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Le centrali nucleari. L'energia che scaturisce dal bombardamento dell'uranio con neutroni. Il processo di 'fissione/fusione nucleare'. Il problema della radioattivitą e delle scorie.

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L’impegno nucleare di EDF in Francia e nel mondo - Bruno D'Onghia -

1.Il programma nucleare francese. Le ragioni di un successo

Prima di parlare del futuro, ritengo utile richiamare le caratteristiche salienti del programma di costruzione degli impianti nucleari attualmente in esercizio in Francia.
Gran parte dei fattori alla base di quello che può essere considerato un indubbio successo industriale, restano a mio avviso pienamente validi anche per il futuro, e vanno pertanto tenuti ben presenti quando si dibatte del rilancio del nucleare nel nostro Paese,dopo una “moratoria” durata 20 anni.

Il parco nucleare di EDF in Francia è costituito da 58 unità, per un totale di 63 GW,distribuiti su 19 siti. I reattori appartengono tutti alla stessa tecnologia PWR e sono stati realizzati da un unico fornitore (Framatome),in tre serie:34 unità da 900 MW per un totale di 31 GW;20 unità da 1300 MW per un totale di 26 GW e 4 unità da 1500  MW per 6 GW.
Quest’ultimo tipo di reattore (N4) può essere considerato il precursore diretto dell’EPR di cui si parlerà in seguito.

La decisone di lanciare un programma nucleare di grande portata fu presa dal governo francese nell’estate del 1974 alla luce delle conseguenze del primo shock petrolifero, con l’obiettivo di raggiungere il più rapidamente possibile sicurezza di approvvigionamento e indipendenza energetica,oltre a garantire al paese costi dell’energia  contenuti e stabili nel tempo.
Il programma fu perseguito in modo estremamente determinato: il grosso degli impianti fu messo in esercizio nel giro di 10 anni, tra il 1980 e il 1990. La cadenza media di avviamento dei nuovi impianti in tale decennio fu quindi di 4- 5 unità/anno, con un picco nel 1983, quando furono messe in servizio 8 unità.
Un fortissimo impegno industriale e finanziario, il cui successo è da attribuire in larga parte ai seguenti fattori:

-una strategia energetica chiara e lungimirante,sostenuta da una volontà politica forte e stabile nel tempo.Dal 1974 ad oggi,si sono succeduti in Francia molto governi e molte maggioranze politiche, ma l’opzione nucleare non è stata mai rimessa in discussione né ha subito modifiche sostanziali.

-un contesto industriale “forte” in tutti i campi: EDF come committente,architetto industriale e esercentdelle centrali; Framatome come fornitore dell’isola nucleare; COGEMA come gestore del ciclo del combustibile a monte e a valle; il CEA responsabile della ricerca e sviluppo;un’autorità di sicurezza molto competente ma con una sana dote di pragmatismo.

-un “effetto serie” giocato a fondo, grazie a un parco standardizzato, una cadenza di costruzione  elevata, dei siti multi-unità, con effetti  molto positivi sui costi di investimento (sviluppo,ingegneria,costruzione,ecc), sui tempi di autorizzazione e di costruzione, sui costi di esercizio e manutenzione e,non da ultimo,sulla sicurezza.

2-E domani?Le strategie di EDF

Le attuali strategie di EDF nel campo nucleare perseguono due obiettivi complementari:

-da un lato, estendere la durata di vita degli impianti attualmente in funzione, o almeno di una parte di essi, oltre i 40 anni  inizialmente previsti, a condizioni competitive, in un mercato aperto.
Va ricordato al riguardo che negli Stati Uniti alcune licenze di esercizio sono già state prolungate a 60 anni e che molti altri paesi che dispongono di un parco nucleare stanno lavorando nella stessa direzione.Un obiettivo di questo tipo implica ovviamente un’elevata qualità di O&M e un “safety reassessment process” molto rigoroso, a cadenza decennale, con la realizzazione degli interventi di ispezione/riparazione/sostituzione dei componenti critici e l’adozione delle migliorie economicamente accettabili.Va anche perseguito in parallelo un aumento del fattore di disponibilità e delle prestazioni del combustibile.

-dall’altro,essere pronti a lanciare a metà del prossimo decennio un nuovo programma nucleare di grande portata, basato su un reattore di nuova generazione, qualora il quadro energetico e ambientale lo rendesse necessario. In effetti, a partire dal 2015 i più vecchi tra i reattori attualmente in esercizio cominceranno a raggiungere i 40 anni di funzionamento e quindi, se l’obiettivo di prolungare la loro durata di vita non fosse coronato da successo, si porrà il problema della loro sostituzione.
A ciò vanno aggiunte le incertezze legate alla sicurezza di approvvigionamento ed ai prezzi degli idrocarburi e le problematiche connesse  ai cambiamenti climatici che potrebbero comportare la necessità di sostituire a tappe forzate le fonti fossili con altre caratterizzate da emissioni di gas climalteranti basse o nulle.Il tutto in un contesto energetico mondiale caratterizzato dal perdurare di  un forte aumento della domanda.  
In vista di tale scadenza, l’industria nucleare francese e tedesca hanno messo a punto un nuovo progetto di impianto nucleare definito EPR-European Pressurized Reactor, che EDF ha ritenuto opportuno validare  attraverso la costruzione e l’esercizio di una centrale “testa di serie”.L’obiettivo è di disporre, in vista dell’eventuale lancio di un nuovo programma nucleare di grande portata all’orizzonte 2015,come sopra accennato, di una soluzione industrialmente provata, tanto sul piano della costruzione che per quanto riguarda l’esercizio.

L’ EPR appartiene alla Generazione III  della  tecnologia nucleare e raccoglie l’eredità del progetto N4 francese e del Konvoi tedesco,rispetto ai quali incorpora notevoli migliorie in materia di sicurezza,di prestazioni tecniche e di compatibilità ambientale:

-per quanto riguarda la sicurezza,l’obiettivo del progetto EPR è stato di ridurre la probabilità di  incidenti gravi (ad esempio,la probabilità di un incidente di fusione del nocciolo è stata ridotta da 10-5 a 10-6 per reattore/anno) e di limitarne nel contempo le conseguenze,in particolare sulle popolazioni.
Fra le principali soluzioni messe a punto per raggiungere tale obiettivo,vale la pena di ricordare la presenza di un edificio reattore a doppia parete,capace di resistere all’impatto di un aereo di linea, una elevata ridondanza dei principali sistemi di sicurezza organizzati su quattro treni indipendenti, ecc.

-le prestazioni tecniche prevedono una potenza unitaria di 1650 MW,una durata di vita di 60 anni e un fattore di disponibilità superiore al 90%

-infine,rispetto a un reattore da 1300 MW della Generazione II, è previsto un tasso di irraggiamento del combustibile di circa 30 % superiore e quindi un minor consumo di materia fissile e una minore produzione di rifiuti ad alta attività per MWh e quindi un minore costo del ciclo di combustibile,oltre a un rilascio di effluenti radioattivi inferiore di circa 30-40 %  per unità di energia prodotta.

La decisione di realizzare la “testa di serie” dell’EPR sul sito di Flamanville, accanto alle due unità da 1300 MW in esercizio, è stata presa da EDF nel 2004. L’iter autorizzativo e la predisposizione delle specifiche tecniche e dei documenti contrattuali sono stati condotti nel 2005 e 2006.
Il cantiere è stato aperto nel gennaio 2007 e l’avviamento dell’impianto è previsto a fine 2012. Pertanto, la decisione di lanciare una serie a metà del prossimo decennio potrà essere presa anche con il conforto dei risultati di Flamanville 3, senza dimenticare il ritorno di esperienza dell’impianto EPR in corso di costruzione in Finlandia.
Se una tale decisione sarà presa nel 2015,le unità della nuova serie entreranno in servizio a partire dal 2020, andando a sostituire quelle attualmente in esercizio che dovessero essere definitivamente arrestate a tale data.

3.Che fare dei rifiuti nucleari?

Quello dei rifiuti è senza dubbio uno dei temi più sensibili , tanto per quanto riguarda l’opinione pubblica che in termini di affidabilità delle stime di costo del kWh nucleare. Al riguardo va sottolineato che non si può parlare genericamente di “rifiuti nucleari”, nella misura in cui le problematiche connesse variano fortemente a seconda della loro tipologia e, più precisamente, della loro durata di vita, cioè del tempo di decadimento, e del livello di radioattività.
I rifiuti nucleari sono in effetti classificati in:

-rifiuti a “vita breve”, a loro volta suddivisi in media,bassa e bassissima attività, prodotti in gran parte dal normale esercizio degli impianti, ma anche dal loro decommissioning, che non pongono problemi di STOCCAGGIO particolarmente acuti. I paesi “nucleari” dispongono praticamente tutti di impianti di STOCCAGGIO in superficie dedicati a questa tipologia di rifiuti che, dal punto di vista volumetrico,rappresentano una quota preponderante del totale.
In Francia, esistono due centri gestiti dall’ANDRA (Agenzia Nazionale per i Rifiuti Radioattivi), uno a Morvilliers per i rifiuti a bassissima attività e un secondo a Soulaines per quelli a bassa e media attività. In conclusione,si può affermare  che per questa tipologia di rifiuti esistono soluzioni provate ed i costi sono noti.

-rifiuti a “vita lunga”, suddivisi in alta e media attività, provenienti in gran parte dal combustibile irraggiato. In questo caso la soluzione definitiva non è stata ancora individuata in maniera univoca e varie alternative sono allo studio in numerosi paesi.In Francia, a seguito di un lungo dibattito pubblico inquadrato da una legge ad hoc (Legge Bataille), si è deciso di continuare in parallelo lo studio delle  tre opzioni attualmente individuate: separazione degli attinidi e loro trasmutazione attraverso l’irraggiamento in reattori nucleari dedicati,deposito di superficie,deposito geologico profondo “reversibile”.
Quest’ultima è considerata,in Francia come in molti altri paesi, la soluzione di riferimento.

Nel frattempo, la gestione del combustibile irraggiato prodotto dalle centrali EDF è compatibile con i tempi necessari per la decisione sulla soluzione definitiva per il deposito e si iscrive in un’ottica di SVILUPPO SOSTENIBILE e di ricorso a lungo termine all’opzione nucleare:

-gli elementi irraggiati vengono lasciati raffreddare circa 15 anni in piscina e quindi ritrattati nel Centro Areva di La Hague .

-i flussi vengono gestiti in modo da  stabilizzare le quantità di combustibile presenti in piscina in attesa di ritrattamento.

-uranio e plutonio vengono separati,recuperati e riutilizzati nella fabbricazione di nuovo combustibile, in particolare nel combustibile ad ossidi misti di URANIO e plutonio,o stoccati in attesa di un utilizzo futuro

-i rifiuti ad alta attività e a vita lunga (prodotti di fissione) vengono vetrificati e stoccati sul sito di La Hague dove la capacità di STOCCAGGIO  copre almeno 30 anni di funzionamento del parco attuale.

4-Le strategie internazionali di EDF

Le strategie internazionali di EDF, volte alla ricerca di possibilità di investimento e di valorizzazione del proprio know-how, sono attualmente focalizzate su quattro paesi nei quali sono in corso o previsti a breve termine importanti programmi nucleari:

-gli Stati Uniti di America dispongono, come noto, del più maggiore parco nucleare in esercizio a livello mondiale.Si tratta di 104 unità, 69 di tipo PWR e 35  BWR,per un totale di 106 GW, di proprietà di 26 operatori e realizzate secondo 60 diversi progetti “taylor made”.
La struttura molto frazionata dell’industria elettrica americana ha avuto come conseguenza  che il programma nucleare si è sviluppato secondo un modello opposto a quello francese, senza i benefici dell’effetto serie, e questa è stata a mio avviso una delle cause principali dell’arresto, all’inizio degli anni 80,  degli investimenti in questa tecnologia,i cui costi e tempi di realizzazione non erano più economicamente sostenibili.
Negli ultimi due anni però l’opzione nucleare è stata riaperta, tanto nell’agenda politica dell’Amministrazione Bush, che a livello industriale, con due richieste di “licenza di esercizio”, presentate rispettivamente da NRG Energy Inc. per 2 unità ABWR della General Electric da 1300 MW e dalla Tennesse Valley Authority per 2 AP 1000 Westinghouse-Toshiba da 1100 MW.
A questi progetti vanno aggiunte 28 dichiarazioni di intento da parte di numerose aziende elettriche, inclusi 7 progetti EPR.
EDF ha firmato recentemente un accordo di collaborazione con Constellation Energy, uno dei maggiori esercenti nucleari del paese, per lo sviluppo negli USA dell’EPR. L’accordo prevede un primo progetto concreto, Calvert Cliffs 3, per il quale è già stata presentata alla Nuclear Regulatory Commission la domanda di “design certification”.
La richiesta della “commercial design licence” dovrebbe essere presentata nel corso del 2008 ed il programma prevede l’avvio dei lavori sul sito nel corso del 2011 per un esercizio commerciale nel 2016.

-nel Regno Unito, British Energy esercisce attualmente 15 reattori, per un totale di 12 GW. Tutti i reattori sono di tipo AGR-Advanced Gas Reactor, tranne Sizewell B,il più recente,che è un PWR. Si tratta di un parco con un’età media elevata;tutti gli AGR sono destinati ad essere messi fuori servizio nei prossimi 15 anni.
Il governo inglese ha annunciato l’intenzione di riaprire l’opzione nucleare, anche a fronte del progressivo esaurimento delle risorse nazionali di GAS NATURALE,affidandone la realizzazione ad investitori privati.
Nel Regno Unito,come altrove, i siti dove esistono impianti nucleari in esercizio sono i candidati “naturali” ad accogliere i nuovi investimenti ed il governo inglese ha lanciato una gara per la cessione della quota di British Energy ancora in sue mani. EDF, già presente nel Regno Unito con EDF Energy, uno dei maggiori operatori elettrici del paese, ha presentato offerta.

-la capacità elettrica della Cina è caratterizzata dalla più alta crescita mondiale, in gran parte basata sul carbone. Anche per quanto riguarda il nucleare, i programmi di costruzione sono molto importanti, in un contesto caratterizzato da forti ambizioni di sviluppo autonomo e da un alto livello di competitività delle ingegnerie locali. All’orizzonte 2020, la Cina prevede di avere 40 GW in esercizio e 18 in costruzione. Al riguardo, sono già stati identificati e programmati 13 siti.
EDF ha relazioni storiche consolidate, che risalgono alla costruzioni della prima centrale nucleare cinese a Daya Bay, con la CGNPC-China Guangdong Nuclear Power Company,il maggiore dei tre esercenti nucleari del paese (50 % circa del totale).
Nel novembre 2007 è stato firmato un accordo che prevede la partecipazione di  EDF ad una  joint venture per la realizzazione sul sito di Taishan di due unità EPR. L’avvio dei lavori è previsto per l’autunno 2009,per una messa in servizio nel 2014.L’accordo prevede anche la possibilità di un successivo e più ampio partenariato.

-infine il Sud Africa, paese dove EDF collabora con la società elettrica nazionale Eskom dal 1978, nel quadro della costruzione e dell’ O&M delle due unità da 900 MW attualmente in esercizio (Koeberg 1 e 2). La crescita economica molto elevata ( PIL +6%/anno) sta provocando dei gravi problemi di copertura della domanda elettrica ai quali Eskom deve fare fronte attraverso un ambizioso programma di costruzione di nuovi impianti. Per quanto riguarda il nucleare, Eskom prevede 3 GW in esercizio nel 2015, con un opzione fino ad un massimo di 20 GW nel 2030.
Due fornitori potenziali sono in gara: Areva/Bouygues con l’EPR e Westinghouse/Toshiba con l’AP 1000.La scelta tra le due soluzioni dovrebbe intervenire nei prossimi mesi. Se il Sud Africa sceglierà l’EPR,EDF avrà un’opportunità di investire nel programma.

5-Per un ritorno dell’Italia al nucleare

Il ritorno dell’Italia al nucleare è un argomento non più considerato “politicamente scorretto” e di grande attualità.Da vecchio nucleare non pentito, non posso che guardare con favore e interesse a questa prospettiva, nei riguardi della quale mi sembra tuttavia utile fare alcune considerazioni generali,  basate anche sull’esperienza francese passata e presente:

-premessa ovvia ad ogni ragionevole iniziativa in questo campo, è l’esistenza di un clima favorevole  nell’opinione pubblica,nei media,nelle istituzioni. Questa condizione sembra oggi a portata di mano,anche sull’onda emozionale dell’esplosione dei prezzi degli idrocarburi e della  crescente consapevolezza dei rischi relativi alla sicurezza di approvvigionamento ed ai cambiamenti climatici. L’atteggiamento di principio favorevole nei riguardi dell’opzione nucleare che si sta attualmente formando in un larga parte dell’opinione pubblica e delle istituzioni,va consolidato e mantenuto nel tempo anche attraverso la concretezza e la qualità delle iniziative industriali e la dimostrazione di saperle realizzare nei tempi annunciati.

-il nucleare è una scelta di lungo termine, per la quale si ragiona non in anni ma in decenni, che richiede grande stabilità di strategie nel tempo e non tollera “stop-and-go”  e ripensamenti al ritmo dell’ alternanza delle maggioranze politiche e dei governi.

-non si tratta solo di costruire una o più centrali, ma di gestire un sistema industriale complesso e articolato, sia pure in un contesto non autarchico ma di un mercato unico europeo: iter autorizzativo,industria manifatturiera,ciclo del combustibile,STOCCAGGIO dei rifiuti radioattivi vecchi e nuovi,ecc.

-per avere dei costi di investimento accettabili,va prevista una serie consistente di impianti, da realizzare con una cadenza elevata, facendo ricorso ad una tecnologia standard, in modo da “agganciare” l’effetto serie a livello transnazionale

-va attualizzato il  quadro giuridico e l’iter autorizzativo, ispirandosi per quanto possibile alle “best practices” internazionali. Un eventuale programma nucleare italiano di vasta portata può difficilmente essere gestito come “materia concorrente” tra Stato e Regioni.

-è primordiale che l’autorità di sicurezza  disponga di risorse e competenze adeguate

-infine,sarebbe auspicabile che l’UE adottasse delle regole di sicurezza standard per tutti gli Stati Membri e una procedura di “design certification” unica,come avviene negli USA,lasciando ad ogni paese la responsabilità sugli aspetti “site specific”.