AP1000 IMPIANTO PASSIVO DI GENERAZIONE III+ Parte II Sergio Orlandi Ansaldo Nucleare 27 Maggio 2009
I reattori di terza generazione L incidente di Chernobyl ha spinto l industria nucleare a cercare un miglioramento nei livelli di sicurezza problematiche legate all errore umano caratteristiche intrinseche di sicurezza mitigazione delle conseguenze di un eventuale incidente severo Pensati per rispondere alla domanda del mercato energetico Economicità nel costo di impianto Standardizzazione Riduzione nei tempi di realizzazione Utilizzo di tecnologie largamente provate
L approccio progettuale Impianti Evolutivi Impianti Passivi Riduzione Costi Economia di scala (grande potenza) Semplificazione (Riduzione numero Componenti) Sicurezza Ridondanza Sistemi Passivi & Difesa in Profondità
Impianti Nucleari Passivi A fine anni 80, ANSALDO, insieme ad ENEL ed ENEA, partecipa intensamente al programma AP600 lanciato da Westinghouse, contribuendo sia alle attività di progettazione che alla realizzazione di prototipi e alla validazione sperimentale L AP600, impianto a due loop caratterizzato da sistemi di sicurezza passivi, ottiene nel 1999 la Design Certification da parte dell NRC. Negli impianti passivi le funzioni di sicurezza sono garantite da forze naturali quali gravità, convezione, circolazione naturale Semplificazione dell impianto e diminuzione dei costi Benché l AP600 fosse conforme a tutti i requisiti posti dalle utilities, non rispettava i criteri economici più stringenti richiesti dal mercato Westinghouse iniziò lo sviluppo di un impianto di taglia maggiore, AP1000, per ridurre il costo del kw/h istallato grazie all economia di scala
Commercializzazione dell AP1000 Nel Gennaio 2006, la statunitense NRC (Nuclear Regulatory Commission) ha conferito la Final Design Certification all impianto AP1000 Il 24 Luglio 2007 la Westinghouse Electric Co. ha firmato un contratto con la cinese State Nuclear Power Technology Corporation (SNPTC), per la costruzione di 4 impianti in Cina I 4 impianti saranno costruiti nei siti di Sanmen (Zhejiang) e Haiyang (Shandong). Il primo impianto, la cui costruzione è iniziata nel 2008, entrerà in operazione nel 2013. Gli altri tre impianti sono previsti diventare operativi nel 2014 e 2015. Sei impianti AP1000 sono stati ordinati negli USA
Contributo Ansaldo Nucleare Ansaldo Nucleare ha dato fin dall inizio un significativo apporto allo sviluppo della tecnologia passiva Negli anni 90 ha contribuito a: AP600 Design Certification AP600 First of a Kind (FOAKE) Adaptation to Europe (EPP) A partire dal 2000, coopera con Westinghouse allo sviluppo dell impianto AP1000 (sia per gli USA che per l Europa) Plant Systems Design Safety Analyses Containment Design Reactor Coolant System Design and Piping Stress analysis Lay Out & Structural Design
Contributo Ansaldo Nucleare Attualmente Ansaldo contribuisce alla tecnologia passiva con più di 60 risorse impegnate nella progettazione dell edificio reattore, di sistemi e componenti dell isola nucleare, nell analisi di sicurezza Esiste un accordo tra Westinghouse ed ANSALDO per la commercializzazione congiunta in varie aree geografiche ANSALDO insieme alla Mangiarotti Nuclear partecipa alla costruzione di AP1000 in Cina come fornitore sia di servizi di ingegneria sia di componenti quali: Containment Vessel PRHR Heat Exchanger ANSALDO collabora con Westinghouse al programma NUSTART per la commercializzazione negli USA Complessivamente circa 250 anni-uomo in consuntivo
Parola chiave: semplificazione Semplificazione nel Design mediante il numero ridotto di componenti e quantità di materiale necessaria Semplificazione nei Sistemi di Sicurezza grazie all adozione della tecnologia passiva Semplificazione nella Costruzione attraverso la modularizzazione Semplificazione nell Approvvigionamento tramite la standardizzazione dei componenti e del progetto d impianto Semplificazione nell Operazione and Manutenzione grazie all adozione di sistemi e componenti provati, riduzione del numero di componenti attivi safety-related, miglioramento interfaccia uomo-macchina Miglioramento della sicurezza, competitività economica e prestazioni
The Westinghouse AP1000
Reactor Coolant System AP1000 Active PWR
AP1000 Reactor Vessel Tecnologia Westinghouse provata CORE SHROUD Miglioramenti: Non ci sono saldature nella regione del core (forgiato) Miglioramento dei materiali estensione della vita di progetto a 60 anni I&C del nocciolo inseriti dall alto Posizioni fisse, lettura on line Assenza di penetrazioni nella parte bassa del vessel
AP1000 Steam Generator Tecnologia Westinghouse provata Miglioramenti di progetto: Tubi Inconel 690 TT Support plates in acciaio inossidabile Channel heads progettati in modo da migliorare ispezione e manutenzione
AP1000 Reactor Coolant Pump Canned Motor Pumps Chiuse ermeticamente non richiedono manutenzione Compatte, inerzia elevata coastdown più lento Cuscinetti lubrificati ad acqua Controllo della velocità motore più piccolo
Approccio alla sicurezza Basato sui concetti Difesa in profondità e barriere multiple Sistemi attivi Nonsafety-Related Costituiscono un supporto affidabile alla normale operazione dell impianto Prima linea di difesa : riducono gli interventi non necessari dei sistemi passivi Non richiesti per la mitigazione degli incidenti base di progetto Sistemi passivi Safety-Related Funzioni di sicurezza assicurate da fenomeni naturali Gravità Scambio di calore per conduzione e convezione Evaporazione I sistemi di sicurezza non si basano su componenti attivi eliminazione di Diesels di emergenza Pompe di emergenza Sistemi di supporto ai sistemi di sicurezza Ridotta la dipendenza da azioni dell operatore
Passive Decay Heat Removal Natural circulation HX connected to RCS Passive Core Cooling System Automatic depressurization valves Gravity drain refueling water storage tank (containment pressure) Passive Safety Injection Natural circulation / gravity drain core makeup tanks (RCS pressure) N2 pressurized accumulators (700 psig)
Passive Injection System
Decay Heat Removal
Passive Core Cooling System at Work
Passive Containment Cooling System l evaporazione dell acqua assicura per 72 ore la rimozione del calore dal contenimento Anche senza acqua la convezione naturale dell aria assicura per 24 ore l integrità del contenimento
Passive Containment Cooling System at Work
Mitigazione Incidenti Catastrofici Scenario fusione nocciolo (Probabilità ~ 3 eventi ogni 10 7 anni reattore) AP1000 è progettato per contenere il nocciolo fuso all interno del vessel, evitando che il materiale fuso venga disperso all interno del contenimento
In-vessel Retention at Work
I sistemi passivi sono stati ampiamente testati anche in Italia Integral Systems Test (SPES) SIET (Piacenza) Test facility VAPORE ENEA Casaccia (Roma)
L approccio passivo permette una notevole semplificazione dei sistemi di sicurezza Standard PWR AP1000
La costruzione a moduli abbrevia i tempi di costruzione e quindi il costo dell impianto Site Development - 18 mos Construction - 36 mos Commissioning - 6 mos N th plant schedule
in conclusione AP1000 Maturo Sicuro Semplice Competitivo