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Centrale nucleare

Ap1000 Cutaway 2007 | Centrale Nucleare | Impianti

Definizione

La centrale nucleare è un’area industriale in cui sono installati edifici, macchine e attrezzature varie destinati alla produzione di elettricità da fonte nucleare, da cui partono le linee di trasmissione ad alta tensione per il collegamento alla rete elettrica.

Generalità

Nelle centrali nucleari sono spesso installate da 2 a 4 e perfino 8 unità nucleari, la cui potenza elettrica è cresciuta nel tempo da meno di 1000 MW (Caorso erogava 840 MW) a più di 1500 MW. L’unità nucleare è costituita da un’isola nucleare dove sono concentrate le installazioni nucleari e da un complesso che raccoglie turbine, alternatori, condensatori, opere di presa e restituzione dell’acqua di raffreddamento dei condensatori, trasformatori elettrici, torri di raffreddamento se necessarie, e locali di servizio del personale. L’isola nucleare, talora denominata RAF (Reactor, Auxiliaries, Fuel) è costituita da tre edifici: l’edificio ove è contenuto il reattore nucleare con il suo circuito di refrigerazione, l’edificio che contiene il deposito del combustibile nucleare fresco e irraggiato (immerso in piscine di acqua che ha funzione di refrigerazione e schermaggio delle radiazioni) e l’edificio che contiene tutti i sistemi di sicurezza asserviti al reattore, triplicati o quadruplicati e posti talora in edifici distinti.

L’importanza e la complessità delle opere necessarie per realizzare una centrale nucleare sono pari a quelle di grandi costruzioni come porti, aeroporti, infrastrutture di trasporto, dighe, complessi industriali di produzione. Nelle centrali nucleari realizzate recentemente si è cercato di armonizzare sapientemente le esigenze funzionali con quelle estetiche. In Francia, ove sono in funzione 59 unità nucleari, fin dal 1974 gli architetti sono stati chiamati a studiare le forme possibili più gradevoli ed espressive per le nuove unità anche ai fini di un migliore inserimento ambientale. Si è passati così da edifici reattori costituiti da sfere metalliche a edifici cilindrici in cemento armato precompresso sormontati da una cupola molto appiattita. Le sale macchine che contengono i gruppi turboalternatori e i condensatori sono state realizzate in gradevoli forme di parallelepipedi in calcestruzzo armato a bordi arrotondati e gli altri edifici di centrale e gli uffici sono resi sempre più accoglienti e confortevoli quanto più frequentati dal personale.

L’estensione delle aree occupate dalle centrali, a seconda del numero delle unità installate, varia da 100 a più ettari. Tali aree devono possedere dei requisiti fondamentali, quali un livello di sismicità molto basso, terreni pianeggianti senza rischi idrogeologici e di adeguata resistenza ai notevoli pesi del complesso dell’isola nucleare, prossimità a grandi fiumi o laghi e preferibilmente al mare per le notevoli portate di acqua (50÷100 m3/sec) necessarie per il condensatore, prossimità a importanti dorsali elettriche e vie di trasporto, adeguate distanze da grossi centri urbani.
Le centrali nucleari non emettono sostanze clima-alteranti quali anidride carbonica e ossidi di zolfo ed azoto. A parità di energia elettrica prodotta necessitano di sole 20-30 tonnellate di combustibile all’anno a fronte di due milioni di tonnellate di carbone o di un milione e mezzo di tonnellate di olio combustibile. L’impatto sull’ambiente circostante è molto limitato, riducendosi a piccoli rilasci di sostanze radioattive autorizzati dalle autorità di sicurezza che le controllano. Il rischio di rilasci incidentali, sempre molto piccoli nel mondo occidentale, è praticamente nullo nei reattori della cosiddetta terza generazione avanzata (III+) nei quali, anche nel caso più grave concepibile che è quello della fusione del nocciolo centrale dei reattori ove è concentrato il combustibile nucleare, la radioattività rimane racchiusa nell’edificio reattore rendendo non più necessari i piani di emergenza esterni che erano previsti per i reattori delle precedenti generazioni.

Gli impianti III+

L’impianto III+ EPR dell’Areva francese ha una potenza di 1.600 MW; l’edificio reattore è collocato al centro dell’isola nucleare e contiene l’impianto nucleare ed un grande serbatoio di acqua. La sua funzione è quella di assicurare la protezione dell’ambiente circostante contro ogni concepibile rischio, interno od esterno. Esso consiste di un involucro interno in calcestruzzo precompresso di 1,3 m di spessore con un rivestimento metallico per migliorare la tenuta e di un separato involucro esterno in calcestruzzo armato, dello stesso spessore. L’impianto primario interno, reattore, pompe, generatori di vapore e pressurizzatore è alloggiato entro compartimenti in calcestruzzo rinforzato che assicurano sostegno e schermaggio delle radiazioni. Un edificio per il combustibile è eretto sullo stesso solettone di base dell’edificio reattore e dei quattro edifici che ospitano i ridondanti sistemi di sicurezza. In esso è alloggiato il combustibile fresco ed il combustibile irraggiato entro piscine di acqua schermante e refrigerante per la rimozione del calore residuo di decadimento radioattivo che, pur diminuendo nel tempo, è di lunga durata.
In compartimenti collegati è alloggiato il sistema per il controllo chimico e volumetrico del refrigerante primario e l’apparato per il controllo del boro disciolto nell’acqua. Gli edifici per le salvaguardie ospitano separatamente i sistemi di refrigerazione di sicurezza (SIS) e i sistemi di alimentazione di acqua di emergenza (EFS), così che i quattro treni di sistemi, indipendenti ed efficaci al 100%, possano intervenire ognuno per proprio conto e siano tutti schermati e protetti da appositi edifici non soggetti a cause comuni di guasto come incendi od allagamenti. La sala di controllo principale è alloggiata in uno dei quattro edifici dei sistemi di salvaguardia. L’edificio reattore, quello per il combustibile e due dei quattro edifici per le salvaguardie sono schermati da pareti in calcestruzzo armato, per resistere all’incidente di caduta di aereo.

L’impianto III+ Westinghouse-Toshiba AP1000 ha una potenza di 1175 MWe ed è caratterizzato da notevoli innovazioni in materia di sicurezza. L’edificio reattore di contenimento è formato da pareti doppie che separano l’atmosfera interna dall’esterno. Il contenitore interno è costituito da un cilindro in acciaio (del diametro di 40 m, con sommità e base ellissoidali per un’altezza di 66 m, con uno spessore medio di 4,5 cm), circoscritto da un edificio in calcestruzzo armato, progettato in prima categoria sismica.
Per fronteggiare l’incidente base di progetto un sistema denominato Passive Containment Cooling System (PCCS) è in grado di assicurare l’ultima difesa per la rimozione del calore e il mantenimento della pressione interna ben al di sotto del valore di progetto, anche senza alcun intervento da parte degli operatori, per almeno 72 ore. Il calore viene rimosso da una circolazione in convezione naturale (senza ventilatori) dell’aria esterna, sufficiente a mantenere la pressione interna a valori di sicurezza. L’acqua della cisterna (non essenziale) serve ad accrescere tale azione perché, cascando per gravità sul contenitore in acciaio e scorrendo verso il basso, ne facilita la refrigerazione evaporando e unendosi all’aria che trascina il suo vapore verso l’alto. Un sistema di distribuzione dell’acqua della piscina superiore sul contenitore in acciaio assicura una uniformità della refrigerazione che avviene così in maniera del tutto naturale. Il concetto dell’intero impianto è modulare per minimizzare i lavori in cantiere e accorciare così i tempi di costruzione.

Bibliografia

Leclercq J., L’ère nuclèaire, Editions du Chêne – Hachette, Vanves (Francia), 1968.

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