Dagli Small Modular Reactors l’impulso al futuro del nucleare

Reattori modulari?
L’Associazione Italiana Nucleare
fa il punto in questo articolo,
che ripubblichiamo integralmente.

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)1. 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, 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, 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 Lomonosovconnessa alla rete il 19 dicembre 20192 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.

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La centrale Akademik Lomonosov (foto Rosatom)3.

CAREM è un progetto argentino attualmente in costruzione4. 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.

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Il sito di costruzione del reattore CAREM, in Argentina (foto Wikipedia).

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 ultimati5 e la centrale dovrebbe divenire presto operativa.

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Il recipiente del nocciolo HTR arriva alla centrale di Rongcheng (foto CHNG via World Nuclear News)5.

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.

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 accordi6 con NuScale per esplorare lo sviluppo di SMR nei rispettivi territori.

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Come sarà una centrale SMR Nuscale (foto Nuscale)6.

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 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 i requisiti normativi, come auspicato recentemente7 dalla Presidente della Canadian Nuclear Safety CommissionRumina Velshi.

Per approfondire:

IAEA, Advances In Small Modular Reactor Technology Developments, 2018 Ed.

https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/small-nuclear-power-reactors.aspx

Note:

1] Esempi di microreattori
Evinci: https://www.westinghousenuclear.com/new-plants/evinci-micro-reactor
Oklo Aurora: https://oklo.com/
Nuscale https://www.nuscalepower.com/
Afrikantov OKBM: http://www.okbm.nnov.ru/en/
Terrestrial Energy: https://www.terrestrialenergy.com/

2] Connessione alla rete della centrale Akademik Lomonosov https://www.world-nuclear-news.org/Articles/Russia-connects-floating-plant-to-grid

3] https://www.maritime-executive.com/editorials/russia-s-floating-nuclear-plant-plugged-in-at-pevek

4] CAREM 25
https://www.argentina.gob.ar/produccion/energia/electrica/nuclear/carem

5] Processo d’installazione della Centrale di Rongcheng
https://www.world-nuclear-news.org/NN-Reactor-vessel-delivered-for-Chinas-first-HTR-1503164.html

6] Valutazione per NuScale SMR in Ucraina
https://world-nuclear-news.org/Articles/MoU-starts-evaluation-of-NuScale-SMR-for-Ukraine

7] Requisiti normativi per SMR
https://www.world-nuclear-news.org/Articles/Speech-Regulatory-harmonisation-for-SMRs