Sistemi per la generazione di elettricità in una prospettiva di sviluppo sostenibile Electricity...

Sistemi per la generazione di elettricità in una prospettiva di sviluppo sostenibile

Electricity generation systems for a sustainable development

Francesco Oriolo, Sandro Paci

Università di Pisa

A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio 2004 2

Gas Naturale +5% Carbone -1.5%Nucleare +6% Petrolio -10.1%

6-10-1973 11-9-2001

Guerra del Kippur Torri Gemelle

IEA Key World Energy Statistics 2003


Progresso Storico dell’Efficienza Termodinamica

Lo sviluppo della scienza e della tecnologia ha portato ad un uso più razionale ed efficiente delle risorse

I progressi della tecnologia nel campo dell’industria automobilistica sono stati “spesi” nello stile di vita – aumento cilindrate

Energy is essential to economic and social development and improved quality of the life. Much of the world’s energy however, is currently produced and consumed in ways that could not be sustained if technology were to remain constant and if overall quantities were to increase substantially

Agenda 21 Chapter 9

G.P. Berretta, UIT Genova 2004


Negli ultimi duemila anni, il fabbisogno complessivo è aumentato di ben 70 volte, la popolazione è aumentata di 20 volte e il consumo pro capite è poco più che triplicato passando da 0.11 tep (per la sopravvivenza), 0.45 (età del bronzo), 0.5 (Italia del 1900), 1 (Italia del 1939) a 3.5 (Italia 2000)



Indici Energetici ed Aspettative di Vita



Scenario Riferimento OECD 2002Consumi finali di energia

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

1971 2000 2010 2020 2030

Anno

Mtep -

OECD

Transition economy

PVS

Energia elettrica generata

0

4000

8000

12000

16000

1971 2000 2010 2020 2030

Anno

TWh -

OECD

Transition economy

PVS


Emissione C02 vs. 1990

-50

0

50

100

150

200

250

300

2000 2010 2020 2030

Anno

%

OECD

Transition economy

PVS

Emissioni di CO2

0

4000

8000

12000

16000

20000

1971 2000 2010 2020 2030

Anno

Mt

OECD

Transition economy

PVS


Scenari EnergeticiUS Interlaboratory Working Group, 2000

A1) alto sviluppo economico e bassa crescita demografica

A2) basso sviluppo economico ed alta crescita demografica

B1) medio sviluppo economico e medio-alta crescita demografica

B2) medio-basso sviluppo economico, media-alta crescita demografica

• Lo scenario A1 significa un rilancio dell’energia nucleare (con impianti ad alta efficienza energetica) e delle energie rinnovabili, con probabile avvio dell’economia dell’idrogeno

• Possibile dimezzamento delle attuali concentrazioni di CO2 in atmosfera

2020 2050


A cost or benefit that is not included in the market price of a good because it is not included in the supply price or the demand price (Pearce & Turner, 1989)

• Le valutazioni di tutti i costi per l'ambiente, lungo tutta la catena produttiva termoelettrica sono stati finora trascurati

• Nel costo del kWh devono essere introdotte le “esternalità ambientali” cioè gli apporti della catena produttiva (ciclo di vita), che comprende l'estrazione, la lavorazione, il trasporto e l'uso del combustibile, i materiali necessari per la costruzione delle centrali, il trattamento dei residui inquinanti e la restituzione del sito per altri usi

• Un esempio della valutazione delle “esternalità” ambientali dell’intero ciclo di vita, per la Germania, è riportato nella figura seguente

Valutazione delle Esternalità Ambientali


Electricity generation from fossil fuels, nuclear energy or renewable energy sources leads to an increased level of air pollution, or to an increased exposure of the population to ionising radiation, which in turn might cause an increased risk to the health of the exposed population...

Alfred Voss Institute of Energy Economics and the Rational Use of Energy, Stuttgart (D)


Total costs of various electricity generation technologiesAlfred Voss Institute of Energy Economics and the Rational Use of Energy, Stuttgart (D)

E' necessario che, a livello internazionale, vengano valutati realisticamente i costi ambientali ed inglobati nei costi economici del prodotto sulla base dei meccanismi di mercato, sempre più efficaci ed a minor costo rispetto a norme governative ed a controlli burocratici


• Quali saranno le tecnologie energetiche che nei prossimi decenni potranno soddisfare la crescita della domanda elettrica?

• Se oggi vogliamo anticipare le necessità di domani, possiamo già individuare le forze che influenzeranno le scelte dei prossimi decenni:– La globalizzazione– L’innovazione tecnologica:

Il nucleare di IV generazione


• La globalizzazione dell’economia e la libera circolazione del denaro stanno accentuando le disparità regionali

• Per affrontare il problema energetico è necessario un nuovo modello di globalizzazione, fondato sul pluralismo delle culture e sulle specificità locali, poiché i meccanismi selvaggi del mercato hanno mostrato i loro limiti

• Sono necessari progetti di R&D internazionali, investimenti a lungo termine, la cooperazione tra i popoli ed il trasferimento delle conoscenze verso le popolazioni più svantaggiate


Terza Generazione

Sono stai realizzati o in fase di realizzazione reattori come AP-1000, System 80+, EPR, ABWR, ecc.

Vantaggi Svantaggi

• Non emettono gas ad effettoserra

• Costi del kWh competivi

• Alto costo di capitale• Sfruttamento limitato del

combustibile (non sostenibilità)• Competitività economica

dipendente da Paese a Paese


Sicurezza

Eco-sostenibilità

Competitività Economica

• Progettazione in base a sicurezza intrinseca ed eliminazione degli incidenti con degradazione del nocciolo

• Rimozione calore di decadimento per circolazione naturale• Taglia medio - piccola & modularità per ridurre il costo capitale al disotto

dei 1000 $ per kW istallato• Tempo di costruzione inferiore ai 3 anni• Spettro veloce o spettro termico. Sistemi sottocritici• Refrigerati ad acqua, gas o metalli liquidi (Na, Pb, Pb-Bi)• Utilizzo cicli U o U-Th ad alta efficienza nello sfruttamento delle materie

prime• Impieghi: elettricità, desalinizzazione, calore, produzione idrogeno,

bruciamento delle scorie radioattive


• La sostenibilità nei nuovi sistemi nucleari riguarderà l’effettivo utilizzo del combustibile, la gestione sicura delle scorie radioattive e la resistenza alla proliferazione degli armamenti nucleari

• I problemi più gravosi riguardano la gestione e l’eliminazione delle scorie radioattive nell’intera catena, che dovranno essere ridotte al minimo e considerate come una risorsa da utilizzare con tecnologie avanzate

• Un evento con danneggiamento del nocciolo diviene poco credibile e ciò permetterà di eliminare la necessità di predisporre piani di emergenza e di evacuazione. Il sistema di contenimento servirà essenzialmente a proteggere il reattore dagli eventi esterni, incluse azioni di terrorismo

Obiettivi


Principali iniziative internazionali di R&D

• Carem-25 25 MWe – Argentina

• IRIS 150-350 MWe/PWR Westinghouse - Consorzio internazionale

• PBMR 114 MWe/HTR Eskom - Sud Africa

• SMART 100 MWe/PWR KAERI – Corea

• NHR-200 200 MWth/PWR INET – Cina

• AHWR 220 MWe/HWR BARC – India

• BREST-300 300 Mwe/LCFR ENTEK – Russia

• ADS Accelerator Driven Subcritical System - Italia, Francia, Giappone, UK, USA, Russia, etc.


• Sviluppato da un consorzio internazionale tra Industrie (Westinghouse come capo progetto, Bechtel, BNFL, Ansaldo. Equipos Nucleares), Enti di Ricerca (ORNL US, CNEN Brasile, LEI Lituania, ININ Messico, OKBM Russia) e Università (MIT, TIT Tokio, Pisa, POLIMI, POLITO, Roma, Zagabria ed altre)

• Reattore modulare ad acqua in pressione con taglia da 100 a 350 MWe per modulo

• Si basa sul principio di “safety by design” che si prefigge di eliminare gli incidenti con nocciolo degradato

• Alto livello di sicurezza e di resistenza alla proliferazione nucleare

• L’elemento di combustibile ad alto bruciamento permette di far funzionare il reattore per circa 4 anni senza arresti

• Riduzione del costo di esercizio e di manutenzione

• Riduzione del volume delle scorie radioattive

Progetto IRIS


• Le scorie radioattive non presentano problemi che l'attuale tecnologia non possa risolvere. Un impianto nucleare da 1000 MWe produce in un anno una quantità limitata di scorie radioattive (circa 500 t, 200 t e 25 t rispettivamente a bassa, media ed alta attività), contro le 300 ÷ 400 mila tonnellate di ceneri di un impianto equivalente a carbone

• L'attuale tecnologia permette la trasmutazione delle scorie ad alta attività in media attività attraverso il bruciamento in reattori a spettro veloce o spettro termico ad alto flusso

• Altre soluzioni sono in fase di avanzata progettazione come il Progetto ADS proposto dal Prof. Rubbia

• L’Accelerator Driven System (ADS) si basa sull’accoppiamento tra un acceleratore di particelle e un dispositivo sottocritico nucleare

• Il problema della sistemazione definitiva delle scorie non è di natura tecnologica ma politica

• Con l’eliminazione delle scorie ad alta attività i depositi attuali verrebbero meglio sfruttati e diminuirebbe la richiesta di realizzare nuovi depositi

• E‘ necessario che l'opinione pubblica recepisca l'idea che il deposito definitivo delle scorie radioattive non è una discarica nucleare, ma un impianto tecnologico avanzato e come tale va progettato e gestito

Bruciamento & Sistemazione Definitiva delle Scorie Radioattive

Accelerator Driven System (ADS)


• Le opzioni per produrre energia elettrica, nei prossimi 20 anni, saranno probabilmente le stesse di oggi

• La scienza e lo sviluppo sostenibile non devono avere frontiere ed hanno bisogno di scelte politiche solidali e tempestive: l'energia elettrica da biomasse, ad esempio, potrebbe essere molto interessante per i Pvs se verrà facilitato l’accesso alla moderne tecnologie; ciò eviterà la competizione con la scarsa disponibilità di terreni coltivabili per uso alimentare

• Non devono essere incentivati sistemi che non siano competitivi, almeno localmente, evitando sussidi e politiche protezionistiche

• Un nuovo impulso alla conoscenza, allo sviluppo di tutta la tecnologia inclusa la tecnologia nucleare di IV Generazione potrà dare una mano a James Lovelock (EFN, association of Environmentalists For Nuclear Energy) per salvare GAIA

© EFN - Environmentalists For Nuclear Energy

Considerazioni conclusive

Sistemi per la generazione di elettricità in una prospettiva di sviluppo sostenibile Electricity...

Documents

Transcript of Sistemi per la generazione di elettricità in una prospettiva di sviluppo sostenibile Electricity...