20090328 ASSI Domenico Cassarini Enea

Fenomeno energia e ricerca ENERGIE RINNOVABILI e RISPARMIO ENERGETICO Stato dell’arte Sabato 28 Marzo Domenico Cassarini

Scenari Energetici: Geograficamente così suddivisi: Nord America 26% Centro e Sud America 5% Europa e Russia 27% (UE 16%, 1,7% Italia ) Nel mondo, nel 2007, si sono consumati circa 11,6 Miliardi di tep (135.000 miliardi kWh) Medio oriente 5% Africa 3% Asia e Pacifico 34% (Cina 17%, Giappone 5%, India 4%)

Scenari Energetici: Così suddivisi per fonti primarie : Petrolio 35% (32) Carbone 25% (22) Gas naturale 21% (23) Nucleare 6% (7) Idroelettrico 2,5% (3) Biomassa 10% (11) Altre FER 0,5% (2) (x) scenario IEA ’30 -> 17,4 Mtep Nel mondo, nel 2007, si sono consumati circa 11,6 Miliardi di tep (135.000 miliardi kWh)

Situazione Italiana: 2007 – Consumi totali da fonti primarie: (*) corrispondente al 1,7% del totale mondiale. 100% 194,2 (*) Totale: 5% 10,1 Import En. El. 7% 14,2 FER 36% 70 Gas Naturale 9% 17,3 Carbone 43% 82,6 Petrolio % Mtep Fonte

Situazione Italiana: Suddivisione per settore dell’energia totale: Trasporti 32% Industria 28% Residenziale 30% Agricoltura 2% Usi non energetici 6% Bunkeraggi 2% Suddivisione per fonte della sola energia elettrica: (Italia) (UE) Gas 52% 21% Rinnovabili 17% 14% Petrolio 15% 4% Carbone 14% 28% Nucleare 0% 31%

Situazione Italiana: 2007 – Consumi finali per i settori principali e fonte: 17,8% 4,5% 28% 39,7% 90% 30% 4% 55% 11% 30% Residenziale e terziario 29% 12% 40% 19% 28% Industria 2% - 1% 97% 32% Trasporti Elettricità Carbone Gas Petrolio % sul tot. Settore

Situazione Italiana: Produzione di energia elettrica Mix energetico Italia Mix energetico Europa

IL NUCLEARE – Un po’ di storia (1) 1952 - Viene fondato il CNRN Comitato Nazionale Ricerche Nucleari (prof. Amaldi, Ferretti, Ippolito) 1956 - Nasce il Centro Ricerche di ISPRA (reattore CP5) 1960 - Il CNRN si trasforma in CNEN Comitato Nazionale Energia Nucleare, Ispra verrà ceduta all’Euratom L’energia elettrica era prodotta dai privati ’ 62 Nazionalizzazione (nasce l’ENEL)

IL NUCLEARE – Un po’ di storia (2) 1962 – 1964 vengono messe in funzione le prime tre Centrali Nucleari italiane Latina – (gas/grafite) 153 MWe, sino al 86 con 25 TWh Garigliano – (G.E) 150MWe sino al 78 Trino – (W) 260 MWe sino al 87 con 26 TWh 1978 – Caorso (PWR) 860 MWe sino al 86 con 29 TWh Negli anni 70 si misero in cantiere anche i reattori sperimentali CIRENE e PEC

IL NUCLEARE – Un po’ di storia (3) 1964 Felice Ippolito, segretario Generale del CNEN viene condannato per “irregolarità amministrative” Vengono revisionati tutti i programmi e ne seguono vari anni di confusione; in Francia nel frattempo furono costruite 30 centrali e 15 in Germania. 1975 – Varato il Piano Energetico Nazionale con previste 8 centrali in 4 siti, tra cui Montalto di Castro 2x1000 MWe Collaborazioni dell’industria nazionale al progetto dei reattori veloci francesi (Superfenix) e sperimentale PEC.

IL NUCLEARE – Situazione attuale Attualmente nel mondo vi sono 443 reattori funzionanti in 33 paesi per complessivi 369.725 MWe pari a 2.620 TWh all’anno corrispondenti a circa 16% della produzione Mondiale di energia elettrica 28 unità in costruzione per 22.000 MWe 62 pianificate 68.000 MWe 161 proposte 120.000 MWe

IL NUCLEARE – Situazione attuale QUOTE DI PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA CON NUCLEARE Francia 78%. (59) 63.363 MWe Belgio 55% Svezia 52% Svizzera 40% Germania 32% Giappone 29% (54) 45.500 MWe Finlandia 27% Spagna 23% Stati Uniti 20% (104) 99.210 MWe India 14 unita in esercizio + 4 in cantiere Cina 10 unità per 7.600 MWe (per il 2015 17.000 MWe)

IL NUCLEARE – Situazione attuale Nel mondo le quote di produzione di energia elettrica con nucleare sono di circa il 16% sul totale, ma il 25% nei paesi OCSE, per arrivare al 35% dell’Unione Europea. Le preoccupazioni ambientali e di sicurezza di approvvigionamento energetico, unitamente alla domanda in forte aumento di energia elettrica (si prevede un raddoppio al 2030) e ai costi via via crescenti dell’energia da fonti fossili, stanno determinando in tutto il mondo un rinnovato interesse per questa tecnologia.

IL NUCLEARE – Situazione attuale Attualmente, l’energia elettro-nucleare mondiale è prodotta quasi esclusivamente tramite reattori a uranio arricchito e acqua naturale (pressurizzata o bollente), costruiti negli anni settanta e ottanta dello scorso secolo ( seconda generazione ). A fronte delle nuove prospettive di mercato, l’industria elettro-nucleare si sta preparando a fornire nuovi tipi di reattori per far fronte agli ordinativi e alle condizioni al contorno (disponibilità di materie prime, norme per la protezione dell’ambiente e della salute), prevedibili per i prossimi decenni. La terza generazione comprende, innanzi tutto, i reattori avanzati ad acqua naturale, alcuni già in funzione in Giappone, come l’ Advanced Boiling Water Reactor ( ABWR da 1.400 MWe progettato da General Electric e Toshiba ) altri, come lo European Pressurized Water Reactor ( EPR da 1.600 MWe fornito dalla franco-tedesca AREVA ), in fase di ordinazione. L’americana Westinghouse Electric Company con il concorso dell’italiana Ansaldo Nucleare, ha applicato la tecnologia passiva all’Advanced Passive-600 (AP600) e, successivamente, all’ AP1000 che risultano essere gli unici impianti a sicurezza passiva approvati dalla Nuclear Regulatory Commission americana. A fine 2006, la Cina ha acquistato da Westinghouse le prime 4 unità di AP1000.

IL NUCLEARE – Prospettive
In sintesi, caratteristiche tipiche per i reattori di generazione III e III+ sono:
un progetto standardizzato che abbrevi le procedure di approvazione e riduca i tempi e i costi di costruzione;
alta disponibilità e lunga vita utile (tipicamente, 60 anni);
presenza di dispositivi di sicurezza di tipo “intrinseco” o “passivo”;
flessibilità nella composizione del combustibile (uranio naturale ed a vari arricchimenti, miscele uranio-plutonio, quest’ultimo anche proveniente dallo smantellamento di armi nucleari, miscele uranio-torio) e sua alta “utilizzabilità” (burn-up), al fine di distanziare nel tempo le ricariche.

I reattori di quarta generazione sono ancora allo stadio concettuale. Nel gennaio 2000, dieci paesi si sono uniti per formare il “ Generation IV International Forum ” ( GIF ) col fine di sviluppare i sistemi nucleari di futura generazione, cioè i sistemi che potranno divenire operativi fra 20 o 30 anni, subentrando all’attuale generazione di reattori a neutroni termici refrigerati ad acqua.
I sistemi nucleari di quarta generazione dovranno rispettare i seguenti requisiti :
sostenibilità, ovvero massimo utilizzo del combustibile e minimizzazione dei rifiuti radioattivi;
economicità, ovvero basso costo del ciclo di vita dell’impianto e livello di rischio finanziario equivalente a quello di altri impianti energetici;
sicurezza e affidabilità; in particolare i sistemi di quarta generazione dovranno avere una bassa probabilità di danni gravi al nocciolo del reattore e tollerare anche gravi errori umani; non dovranno, inoltre, richiedere piani di emergenza per la difesa della salute pubblica, non essendoci uno scenario credibile per il rilascio di radioattività fuori dal sito;
resistenza alla proliferazione e protezione fisica contro attacchi terroristici.

I sei sistemi nucleari selezionati da GIF sono :
Gas-Cooled Fast Reactor (GFR) - reattori a spettro veloce, refrigerati a elio e con ciclo del combustibile chiuso,
Lead-Cooled Fast Reactor (LFR) - reattori a spettro veloce, refrigerati a piombo o eutettico piombo-bismuto e con ciclo del combustibile chiuso, Molten Salt Reactor (MSR) - reattori a fissione prodotta in una miscela circolante di sali fusi, con spettro epitermico
Sodium-Cooled Fast Reactor (SFR) - reattori a spettro veloce, refrigerati a sodio e con ciclo del combustibile chiuso,
Supercritical-Water-Cooled Reactor (SCWR) – reattore refrigerato ad acqua a temperatura e pressione oltre il punto critico, a spettro termico o veloce;
Very-High-Temperature Reactor (VHTR) – reattore moderato a grafite e refrigerato ad elio, con ciclo once-through. Questo reattore è ottimizzato per la produzione termochimica di idrogeno, oltre che di elettricità.

IL NUCLEARE – Prospettive In conclusione se si vuole installare una Centrale Nucleare oggi la si trova sul mercato, sono quelle già descritte di III o III+ generation. Quelle di IV G sono ancora in attesa che uno o più progetti vengano selezionati tra i sei proposti e quindi si passerà alla fase di industrializzazione (20-30 anni). L’ENEA partecipa a questo processo ed anche al Brasimon e si effettuano prove sperimentali in appoggio alla progettazione, particolarmente per i reattori raffreddati a piombo o piombo-bismuto, grazie all’esperienza maturata con le prove di appoggio alla progettazione del PEC che era un “Veloce” raffreddato a sodio liquido. Tra l’altro la scelta europea per la IV G è fortemente influenzata dalla Francia che propone appunto il modello raffreddato a sodio.

LA FUSIONE TERMONUCLEARE
E’ una fonte praticamente illimitata e diffusa.
Non produce gas serra.
I prodotti della reazione non sono radioattivi
Ridotto problema delle scorie.
Il processo e’ intrinsecamente sicuro
Non e’ facilmente utilizzabile per la proliferazione nucleare.

IL NUCLEARE – Prospettive LA FUSIONE TERMONUCLEARE Gli sviluppi si basano su due schemi principali. Nel primo (fusione a confinamento magnetico ) si confina il plasma all’interno di un contenitore per tempi lunghi mediante particolari configurazioni di campo magnetico. Nella fusione a confinamento magnetico , le ricerche finora condotte hanno portato: a) a una buona conoscenza dei fenomeni del plasma e del loro controllo; b) a una determinazione di leggi di scala che consentono di prevedere il comportamento del plasma del reattore; c) a uno sviluppo di buona parte delle tecnologie e dei metodi di fabbricazione necessari per il reattore. Nell’altro schema ( fusione inerziale ) non si confina il plasma ma lo si comprime e riscalda mediante mezzi esterni (ad es. irradiandolo con un laser) e lo si lascia poi espandere liberamente utilizzando l’energia emessa dalle reazioni nucleari. È questo lo schema di funzionamento delle bombe ad idrogeno, fatte esplodere per la prima volta nel 1952 dagli Stati Uniti

IL NUCLEARE – Prospettive LA FUSIONE TERMONUCLEARE Progetto ITER
Questo progetto, nato negli anni della fine del URSS, per volontà concorde del presidente Regan e Gorbaciof ha lo scopo di:
Dimostrazione dei regimi di funzionamento del reattore a Fusione.
Amplificazione di energia di un fattore 10 per durate di 5 minuti e di un fattore 5 in stato stazionario (500MW di potenza di fusione).
Test integrato di tutte le soluzioni tecnologiche rilevanti per la costruzione di un reattore a Fusione.

IL NUCLEARE – Prospettive LA FUSIONE TERMONUCLEARE Progetto ITER Dopo le lunghe discussioni e confronti politici sulla scelta del luogo in cui far sorgere l'ITER, alimentate anche dalla spaccatura USA e UE in occasione della guerra in Iraq, è prevalsa la candidatura francese di Cadarache. Oltre alla località francese era in ballo anche la località giapponese di Rokkasho, preferita dagli Stati Uniti rispetto a Cadarache.

Sezione della macchina ITER IL NUCLEARE – Prospettive

IL NUCLEARE – Prospettive Il Reattore a fusione dimostrativo DEMO

IL NUCLEARE – Prospettive Il contributo del Centro del Brasimone ad ITER e DEMO Sin dai primi anni ’90 le attività del Centro, dopo la chiusura di quelle di costruzione del PEC, furono orientate alla Fusione termonucleare con numerose prove sperimentali di componenti e materiali a supporto della progettazione della macchina ITER e DEMO. In particolare nel settore del Remote Handling, del comportamento di materiali di interesse fusionistico, in studi di termofluidodinamica per il raffreddamento dei componenti critici, per l’utilizzo dell’elio come refrigerante e breeder.

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