Nell’Artico russo il primo SMR terrestre

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Potrebbe vedere la luce nell’Artico russo il primo Small Modular Reactor su terra della serie RITM-200, prodotto da Rosatom. Rusatom Overseas ha infatti ricevuto la licenza di costruire l’innovativo impianto presso la cittadina di Usk-Kuyga, nella Repubblica della Yakutia. 50 MWe tra quelli prodotti dalla centrale saranno acquistati dal governo regionale per la produzione di elettricità e calore in sostituzione delle esistenti centrali a combustibili fossili. La costruzione dovrebbe cominciare nel 2024 e l’impianto è previsto entrare in produzione nel 2028, data che, se rispettata e a meno di accelerazioni dei competitori Cinesi e americani, lo candida ad essere il primo SMR commercialmente operativo sulla terra ferma. E’ già operativo infatti un SMR galleggiante, la Akademik Lomonosov, entrata in funzione nel 2020 sempre in Siberia. Il RITM-200 è l’evoluzione concettuale del KLT-40, reattore montato sulla Lomonosov, ed è stato fino ad ora impiegato per la propulsione dei rompighiaccio.

Rosatom pronta ad espandere la sua offerta di reattori modulari

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Archiviata con successo l’esperienza dell’entrata in servizio della prima centrale nucleare galleggiante, l’Akademik Lomonosov, nella Siberia Nord Orientale, l’azienda di stato russa Rosatom guarda già avanti ai possibili sviluppi di un mercato internazionale di reattori modulari Made in Russia. Il centro studi Iceberg, dove vengono progettati i rompighiaccio a propulsione nucleare, starebbe già sviluppando la versione “di potenza” dei reattori RITM-200 (già montati sui rompighiaccio Arktika, Sibir e Ural), per l’installazione sia a terra che galleggiante. La serie RITM rappresenta un’evoluzione (Gen III+) della serie KLT-40 (Akademik Lomonosov) e può vantare aumentata efficienza (40% in più di potenza elettrica) e ridotte dimensioni (45% in meno). La riduzione delle dimensioni è stata ottenuta incorporando i generatori di vapore nel vascello di contenimento pressurizzato del reattore. Le caratteristiche di sicurezza prevedono 3 livelli di contenimento, pressurizzatore a doppio circuito indipendente e una combinazione di misure ridondanti e fisicamente indipendenti volte a garantire una elevata sicurezza in caso di situazioni incidentali, assicurando la funzionalità dei sistemi di raffreddamento d’emergenza per 72 ore senza intervento di operatori e in assenza di alimentazione elettrica. La versione terrestre di questo impianto prevede due moduli per una potenza elettrica complessiva di 114 MW (330 MW termici) scalabile fino a 6 moduli e capace di fornire in cogenerazione elettricità e calore industriale utilizzabile ad esempio per teleriscladamento, produzione di idrogeno o desalinizzazione dell’acqua. Il reattore ha un ciclo di rifornimento del combustibile di 6 anni ed una vita utile di 60 anni. Limitatissimo l’uso del suolo, che va da 0.06 kmq nella versione a due moduli (meno di dieci campi da calcio) a 0.12 kmq nella versione a 6 moduli. La centrale infatti prevede una parte comune in cui sono siti gli edifici ausiliari, ed un’area ristretta (edifici reattore e turbine) che può essere via via allargata per far spazio a nuovi moduli ad incrementi di 100 MW. Rosatom avrebbe già individuato alcuni siti potenzialmente candidati all’installazione di questi reattori modulari in territorio russo, e conta di immetterli nel mercato nel 2027. La stessa tipologia di reattori sarebbe installata su OPEB (Optimized Floating Power Unit), l’evoluzione dell’Akademik Lomonosov, anch’essa più semplice strutturalmente, più efficiente e meno costosa. Secondo Gleb Makeev, capo progettista presso Iceberg, l’unità è progettata per operare anche in mari tropicali e sub tropicali, con temperature dell’acqua fino a 40°C e temperature dell’aria fino a 47°C. Traspare dunque evidente l’interesse di espansione verso mercati di Paesi in via di sviluppo, come quelli dell’Africa, dove questa tipologia di reattore potrebbe essere installata e fornire elettricità alle città costiere e ai villaggi limitrofi. OPEB: dati tecnici Lunghezza: 112 m Larghezza: 30 m Pescaggio: 5,84 m Stazza: 18.67 mila tonnellate Vita utile totale: 60 anni Dimensioni dell’equipaggio: 54 persone Potenza elettrica: 100 MW Rispetto alla versione terrestre, l’OPEB non produce calore ma solo elettricità. A differenza del KLT-40 inoltre, il ciclo di combustibile (10 anni) coincide con quello di manutenzione del reattore (che non viene svolta in loco ma presso un cantiere navale) eliminando la necessità di stoccare il combustibile esausto presso il sito di produzione, riducendo ulteriormente le dimensioni e l’impronta della centrale. Si tratta dunque di una centrale nucleare “chiavi in mano”, che viene trainata da rimorchiatori al sito prescelto per la produzione, riportata in cantiere per manutenzione ogni 10 anni, e ritirata a fine vita, eliminando le necessità di decommissioning presso il sito (che verrebbero svolte presso il cantiere navale o altro sito adeguato). Il personale, anch’esso in numero ridotto rispetto all’Akademik Lomonosov, verrebbe alloggiato presso le strutture ausiliarie sulla terraferma, le uniche a dover essere dismesse o convertite ad altri usi al termine della vita operativa della centrale, ma prive di contaminazione radiologica. Per approfondire: https://aris.iaea.org/Publications/SMR_Book_2020.pdf Floating NPPs, a Solution for Electricity Demand in Hot Countries?

Reattori a sali fusi

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I reattori a sali fusi (Molten Salt Reactors, MSR) sono una tipologia di reattore avanzato (cosiddetto di IV generazione). Sebbene il concetto non sia nuovo, gli MSR hanno attirato rinnovata attenzione dall’industria nucleare in concomitanza con l’affacciarsi sulla scena dei reattori modulari di piccola taglia (SMR). Questi reattori infatti, pur annoverando alcune caratteristiche più che desiderabili, non hanno mai sfondato sulla scena della produzione di energia elettrica, in particolare per l’incertezza regolatoria e per difficoltà nell’instaurare la filiera di alcune componenti specifiche. L’incertezza regolatoria è anche dovuta ad alcune criticità dell’utilizzo di combustibile liquido anche dal punto di vista della proliferazione, ovvero dl possibile uso del combustibile nucleare per scopi bellici. I principali punti forti di un MSR sarebbero l’efficienza e la sicurezza: il reattore opererebbe a temperature molto più elevate dei reattori tradizionali, consentendo la produzione, oltre che di maggiore energia elettrica per unità di potenza termica, anche di calore industriale utilizzabile per svariati processi. Di contro, la pressione di operatività del reattore sarebbe più bassa, riducendo di molto il rischio di esplosioni chimiche in caso di incidente e quindi limitando le possibilità di dispersione di radionuclidi in atmosfera in situazioni incidentali. Inoltre, molti concetti di MSR presenterebbero la caratteristica per cui il combustibile si espande all’aumentare della temperatura, divenendo meno reattivo e quindi stabile in caso di situazioni incidentali: questa automodulazione della potenza è una caratteristica molto appetibile anche per inserire il reattore in reti con presenza di energia rinnovabile intermittente che quindi richiedono capacità di bilanciamento del carico (Ioad following). Un’altra caratteristica di sicurezza sarebbe la presenza di un “tappo” termosensibile che in caso di temperature troppo elevate si apre automaticamente facendo drenare tutto il combustibile in dei serbatoi sub-critici dove la reazione di fissione si estingue. Ancora, i reattori a sali fusi possono in principio usare combustibile di provenienza diversa, non solo uranio ma anche torio fertile (ovvero capace di produrre U-233) e prodotti transuranici quali quelli presenti nel combustibile esausto (spent nuclear fuel) dei reattori tradizionali, caratteristica questa che li renderebbe potenzialmente più economici e anche in grado di contribuire al riciclaggio dei rifiuti nucleari prodotti da altre tipologie di reattore, riducendone quindi la radioattività a lungo termine e le difficoltà di stoccaggio ad essi connessi. L’economicità di questi reattori è pero l’aspetto più controverso: se da un lato le caratteristiche sopra menzionate, unitamente alla caratteristica del combustibile fuso (che dunque non richiede assemblaggio) sono un potenziale vantaggio economico, d’altro canto alcune complessità intrinseche e ancora irrisolte, come l’elevata corrosione che si sviluppa nei materiali e le costose operazioni di manutenzione della parte chimica dell’impianto, che tuttavia è radioattiva costituiscono l’altra faccia della medaglia capace di vanificare ogni vantaggio e zavorrare questa tecnologia. Il primo MSR commerciale potrebbe vedere la luce in Cina: la tigre asiatica lavoro ad un reattore a sali fusi alimentato a torio dal 2011 ed il reattore dimostrativo (100 MW) dovrebbe entrare in funzione nel 2024. Sul fronte invece dei reattori modulari a sali fusi, è invece la canadese Terrestrial Energy ad essere allo stadio più avanzato, ovvero quello di pre-licensing presso l’autorità nucleare canadese per il suo IMSR. La costruzione del primo reattore potrebbe avvenire entro il 2025. Per approfondire: https://www.iaea.org/topics/molten-salt-reactors https://whatisnuclear.com/msr.html https://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/molten-salt-reactors.aspx

ENS Webinar: Small Modular Reactors in a decarbonized power grid – A path towards affordable zero-carbon electricity

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  La European Nuclear Society invita a partecipare al webinar intitolato Small Modular Reactors in a decarbonized power grid – A path towards affordable zero-carbon electricity a cura di Anicet Touré Product Manager – SMR & Advanced Technologies – Engineering management Nuclear  presso TRACTEBEL Engie. Il webinar avrà luogo giovedì 9 aprile dalle ore 13 alle ore 14 (CET). Registrati gratuitamente.

Dagli Small Modular Reactors l’impulso al futuro del nucleare

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Cresce l’interesse per i reattori modulari di piccola taglia (SMR) e con esso le probabilità che la produzione di energia da fonte nucleare possa ritrovare impulso nel medio-lungo periodo. Sono decine i progetti, portati avanti da altrettante compagini industriali in tutto il mondo. Diverse sono anche le taglie, perché c’è piccolo e piccolo. Si va dai microreattori, ad esempio Westinghouse Evinci (0.6 MWt) e Oklo Aurora (1.5 MWt), alle taglie intermedie come Nuscale (160 MWt) e KLT-40S di Afrikantov OKBM (150 MWt), fino alle taglie “forti” quali l’IMSR di Terrestrial Energy (400 MWt). Molteplici anche le destinazioni d’uso: produzione di calore, elettricità o entrambe, connessi alla rete o no, in quest’ultimo caso per servire comunità isolate o basi militari. “I punti di forza comuni sono  la riduzione dei costi, la maggior flessibilità e caratteristiche di sicurezza intrinseche senza precedenti.” I punti di forza comuni sono, seppur con diverse sfumature e per molti progetti ancora da dimostrare, la riduzione dei costi, la maggior flessibilità (load following) anche in una rete dove abbondino le rinnovabili intermittenti e caratteristiche di sicurezza intrinseche senza precedenti. L’idea di fondo non è nuova, dal momento che reattori di piccola taglia si trovano a bordo delle imbarcazioni a propulsione nucleare. Ciò che alcuni di questi progetti promettono, e l’innovazione principale sta qui, è di rivoluzionare il processo di costruzione, spostandolo dal sito alla fabbrica, dove i reattori modulari verrebbero prodotti in massa e con caratteristiche standard, con conseguente riduzione dei tempi e dei costi. Inoltre, la riduzione della taglia e la presenza di misure di sicurezza intrinseche (ovvero senza la necessità d’intervento umano o di alimentazione esterna), potrebbero potenzialmente rivoluzionare la regolamentazione, ad esempio riducendo o addirittura eliminando le zone di sicurezza intorno alle centrali, consentendone la costruzione ad esempio in aree industriali o comunque urbanizzate (ciò in definitiva dipenderà soprattutto dagli enti regolatori). “Alcuni di questi reattori sono già operativi, altri in costruzione, altri in fase di studio, ma potrebbero essere connessi  alla rete entro i prossimi 5-6 anni.” Alcuni di questi reattori sono già operativi, altri in costruzione, mentre altri ancora sono ancora in fase di studio, ma potrebbero essere connessi per la prima volta alla rete entro i prossimi 5-6 anni. Il KLT-40S di Afrikantov OKBM ad esempio è già operativo. Ha preso il nome di centrale Akademik Lomonosov, connessa alla rete il 19 dicembre 2019 nella remota regione di Chukotka, in Siberia. Si tratta della versione modificata del KLT-40 originariamente pensato per propellere la flotta di rompighiaccio russi. Si tratta quindi di una centrale galleggiante, che può produrre elettricità e calore per una potenza complessiva di 70 MWe per 26000 ore continuative senza rifornimento di combustibile. La Akademik Lomonosov sostituisce il reattore numero 1 della centrale di Bilibino (LWGR) nel servire la locale comunità mineraria. CAREM è un progetto argentino attualmente in costruzione. Si tratta di un reattore ad acqua leggera (LWR) di potenza nominale pari a 100 MWt e pensato per servire regioni con scarsa domanda di elettricità oppure per la desalinizzazione dell’acqua marina. Le sue caratteristiche di sicurezza annoverano sistemi totalmente passivi e raffreddamento del nocciolo a circolazione naturale, oltre ad una significativa semplificazione del design e riduzione degli elementi sensibili. Il primo prototipo potrebbe essere operativo nel 2022, fatti salvi ulteriori ritardi nei lavori dovuti alla situazione economica e politica in Argentina. Un altro progetto ormai vicinissimo alla fase operativa commerciale è il cinese HTR-PM. Si tratta di un reattore ad ala temperatura raffreddato a gas della potenza nominale di 250 MWt. Ogni modulo è composto di due reattori. La versione di test (HTR-10) è operativa dal 2003 ed ha dimostrato molte caratteristiche di sicurezza tipiche dei reattori modulari. La centrale commerciale è in costruzione dal 2013 a Rongcheng, nella provincia di Shandong, dove si prevede l’installazione di 10 moduli. Gran parte dei lavori sono ultimati e la centrale dovrebbe divenire presto operativa. Tra i reattori in fase di sviluppo forse uno dei più promettenti è quello progettato dall’americana Nuscale Power. Reattori modulari capaci di produrre elettricità o calore pari a 50 MWe ciascuno, da assemblare in numero variabile, fino a 12 unità, in base alle esigenze del cliente. Si tratta di reattori ad acqua pressurizzata (PWR) interamente assemblati in fabbrica con raffreddamento a circolazione naturale in tutti gli stati operativi e capacità di raffreddarsi autonomamente senza apporto di energia elettrica dall’esterno e senza necessità d’intervento umano in caso di incidente o di apporto d’acqua. Analisi probabilistiche mostrano che il livello di sicurezza sarebbe di un ordine di grandezza superiore alle centrali esistenti. Anche l’impronta ecologica sarebbe molto limitata, la centrale infatti occuperebbe circa 0.14 km2, un decimo delle già compatte centrali nucleari tradizionali. Ogni modulo è operato indipendentemente dagli altri, aumentando la flessibilità di potenza erogata ed eliminando i tempi morti necessari al rifornimento del combustibile. “NuScale è alla seconda fase di autorizzazione normativa. La prima centrale dovrebbe essere operativa a partire dal 2026 nell’Idaho” L’SMR di NuScale è alla seconda fase di autorizzazione normativa. La prima centrale commerciale dovrebbe essere condotta a partire dal 2026 nell’Idaho dalla Utah Associated Municipal Power Systems. Molti Paesi, tra cui Ucraina, Romania, Giordania, Canada e Repubblica Ceca hanno firmato accordi con NuScale per esplorare lo sviluppo di SMR nei rispettivi territori. Questa incompleta panoramica dello stato di sviluppo dei reattori modulari ha l’intento primario di evidenziare come una rivoluzione dell’industria nucleare per la produzione di energia potrebbe essere alle porte, aprendo scenari completamente nuovi per quanto riguarda l’accettazione pubblica di questa tecnologia spesso incompresa dalle masse e stereotipizzata dai media mainstream. “Molta della fortuna di questi progetti dipenderà anche dall’apertura mentale degli organismi regolatori e dalla loro capacità di evolvere al pari della tecnologia.” Molta della fortuna di questi progetti dipenderà però non soltanto dalla loro capacità di mantenere le promesse, ma anche dall’apertura mentale degli organismi regolatori e dalla loro capacità di evolvere al pari della tecnologia. Per quanto riguarda la riduzione dei tempi e dei costi di costruzione degli SMR, molto dipenderà dalla capacità di armonizzare a livello internazionale…