Energia nucleare negli Stati Uniti d'America

Nel 2015 lenergia nucleare negli Stati Uniti d'America generò il 19,5% dell'energia elettrica prodotta in totale nel PaeseIAEA - PRIS database - Nuclear Power Plant Information - Nuclear Share in Electricity Generation..

A novembre 2016, sono operative in questa nazione 61 centrali nucleari che dispongono complessivamente di 99 reattori in funzione (84 dei quali hanno ottenuto di recente il rinnovo della licenza ), 4 in costruzione (Alvin W. Vogtle 3 & 4 e Virgil C. Summer 3 & 4) e 34 dismessi.

Sono state proposte due nuove centrali, (Centrale nucleare di Levy County e Centrale nucleare William States Lee III), di due reattori ciascuna.

Vi sono anche altre 25 centrali nucleari chiuse, 19 con un reattore ciascuna (uno di questi impianti, Rancho Seco in CaliforniaInternational Atomic Energy Agency - PRIS database - Nuclear Power Reactor Details - RANCHO SECO-1 ., venne spento nel 1989, dopo quattordici anni di funzionamento, a seguito di una votazione della popolazione localeU.S.NRC - Rancho Seco.) e 1 con due reattori.

Ubicazione impianti

Storia Gli Stati Uniti d'America sono attualmente il primo Stato per potenza nucleare installata al mondo, con 99 reattori per una potenza complessiva di oltre , generando mediamente all'anno ( nel 2015), cioè circa il 20% dell'elettricità statunitense. Nel futuro questa leadership potrebbe però essere scalzata dai programmi nucleari indiani e cinesi, che prevedono di installare ognuno alcune centinaia di GW di potenza nucleare nei prossimi decenni. Entro la fine degli anni 1960 erano stati ordinati reattori PWR e BWR per oltre 1000 MW di capacità.

Dopo un primo periodo di grande espansione, l'incidente di Three Mile Island prima e poi la stagnazione dei consumi elettrici e maggiore economicità del gas poi, ha portato alla cancellazione di un gran numero di progetti e cantieri per nuovi reattori, tuttavia nel 1990 erano stati commissionati oltre 100 reattori. Negli ultimi anni, con una maggiore percezione ambientale e nuove conoscenze tecniche, si sta procedendo a prorogare le licenze di funzionamento, riattivare la costruzione di progetti interrotti, ed in generale a costruire nuovi reattori.

Gli albori

Gli Stati Uniti sono stati i pionieri nell'energia nucleare per scopi commerciali, tramite gli impianti PWR di Yankee Rowe (costruito dalla Westinghouse Electric Company) e BWR di Dresden (della General Electric).

Gli anni 1970

L'incidente di Three Mile Island

L'incidente di Three Mile Island avvenne nell'omonima centrale nel 1979 e fu il più grave incidente nucleare avvenuto negli Stati Uniti, sebbene non abbia causato morti accertate.

L'incidente all'unità 2 avvenne esattamente alle ore 4:00 di mercoledì 28 marzo 1979, quando il reattore era a un regime di potenza del 97%. L'incidente ebbe inizio nel circuito di refrigerazione secondario con il blocco della portata di alimento ai generatori di vapore. Questo blocco portò nel circuito primario di raffreddamento del nocciolo ad un considerevole aumento della pressione del refrigerante, causando prima l'apertura di una valvola PORV di rilascio posta sul pressurizzatore e poi lo "SCRAM" (arresto di emergenza del reattore mediante l'inserimento delle barre di controllo). A questo punto la valvola di rilascio non si richiuse senza che gli operatori si rendessero conto del problema, anche perché non vi era nella strumentazione l'indicazione della reale posizione della valvola. Fu così che il circuito di raffreddamento primario si vuotò parzialmente e il calore residuo del nocciolo del reattore non poté essere smaltito. A causa di ciò il nocciolo radioattivo subì gravi danni. Gli operatori non poterono diagnosticare correttamente cosa avveniva e reagire in maniera adeguata. La strumentazione carente della sala di controllo e l'addestramento inadeguato risultarono essere le cause principali dell'incidente.

Durante l'incidente si ebbe una pericolosa fusione parziale del nocciolo e in conseguenza dei gravissimi danni riportati l'unità 2 fu chiusa ed è ancora oggi sotto monitoraggio, in attesa delle future azioni di decommissioning.

Il dopo-Three Mile Island

Dopo l'incidente di Three Mile Island nell'opinione pubblica statunitense venne meno il favore verso l'energia nucleare, ciò contribuì alla cancellazione di numerosi progetti e cantieri; oltre a questo fatto, la produzione di energia elettrica tramite gas naturale era diventata più attraente a causa del prolungarsi dei tempi, e quindi dei costi, di costruzione dei cantieri ancora operativi. La quasi totalità viene da reattori costruiti dal 1967 al 1990, e nessuno iniziato a costruire dal 1977. Nonostante ciò, se nel 1980 gli impianti producevano , nel 2011 ora producevano , questo sia grazie ai nuovi impianti che hanno iniziato a produrre, che grazie al miglioramento degli impianti, i quali sono passati da un fattore di capacità di circa il 50%, al 91.5% del 2010.

Il parco reattori americano Proprietà dei reattori

L'industria nucleare ha subito un consolidamento davvero significativo negli ultimi anni, questo in funzione dell'economia di scala, deregolamentazione dei prezzi ed attrattività crescente di questa fonte verso i combustibili fossili. A fine 1991 un totale di 101 compagnie elettriche avevano partecipazioni (anche di minoranza) negli impianti nucleari statunitensi, a fine 1999 erano scese ad 87 di cui le prime 12 possedevano il 54% della capacità totale. Con la deregolamentazione del mercato elettrico in alcuni stati, è avvenuta una massiccia ondata di fusioni fra le varie compagnie elettriche nel periodo 2000-1, portando le prime 10 compagnie a possedere il 70% della capacità totale, un successivo consolidamento è avvenuto a seguito di fusioni di aziende di servizi pubblici, nonché di acquisti di reattori da parte altre società elettriche per aumentare la propria capacità nucleare. Inerente al numero degli operatori degli impianti si è visto un generale consolidamento delle competenze, scendendo dai 45 del 1995 ai 25 della fine del 2011.

Fra le più grandi fusioni si ricorda quella iniziata nel 2000 fra la Unicom e la PECO per formare la Exelon, creando quindi il più grande produttore di energia nucleare degli Stati Uniti ed il terzo al mondo, nel 2003 acquisisce poi il 50% della AmerGen (originariamente di proprietà paritetica fra PECO e British Energy) arrivando a possedere in 10 impianti 17 reattori che nel 2007 hanno generato il 20% della produzione nucleare statunitense. Nel 2004 e nel 2008 cercò di acquistare la PSEG del New Jersey e la NRG Energy del Texas, ma i progetti non andarono in porto. Nel 2011 concluse la fusione con la Constellation Energy (in cui EdF ha mantenuto a marzo 2012 il 49.99%), portando la sua capacità di generazione totale a circa 21.000 MW lordi. Insieme alla Exelon, Entergy è un esempio lampante di consolidamento che si è verificato negli ultimi dieci anni: con base originariamente in Arkansas, Louisiana, Mississippi e Texas orientale, ha successivamente raddoppiato la sua capacità di generazione nucleare dal 1999 con l'acquisizione dei reattori a New York, Massachusetts, Vermont e Michigan ed è entrata nella gestione di un impianto nucleare in Nebraska. Altre aziende che hanno aumentato la propria capacità nucleare attraverso l'acquisto di piante, queste sono FPL Group con sede in Florida (quattro unità), Constellation Energy con sede a Maryland (tre unità) e Dominion Resources con sede in Virginia (due unità).

Altro aspetto è l'acquisto dei reattori fra le varie società, soprattutto se i margini di profitto erano ridotti (con costo di produzione superiore ai 2 c$/kWh) e potevano essere aumentati tramite l'acquisizione da società più grandi. Infatti i piccoli gestori consideravano gli impianti come potenzialmente operanti in passività mentre le grandi società li consideravano in attivo, principalmente in funzione di una distribuzione dei costi su un parco reattori maggiore. Dal 1999 al 2009 ci sono stati 19 acquisti di reattori, principalmente da società pubbliche locali.

Caso a sé è parzialmente la Constellation Energy che ha operato anche un consolidamento internazionale oltre a quello nazionale. Nel gennaio 2009 ha accettato l'offerta di Electricité de France che con 4,5 miliardi $ ha acquisito oltre il 60% della sua produzione nucleare. L'accordo dà ad EDF un punto d'appoggio importante negli Stati Uniti, con la partecipazione di 3.994 MWe a Calvert Cliffs nel Maryland, e Nine Mile Point e Ginna a New York. A tutti e cinque i reattori sono stati concessi 20 anni di estensione della licenza di funzionamento. Électricité de France possedeva già il 9,5% di Constellation, e aveva stanziato 975 milioni $ nella joint venture UniStar Nuclear Energy per costruire, possedere e gestire una flotta di US-EPR in Nord America con "l'obiettivo di guidare la rinascita del nucleare negli Stati Uniti". Ad ottobre 2010 la Constellation Energy ha ceduto la sua quota di Unistar ad EDF per 140 milioni $.

Potenziamenti degli impianti

Alla fine del 1991 (prima dell'approvazione dell'Energy Policy Act), vi era impianti operativi per 97.135 MW di capacità di generazione. Nel marzo 2009 si era arrivati a 101.119 MW, mentre a marzo 2012 a 101.465 MW. Questo è stato dovuto a diversi fattori: sono stati spenti 8 reattori per 5.709 MW a causa degli elevati costi operativi; sono stati aggiunti 6.223 MW per dei potenziamenti dei reattori ed altri 3.470 per l'entrata in servizio di due reattori (Comanche Peak 2 e Watts Bar 1) ed il riavvio di una unità dopo una fermata a lungo termine (Browns Ferry 1). A fine 2011 gli upgrade sono stati oltre 130 per un totale di oltre 6.000 MW, mentre sono prospettati almeno altri 3.200 MW; la Exelon ha in programma la maggior parte degli upgrade degli impianti totali, che dovrebbero fornire l'equivalente di un nuovo reattore entro il 2017 (fra 1300 e 1500 MW per un costo di 3.5 miliardi $), dopo aver già aggiunto 1.100 MW nel decennio finito al 2009. Altri upgrade riguardano i sistemi di sicurezza e l'impiantistica in genere degli impianti.

Ancora più significativa è l'aumentata efficienza di produzione dei vari impianti, ciò ha portato ad fattore di capacità notevolmente aumentato, che è passato dal 56,3% nel 1980 e il 66% del 1990 al 91,1% nel 2008. Una componente importante di questa aumentata efficienza è data dalla diminuita lunghezza di interruzione per il rifornimento, che nel 1990 era in media di 107 giorni ma è sceso a 40 giorni dal 2000, con punte di 15 giorni. Oltre a questo, l'efficienza termodinamica media è passata dal 32,49% del 1980 al 33,40% nel 1990 ed al 33,85% nel 1999. Tutto questo si è riflettuto significativamente in un aumento della produzione a partire dal 1990, passando da 577 TWh agli oltre 809 TWh attuali, con un miglioramento del 40% nonostante un minimo aumento della capacità installata.

Rinnovo delle licenze di funzionamento

La Nuclear Regulatory Commission è l'agenzia governativa nata nel 1974 come responsabile per la regolamentazione del settore nucleare, in particolare i reattori, impianti del ciclo del combustibile e gestione dei rifiuti (così come altri usi civili dei materiali nucleari, come quelli per uso medico ed industriale). Nel 2000 l'ente ha rinnovato la licenza di esercizio per le due unità dell'impianto di Calvert Cliffs di 20 anni oltre la licenza originaria di 40 anni, rilasciata originariamente più in base all'ammortamento economico dell'impianto che per una durata effettiva di vita. Il rinnovo della licenza è in funzione di analisi sull'impianto e di ristrutturazioni importanti, che riguardano anche la sostituzione delle parti più usurate (come ad esempio i generatori di vapore) oltre che l'aggiornamento dei sistemi di controllo.