Quanto “dura” un reattore di potenza?

Si sente spesso dire che i reattori nucleari, in Europa e negli USA, siano”vecchi”. Il sottinteso è che il loro livello di sicurezza e affidabilità non sia più soddisfacente. In realtà la gestione dei reattori (almeno nei paesi OCSE) è assimilabile per certi versi a quella degli aeroplani civili. Mediante un processo continuo di monitoraggio e manutenzione preventiva, queste macchine sono sempre tenute ad un elevato livello di sicurezza e qualità di funzionamento.

Proponiamo su questo tema un contributo originariamente pubblicato sul blog http://nucleare.tech, con alcune considerazioni tratte dalla documentazione della Nuclear Regulatory Commission (NRC) americana.

 

ESTENSIONE DELLA VITA DEI REATTORI

Le centrali nucleari statunitensi stanno dimostrando che l’età è davvero solo un numero. Nonostante l’età media dei reattori americani si avvicini ai 40 anni, gli esperti affermano che non ci sono limiti tecnici per cui queste unità producano energia pulita e affidabile per altri 40 anni o più.

Nel seguito riportiamo alcune note tratte dalla documentazione pubblicamente disponibile dal sito della NRC, inerente il processo di re-licensing degli impianti nucleare statunitensi, Grazie alle ricerche condotte nell’ultimo decennio dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) e dall’Istituto di ricerca sull’energia elettrica (EPRI), le utility americane hanno ora la possibilità di richiedere, con sicurezza, una seconda licenza operativa di 20 anni con il Nuclear Regulatory Commission (NRC).

PROLUNGARE LA VITA DEI REATTORI

Ottantotto dei 96 reattori statunitense (il 91%) hanno ricevuto l’approvazione della loro prima estensione di 20 anni. La maggior parte di questi scadrà negli anni intorno al 2030. A causa della quantità di tempo necessaria per prepararsi alle revisioni normative, le utility stanno ora determinando se devono richiedere l’autorizzazione per altri 20 anni di servizio.

In preparazione per questo territorio inesplorato, il DOE ha istituito nel 2010 in modo proattivo il programma di sostenibilità del reattore ad acqua leggera (LWRS) per studiare i provvedimenti per garantire il funzionamento a lungo termine dei reattori della nazione.

DOE, EPRI, NRC e altre parti interessate hanno identificato un elenco di materiali e parti chiave utilizzati negli impianti. Questo andavano dal nucleo del reattore (e gran parte dell’attrezzatura al suo interno) al cablaggio e al cemento attorno all’impianto. Hanno quindi misurato le prestazioni di ciascun materiale per determinare come funzionano nel tempo.

La maggior parte di questi materiali ha soddisfatto gli standard prestazionali desiderati previsti per un funzionamento a lungo termine. I materiali che hanno mostrato segni di normale invecchiamento e degrado sono stati identificati in modo che si possano monitorare e mantenerli in modo proattivo nel tempo. Sei reattori stanno già utilizzando questa ricerca per richiedere una seconda proroga di 20 anni.Le unità 3 e 4 della Florida Power and Light sono diventate i primi reattori autorizzati dall’NRC a funzionare per un massimo di 80 anni.

L’NRC sta inoltre esaminando le domande di Dominion Energy ed Exelon Corporation. Diverse altre utility, tra cui Duke Energy, hanno annunciato l’intenzione di candidarsi. Anche Xcel Energy sta considerando un’estensione. Ad oggi, 20 reattori, che rappresentano più di un quinto della flotta nazionale, hanno in programma o intendono operare fino a 80 anni.

US NRC

L’Atomic Energy Act autorizza la Commissione di regolamentazione nucleare a rilasciare licenze per i reattori di potenza commerciali per funzionare fino a 40 anni. Queste licenze possono essere rinnovate per altri 20 anni alla volta. Il periodo successivo al termine della licenza iniziale è noto come periodo di operazione estesa. Considerazioni economiche e antitrust, non limitazioni della tecnologia nucleare, hanno determinato il termine originale di 40 anni per le licenze dei reattori. Tuttavia, a causa di questo periodo di tempo selezionato, alcuni sistemi, strutture e componenti potrebbero essere stati progettati sulla base di una durata prevista di 40 anni.

La decisione di chiedere il rinnovo della licenza spetta interamente ai proprietari di centrali nucleari. Questa scelta si basa in genere sulla situazione economica dell’impianto e sulla capacità di soddisfare i requisiti NRC. Ogni reattore di potenza è concesso in licenza in base a una serie specifica di requisiti, a seconda principalmente del suo design. Questo insieme di requisiti è chiamato “licenza base” dell’impianto. Il processo di revisione del rinnovo della licenza garantisce costantemente che si manterrà un livello accettabile di sicurezza per il periodo di funzionamento esteso.

La NRC e l’industria si stanno attualmente concentrando sui “successivi rinnovi delle licenze”, che autorizzerebbero gli impianti a operare oltre i 60 anni della licenza iniziale e del primo rinnovo. I successivi rinnovi delle licenze durerebbero anche 20 anni. La NRC ha sviluppato una guida per il personale e i licenziatari specificamente per il successivo periodo di rinnovo. La prima successiva domanda di rinnovo della licenza, per i reattori Turchia Point Unit 3 e 4, è stata presentata al NRC nel gennaio 2018.

Nel 1982, la NRC ha istituito un programma completo per la ricerca sull’invecchiamento delle centrali nucleari. Questi risultati della ricerca hanno concluso che la maggior parte dei problemi di invecchiamento delle centrali nucleari sono gestibili e non pongono problemi tecnici che li impedirebbero di operare per ulteriori anni oltre il periodo di licenza di 40 anni originale.

Nel 1991, la NRC ha pubblicato i requisiti di sicurezza per il rinnovo della licenza ed ha applicato la nuova norma su diversi impianti pilota, per acquisire esperienza e stabilire linee guida per l’implementazione. L’ambito della regola includeva tutto il degrado legato all’età, per il rinnovo della licenza. Tuttavia, durante il programma pilota, la NRC ha riscontrato che molti effetti dell’invecchiamento sono trattati adeguatamente durante il periodo iniziale di licenza di 40 anni.

Parallelamente all’invecchiamento della gestione, l’NRC ha perseguito una normativa separata, per focalizzare la portata delle sue revisioni ambientali. Ai sensi della National Environmental Policy Act, la NRC deve riesaminare l’impatto ambientale del rinnovo della licenza. Il processo di rinnovo della licenza procede su due binari: uno per la revisione dei problemi di sicurezza (parte 54) e un altro per i problemi ambientali (parte 51). Il richiedente deve affrontare gli aspetti tecnici dell’invecchiamento delle piante e descrivere come saranno gestiti tali effetti. Deve inoltre valutare i potenziali impatti ambientali dell’impianto in funzione per altri 20 anni. L’NRC esamina l’applicazione e verifica la sua valutazione mediante ispezioni.

La NRC rinnoverà una licenza solo se determinerà che un impianto attualmente operativo continuerà a mantenere il livello di sicurezza richiesto.

SAFETY REVIEW

Durante la vita di un impianto, la sicurezza è garantita attraverso la manutenzione dell’impianto sulla base della licenza di funzionamento. Quest’ultima è un insieme specifico di requisiti e obblighi, in continua evoluzione. Nel corso del tempo, man mano che la tecnologia avanza e l’esperienza operativa fornisce nuove informazioni, la licenza di un impianto può cambiare, ad esempio quando la NRC emette nuovi requisiti e l’impianto apporta modifiche.

I requisiti di rinnovo della licenza per i reattori di potenza si basano su due principi chiave:

  1. Con la possibile eccezione degli effetti dell’invecchiamento su determinati sistemi, strutture e componenti e alcune altre questioni relative alla sicurezza, solo durante il periodo di funzionamento esteso, l’attuale processo normativo è adeguato per garantire che le licenze di tutti gli impianti operativi forniscano e mantengano un livello accettabile di sicurezza;
  2. È necessario mantenere la licenza di ciascun impianto durante il periodo di rinnovo, proprio come durante il periodo di licenza originale.

I richiedenti identificano tutti i sistemi, le strutture e i componenti degli impianti il ​​cui guasto potrebbe compromettere la sicurezza. Questi sistemi, strutture e componenti di impianti devono essere conformi alle normative NRC in materia di protezione antincendio, qualificazione ambientale, shock termico pressurizzato, transitori previsti senza scram e blackout della stazione.

Alcune strutture e componenti passivi, nell’ambito della valutazione del rinnovo, non richiedono ulteriori azioni. Per questi, il richiedente deve dimostrare che i programmi esistenti forniscono un’adeguata gestione dell’invecchiamento durante il periodo di funzionamento esteso. Tuttavia, se sono necessarie ulteriori attività di gestione dell’invecchiamento per una struttura o un componente, i richiedenti hanno la flessibilità necessaria per determinare le azioni appropriate. Queste attività potrebbero includere, ad esempio, l’aggiunta di nuovi programmi di monitoraggio o l’aumento delle ispezioni.

I richiedenti il rinnovo della licenza devono inoltre identificare e aggiornare analisi dell’invecchiamento “a tempo limitato”. Durante la fase di progettazione di un impianto, alcune ipotesi sulla durata del funzionamento dell’impianto vengono incorporate nei calcoli di progettazione. In base a una licenza rinnovata, è necessario dimostrare che tali calcoli rimangono validi per il periodo di funzionamento esteso, oppure i sistemi, le strutture e i componenti interessati devono essere inclusi in un programma di gestione dell’invecchiamento adeguato.

La NRC ha sviluppato una guida per l’implementazione della regola di rinnovo della licenza con il contributo delle parti interessate. I principali documenti di orientamento sono il rapporto sulle lezioni apprese sull’invecchiamento generico (GUR) (NUREG-1801) e il piano di revisione standard per il rinnovo della licenza (NUREG-1800). Il rapporto GALL spiega come determinare se i programmi esistenti debbano essere ampliati per il rinnovo della licenza. Il rapporto GALL e il piano di revisione standard aiutano lo staff NRC a identificare i programmi che meritano particolare attenzione durante la revisione da parte del personale di una domanda di rinnovo della licenza.

La NRC ha anche pubblicato la Guida alle normative 1.188, che fornisce il formato e il contenuto degli aspetti di sicurezza di una domanda di rinnovo della licenza. L’NRC continuerà a includere modifiche alla guida e al piano di revisione standard man mano che i problemi di rinnovo generico vengono risolti. L’agenzia ha inoltre incorporato altre modifiche derivanti dalle lezioni apprese durante la revisione delle domande di rinnovo.

Nel 2017, la NRC ha pubblicato nuovi orientamenti sulle successive domande di rinnovo della licenza. Questi sono simili agli originali GALL e SRP per il rinnovo della licenza, ma si concentrano sui requisiti di gestione dell’invecchiamento per il periodo da 60 a 80 anni.

ISPEZIONI

Il programma di ispezione della NRC per il rinnovo della licenza verifica le informazioni nella domanda e la valutazione della NRC. Le ispezioni campionano i risultati utilizzati dal licenziatario per identificare tali strutture e componenti nell’ambito del rinnovo della licenza, dei programmi di gestione obsoleti e delle modifiche all’analisi del progetto.

Il personale della NRC esegue un’ispezione aggiuntiva dopo il rinnovo della licenza, in genere prima dell’inizio del periodo di funzionamento esteso. Questa ispezione verifica che siano implementate le condizioni di licenza, gli impegni di rinnovo della licenza e i programmi di gestione dell’invecchiamento. I risultati delle ispezioni sono documentati in un rapporto pubblicamente disponibile.

RECENSIONI AMBIENTALI

Le norme di protezione ambientale sono state riviste nel 1996 per facilitare la revisione ambientale per il rinnovo della licenza. Alcuni problemi vengono valutati genericamente per tutti gli impianti, anziché separatamente nell’applicazione di rinnovo di ciascun impianto. La valutazione generica, NUREG-1437, “Dichiarazione generica di impatto ambientale per il rinnovo della licenza di centrali nucleari”, valuta la portata e l’impatto degli effetti ambientali associati al rinnovo della licenza in qualsiasi sito di centrali nucleari, come le specie in pericolo, gli impatti dei sistemi di raffreddamento dell’acqua su pesce e molluschi e qualità delle acque sotterranee. Per ogni domanda di rinnovo della licenza è necessario un supplemento specifico dell’impianto per la dichiarazione di impatto ambientale generico.

L’NRC esegue le revisioni specifiche dell’impianto in conformità con la National Environmental Policy Act e i requisiti di 10 CFR Parte 51. L’NRC si incontra con il pubblico vicino all’impianto poco dopo aver ricevuto la domanda per identificare le questioni ambientali specifiche dell’impianto per il azione di rinnovo della licenza. Il risultato è una raccomandazione della NRC sul fatto che gli impatti ambientali siano così grandi da squalificare il rinnovo della licenza.

La NRC presenta tale raccomandazione in un progetto di supplemento specifico per impianto al GEIS che viene pubblicato per un commento pubblico e discusso, se necessario, in una riunione pubblica separata. Dopo aver esaminato i commenti sul progetto, NRC prepara e pubblica un supplemento finale specifico per impianto al GEIS.

COINVOLGIMENTO PUBBLICO

La partecipazione pubblica è una parte importante del processo di rinnovo della licenza. Poco dopo che la NRC ha ricevuto una domanda di rinnovo, si tiene una riunione pubblica vicino allo stabilimento. Questo incontro fornisce alle parti interessate locali informazioni sul processo di rinnovo della licenza e opportunità di coinvolgimento del pubblico. Questo incontro viene anche utilizzato per sollecitare contributi sull’ambito della revisione ambientale della NRC. Durante il riesame della domanda di rinnovo, l’NRC tiene riunioni pubbliche aggiuntive. Le valutazioni, i risultati e le raccomandazioni della NRC sono pubblicati e pubblicati sul sito web della NRC una volta completati.

Tutti gli incontri pubblici sono pubblicati nella pagina Incontri pubblici e coinvolgimento di NRC. Le riunioni chiave sono annunciate nei comunicati stampa e nel registro federale. Inoltre, chiunque possa essere influenzato negativamente dal rinnovo della licenza può richiedere un’audizione giudiziale dinanzi a un comitato per la sicurezza e le licenze della NRC. Infine, i membri del pubblico possono presentare una petizione alla Commissione affinché consideri questioni diverse dall’invecchiamento durante il processo di rinnovo della licenza.

PROGRAMMA DI LICENSING

Un licenziatario di una centrale nucleare può chiedere al NRC di rinnovare la sua licenza già 20 anni prima della scadenza della sua attuale licenza. Non vi è alcun limite al ritardo con cui un licenziatario può richiedere il rinnovo della licenza. Tuttavia, se il licenziatario presenta una domanda di rinnovo almeno cinque anni prima della scadenza della sua attuale licenza e l’agenzia sta ancora rivedendo la domanda alla data di scadenza, l’impianto può continuare a funzionare fino a quando la NRC non completa la sua revisione. Se una domanda sufficiente non viene presentata almeno cinque anni prima della scadenza della licenza attuale, l’impianto potrebbe dover smettere di funzionare se la licenza scade prima che venga presa una decisione di rinnovo.

Il personale della NRC ha condotto revisioni anticipate su un programma di 22 mesi dalla ricezione di una domanda a una decisione sul rinnovo della licenza (più a lungo in caso di audizione giudiziale). Dopo aver studiato le lezioni apprese e aver identificato i modi per rendere le revisioni più efficienti, lo staff mira a completare le revisioni rimanenti del rinnovo della licenza (e le revisioni per i successivi rinnovi della licenza) entro 18 mesi.

Le pianificazioni per il rinnovo della licenza dipendono da una serie di fattori, tra cui le risorse di personale disponibili e il numero di applicazioni attuali e previste. Inoltre, la qualità della domanda, la complessità della revisione, la tempestività del richiedente nel rispondere alle richieste di ulteriori informazioni e il coordinamento dei tempi per gli audit e le ispezioni in loco possono influire sulla tempistica della revisione.

UPRATE

L’uprate è l’incremento di potenza elettrica di un reattore nucleare, oltre il valore nominale di progetto.

Le utility USA utilizzano gli aggiornamenti di potenza dagli anni ’70 come un modo per aumentare la produzione di energia delle loro centrali nucleari. Per aumentare la potenza in uscita di un reattore, si utilizza in genere combustibile più altamente arricchito e / o più combustibile fresco. Ciò consente al reattore di produrre più energia termica e quindi più vapore.

A tale scopo, componenti come tubi, valvole, pompe, scambiatori di calore, trasformatori elettrici e generatori, devono essere in grado di soddisfare le condizioni che sussistono ad un livello di potenza superiore. Ad esempio, un livello di potenza più elevato di solito comporta un flusso maggiore di vapore e acqua attraverso i sistemi utilizzati per convertire l’energia termica in energia elettrica. Questi sistemi devono essere in grado di soddisfare i flussi più elevati.

Dal 1996 ad oggi, circa 6,7 GW di capacità di generazione nucleare – l’equivalente di circa sei nuovi grandi reattori moderni – sono stati aggiunti alla flotta di impianti, a seguito di aumenti di potenza. Ottenere l’approvazione della Nuclear Regulatory Commission (NRC) degli Stati Uniti per un aumento di potenza è un processo lungo, ma può essere utile perché consente ai proprietari di aumentare il livello di potenza massima a cui una centrale nucleare esistente può funzionare.

Negli ultimi 23 anni, il NRC ha approvato ben 135 aggiornamenti (diverse unità sono state aggiornate più di una volta), con incrementi che vanno dallo 0,4% al 20% in più rispetto ai limiti di licenza originali.

A questo link troverete una tabella completa degli uprates effettuati e di quelli in programma.

https://www.nei.org/resources/statistics/us-nuclear-plant-actual-and-expected-upratesl

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