Energia nucleare

Prospettive per la domanda e offerta di energia in Europa per il 2030 e il 2050 La crescita della domanda di elettricità nell'UE entro il 2050 è di poco inferiore a quella a livello globale, ma la produzione di energia aumenta ancora di circa il 50% rispetto ai livelli attuali. Nello scenario 2DS, il mix energetico europeo sarà sempre più decarbonizzato. Eolico, solare, bioenergie e idroelettrico: tutti svolgono un ruolo importante nel percorso di decarbonizzazione. L'energia nucleare avrà ancora una parte significativa del mix energetico europeo, cosi come il gas. Il carbone invece perderà terreno inesorabilmente.

A livello globale la situazione dei reattori dichiarati in servizio (442 per 384 GW) ed in costruzione (66 per 65 GW) l’11/3/2016 è praticamente uguale a quella del giorno precedente il disastro di Fukushima che vedeva 66 reattori in funzione e 65 in costruzione; ciò fatto salvo che dei 43 reattori giapponesi dichiarati “funzionabili“, ben 41 sono in attesa di rientrare in servizio. Si può tuttavia notare che la situazione paese per paese mostra una variegata differenziazione che vale la pena di essere esaminata.

Emerson Network Power, divisione di Emerson (NYSE: EMR) e leader globale nella fornitura di infrastrutture critiche per sistemi tecnologici in ambito informatico e delle comunicazioni, è stata selezionata dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) – Sezione di Bari come partner tecnologico per implementare sistemi statici di continuità (UPS, Uninterruptible Power Supply) e di condizionamento che assicurino continuità operativa, efficienza e affidabilità al nuovo e innovativo data center. L’INFN, fondato nel 1951 e depositario dell'eredità scientifica di E. Fermi e della sua scuola, è uno dei più prestigiosi istituti di ricerca italiani. Suo compito è la ricerca fondamentale in fisica nucleare, subnucleare ed astroparticellare, unita allo sviluppo delle relative tecnologie. L'INFN sul territorio nazionale si articola in 20 Sezioni, nelle quali rientra la sede di Bari, 4 Laboratori Nazionali, 3 Centri Nazionali per l'Alta Tecnologia e Formazione (CNAF, GSSI,TIFPA) e 9 Gruppi Collegati. Da sempre l’Istituto ha investito nella propria infrastruttura informatica anche attraverso la partecipazione a progetti europei e nazionali. Il data center ReCaS di Bari è uno dei risultati dell’omonimo progetto finanziato nel 2012 dal MIUR nell’ambito del Programma Operativo Nazionale per la Ricerca e la Competitività per le Regioni della Convergenza (Calabria, Campania, Puglia e Sicilia). Il progetto ReCaS ha realizzato nelle regioni del Meridione dell’Italia una infrastruttura distribuita per il calcolo scientifico nelle sedi di Bari, Catania, Cosenza e Napoli che rappresenta oggi una delle più importanti infrastrutture pubbliche italiane per il calcolo scientifico. In particolare il data center ReCaS di Bari ha una potenza equivalente a 13.000 computer, una capacità di memoria su disco di 6.600 terabyte, uno spazio di archiviazione su nastro di 2.500 terabyte e può scambiare dati con l'esterno a una velocità superiore a 10 Gbit/sec. Una delle responsabilità dell’INFN nella realizzazione del Data Center ReCaS di Bari è stata la scelta dei sistemi UPS, Rack e Power Distribution Unit (PDU), scelta che è caduta sulla tecnologia di Emerson Network Power. Il data center si compone di tre isole ad alta densità, costituite ciascuna da 20 rack, realizzate con il sistema del corridoio freddo chiuso SmartAisle™, che si basa sul principio di separazione fisica tra le zone di aria fredda e quelle di aria calda, per aumentare l’efficienza energeticadel data center. Tutti i componenti critici del data center sono alimentati tramite due UPS Trinergy™ da 800 kVA configurati in parallelo, ognuno di essi è già predisposto per scalare a 1 MW senza interruzioni delle attività. La piattaforma Trinergy offre prestazioni impareggiabili negli ambienti di data center, è altamente flessibile e grazie alle sue modalità di funzionamento dinamiche garantisce il massimo livello di condizionamento della potenza, massimo controllo di energia ed alta efficienza. Questo UPS modulare ad alta potenza assicura un’elevata efficienza energetica e permette di allineare l’infrastruttura alle esigenze di business in continua evoluzione, senza la necessità di sostituire o aumentare il parco installato. L’architettura e la tecnologia utilizzate nella piattaforma Trinergy assicurano l’abbattimento del costo totale di proprietà (TCO, Total Cost of Ownership), dei consumi energetici e delle emissioni di CO2, nel massimo rispetto delle normative vigenti. Per quanto riguarda l’area di PDU, all’interno del data center sono state utilizzate soluzioni Liebert® MPH, sistemi di alimentazione elettrica con funzioni di monitoraggio e di controllo in tempo reale. “Grazie alle soluzioni di Emerson Network Power” dichiara Giorgio Maggi, professore ordinario di Fisica del Politecnico di Bari, “siamo in grado di operare con la garanzia della massima continuità operativa, disponibilità ed efficienza all’interno del nostro data center. Emerson Network Power si è confermato un partner di valore nel supportare la protezione dell’infrastruttura e le sue performanti soluzioni sono state fondamentali nella realizzazione del nuovo data center.” “Siamo molto soddisfatti di aver preso parte a questo progetto davvero innovativo e di rilievo in Italia e che un cliente come INFN abbia riconosciuto l’efficienza e le elevate prestazioni dei nostri prodotti,” sottolinea Alberto Sciamè, AC Power sales director di Emerson Network Power in Italia. “Il nostro team tecnico supporterà al meglio tutte le richieste di INFN, per soddisfare le esigenze di potenza, controllo e continuità necessarie nelle importanti attività di ricerca intraprese dall’Istituto.”

I ricercatori del Consorzio RFX di Padova hanno sviluppato una tecnologia innovativa per realizzare a freddo giunzioni metalliche non saldate, compatibili con alti carichi termici e meccanici, con un significativo vantaggio nei costi e tempi di produzione. Al Consorzio RFX è stato affidato un compito cruciale per la comunità scientifica che lavora nell’ambito della fusione termonucleare controllata. Si tratta del nuovo impianto PRIMA, attualmente in costruzione presso l’Area del CNR di Padova, che ha lo scopo di realizzare, installare e testare l’iniettore di fasci di neutri che servirà a riscaldare il plasma di ITER. Il reattore sperimentale ITER, attualmente in costruzione a Cadarache in Francia, è un progetto di collaborazione internazionale che punta a dimostrare l’utilizzabilità della fusione termonucleare controllata come possibile fonte di energia per le prossime generazioni.

(in lingua inglese) The vacuum vessel is a hermetically‐sealed steel container inside the cryostat that houses the fusion reaction and acts as a a first safety nuclear containment barrier. In its doughnut‐shaped chamber, or torus, the plasma particles spiral around continuously without touching the walls.

La fusione a confinamento magnetico prevede il riscaldamento del gas di deuterio-trizio a 150-200 milioni di °C, per poi mantenerlo in un’opportuna configurazione di equilibrio ed evitarne il contatto con le pareti della camera di reazione. Nel confinamento magnetico, il gas (plasma) è confinato in una camera a forma di ciambella mediante intensi campi magnetici prodotti da bobine magnetiche avvolte intorno alla camera stessa.

I consumi elettrici costituiscono almeno il 50% della domanda di energia, le rinnovabili sono intrinsecamente limitate dalla possibilità di regolare la potenza a seconda del fabbisogno (storage), dalla prossimità dove l’energia è richiesta (trasporto) e dall'economicità legata a sovvenzioni. Focus sulla fusione.

L’utilizzo pacifico dell’energia nucleare per produrre energia elettrica è nato in Russia nel 1954 e ha iniziato una sua penetrazione nel mercato a seguito dei forti investimenti in ricerca e sviluppo specie negli Stati Uniti con i reattori (a fissione e uranio arricchito) ad acqua bollente (BWR di GE) e ad acqua pressurizzata (PWR di Westinghouse) oltre a reattori in Inghilterra del tipo GR (Gas Cooled Graphite Moderated Reactors ) e poi AGR (Advanced Gas Cooled Grahite Reactors) e a reattori moderati ad acqua pesante (Heavy Water Reactor, HWR) che sono brevettati in Canada (CANadian Deuterium-Uranium, CANDU) e con uranio naturale come combustibile.

Nei paesi con pareri ambivalenti o negativi sul nucleare, l’incidente di Fukushima è servito (vedi Italia) e servirà come ulteriore esempio per opporvisi. Vi è stato un aumento della mentalità del “non nel mio cortile” specie in zone vulnerabili a disastri naturali (terremoti, tsunami, alluvioni, frane ecc). Vi è stato anche un aumento del costo delle centrali nucleari per le maggiori richieste di sicurezza, tempi di permessi più lunghi, costi maggiori delle assicurazioni, che hanno reso economicamente svantaggiato il nucleare: in Europa prezzi della CO2 bassi (5 €/ton CO2 favoriscono l’uso del carbone anche rispetto al gas), o negli Stati Uniti dove con i 3,5$/MBTU dello shale gas si ha un costo di 35$/MWh prodotto, hanno espanso l’uso del gas per produrre elettricità.

Secondo le previsioni di IEA (International Energy Agency) nel 2016 la produzione di energia da fonti rinnovabili avrà superato quella da gas e quella da fonte nucleare. Le previsioni della ricerca (Medium Term Renewable Energy Market Report) si estendono fino al 2018 prevedendo, per la green energy, di raggiungere il tasso del 40%, a fronte di circa il 20% raggiunto nel 2011. La quota derivante da eolico, solare, biomasse, geotermico raddoppierà raggiungendo l’8% nel 2018.