente sui 30 anni è
passata agevolmente a 40 anni ed oltre. I reattori in
costruzione sono progettati per una vita di oltre 60 anni. Un
rettore nucleare deve essere :
 • da un lato un manufatto immortale come un ponte
    romano (Milvio), il Panteon, la vecchia diga di Assuan;
 • dall’altro deve recepire i progressi della tecnologica e
    dell’innovazione.
 • Questo assimoro porta ad alti costi di capitale e tempi
    di costruzione incerti.
Tempi di costruzione. Le migliori prestazioni sui tempi
                                                      50
                                                         di
costruzione sono associate all’industria nucleare cinese.

Le migliori prestazioni per i tempi di costruzione di quei reattori collegati alla rete nel 2016 sono tutti associati alla
Cina. Cinque dei sei reattori costruiti nel più breve tempo sono stati costruiti in Cina, e il sesto, Chashma 3, è un
  Cinque dei reattori costruiti nel più breve tempo sono stati
reattore progettato e costruito in Cina, costruito in Pakistan.
Il tempo di costruzione elencato per Watts Bar 2 si basa sulla data di riavvio per la costruzione, nell'ottobre 2007.
  realizzati 5/6 in Cina,e il sesto, Chashma 3, è un reattore
Il tempo medio di costruzione dei reattori collegati alla rete nel 2016 è stato di 74 mesi, superiore alla media dei cinque
anni precedenti, ma è cambiato poco dal 2015. I tempi di costruzione sono rimasti al di sotto dei livelli precedenti al
  progettato e costruito dalla Cina in Pakistan.
2000.

  Il tempo medio di costruzione dei reattori collegati alla rete
  nel 2016 è stato di 74 mesi, é superiore alla media dei
  cinque anni precedenti, ma è cambiato poco dal 2015.
   La maggior parte dei reattori in costruzione oggi ha
  avuto inizio negli ultimi 10 anni. Le centrali nucleari di
  (Mochovce 3 & 4 (SK), avvio 2020; 2 unità a Khmelnitskiy
  (UA)) hanno avuto un periodo di costruzione più lungo .
   In Giappone, nel 2018 ben 9 PWR hanno avuto
  l’autorizzazione a ripartire. L’11 maggio 2018 é stata
  allaccia alla rete elettrica l’ottavo reattore nucleare, l’Unit 4
  della centrale di Ohi della Kansai Electric Power Co. 51

Tempi di costruzione per i 10 reattori connessi alla rete nel 2016.
L’incremento di FU permettono all’impianto di generare maggiore
energia, con eventuali modifiche alle procedure operative e di
manutenzione e di risposta agli incidenti di DBA e SA

                                                               52

Tempo medio dimaggior
               costruzione per reattore in mesi a
               partire dal 1981

                                               53

Nuova  costruzione
Nel 2016 sia nel 1984 che nel 1985.
     Reattori nucleari connessi alla rete e in shutdown.
    Cinque dei dieci reattori connessi alla rete nel 2016 sono stati
   allacciati alla rete 5 su 10 reattori in Cina, 1 in India, 1 in Corea
   del Sud, 1 in Pakistan, 1 in Russia e 1 negli USA ( Watts Bar 2
   iniziò 1973, sospesa costruzione 1985-2008, riinizio 2012.

                                                                   54

55

Reattori in costruzione nel mondo a fine 2016

                                                56

Numero di reattori nucleari in costruzione nel mondo a febbraio
2018: con 18 reattori in costruzione in Cina e solo 2 negli USA.

                                                           57

Reattori in esercizio con inizio costruzione dopo il 1985
Nel 2016 sono state connesse alla rete 10 unità (altri 10 nel 2015)
e tre sono in shutdown. Questi valori non si vedevano dal 1990,
anche se inferiori dal picco di 30 reattori nel 1984 e 30 nel 1985.

                                                              58

Reattori connessi alla rete o arrestati nel periodo 1980-
2016

                                                     59

Numero di reattori nucleari pianificati in aprile 2018,
                     per paese
                                        In data aprile 2018,
                                        la Cina e la Russia
                                        hanno il maggior
                                        numero di reattori
                                        nucleari previsti,
                                        per un totale di 41
                                        e 25 reattori.
                                         A livello globale,
                                        entrambi i Paesi
                                        hanno un numero
                                        relativamente alto
                                        di di nuovi reattori
                                        nucleari
                                        funzionanti rispetto
                                        ad altre nazioni.
                                                       60

Capacità annunciata dagli Stati membri di iniziare a
realizzare impianti nucleare entro il 2030 e stime dell’IAEA
                                                          61

62

Reattori Nucleari II e di III Generazione
Sono stai realizzati o in fase di realizzazione reattori come AP-1000,
System 80+, EPR, ABWR, VVER. Essi dovranno competere sul
libero mercato, sarà il mercato a stabilire il successo di questo o quel
tipo di reattore.

         Vantaggi                           Svantaggi
• Non emettono gas               • Alto costo di capitale
  ad effetto serra
                                 • Sfruttamento limitato del
• Costi del kWh                    combustibile (non
  competitivi                      sostenibilità)
                                 • Competitività economica
                                   dipendente da Paese a
                                   Paese                63

I reattori termici oggi in commercio sono ottimizzati per
produrre elettricita: rendimento di circa il 35-40% e un
utilizzo di qualche percento della materia prima.
I Reattori Nucleari di Piccola e Media taglia (SMRs) di III-
IV Generazione hanno come obiettivo di progetto: un uso
efficiente del combustibile nucleare e un pieno utilizzo
del calore nucleare, in termini di potenza e di calore
ad alta temperatura per applicazioni industriali .
Essi hanno un ridotto costo capitale rispetto ai reattori in
esercizio, possono essere localizzati vicino all’utilizzatore
finale e in grado di generare energia elettrica e calore ad
alta temperatura per l’industria di processo. Gli SMRs sono
progettati su principi di sicurezza intrinseca, alta affidabilita
e modularita; essi saranno costruiti completamente in 64

in officina, con componenti di qualita prodotti in tutto il
mondo, di facile assemblaggio e messa in opera, come già
avviene nel campo aeronautico. I primi prototipi di SMR
sono già in esercizio, con ottimi risultati .

                                         La centrale
                                        nucleare russa
                                         galleggiante
                                         “Akademik
                                         Lomonosov”

                                                       65

La centrale nucleare galleggiante russa é pensata come
una chiatta, con scafo simile ai rompighiaccio della
classe Taymir. Essa é lunga 144.4m, larga 30m, alta 10m,
con pescaggio 5.56 m e una stazza di 21500 t. E’
equipaggiata con due reattori di tipo PWR, i KLT-40S di
circa 150 MW termici ciascuno, già ampiamente provati in
campo navale. La centrale fornisce potenza fino a 70
MWe ( ad una città di circa 200000 abitanti), oltre a
fornire vapore anche per la desalinizzazione delle acque
salmastre e fornire energia alle piattaforme petrolifere
dell’area. Le strutture off-shore consistono nei due
reattori, le turbine a vapore, nelle piscine di stocaggio del
combustibile nucleare e dei rifiuti nucleari liquidi e solidi
(isola nucleare), le strutture onshore trasmettono la
                                                          66
potenza e il calore alle rispettive reti.

La destinazione finale della piattaforma off-shore é il porto
di Pewec e sostituirà il reattore nucleare di Bilibino (inizio
anni 1960) che sarà fermato nel 2019. Il reattore KLT-40S
utilizza uranio arricchito al 14.1 % , in rispetto delle norme
dell’ IAEA sulla non proliferazione. Il combustibile verrà
sostituito ogni 3 anni e la manutenzione avverrà ogni 12
anni nei cantieri del Baltico e la vita prevista é di 40 anni.
 In Cina, i reattori nucleari galleggianti di tipo PWR, sono
programmati per entrare in servizio dopo il 2020 nel Mar
Cinese Meridionale. Aree marittime contese, dove Pechino
tenta di affermare una sovranità de facto.
Il 30 ottobre 2015, gli Stati Uniti hanno inviato un
cacciatorpediniere nelle acque contese tra le isole Spratly e
le Paracel, a meno di 12 miglia nautiche da una delle isole67

artificiali che la Cina sta costruendo in quell'area. E’ in
discussione la libertà di navigazione, sostenuta dagli USA,
Regno Unito -Australia e dai Paesi riveraschi .
Inolte, la Cina già consuma benzina M85 (85% in volume
di MeOH) e sta costruendo a Shidaowan una centrale
equipaggiata con due HTR-PM, con potenza termica di 250
MW ciascuno. La potenza e il calore a alta temperatura
degli HTR-PM verrà utilizzato per la gassificazione del
carbone e per la sintesi del MeOH e suoi derivati.
Gli USA hanno grande esperienza di esercizio di reattori
in campo navale, ma non hanno in costruzione reattori
nucleari galleggianti. Sono impegnati nella progettazione
e costruzione di reattori nucleari di piccola taglia
facilmente trasportabili.
                                                      68

Reattori Nucleari di              II
               Generazione

Le principali filiere di reattori nucleari in esercizio:
- PWR, Pressurized Water Reactor, 250 reattori
- BWR, Boiling Water Reactor, 91 reattori
- PHWR,o di tipo CANDU, 41 reattori
- GGR, Gas Grafite Reactors, MAGNOX e AGR ,
  32 reattori e 13 RBMK
- FBE, MLFBR, Metal Liquid Fast Breader
  Reactors, tipo Superphenix, 4 reattori SFR        69

Reattori Nucleari di Generazione III+
I reattori nucleari di potenza di III Generazione (Gen III)
sono un’ evoluzione degli attuali reattori in esercizio.
Nel progetto sono incorporati gli sviluppi della tecnologia
nucleare e tutta l’esperienza operativa acquisita, che
permette una riconfigurazione dell’intero impianto, ma
senza innovare i principi di funzionamento.
 I miglioramenti riguardano non solo l’area della tecnologia
del combustibile nucleare, dell’efficienza termica, della
sicurezza nucleare ma anche a una più lunga vita operativa
dell’impianto, con durata del recipiente in pressione di
almeno 60 anni,
                                                         70
Essi sono progettati in base alle normative della NRC (US

Nuclear Regulatory Commission (NRC): NRC regulation
based on CFR Part 52.9, che garantisce un più alto livello
di sicurezza, in quando i sistemi di spegnimento della
reazione di fissione, i sistemi di refrigerazione di
emergenza ed il sistema di contenimento sono progettati in
base a principi di sicurezza passiva o/e sicurezza intrinseca.
 Il livello più alto di sicurezza richiede solo il piano di
emergenza all’interno della centrale, ma non un piano di
evacuazione, perché i sistemi di contenimento sono
progettati per resistere ad una eventuale fusione del
nocciolo ed ad attacchi esterni (impatto di aerei, attacco
terroristico, terremoti, tsunami, ecc).
I principali impianti già autorizzati e già in esercizio o in
fase di costruzione son i reattori come AP-1000, System
                                                         71
80+, EPR, ABWR, VVER-1000.

C'è stata una chiara tendenza globale verso l'aumento dei
tempi di costruzione, ad essa hanno molto contribuito i
ritardi nella la costruzione dei primi reattori Gen III+.
  I ritardi accumulati sui tempi di costruzione dell’impianto
EPR di Areva nel sito di Olikiluoto 3 (Finlandia) e di
Flamanville 3 (Francia) hanno portato al raddoppio dei
costi previsti dal progetto. Infatti l’impianto di Chooz B1
& B2, con potenza elettrica netta ciascuno di 1450 MWe,
sono stati allacciati alla rete elettrica nel 2000 e sono
costati circa € 2060 / kWe, mentre per l’EPR di
Flamanville il progetto prevedeva € 3700 / kWe ora ha
raggiunto circa € 6600 / kWe.
 La società Areva ha pagato duramente il ritardo e gli
extracosti con la declassazione del reting: a Dicembre 2014
                                                          72
S&P ha declassato il rating a BB+ , a Marzo 2015 a BB- e a

Dicembre 2015, S&P lo ha portato a solo B (Condizioni
economiche e/o finanziarie impreviste, ridurranno probabilmente le
capacità e la volontà dell'obbligato, di adempiere).

                                                              73

74

I 4 reattori AP1000 in costruzione negli USA hanno subito
ritardi simili e onerosi extracosti. La costruzione dei due
impianti in South Carolina é stata sospesa, mentre per le
unità Vogtle B1 e B2 in Georgia, i lavori vanno avanti e é
previsto che verranno allacciati alla rete rispettivamente a
fine 2021 e fine 2022.
L’Occidente ha dematerializzata molto la sua economia e
ha avuto problemi di controllo della qualità del
calcestruzzo utilizzato durante la costruzione delle
fondazioni di Olikiluoto. Il Probema che pongo:
siamo in grado di costruire un nuovo ponte Milvio senza le
maestranze che avevano i romani? Oppure innoviamo le
tecniche costruttive: con il pre-assemblaggio della strutture
in calcestruzzo precompresso o l’uso di nuovi materiali 75e
sfruttando meglio il progresso e l’innovazione tecnologica.

Cina 2018
                          Le prime centrali nucleari di
                        Gen III sono state avviate in Cina

Westinghouse Electric Company , China State Nuclear
Power Technology      Corporation
                 In funzione            (SNPTC)
                             la prima centrale nucleareediCNNC(China
                         terza generazione in Cina
National Nuclear Corporation) Sanmen Nuclear Power
Company Limited (SMNPC) hanno annunciato che alle ore
4.48pm del 30 giugno 2018, la prima centrale nucleare
AP1000 al mondo, situata a Sanmen nella provincia di
Zhejiang, é stata connessa alla rete elettrica.
 Il 21 giugno 2018, il reattore ha raggiunto la criticità (cioè
si ha la prima reazione a catena di fissione).                    76

Il reattore verrà portato a piena potenza gradualmente,e
sottoposto al programma di prove e verifiche per arrivare al
100% della potenza. La centrale nucleare Sanmen 1 è
programmata per entrare in esercizio commerciale entro la
fine di quest'anno. I nuovi reattori nucleari in Cina sono
generalmente considerati in fase commerciale dopo un
periodo di prova di almeno di 168 ore di funzionamento
continuo a piena potenza. Il Presidente e CEO della
Westinghouse , José Gutiérrez ha dicharato. “Today we
witness our first AP1000 plant, Sanmen 1, began its
process of generating electricity and providing our
customers in China with safe, reliable and clean energy.
This milestone would not have been possible without the
constant collaboration and partnership with our China
customer."                                                77

L’EdF), il 6 giugno 2018 ha annunciato che l’EPR
(European Pressurized Reactor ) della centrale di Taishan
( Cina) ha raggiunto la prima criticità: avvio dell primo EPR
al mondo . Successivamente, Taishan 1 è stata collegata alla
rete elettrica con successo alle 17:59 del 29/06/18 .
"Il successo della connessione alla rete della centrale
nucleare di Taishan 1 è un momento storico per Framatome
e per l'intera industria nucleare. È il risultato di anni di
ingegneria realizzati dalla nostra azienda e una proficua
collaborazione con il nostro cliente TNPJVC nonché con
CGN e EDF, il nostro principale azionista e partner. Ora
siamo concentrati sul supporto del nostro cliente all'inizio
delle operazioni commerciali dell'unità 1.
Rimaniamo inoltre pienamente coinvolti nel completamento     78
e nell'avvio di Taishan 2, Flamanville 3 e Olkiluoto 3 e nella

consegna di Hinkley Point C in UK. Tutti i progetti EPR
attuali e futuri beneficeranno anche della vasta esperienza
acquisita dai nostri team “, Bernard Fontana, CEO di Framatome.
Il mese di giugno ha rappresentato un punto di svolta
per il settore nucleare ed é stato un momento
entusiasmante per Westinghouse e Framatome – EdF.
Questi importanti risultati sono stati raggiunti perché il
cliente in Cina non compra “chiavi in mano” , ma ha
richiesto un forte partenariato e la collaborazione
continuativa tra i “nuclear vendors” e i clienti in Cina.
L’impianti nucleare di Hinkley Point C in UK, composto da
due EPR da 3200 MWe, fornisce il 7% dell'elettricità
dell’UK. I costi di costruzione saranno pagati dall'EdF e
per il 33.5% dalla “China General Nuclear, CGN” .
                                                          79

Stimati sui tempi di costruzione dei primi Gen III+ 80

Costi previsti per Gen III
 La NEA (OCSE) ha valutato i costi , “overnight cost” ,
per una centrale nucleare costruita nell'OCSE : é passato da
circa 1900 $ /kWe degli anni '90 a $ 3850 / kWe nel 2009 .
I costi di capitale dipendono fortemente dal tasso di sconto.
Nel rapporto dell’NEA del 2015, i costi previsti per la
generazione di elettricità variavano da $ 2021 / kWe in
Corea del Sud a $ 6215 / kWe in Ungheria.
Per la Cina si hanno costi da $ 1807 / kWe ai $ 2615 / kWe.
 Calcoli parametri al variare del tasso di sconto per la
Corea si ha:
-Tasso di sconto un costo:          3%        7%        10%
- Costo generazione [$ / MWh ]       29        40        51
                                                          81

LCOE at 3%: S. Korea 28.62 $/MWh   UK 64.38 $/MWh

                                               82

Reattori nucleare di IV generazione (Gen IV)

L’energia nucleare ha fornito una produzione lorda
di elettricità pari a 839.7 GWh, circa il 25.8%
dell'elettricità prodotta nell'UE nel 2016.
Un suo sviluppo dipende dell’affermazione della
tecnologia nucleare di Gen IV: non solo nella produzione di
energia elettrica, ma nell’ uso di tutto il calore di fissione:
produzione di idrogeno, calore per desalinizzare le acque
salmastre e altre applicazioni industriali.
Le risorse disponibili garantiscono uno sviluppo durevole
per almeno un millennio: da 1 grammo di U-235 si ricava
la stessa quantità di energia prodotta da 2.55 tonnellate di
carbonio.
 L’industria nucleare dovrà rispondere alla domanda dei
mercati energetici competitivi con:
  ➢ reattori nucleari con differenti spettri energetici e con
                                                           83

taglie diversificate: piccola, media e grande;
➢   elementi di combustibile che usino in modo efficiente
    la materia prima: l’uranio naturale, nuovi combustibili;
➢   chiusura del ciclo di combustibile, con gestione sicura
    ed eco-compatibile delle scorie radioattive.
➢   In un FNR da 1 kg di uranio si possono estrarre circa
    6500-6700 MWh contro i 40-55 MWh di un reattore
    termico. Il combustibile già usato nei reattori termici o
    quello da essi non utilizzabile può essere bruciato in un
    reattore veloce. (Sfida: R&D e innovazione).
➢   E’ la fonte energetica primaria più importante e non
    emette gas serra. L’impatto ambientale valutato con
    l’analisi del ciclo di vita é paragonabile all’eolico e
    all’idroelettrico.
➢   Il problema della sistemazione definitiva delle scorie
    radioattive non é di natura tecnologica ma politica,
    anche se bisogna ottimizzare la gestione delle scorie
    radioattive a lungo termine.

Il momento entusiasmante per Westinghouse e
Framatome – EdF é stato anche per alcuni di noi, che
hanno partecipato all’analisi di sicurezza ed é doveroso
ricordale i Colleghi scomparsi.
All’Analisi di Sicurezza Indipendente dell’AP 600 e
dell’AP 1000 hanno partecipato l’ENEL e l’Università di
Pisa, nell’ambito del ”presidio scientifico e tecnologico in
tema di energia nucleare” dichiarato dal Governo. A dare
gambe al presidio, con poche risore, ci ha provato:
                  Ing Paolo Fornaciari
Vice Direttore e Responsabile delle Attività Nucleari dell’ENEL

Il sottoscritto ha fatto parte del Comitato Scientifico sugli
Incidenti Severi dello ”Institut de Radioprotection et de
                                                           85
Sûreté Nucléaire, IRSN” (Francia) e ha collaborato

all’analisi dell’EPR. Nel 1994, i 6 Atenei Italiani
(POLIMI, POLITO, UNIRA1, UNIPI, UNIBO, UNIPA,
UNIPD) in cui erano e/o sono attivi i corsi di Laurea in
Ingegneria Nucleare, hanno costituito un Consorzio
Interuniversitario per la Ricerca Tecnologica Nucleare
(CIRTEN) per mantenere elevato il livello le conoscenze
nel settore nucleare

          Prof   Ing Giuseppe Forasassi
                 Presidente del CIRTEN

                     Grazie molto
                             e

          Grazie molto per l’attenzione             86