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ⓘ Reattore nucleare AP1000




Reattore nucleare AP1000
                                     

ⓘ Reattore nucleare AP1000

Il reattore di tipologia AP1000 è una tipologia di reattore di III+ generazione prodotta dalla Toshiba-Westinghouse Electric Company, sarà la prima tipologia di reattore di III Generazione a ricevere lapprovazione dallente di regolamentazione per il nucleare americano. Questa tipologia di reattori è essenzialmente la versione potenziata del modello AP600, che riesce a generare fino a 1154 MW con lo stesso utilizzo di terreno.

Gli AP1000 erano annoverati fra gli ipotetici reattori che lItalia sarebbe stata intenzionata a costruire per il suo nuovo piano nucleare, essendo la Ansaldo Nucleare licenziataria della Westinghouse per lEuropa, e uno dei maggiori fornitori per i reattori AP1000 cinesi, e avendo firmato lItalia un piano dintesa con gli USA per scambio di conoscenze nellambito nucleare. In Cina la filiera AP1000 è molto quotata, infatti nei propositi della Westinghouse e della Cina cè lintento di avere 100 o più reattori AP1000 in funzione o in costruzione per il 2020

                                     

1. Scopi del progetto

Gli scopi principali del progetto sono quelli di fornire un reattore con sicurezze maggiori, maggiore economicità della centrale e quindi competitività economica e semplificazione costruttiva, tramite una collaudata filiera di reattori APWR versione avanzata dei PWR Westinghouse.

                                     

2. Caratteristiche e sicurezza del progetto

LAP1000 è un reattore ad acqua pressurizzata APWR a due loop, con circa 1154 MW di potenza elettrica in uscita. I sistemi di sicurezza sono incentrati sulla sicurezza passiva del reattore e sulla semplificazione in fatto di sicurezza e costruzione, questi permettono di avere alti coefficienti di sicurezza senza lutilizzo di gruppi elettrogeni in caso di mancanza di corrente dallesterno come invece è necessario oggi per avere la certezza di alimentare i sistemi interni. In caso di incidente, il reattore non richiede lintervento di un operatore per un lungo periodo, questo fa sì che la possibilità di errore umano nellemergenza sia molto ridotto, e si dà anche tempo per la mobilitazione di assistenza che pervenga da fuori la centrale.

La probabilità di inconvenienti è ulteriormente diminuita tramite lutilizzo di moderni dispositivi, che sono anche ridondanti per permettere che nel caso uno fallisca, un altro entri subito in funzione senza compromettere la sicurezza, in questo modo gli effetti di potenziali conseguenze per malfunzionamenti della macchina sono molto ridotti. Ulteriori sistemi di sicurezza sono poi passivi, quindi non richiedono lintervento umano per lattivazione, questi sono la gravità e la convezione naturale dellaria, che permettono tramite le taniche di acqua sistemate sulla sommità del reattore di raffreddare il reattore naturalmente per molte ore dopo un inconveniente grave, questo sistema è chiamato PCCS, acronimo di Passive Core Cooling System ed entra in funzione automaticamente. Le valvole in questo sistema sono infatti alimentate dalla corrente nella posizione di chiusura, venendo a mancare lalimentazione queste si aprono e liberano il liquido refrigerante. La sicurezza di un impianto è calcolata come essere, per danneggiamento grave del nocciolo, come 2.41 × 10 −7, molto al di sotto delle richieste dellente regolatore, che sono 10 −4.

Il design è meno costoso come costruzione, infatti sono state in larga parte usate tecnologie già collaudate. Come ulteriore semplificazione costruttiva, è inoltre stato notevolmente diminuito il numero di componenti necessari per la realizzazione dellimpianto, questi componenti poi sono anche stati standardizzati per ridurre sia costi che tempi. Il design è inoltre concepito per essere parzialmente prefabbricato, quindi essere prodotto in fabbrica, trasportato allimpianto e assemblato, mentre oggigiorno per la maggior parte dei componenti costruttivi del reattore sono fatti su misura e prodotti direttamente sul cantiere. Grazie a ciò il reattore ha, rispetto ad altri reattori analoghi:

  • -35% pompe
  • -50% valvole di sicurezza
  • -85% cavi di controllo
  • -45% volume delledificio reattore
  • -80% tubazioni di sicurezza

Questo consente di avere il reattore in funzione dopo 36 mesi dalla prima colata di cemento. Questo tempo è ancora riducibile con una industria nucleare avviata, riducendo quindi tempi e costi di costruzione.

Nel dicembre 2005 la Nuclear Regulatory Commission ha approvato il design finale del reattore, questo ha permesso ai costruttori di iniziare a considerare questo reattore come possibilità per nuovi impianti nucleari.

                                     

3. Problematiche di sicurezza

Il reattore AP1000, pur essendo una evoluzione della diffusissima filiera PWR-Westinghouse, è di progettazione più innovativa rispetto ad esempio ad altre tipologie come lEPR francese. Infatti, mentre questultimo costituisce - a detta della casa costruttrice - una "evoluzione" della filiera PWR, la filiera AP600-AP1000 introduce elementi di "innovazione" finora poco sperimentati, quali appunto il concetto di "passività" di alcuni sistemi di sicurezza.

Inizialmente, il design esterno dellAP1000 è infatti stato bocciato dalla Nuclear Regulatory Commission americana, pur essendo in seguito approvato nella sua totalità. Tuttavia, al 2011, nessun reattore è ancora in funzione.

                                     

3.1. Problematiche di sicurezza Contenimento ad un solo livello

Una possibile critica mossa allAP1000 è la presenza di un solo edificio detto "shield building" in cemento armato circostante la spessa calotta di contenimento metallica, aperto sulla sommità che non risulta quindi concepito per trattenere eventuali fughe di gas o vapori radioattivi, le quali tuttavia non sarebbero comunque possibili normalmente visto laltissimo livello di sicurezza passiva del reattore, concepito appositamente per evitare simili incidenti.

Il motivo di tale scelta che apparentemente può sembrare assurda, è conseguenza obbligata dei sistemi di raffreddamento passivo che costituiscono il vanto dellAP1000. Lidea è infatti quella che in caso di incidente il contenimento metallico possa essere raffreddato dalla semplice circolazione daria fra il contenimento metallico e ledificio in cemento, evitando così conseguenze ben più gravi come la fusione del nocciolo: è quindi necessario che i moti convettivi dellaria abbiano libero sfogo, per cui la sommità del fabbricato deve avere una grossa apertura. In caso di necessità, il contenimento metallico può anche essere irrorato esternamente con acqua, la quale evaporando smaltisce il calore, la cavità è appunto necessaria per far fuoriuscire il vapore acqueo dalla sommità delledificio. La casa produttrice ha smentito che questo sia un problema.



                                     

3.2. Problematiche di sicurezza Resistenza delle strutture

La Nuclear Regulatory Commission americana nel 2009 ha sollevato dubbi in merito alla capacità delledificio del reattore "shield building" di resistere ad eventuali carichi di progetto di natura antropica e tellurica, difficilmente prevedibili, i test effettuati successivamente hanno però indicato come lAP1000 possieda tutte le caratteristiche di integrità strutturale richieste dai moderni standard di sicurezza.

Oltre alla presenza della grande apertura sul tetto necessaria per il sistema passivo di raffreddamento, suscita dubbi anche la gigantesca vasca di accumulo dellacqua proprio sul tetto, anchessa necessaria per permettere il funzionamento del sistema passivo di raffreddamento lacqua in caso di incidente dovrebbe cadere "per gravità" sul contenimento metallico ed evaporare.

Tuttavia i risultati delle analisi strutturali e la loro successiva elaborazione hanno indicato che le sollecitazioni massime sviluppate sotto vari livelli dellacqua sono nel raggio accettabile dei limiti di snervamento per calcestruzzo. Il livello dellacqua perciò non costituisce un notevole pericolo per la struttura.

                                     

4. Evoluzioni: i CAP

I CAP o Chinese Advanced Passive, sono dei reattori nucleari di III gen sviluppati per il mercato cinese. Nel 2008 la Westinghouse ha annunciato una collaborazione con lo State Nuclear Power Technology Corp SNPTC e lo Shanghai Nuclear Engineering Research & Design Institute SNERDI per lo sviluppo di una evoluzione dellAP1000 in terra cinese, che dovrebbe essere da circa 1400 MW di potenza ed essere chiamata CAP1400. Questo sviluppo con SNERDI apre la possibilità di esportare in Cina unità più grandi. Poi, nellottobre 2009, e SNPTC e CNNC hanno firmato un accordo per sviluppare e perfezionare il disegno AP1000. Nel mese di dicembre questo ha portato alla costituzione di una joint venture al 55-45% fra SNPTC e China Huaneng Group per costruire e gestire una prima unità, oppure presso il sito di Huaneng Shidaowan, la costruzione del primo reattore dovrebbe iniziare nel 2013 ed essere completato e operativo per il dicembre 2017. Questo design può essere successivamente seguito da una seconda versione, denominata CAP1700.

La Cina possiederà i diritti di proprietà intellettuale per questi due modelli.



                                     

5. Reattori in costruzione

Cina

Sono attualmente in costruzione 4 reattori AP1000, due nella centrale di Sanmen e due in quella di Haiyang. Secondo le previsioni, questi quattro reattori dovrebbero entrare in funzione fra la seconda metà del 2013 e la prima del 2014, ed essere quindi le prime unità AP1000 in funzione al mondo.

                                     

6. Reattori pianificati e proposti

Cina

Sono pianificati altri alcune di decine di reattori in molteplici siti, tutti della versione CAP1000 eccetto i due prototipi di Shidaowan che dovrebbero essere la versione potenziata di CAP1400.

USA

Gli Stati Uniti hanno 14 domande per nuovi reattori in 7 centrali. La costruzione di questi reattori non è ancora iniziata anche perché si sta aspettando lapprovazione dellente di controllo. Fra questi reattori, 6 sono classificati come pianificati perché sono in fase avanzata di approvazione o sono iniziati i lavori di preparazione del sito

  • Centrale nucleare di Levy County, unità 1 e 2
  • Centrale nucleare William States Lee III, unità 1 e 2
  • Centrale nucleare Virgil C. Summer, unità 2 e 3
  • Centrale nucleare di Vogtle, unità 3 e 4
  • Centrale nucleare di Turkey Point, unità 6 e 7
  • Centrale nucleare di Shearon Harris, unità 2 e 3