SMR e 4°th Generation

Questo post è stato scritto in collaborazione con Nucleare e Ragione

Da alcuni anni, in particolare a seguito dell’incidente di Fukushima nel 2011, l’industria nucleare si è impegnata a rafforzare le misure di sicurezza attraverso un miglioramento degli standard e tramite l’effettuazione di stress test. Questo non tanto perché la generazione attuale di reattori sia poco sicura, anzi. Tuttavia l’enorme l’impatto mediatico ed economico del disastro giapponese ha dato nuovo impulso allo studio di innovative soluzioni tecniche ed ingegneristiche.

Un fatto nuovo e rilevante è stato l’impegno del settore privato, oltre al mondo della ricerca ed universitario, sia da parte delle grandi corporation che di un numero impressionante di startup, in particolare nel Nord America ma anche in Europa. Molti di questi progetti sono SMR (Small Medium Reactor), la definizione internazionale per i reattori con potenza (elettrica) sotto i 300 MW. E’ una convenzione suggerita da IAEA, che viene anche usata per i reattori di nuova concezione (la 4° Generazione), con potenza sotto tale valore. Quindi è possibile che un SMR sia anche un 4° Generation e viceversa.

Una raccolta di queste iniziative può essere trovata nel database ARIS della IAEA (https://aris.iaea.org/). Degli oltre 70 progetti elencati nel database, molti sono ancora nella fase concettuale o di design, ma alcuni sono stati finanziati, sono in costruzione o addirittura in funzione.

Nel seguito saranno illustrati sinteticamente dieci progetti che hanno raggiunto tale avanzato stato di realizzazione. In particolare:

A) quattro sono in funzione e collegati alla rete elettrica (Floating Reactor, BREST-OD-300, HTR-100) o in test (Thorium MSR);

B) uno è in costruzione (ACP100), dal 2021;

C) due sono in fase di pre-licensing e sono già stati opzionati per la costruzione (NuScale e BWRX-300);

D) tre sono in fase di design avanzato ed è stato scelto un sito per l’installazione del prototipo (Kairos Power, Terrapower, ALFRED).

Molti di questi reattori sono, a tutti gli effetti, degli SMR con caratteristiche tipiche dei reattori di nuova concezione.

I DIECI SMR ESISTENTI O IN COSTRUZIONE/DESIGN

  1. USA – GE-Hitachi BWRX-300
  2. USA – NuScale
  3. Russia – Floating Reactor
  4. China – ACP100
  5. USA – Kairos Power
  6. USA – Terrapower
  7. Russia – BREST-OD-300
  8. EU – ALFRED
  9. China – HTR-100
  10. China Thorium MSR
  1. Nel Dicembre 2021 l’azienda pubblica canadese OPG, una delle principali erogatrice di energia elettrica del Canadà, ha scelto il progetto GE-Hitachi BWRX-300 per un nuovo impianto nucleare nel sito di Darlington. L’entrata in servizio del reattore è prevista per la fine del 2028. Il BWRX-300 è un SMR da 300 MWe raffreddato ad acqua naturale, con la particolarità di consentire il raffreddamento mediante circolazione naturale e con sistemi di sicurezza passiva. E’ stato progettato sulla falsariga di un reattore molto più grande (ESBWR, sempre di GEH, con potenza da 1500 MWe), che è stato già certificato dalla US Nuclear Regulatory Commission. Il BWRX-300 può essere costruito in 24-36 mesi utilizzando tecniche di costruzione modulari a cielo aperto già utilizzate da Hitachi in Giappone. E’ progettato per fornire elettricità in modo flessibile e dispacciabile, a un prezzo competitivo con i costi degli impianti a ciclo combinato a gas naturale, con un obiettivo di $ 2.250/kW per implementazioni NOAK (Nth Of a Kind). Oltre a fornire elettricità alla rete, il BWRX-300 è in grado di erogare vapore per processi industriali, teleriscaldamento e produzione di idrogeno (sotto un mockup del reattore e una tabella con le principali caratteristiche).

  2. Entro la fine di questo decennio, la prima centrale elettrica NuScale entrerà in funzione negli Stati Uniti a Idaho Falls, nell’Idaho. Fondamentale per il Carbon Free Power Project (CFPP), un’iniziativa guidata dal consorzio pubblico per l’energia elettrica Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS), l’impianto NuScale sarà il fulcro del CFPP per fornire energia pulita, sicura, affidabile e competitiva per le comunità dell’ Intermountain West. Il primo NuScale Power Module inizierà a generare energia nel 2029, mentre i moduli rimanenti entreranno in funzione per la piena operatività dell’impianto, entro il 2030. Il reattore si basa su un concetto innovativo, che incorpora tutti i componenti per la generazione di vapore e lo scambio di calore in un’unica unità integrata chiamata NuScale Power Module™ (NPM). Ciascun NPM opera in modo indipendente all’interno di una configurazione multi-modulo. Fino a 12 moduli sono monitorati e gestiti da un’unica sala di controllo. Il design compatto consente di costruirlo e assemblarlo in fabbrica, quindi spedirlo al sito di installazione. Il reattore è raffreddato mediante convezione naturale di acqua leggera. Un altro accordo preliminare per costruire una centrale con sei moduli è stato raggiunto fra la compagnia rumena Nucleareelectrica e Nuscale. Qui un video esplicativo del funzionamento di NuScale ( Video).

  3. La compagnia Rosatom, la più grande fra i produttori di impianti nucleari in Russia, ha progettato e realizzato uno dei primi esemplari di Floating Reactor. Si tratta di una coppia di SMR da 35 MWe installati su una chiatta galleggiante. Il reattore è ad acqua leggera pressurizzata, erede dei sistemi propulsivi di numerosi rompighiaccio nucleari artici, in funzione da anni in Russia. Il primo di questi sistemi (battezzato “Akademik Lomonosov”) sta erogando elettricità, calore e acqua desalinizzata ad una città mineraria presso il circolo artico, presso la quale è ormeggiato.

  4. In Cina è in fase di costruzione un reattore ad acqua pressurizzata da 125 MWe, con capacità di produrre in modo combinato calore e acqua desalinizzata. Il reattore è anche noto come Linglong 1. Il progetto è in fase di sviluppo dal 2010, design è stato completato nel 2014. L’ACP100 è diventato, nel 2016, il primo SMR a superare la revisione della sicurezza dell’Agenzia internazionale per l’energia atomica. Nello stesso anno, il progetto è stato approvato dal governo cinese come parte del suo tredicesimo piano quinquennale. Il rapporto preliminare sull’analisi della sicurezza per l’unità dimostrativa a Changjiang è stato approvato nell’aprile dello scorso anno. La costruzione è iniziata il 13 luglio del 2021. Il tempo totale di costruzione è previsto in 58 mesi.

  5. Entro due anni inizierà la costruzione del prototipo (denominato Hermes) di uno dei progetti nucleari più avanzati tra quelli apparsi negli ultimi anni. Kairos Power (https://kairospower.com ) è una startup USA che ha sviluppato un concetto di reattore che ricade in due delle categorie della 4° Generation: gli HTGR ed i MSR. Il reattore è infatti un sistema ad alta temperatura con combustibile TRISO, ma raffreddato mediante sali fusi. Hermes avrà una potenza di 350 MWth, mentre il sistema definitivo potrà produrre fino a 145 MWe, oltre a vapore ad alta temperatura per usi industriali. Il prototipo sarà assemblato in Tennessee, presso i laboratori di Oak Ridge entro il 2026.

  6. Entro il 2030 Terrapower intende costruire il prototipo del suo reattore Natrium nel Wyoming, in un sito dove sarà dismessa una centrale a carbone. Natrium è un sistema altamente innovativo. Si tratta di un reattore veloce raffreddato a sodio liquido che deriva direttamente dal progetto PRISM di GE-Hitachi, arricchito da soluzioni sviluppate da Terrapower. Il reattore ad esempio può erogare 345 MWe, ma può arrivare a 500 MWe utilizzando un sistema di stoccaggio del calore a sali fusi.

  7. Nel 2021 è iniziata la costruzione in Russia di Brest-OD-300, un reattore veloce raffreddato a piombo liquido (4° Generation). L’entrata in servizio è prevista per il 2026, la particolarità del progetto risiede nella completa integrazione, nello stesso sito, con il sistema di riprocessamento del combustibile.

  8. Un altro progetto innovativo, di cui è già prevista la costruzione di un prototipo presso Pitesti nel sud della Romania (da 300 MWth) è ALFRED, un progetto finanziato dalla comunità Europea per un reattore veloce raffreddato a piombo fuso. Le due nazioni che sono in prima linea negli studi sono Italia (ENEA e Ansaldo Nucleare) e Romania. A breve sarà realizzato un dimostratore tecnologico (senza materiale fissile) sempre in Romania.

  9. Sono stati recentemente collegati alla rete elettrica i due reattori da circa 100 MWe ciascuno che costituiscono l’impianto nucleare di Shidaowan in Cina. Questi SMR sono a tutti gli effetti dei reattori HTGR della 4° generazione: raffreddati da elio ad alta pressione, moderati a grafite e con combustibile semifluido tipo “pebble-bed” (microsfere di uranio ricoperte di un rivestimento al carbonio), in grado di resistere senza danni al oltre 1400° C. La centrale HTR-100 può erogare anche vapore ad alta temperatura (560°) per usi industriali.

  10. Il primo reattore commerciale raffreddato a sali fusi e alimentato a torio è entrato in funzione in Cina nel 2021, a Weiwu City, Gansu. Si tratta della prima realizzazione dopo il lavoro pionieristico fatto nel 1969 ad Oak Ridge negli USA. Il sistema cinese è di piccola taglia (2 MWth), ma è prevista un’evoluzione verso un sistema della taglia del 100 MWe.


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