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 l'approvazione dall'ente di regolamentazione per il nucleare americano (NRC). 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 l'Italia sarebbe stata intenzionata a costruire in Italia per il suo nuovo piano nucleare, essendo la Ansaldo Nucleare licenziataria della Westinghouse per l'Europa, e uno dei maggiori fornitori per i reattori AP1000 cinesi, e avendo firmato l'Italia un piano d'intesa con gli USA per scambio di conoscenze nell'ambito nucleare. In Cina la filiera AP1000 è molto quotata, infatti nei propositi della Westinghouse e della Cina c'è l'intento di avere 100 o più reattori AP1000 in funzione o in costruzione per il 2020

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 PWR Westinghouse.

Caratteristiche e sicurezza del progetto

L'AP1000 è un reattore ad acqua pressurizzata PWR 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 l'utilizzo di gruppi elettrogeni i caso di mancanza di corrente dall'esterno (come invece è necessario oggi per avere la certezza di alimentare i sistemi interni). In caso di incidente, il reattore non richiede l'intervento di un operatore per un lungo periodo, questo fa sì che la possibilità di errore umano nell'emergenza sia molto ridotto, e si da anche tempo per la mobilitazione di assistenza che pervenga da fuori la centrale.

La probabilità di inconvenienti è ulteriormente diminuita tramite l'utilizzo 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 l'intervento umano per l'attivazione, questi sono la gravità e la convezione naturale dell'aria, 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 l'alimentazione 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 dell'ente regolatore, che sono 10⁻⁴

Il design è meno costoso come costruzione, infatti sono state in larga parte tecnologie già collaudate. Come ulteriore semplificazione costruttiva, è inoltre stato notevolmente diminuito il numero di componenti necessari per la realizzazione dell'impianto, 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 all'impianto 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:

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

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.

Sicurezza avanzata

Le linee guida del reattore sono incentrate soprattutto sulla sicurezza passiva della centrale

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 l'EPR francese. Infatti, mentre quest'ultimo 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 dell'AP1000 è infatti stato bocciato dalla Nuclear Regulatory Commission americana e solo in seguito approvato. Tuttavia, al 2011, nessun reattore è ancora in funzione e si tratta quindi di un "reattore non provato".

Contenimento ad un solo livello

Una della maggiori critiche condotte al progetto è la estrema leggerezza delle strutture di contenimento. L'isola nucleare (vessel, generatori di vapore ecc) è infatti racchiusa solamente in un contenimento metallico di circa 4.5 cm, mentre ormai da vari decenni i reattori hanno un contenimento metallico a sua volta racchiuso in uno o addirittura due contenimenti chiusi in cemento armato.

L'AP1000 ha un edificio (detto "shield building") in cemento armato circostante il contenimento metallico, ma esso è aperto sulla sommità, e non è quindi concepito per trattenere eventuali fughe di gas o vapori radioattivi, ma solo in funzione protettiva da impatti o agenti esterni (salvo che dalla sommità, in quanto come detto è aperto). In parole semplici, ha la forma di una bottiglia stappata, al cui interno si trova il vero e proprio contenimento in acciaio.

Il motivo di tale scelta apparentemente assurda è conseguenza obbligata dei sistemi di raffreddamento passivi che costituiscono il vanto dell'AP1000. L'idea è infatti quella che in caso di incidente il contenimento metallico possa essere raffreddato dalla semplice circolazione d'aria fra il contenimento metallico e l'edificio in cemento: è quindi necessario che i moti convettivi 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, ma evidentemente tale vapore deve appunto fuoriuscire dalla sommità dell'edificio.

In caso di fessurazione del contenimento metallico, dunque, non vi sono altre barriere alla dispersione degli inquinanti nell'ambiente. La casa produttrice ha smentito che questo sia un problema.

Resistenza delle strutture

La Nuclear Regulatory Commission americana nel 2009 ha sollevato dubbi in merito alla capacità dell'edificio del reattore ("shield building") di resistere ai carichi di progetto, ovvero a tornado, terremoti, collisioni di aerei ecc.

Oltre alla presenza della grande apertura sul tetto necessaria per il sistema passivo di raffreddamento, suscita dubbi anche la gigantesca vasca di accumulo dell'acqua proprio sul tetto, anch'essa necessaria per permettere il funzionamento del sistema passivo di raffreddamento (l'acqua in caso di incidente dovrebbe cadere "per gravità" sul contenimento metallico ed evaporare).

Sia il peso che la posizione della vasca rendono tale struttura molto vulnerabile in caso di caduta di aerei, terremoti o attacchi mirati, e potenzialmente proprio in caso di incidente l'acqua potrebbe colare all'esterno dell'edificio anziché all'interno, rendendo totalmente inefficace il sistema passivo di raffreddamento.

Il problema è stato confermato dall'ente di controllo inglese, che ha espresso necessità di chiarimenti anche per la soluzione proposta da Westinghouse in risposta alle critiche della NRC

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 dell'AP1000 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, nell'ottobre 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.

Reattori in costruzione

Cina

Per approfondire, vedi la voce Energia nucleare in 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.

Reattori pianificati e proposti

Cina

Per approfondire, vedi la voce Energia nucleare in Cina.

Sono pianificati altri 14 reattori, programmati per essere iniziati fra il 2010 e il 2011, sono poi stati proposti oltre 40 reattori per la costruzione negli anni successivi.

USA

Per approfondire, vedi la voce Energia nucleare negli Stati Uniti d'America.

Gli Stati Uniti hanno 14 domande per nuovi reattori in 7 centrali. La costruzione di questi reattori non è ancora iniziata anche perché che si sta aspettando l'approvazione dell'ente 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 Belerofonte, unità 3 e 4
• Centrale nucleare di Levy County, unità 1 e 2
• Centrale nucleare di Shearon Harris, unità 2 e 3
• Centrale nucleare di Turkey Point, unità 6 e 7
• Centrale nucleare di Virgil C. Summer, unità 2 e 3
• Centrale nucleare di Vogtle, unità 3 e 4
• Centrale nucleare William States Lee III, unità 1 e 2

Regno Unito

Per approfondire, vedi la voce Energia nucleare nel Regno Unito.

Al momento nel Regno Unito, il design AP1000 è ancora in fase di approvazione dalla competente agenzia nucleare, quindi la joint venture fra E.ON e RWE non ha ancora un reattore certo da proporre per il suo piano di espansione nucleare nell'isola britannica, avendo l'opzione di utilizzare sia l'AP1000 che in alternativa l'EPR. Le centrali designate sarebbero quelle di Wylfa e Oldbury

L'AP1000 nel mondo

Reattori operativi dati aggiornati ad settembre 2010
Impianto	Potenza netta (MW)	Inizio costruzione	Allacciamento alla rete	Produzione commerciale	Dismissione (prevista)
Nessuno, al momento sono tutti in costruzione
Reattori in costruzione
Impianto	Potenza netta (MW)	Inizio costruzione	Allacciamento alla rete (prevista)	Produzione commerciale (prevista)	Costo (stimato)
Haiyang (Cina) (Reattori 1 e 2)	2x1000	24 settembre 2009 21 giugno 2010	maggio 2014 2015	maggio 2014 2015	1.7miliardi$ 1.477 $/kW
Sanmen (Cina) (Reattori 1 e 2)	2x1000	19 aprile 2009 17 dicembre 2009	agosto 2013 giugno 2014	agosto 2013 giugno 2014
Totale in costruzione: 4 reattori per complessivi 4.000 MW
Reattori pianificati e in fase di proposta
Impianto	Potenza netta (MW)	Inizio costruzione (prevista)	Allacciamento alla rete (prevista)	Produzione commerciale (prevista)	Costo (stimato)
Haiyang (Cina) (Reattore 2-8)	6x1000	2010	2015	2015
Pengze (Cina) (Reattori 1-4)	4x1000	2010	2013	2013
Sanmen (Cina) (Reattori 3-6)	4x1000
Taohuajiang (Cina) (Reattori 1-4)	4x1000	2010	2015	2015
Xianning (Cina) (Reattori 1-6)	6x1000	2010
Xiaomoshan (Cina) (Reattori 1-6)	6x1000	2010
Wuhu (Cina) (Reattori 1-4)	4x1000	2011	2016	2016
Levy County (Stati Uniti)	2x1100		2018	2018
Virgil C. Summer (Stati Uniti) (Reattori 2 e 3)	2x1100		2019	2019
Vogtle (Stati Uniti) (Reattori 3 e 4)	2x1100		2017	2017
Totale programmati: 22 reattori per complessivi 22.600 MW Proposti: svariati reattori soprattutto negli Stati Uniti d'America, in India, in Cina, nel Regno Unito. In discussione in altre nazioni. Solo la Cina ne vuole oltre 100 in costruzione o operativi entro il 2020.
NOTE: Molte agenzie per la sicurezza nucleare stanno ancora valutando il design del reattore EPR per essere adottato nelle proprie nazioni, sono potuti quindi iniziare i lavori di pochi reattori. Molti stati o compagnie elettriche sono interessati a questa tipologia di reattori.

Collegamenti esterni

• (EN) AP1000: The Nuclear Renaissance Starts Here (PDF) — Westinghouse AP1000 brochure
• (EN) The AP1000 advanced 1000 MWe nuclear power plant
• (EN) Advanced Pressurized Water Reactor (APWR) simulator
• (EN) AP1000 design review documents
• (EN) Video illustrativo del reattore AP1000

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