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Cogenerazione nucleare di calore ed energia

I reattori nucleari finora si sono concentrati soprattutto sulla produzione di elettricità. Scienziati e ingegneri finanziati dall’UE hanno fatto compiere un grande passo in avanti a un concetto innovativo per i reattori nucleari di prossima generazione per la cogenerazione di calore ed energia per scopi industriali, avvicinandolo così a un possibile impiego.
Cogenerazione nucleare di calore ed energia
In una centrale elettrica convenzionale, il calore generato durante la produzione dell’elettricità è spesso sprecato. In un impianto di cogenerazione, tuttavia, esso viene recuperato per essere usato nell’industria e persino nelle case. Si stima che la cogenerazione di calore ed energia (CHP) possa aumentare il livello di efficienza energetica fino a circa il 90 %.

I reattori nucleari ad alta temperatura raffreddati a gas (HTR) possono generare condizioni di vapore comparabili agli impianti CHP convenzionali. Poiché sono molto adatti per la CHP, dei ricercatori finanziati dall’UE hanno unito le loro forze per fornire un supporto tecnico a un concetto di CHP nucleare che promette di fornire energia e calore su vasta scala alle industrie senza l’utilizzo di combustibili fossili.

L’obbiettivo del progetto ARCHER (Advanced high-temperature reactors for cogeneration of heat and electricity R&D) era quello di ampliare le tecnologie europee HTR e Very-HTR mediante l’integrazione dei recenti progressi. Questa iniziativa ha comportato una collaborazione tra partner europei e internazionali provenienti da Asia, Stati Uniti e Sudafrica.

I partner di ARCHER hanno valutato l’accoppiamento della cogenerazione nucleare con i processi industriali. Un idoneo caso di studio per l’accoppiamento della cogenerazione è stato selezionato in base a reali dati degli utenti provenienti da un complesso petrolchimico e per la raffinazione del petrolio. Sulla base di questo esempio di accoppiamento, si è giunti alla conclusione che un impianto di cogenerazione HTR può supportare siti industriali che necessitano vapore di processo a temperature fino a 600 °C.

Un ulteriore beneficio del HTR sono gli eccezionali aspetti legati alla sicurezza. Sono stati effettuati degli studi di R&S e modellazione focalizzati per fornire una comprensione ancora maggiore del comportamento del sistema in caso di incidente. Il lavoro sperimentale su ingresso e mobilizzazione delle polveri ad esempio ha portato a un significativo ampliamento dell’attuale base di conoscenze e della comprensione del sistema.

Gli sforzi di ricerca e sviluppo sono stati anche mirati ai combustibili HTR e ai materiali ad alte temperature. Un esame all’avanguardia post-irradiazione dei ciottoli di combustibile HTR e delle particelle surrogate ha fornito preziose informazioni sui codici di prestazione del combustibile. Inoltre, il comportamento delle scorie del combustibile HTR è stato studiato in condizioni di smaltimento a lungo termine.

Per sviluppare un dimostratore sono stati presi in considerazione per il nocciolo del reattore materiali, come la grafite, che hanno raggiunto un certo livello di maturità. Gli scienziati del progetto hanno fornito inoltre delle raccomandazioni per materiali a base di nichel da usare in scambiatori di calore ad alta temperatura. Un modello di scambiatore di calore intermedio è stato sviluppato per validare una progettazione per l’ampliamento dell’impiego degli HTR a temperature più elevate.

Attualmente ci sono poche alternative all’utilizzo dei combustibili fossili per la produzione di energia industriale nell’UE. I risultati di ARCHER confermano che non ci sono impedimenti tecnici allo sviluppo della CHP nucleare. Anche se sono necessari degli studi specifici legati al sito di impiego e alla configurazione, la validità e la fattibilità della cogenerazione nucleare combinata con i processi industriali è stata dimostrata.

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Argomenti

Nuclear Fission

Keywords

Cogenerazione di calore ed energia, reattori nucleari, alta temperatura, combustibili fossili, grafite