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EPR e AP1000: due tecnologie a confronto - Davide Giusti -

Forti della cospicua esperienza operativa della più popolosa famiglia di impianti elettronucleari al mondo, le centrali ad acqua in pressione EPR di Areva (Enhanced Pressurized Reactor) e AP1000 di Westinghouse-Toshiba condensano le congiunte esperienze progettuali delle società e dei contesti produttivi di appartenenza.
In particolare l’EPR costituisce l’evoluzione della filiera europea, coniugando i progetti dei reattori francesi N4 di Framatome e dei tedeschi KONVOI di Siemens KWU (società che hanno dato vita ad Areva). AP1000 è invece l’ultimo nato della blasonata tradizione statunitense, che trae le proprie origini direttamente dai primi reattori sviluppati per la trazione navale.
La filosofia di progetto è, come vedremo, in parte comune.
In parte invece orienta lo sviluppo ulteriore dei reattori pressurizzati di II generazione in direzioni distinte.
È difficile immaginare che i reattori che verranno ancora dopo, quelli dell’ormai celebre quarta generazione, possano svilupparsi come se la generazione tre, con le proprie direttrici progettuali e tecnologiche non ne fosse culla, e l’esperienza maturata nel suo esercizio non ne fosse palestra e greppia.
Un confronto approfondito tra questi due progetti, che sono i maggiori candidati a contribuire alla ripartenza del nucleare nel nostro Paese, richiederebbe un respiro molto più ampio di quello che possiamo concederci qui, e crediamo di poter indicare al lettore interessato a qualche approfondimento le ottime pubblicazioni in merito di Associazione Italiana Nucleare ed ENEA, facilmente reperibili in rete.

Occorre premettere che la base per entrambi è il tipo di reattore che ha dato nei decenni miglior prova di sè. Per le caratteristiche intrinseche dei reattori ad acqua in pressione, PWR, in cui refrigerante primario e moderatore coincidono, non appena l’acqua di alimentazione primaria si fa più scarsa, immediatamente il reattore si spegne.
Inoltre, la presenza già in impianti di II generazione avanzati, come quelli del Progetto Unificato Nucleare italiano, di barriere multiple di contenimento integrale dell’isola nucleare, avrebbe comunque preservato sin da allora tanto dalle conseguenze disastrose verificatesi a Chernobyl quanto dagli impatti di aeromobili.
Tali reattori, per quanto già detto, non avrebbero comunque dato luogo a incidenti di criticità come quello della centrale ucraina.
Ovvero: l’incidente non avrebbe potuto svilupparsi; e se, per intercessione diabolica, si fosse comunque sviluppato, non avrebbe avuto conseguenze fuori dell’edificio reattore.
Non per caso infatti, il celebre reattore Babcock & Wilcox di Tree Miles Island, pur notevolmente maltrattato dagli operatori, non ha dato origine a rilasci di radioattività significativi.
Perché allora far evolvere una generazione di reattori che ha dato così buona prova di sé, a che scopo?
Vite operative di impianto di 60 anni a progetto, invece dei 30-40 della generazione II, modularità costruttiva, entrambe a bene incidere sui costi di generazione.
Bruciamenti (quantità di energia ottenibili da una stessa massa di combustibile) da 35-40 MWday/kg fino a 60 con un incremento del 50%.
Conseguente riduzione dei volumi di scorie e più efficiente impiego del combustibile: sostenibilità.
Disponibilità d’impianto oltre il 92% contro il 70% medio precedente.
Capacità di seguire il carico di rete in un ampio ventaglio di potenze, quindi duttilità di impiego molto maggiore.
Maggiore sicurezza. Qui balza all’occhio l’impiego estensivo di tecnologie ‘provate’: diversi dei componenti assemblati insieme per la prima volta nell’AP1000 sono stati impiegati precedentemente in altri reattori e in altre filiere tecnologiche; idem per l’EPR.
Cospicua riduzione di numero e massa dei componenti per AP1000, semplificazione d’impianto con componenti passivi, che non richiedono l‘intervento dell’operatore, tutto con impatto positivo sulla sicurezza. La sicurezza è portata da entrambi i progetti ben oltre le richieste delle utilities che sono in questa materia più stringenti di quelli imposti dalle autorità di sicurezza.
EPR: indipendenza di circuiti ed edifici, con progettazione nella classe sismica più stringente solo dei sistemi necessari: razionalizzazione.
Corium catcher nell’EPR: nell’improbabilissima evenienza di una fusione totale del nocciolo, questo colerebbe come lava, ordinatamente, in una piscina sottostante che ne garantisce il raffreddamento.
Tempo di grazia di 72 ore nell’AP1000, grazie ai suoi sistemi passivi: nessuno dovrà prendere decisioni affrettate: il corium verrebbe refrigerato direttamente sul fondo del contenitore primario. Qui la divergente filosofia progettuale: massima ridondanza e massimo controllo nell’EPR, esemplificata dalla filosofia N+2 per i diesel di emergenza: uno dei generatori fermo per guasto multiplo, uno fermo per manutenzione, uno inoperabile per guasto singolo e l’altro operabile e sufficiente per erogare l’energia richiesta; infine: ancora 2 per ogni ulteriore evenienza.
Quattro circuiti di raffreddamento totalmente indipendenti: uno solo è sufficiente a gestire le emergenze.
Ricombinatori di IDROGENO entro l’edificio primario, ed edificio primario in grado comunque di resistere a una detonazione di idrogeno.
Tutte tecnologie provate. Soluzioni più nuove nell’AP1000: declassificazione di sistemi attivi ausiliari in caso di incidente; il cui ordinato decorso, garantito da sistemi passivi, può essere ulteriormente migliorato da interventi dell’operatore ora non più cruciali per la sicurezza. Cura dell’interfaccia uomo macchina nel senso di una decisa semplificazione per entrambi.
Maggiori inerzie termiche di componenti e sistemi.

La potenza elettrica netta degli impianti è di 1154 MWe per AP1000 e di 1650 per EPR, tra le massime mai realizzate, con vantaggi legati tanto alla già citata fabbricazione modulare quanto alle economie di scala; le rese termico-elettriche rispettive son del 35% e 37%, efficienze un tempo ipotizzabili solo per reattori oggi da considerarsi di IV generazione.
L’Architettura stessa di questi impianti, con la sua semplice ed elegante DISTRIBUZIONE dei volumi mostra, al confronto coi predecessori, una pulizia di progetto con riflessi positivi anche sulla fase di cantierizzazione che risulta drasticamente ridotta con utili risvolti anche economici.

Sarebbe possibile proseguire a lungo e affinare la disamina e renderla quantitativa punto per punto, ma comprendiamo le possibili remore dell’eventuale sventurato lettore.

Possiamo dire in conclusione che i reattori EPR assumono e portano a massima compiutezza i tradizionali punti di forza dei reattori ad acqua in pressione, che li hanno resi eccezionalmente sicuri e affidabili, non rinunciando a sviluppare ulteriormente alcuni requisiti progettuali nati dalle esperienze degli ultimi anni, anche in termini di prevenzione dalle conseguenze di incidenti improbabilissimi, mentre gli AP1000 puntano decisamente alla semplificazione progettuale, all’impiego più estensivo di sistemi passivi al fine di conseguire un’affidabilità molto spinta.
Sono, se la metafora automobilistica non è qui fuor di luogo, l’equivalente di una Rolls-Royce, l’EPR, e di una Ferrari, l’AP1000. Con il compito di provvedere energia in sicurezza, con beneficio dei sistemi industriali dei Paesi ospitanti e coinvolti, nel modo più pulito possibile e, dulcis in fundo, con emissioni di CO2 per unità di energia prodotta seconde solo alla fonte idroelettrica.