Nucleare nel mondo: la Turchia

Per la serie “Nucleare nel Mondo” pubblichiamo questo contributo sul programma nucleare della Turchia del nostro socio Massimo Giorgi, rappresentante italiano della Nuclear Industry Association of Turkey (NIATR).

Introduzione

L’intenzione della Turchia di costruire una centrale nucleare sul suo territorio risale agli anni ’60. Nel 1955, la Turchia è stata uno dei primi Paesi a firmare l’Accordo per la cooperazione sugli usi civili dell’energia atomica con gli Stati Uniti. Subito dopo, è stata creata l’Autorità turca per l’energia atomica.

Nel 1974, il sito di Akkuyu nel distretto di Gulnar nella provincia di Mersin è stato considerato idoneo per la creazione della prima centrale nucleare.

Fino al 1976, furono condotte dettagliate indagini sul terreno e, a seguito delle rilevazioni, il sito ottenne una licenza per la costruzione di una centrale nucleare.

Dopo una lunga pausa per motivi finanziari e politici, la Turchia ha deciso di affidarsi alla pluriennale esperienza della Russia nel campo della tecnologia nucleare.

I Paesi hanno deciso congiuntamente che la centrale nucleare di Akkuyu (tradotto dal turco come “pozzo bianco” o “sorgente pulita”) sarebbe stata costruita nella Repubblica di Turchia, sulla costa mediterranea, nel distretto di Gulnar in Mersin. Il relativo accordo è stato firmato tra il governo della Federazione Russa e il governo della Repubblica di Turchia ad Ankara il 12 maggio 2010.

Figura 1: rendering dell’impianto nucleare di Akkuyu costituito da n.4 unità, ciascuna da 1200 MW. Fonte: www.akkuyu.com

Il 13 dicembre 2010, la società per azioni AKKUYU NUCLEAR è stata costituita per attuare il progetto per la creazione della prima centrale nucleare turca nella Repubblica di Turchia.

La cerimonia di posa delle fondamenta della centrale nucleare si è svolta nell’aprile 2015.

Il 20 ottobre 2017, l’Autorità turca per l’energia atomica ha rilasciato un permesso di lavoro limitato a AKKUYU NUCLEAR JSC, che è stato un passo significativo sulla strada per la licenza di costruzione di un impianto nucleare.

L’8 marzo 2019, le fondamenta dell’edificio del reattore della prima unità di potenza sono state completate.

Il progetto della prima centrale nucleare in Turchia comprende quattro unità di potenza equipaggiate con reattori tipo VVER-1200 progettati in Russia con una capacità totale di 4.800 megawatt. Si prevede che una volta completata la costruzione, Akkuyu NPP produrrà circa 35 miliardi di kWh all’anno, fornendo circa il 10% del fabbisogno di elettricità della Turchia.

La vita utile stimata della centrale nucleare di Akkuyu è di 60 anni con possibilità di estensione per altri 20 anni, il che apre la strada allo sviluppo della regione a lungo termine, fornendo posti di lavoro e accesso a una fonte stabile di elettricità verde per i residenti della Turchia e le imprese dell’economia turca per molti anni a venire.

Modello BOO (build-own-operate)

Il progetto di costruzione Akkuyu NPP è il primo progetto al mondo di una centrale nucleare basato sul modello BOO (Build – Own – Operate). Ciò significa che la società operativa è responsabile non solo della progettazione e della costruzione, ma anche della manutenzione, del funzionamento e dello smantellamento dell’impianto. Il progetto di costruzione della centrale nucleare è la più grande joint venture tra Russia e Turchia.

La società russa Rosatom è l’azionista principale e, sulla base dell’accordo intergovernativo, la Rosatom è responsabile dell’ingegneria, costruzione, funzionamento e manutenzione dell’impianto nucleare.

Figura 2. Modello BOO. Fonte: https://www.academia.edu/17024655/The_Build-Own-Operate_BOO_approach_Advantages_and_challenges

Il modello BOO è un sistema che permette di sviluppare un progetto di interesse pubblico tramite una partnership tra il soggetto pubblico (governo turco) e un soggetto privato (Rosatom).

Il soggetto privato (Rosatom e le sue società affiliate) fornirà la tecnologia e l’expertise nucleare alla Turchia che non ha know-how nel settore nucleare permettendo di abbreviare i tempi di studio, sviluppo e implementazione tecnologico. La Rosatom fornirà supporto non solo in fase di costruzione ma anche durante il funzionamento, la manutenzione e lo smantellamento della centrale nucleare. La Turchia beneficerà inoltre della cooperazione in fase di licensing e nello sviluppo del quadro normativo. L’aspetto negativo per il governo turco è legato a una minor opportunità di localizzazione e una minore opportunità di impiegare risorse umane locali.

Il beneficio maggiore per la Turchia è legato all’aspetto finanziario. Attraverso il modello BOO, il governo turco è riuscito a finanziare un progetto economicamente consistente, di circa 20 miliardi di dollari, senza assumersi il rischio finanziario e senza la necessità di presentare delle garanzie. Il rischio finanziario è a carico del soggetto privato che tratterrà parte del profitto della vendita dell’energia elettrica prodotta dalla centrale nucleare. Nei primi 15 anni, il governo turco dovrà inoltre pagare alla società operatrice dell’impianto un prezzo fisso dell’energia elettrica che è stato fissato a 12.35 $ cents per ogni kWh prodotto. Un prezzo maggiore del costo medio dell’energia elettrica (~9 $ cents / kWh).

Il governo turco, oltre ad avere concordato un prezzo di acquisto dell’energia elettrica (PPA: Power Purchase Agreement) sopra citato, ha fornito naturalmente la disponibilità del sito dove costruire l’impianto nucleare e sarà di supporto al progetto in particolare nelle fasi di qualifiche e certificazioni.

Possiamo dividere la vita dell’impianto nucleare di Akkuyu in due fasi in base al PPA (power purchase agreement). Nei primi 15 anni, la APC (Akkuyu project company) venderà il 50% dell’energia elettrica sul mercato libero mentre il restante 50% verrà venduta alla utility statale turca al prezzo concordato di 12.35 $cents per kWh. La APC verserà inoltre su due distinti fondi 0.15 $cent/kWh, per ciascun fondo, al fine di accantonare somme necessarie per il trattamento dei rifiuti nucleari e il decommissioning finale della centrale nucleare.

Trascorsi i 15 anni, la APC venderà tutta l’energia elettrica prodotta sul mercato libero e verserà il 20% dei profitti annuo al Tesoro turco.

Figura 3. Power purchase agreement. Fonte: https://www.academia.edu/17024655/The_Build-Own-Operate_BOO_approach_Advantages_and_challenges

Aspetti tecnici

Vantaggi della tecnologia russa.

L’impianto nucleare di Akkuyu è un progetto basato su un precedente impianto consolidato di centrale nucleare di Novovoronezh NPP-2 (Russia, regione di Voronezh). Il progetto prevede 4 unità di potenza con una capacità di 1.200 MW ciascuna.

La Rosatom ha più di 70 anni di esperienza nel mercato internazionale dell’energia nucleare e si colloca al primo posto nel mondo in termini di portafoglio di progetti esteri (36 unità di potenza in diverse fasi di implementazione in 12 paesi); la società statale fornisce il 17% del mercato globale del combustibile nucleare.

Rosatom occupa il 2° posto al mondo e il 1° posto in Russia in termini di produzione di energia nucleare e il 2° posto al mondo nelle riserve di uranio.

Il reattore VVER-1200.

La soluzione di punta della Rosatom è un design rivoluzionario del reattore VVER-1200. È stato sviluppato sulla base delle versioni del reattore VVER-1000 costruite per clienti stranieri negli anni ’90 e 2000: Bushehr NPP (Iran), Kudankulam NPP (India), Tianwan NPP (Cina). Rosatom ha cercato di migliorare ogni parametro del reattore, oltre a introdurre una serie di sistemi di sicurezza aggiuntivi, che consentono di ridurre la probabilità di rilascio di radiazioni in caso di incidenti.

Il reattore VVER-1200 è diverso in termini di:

– maggiore potenza,

– durata di vita di 60 anni,

– elevato coefficiente di utilizzo della capacità installata (90%),

– capacità di lavorare per 18 mesi senza rifornimento,

La tecnologia VVER impiega un reattore nucleare a fissione, a neutroni termici, con acqua ad alta pressione e utilizza un sistema di generazione di vapore a doppio circuito. Il liquido di raffreddamento e il moderatore è acqua in pressione. L’acqua, presente allo stato liquido, svolge due compiti differenti. In un reattore a fissione, il combustibile (costituito da ossido di plutonio e uranio) viene colpito da neutroni che permettono di avviare la reazione di fissione a catena. La reazione però si innesca solo se i neutroni possiedono una energia “ben definita” (neutroni termici) e, per poter rallentare i neutroni, è necessario un moderatore. Nel reattore nucleare di Akkuyu, il moderatore utilizzato è acqua allo stato liquido. L’acqua è poi responsabile del trasferimento di calore dal reattore con conseguente produzione di vapore che verrà espanso in turbina producendo energia elettrica.

Il VVER-1200 combina l’affidabilità di soluzioni ingegneristiche collaudate con una serie di sistemi di sicurezza attiva e passiva che tengono conto dei requisiti “post-Fukushima”.

Le soluzioni ingegneristiche utilizzate in VVER-1200 sono:

– vasca del combustibile esaurito all’interno del contenimento,

– filtri in uscita dall’anello ventilato,

– unico “core catcher” con materiale sacrificale,

– sistema passivo di rimozione del calore,

Questi fattori permettono di classificare l’impianto come reattore di terza generazione.

Sistema di sicurezza

Il sistema di sicurezza delle moderne centrali nucleari russe è costituito da quattro barriere che separano le radiazioni ionizzanti e le sostanze radioattive dall’ambiente.

Figura 4. Reattore nucleare VVER-1200. Fonte: www.akkuyu.com

La prima barriera è il pellet di combustibile che impedisce il rilascio di prodotti di fissione attraverso il rivestimento dell’elemento di combustibile. Una caratteristica fondamentale del pellet è la foratura centrale che permette di ridurre la temperatura media del combustibile e quindi diminuisce la possibilità di fusione dello stesso in caso di eventi incidentali.

La seconda barriera è il rivestimento dell’elemento di combustibile, ovvero la barra di contenimento che impedisce ai prodotti di fissione di entrare nel refrigerante del circuito primario. L’elevata resistenza alla corrosione è fornita dal materiale della barra di combustibile: zirconio ad alta purezza.

La terza barriera è il pressure vessel, il reattore in pressione, che è costruito totalmente in acciaio inossidabile con uno spessore di 200 mm.

La quarta barriera è l’edificio di contenimento che previene il rilascio di prodotti di fissione nell’ambiente. In caso di evento incidentale nel core del reattore, tutta la radioattività rimarrà all’interno di questo contenitore. Inoltre, l’edificio non è progettato solo per resistere a impatti esterni, ad esempio un incidente aereo, un tornado, un uragano o un’esplosione ma può sopportare una pressione interna di 5 kg/cm2. Il volume di contenimento è di 75mila metri cubi e il rischio di accumulo di idrogeno in esso in concentrazioni esplosive è molto inferiore rispetto alla centrale nucleare di Fukushima-1. In caso di incidente, all’interno del contenitore viene avviato un sistema sprinkler che spruzza una soluzione di boro da sotto la cupola dell’unità impedendo la diffusione della radioattività.

Il principio di sicurezza passiva implica l’esistenza di mezzi per gestire eventuali incidenti, che prevedono la localizzazione di sostanze radioattive all’interno del contenitore. Essi includono:

– sistemi di rimozione dell’idrogeno

– sistemi di protezione da sovrapressione del circuito primario

– sistemi per l’abbattimento del calore tramite generatori di vapore

– sistemi per la rimozione del calore dal contenitore (fornisce la rimozione del calore a lungo termine in qualsiasi situazione di emergenza)

– core catcher – un contenitore situato sotto il reattore e riempito con una sostanza che consente lo spegnimento istantaneo della reazione.

Funzionamento sicuro dei reattori

I reattori VVER utilizzano una configurazione del nocciolo che garantisce “l’autoprotezione” del reattore o la sua “autoregolazione”.

Se il flusso di neutroni aumenta, la temperatura nel reattore aumenta e così di conseguenza anche il vapore prodotto. Ma gli impianti del reattore sono progettati in modo tale che l’aumento della frazione di vuoto nel nucleo si traduca in una cattura accelerata dei neutroni e quindi nello spegnimento della reazione a catena. Questo effetto è quello che viene definito coefficiente di reattività negativo.

Per fermare rapidamente ed efficacemente la reazione a catena, è necessario catturare i neutroni rilasciati. Il carburo di boro viene normalmente utilizzato come assorbitore. Le barre con l’assorbitore vengono introdotte nel nucleo, il flusso di neutroni viene assorbito, la reazione rallenta e si ferma. Affinché le barre possano entrare nel nucleo in qualsiasi condizione, sono sospese sopra il reattore e trattenute da elettromagneti. Questo schema garantisce l’abbassamento delle barre anche in mancanza di corrente: gli elettromagneti si spegneranno e le aste entreranno nel nocciolo sotto l’azione della gravità (senza alcuna operazione aggiuntiva da parte del personale). Questa è una delle principali differenze con l’impianto giapponese della centrale nucleare di Fukushima-1 (dove le barre sono state inserite dal basso).

Nelle centrali nucleari russe vengono utilizzati principalmente sistemi a due circuiti. Lo schema a doppio circuito è fondamentalmente più sicuro di quello a circuito singolo utilizzato in Giappone, perché tutte le sostanze radioattive sono all’interno dell’involucro protettivo (contenitore) e non c’è vapore nel circuito primario, perciò il rischio di surriscaldare il combustibile è fondamentalmente inferiore. Inoltre, i reattori VVER sono dotati di 4 generatori di vapore e i sistemi di rimozione del calore sono multi-loop. In caso fosse necessario l’approvvigionamento di ulteriore acqua di raffreddamento, sono presenti pompe di raffreddamento di emergenza separate (una pompa per ogni linea).

Anche le riserve d’acqua sono ridondanti: solitamente, l’acqua verrà fornita dai serbatoi di riserva installati nella centrale stessa; poi, se questa acqua risultasse ancora insufficiente, verrà alimentata da altri tre serbatoi aggiuntivi.

L’energia elettrica necessaria per il funzionamento delle pompe di riserva viene fornita in maniera indipendente: ciascuna è alimentata da un generatore diesel separato. Tutti i generatori si trovano in edifici separati, il che impedisce che avvengano guasti o rotture simultanee.

Sicurezza ecologica della produzione di energia nucleare

Le odierne tecnologie consentono di garantire la sicurezza dell’energia nucleare per l’ambiente e per le persone che vivono nelle immediate vicinanze delle centrali nucleari. Una centrale nucleare non impatterà sulle colture agricole locali o sull’ambiente acquatico.

A differenza delle centrali termiche, le tecnologie atomiche:

– non consumano ossigeno,

– non emettono sostanze chimiche nocive nell’atmosfera o nei corsi d’acqua,

– consentono di risparmiare in modo significativo i combustibili fossili, le cui riserve sono limitate.

La centrale nucleare è un impianto a ciclo chiuso del combustibile. Ciò significa che tutto il combustibile utilizzato rimane all’interno della centrale nucleare. L’acqua utilizzata per il raffreddamento non è esposta ad effetti chimici, fisici o radiologici.

Gli impianti nucleari non inquinano l’ambiente. L’impatto delle radiazioni delle centrali nucleari sull’ambiente e sul pubblico è molto inferiore rispetto alle centrali elettriche a petrolio, carbone e olio combustibile, che rilasciano nell’atmosfera prodotti nocivi a seguito della loro combustione. E’ stato inoltre stimato che in tutto il mondo, l’energia nucleare riduce l’emissione di anidride carbonica di circa 3 miliardi di tonnellate all’anno.

Effetti economici della centrale nucleare di Akkuyu

L’impianto nucleare di Akkuyu è un progetto fondamentale per la Turchia. La prima centrale nucleare della Repubblica di Turchia diventerà una fonte stabile di elettricità, contribuirà allo sviluppo sociale ed economico del paese e della regione e la costruzione della centrale nucleare di Akkuyu farà da capostipite nella realizzazione e sviluppo di un’industria nucleare nuova nel Paese.

La domanda di elettricità in Turchia è in crescita e la produzione di energia nucleare sta diventando una necessità. Se la centrale nucleare di Akkuyu fosse stata costruita 10 anni prima, la Turchia avrebbe risparmiato fino a 14 miliardi di dollari in acquisto di gas.

Secondo i calcoli del Ministero dell’Energia e delle Risorse Naturali, se Akkuyu dovesse iniziare a funzionare oggi, da sola fornirebbe elettricità a una grande città con una popolazione di 15 milioni di abitanti, come Istanbul.

La Turchia ha l’opportunità di acquisire esperienza e le migliori tecnologie accumulate in molti anni di sviluppo del settore nucleare russo. La Rosatom ha un’esperienza unica nel campo della costruzione e del funzionamento nucleare, che garantisce la messa in campo delle pratiche e delle migliori tecnologie di maggior successo. Il know-how e l’esperienza acquisite saranno condivise direttamente agli specialisti turchi, poiché il progetto prevede la massima partecipazione delle aziende turche ai lavori di costruzione e installazione, e successivamente, imprese ed esperti turchi saranno coinvolti in tutte le fasi del ciclo di vita dell’impianto nucleare.

Il progetto Akkuyu offre significative opportunità per i fornitori turchi. Si stima attualmente che le società turche possano partecipare fino al 40% dei lavori di costruzione della centrale nucleare di Akkuyu.

La costruzione di centrali nucleari fornisce crescita economica e condizioni per la creazione di nuovi posti di lavoro: per ciascun posto di lavoro creato nel settore nucleare si creano più di 10 posti di lavoro nel mercato indotto. Lo sviluppo dell’industria dell’energia nucleare contribuisce inoltre alla crescita della ricerca scientifica, della produzione e dell’esportazione di prodotti ad alta tecnologia.

La maggior parte di coloro che lavoreranno nel cantiere vivranno nel distretto di Gulnar, nelle immediate vicinanze. Si prevede di costruire un sito temporaneo con infrastrutture per i lavoratori provenienti da altre regioni della Turchia (diverse migliaia di persone), e un’area residenziale permanente, per ospitare il personale della centrale nucleare con le loro famiglie (circa 4.500 persone).

Si prevede che fino a 10.000 persone lavoreranno nel sito durante il periodo di massima costruzione. Nella provincia di Mersin saranno sviluppate infrastrutture regionali, commerciali e attività alberghiere, centri di ricerca, medicina, ingegneria meccanica e agricoltura.

Con la messa in servizio dell’impianto, lo sviluppo delle infrastrutture, la creazione di nuovi posti di lavoro e la crescita della popolazione nella regione, la provincia di Mersin acquisirà un ulteriore impulso per lo sviluppo delle industrie locali, del settore dei servizi, delle attività alberghiere e diventerà più attraente sia per i residenti che per i turisti.

La costruzione della “città atomica” prevede lo sviluppo di un’area di circa 70 ettari:

~ 40 ettari di sviluppo residenziale

~ 30 ettari di altre infrastrutture

E’ prevista la costruzione di nuove strutture residenziali moderne, nonché strade, uffici, infrastrutture culturali e sociali, comprese istituzioni educative per bambini, ristorazione e strutture ricreative:

– edifici residenziali per il personale (~ 3000 appartamenti per circa 6000 persone)

– edifici per uffici (per le società partecipanti al progetto Akkuyu NPP)

– negozi, area mercato, punti vendita

– attività di ristorazione

– aree ricreative

– scuole e asili

– centri fitness, sportivi e sanitari

– centro medico

– centri culturali

– rete stradale e parcheggi

– parchi naturali

Il contributo stimato al PIL fornito dalla crescita delle attività commerciali di aziende in vari settori (anche tra i partner turchi per la costruzione della città e Akkuyu NPP) si stima possa raggiungere i 400 milioni di dollari.

In quest’ottica, possiamo parlare di un effetto socio-economico totale atteso di circa 630 milioni di dollari, secondo stime preliminari basate sulle attuali condizioni di sviluppo della regione.

Innovazione e introduzione di nuove competenze

Uno dei vantaggi introdotti dal sistema BOO (build-own-operate) menzionato al paragrafo 2 è legato all’opportunità di incoraggiare l’innovazione in un settore (nucleare) dove il soggetto pubblico (governo turco) non ha una solida esperienza. Il governo turco grazie a questo modello riuscirà ad ampliare le proprie conoscenze nel nucleare grazie all’interfaccia con un soggetto privato che possiede un forte e consolidato know-how nel settore. Tutto questo sarà possibile non solo attraverso un minor costo da parte del governo turco ma, anche e soprattutto, in tempi molto brevi.

La Federazione russa ha offerto agli studenti turchi l’opportunità di ottenere una formazione specializzata presso gli istituti di istruzione superiore russi permettendo loro di studiare le professioni e le discipline chiave richieste nelle centrali nucleari. Dopo aver conseguito istruzione e formazione presso i centri russi, tutti i laureati verranno impiegati presso la centrale nucleare di Akkuyu. La durata totale della formazione è di circa 7 anni.

Nel 2020, più di 120 studenti turchi hanno conseguito una formazione specialistica presso le università russe.

Attualmente più di 6.000 persone lavorano nel cantiere di Akkuyu tra ingegneri e lavoratori qualificati. Molto si sta facendo per incoraggiare l’impiego di personale locale, tuttavia, c’è ancora bisogno di ulteriori esperti nel settore nucleare in Turchia. Per tale motivo, presso il sito nucleare di Akkuyu verrà costruito un centro di formazione specializzato per formare specialisti in ambito ingegneristico e personale operativo per la centrale.

Nel 2019, la società proprietaria e operatrice dell’impianto di Akkuyu, la Akkuyu nuclear JSC, ha preparato un piano triennale di cooperazione con il Wano Moscow Center. L’interazione nell’ambito di questo piano è in primo luogo intesa a sviluppare competenze all’interno dei team operativi.

Nel 2020-2021, il centro di Mosca ha offerto sei missioni di supporto incentrate in diverse aree di miglioramento dell’impianto nucleare di Akkuyu, come attività di produzione, efficienza organizzativa, supervisione e leadership e strategie di supporto ingegneristico.

Inoltre, lo staff di Akkuyu parteciperà a più di 40 seminari, riunioni di lavoro, e visite ai partner organizzate in collaborazione con la World Association of Nuclear Operators (WANO).

Per approfondire: