20090328 ASSI Domenico Cassarini Enea

Fenomeno energia e ricerca

ENERGIE RINNOVABILI e

RISPARMIO ENERGETICOStato 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:

100%194,2 (*)Totale: 5%10,1Import En. El. 7%14,2FER36%70Gas Naturale 9%17,3Carbone43%82,6Petrolio

%MtepFonte

(*) corrispondente al 1,7% del totale mondiale.


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%


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

ElettricitàCarboneGasPetrolio% sul tot.

Settore

carbone 28%

gas 21%

petrolio 4% altro 2%

nucleare 31%

rinnovabili 14%

carbone 14%

petrolio 15%

gas 52%

altro 2%nucleare

0%

rinnovabili 17%


Produzione di energia elettricaMix 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)


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


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


QUOTE DI PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA CON NUCLEARE

Francia 78%. (59) 63.363 MWeBelgio 55%Svezia 52%Svizzera 40%Germania 32%Giappone 29% (54) 45.500 MWeFinlandia 27%Spagna 23%Stati Uniti 20% (104) 99.210 MWe

India 14 unita in esercizio + 4 in cantiereCina 10 unità per 7.600 MWe (per il 2015 17.000 MWe)


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.


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.


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 Brasimone 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.


LA FUSIONE TERMONUCLEAREGli 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


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.


LA FUSIONE TERMONUCLEAREProgetto 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



http://www.iter.org/pics/constructionschedule6.pdf


Il Reattore a fusione dimostrativo DEMO

http://www.iter.org/pics/long-term2.jpg


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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