scenari futuri della energia nucleare giorgio turchetti il costo dell’energia

Scenari futuri della energia nucleare

Giorgio Turchetti

Il costo dell’energia Reattori di IV generazione Fusione magneticaFusione inerziale


29 JANUARY 2010 VOL 327 SCIENCE www.sciencemag.org


I COSTI I COSTI DELL’ENERGIADELL’ENERGIA


I costi dell’energia sono difficili da valutare. Accanto ai prezzi di mercato vanno considerati i costi occulti da inquinamento (CO2 o scorie nucleari) e gli incentivi sui rinnovabili (1 € = 1.4 $)

$/MWh €/MWh Fossili 30 (carbone) 70 (gas) 20 – 50 senza carbon tax

Idro 30 (impianti esistenti) 100 (nuovi impianti) 20 - 70

Eolico 110 80

Fotovoltaico 700 500

Nucleare 40-80 30 - 60

http://www.ecoage.it/energia-nucleare-costi.htm Stime e fotovoltaico 300 Euro Nucleare 60 Euro al 2015

http://www.ecoage.it/energia-nucleare-costi.htm


20 € centrali idroelettriche e 20 € carbone 30 € nucleare 40 € gas 50 € biogas 70 € geotermico 70 € eolico 70 € nuove centrali idroelettriche120 € celle a combustibile570 € fotovoltaico

Costi attuali stimati da ECOAGE

o

Costruzione €/KWh Carburante €/GJ Costo base €/MWh Carbon Tax

Carbone 1600 0.9 48 60

Gas 600 2.5 46 52

Nucleare 3000 0.3 60€/MWh

47

50

60

6070

60

180

325

Wikipedia


Energia solareEnergia solareLa energia del soleLa energia del sole è perpetua ma è perpetua ma diluita diluita ee intermittente intermittente

Costante solare: Costante solare: energia massima per secondo e metro quadroenergia massima per secondo e metro quadro

W= 1 KW/mW= 1 KW/m2 2

La efficienza di conversione dei pannelli è 10%.La efficienza di conversione dei pannelli è 10%.

Costante solare mediaCostante solare media: giorno/notte, stagionalità e meteo : giorno/notte, stagionalità e meteo danno una danno una

costante media di 0.12 KW/mcostante media di 0.12 KW/m22

~~ 12% 12% <W<Welel> = 12 W/m> = 12 W/m22

Wpicco

<W>


Nucleare Nucleare Costo impianto rilevante. Costo combustibile trascurabile 0.3% anno Costo impianto rilevante. Costo combustibile trascurabile 0.3% anno

Centrale a gas 10% anno. Occupazione suolo bassa. Centrale a gas 10% anno. Occupazione suolo bassa. Idoneo per paesiIdoneo per paesi ad alto sviluppo industriale, zone temperate-fredde.ad alto sviluppo industriale, zone temperate-fredde.

FotovoltaicoFotovoltaico

Costo impianto altissimo 10 volte il nucleare. Costo combustibile nullo. Costo impianto altissimo 10 volte il nucleare. Costo combustibile nullo.

Occupazione suolo altissima. Occupazione suolo altissima. Idoneo per piccole comunità Idoneo per piccole comunità isolate e paesi fascia tropicale. isolate e paesi fascia tropicale.

Il mito delle centrali fotovoltaicheIl mito delle centrali fotovoltaicheCentrale di Rovigo: 72 MW di picco costruita da Sun Edison. Potenza media Centrale di Rovigo: 72 MW di picco costruita da Sun Edison. Potenza media

10-20 MW. 10-20 MW. Occupazione 2 KmOccupazione 2 Km22. Costo 600 M€ (RAI) 250 M€ (sito IDV).. Costo 600 M€ (RAI) 250 M€ (sito IDV).

Centrale da 1GW potenza media, occupazione 100 KmCentrale da 1GW potenza media, occupazione 100 Km2 2 . Costo 10 (4 volte) . Costo 10 (4 volte) centrale centrale

Nucleare. Occupazione suolo da ben oltre 1000 volte.Nucleare. Occupazione suolo da ben oltre 1000 volte.


Il picco dei fossili si ritiene venga raggiunto entro i prossimi anni. Con il calo della produzione aumenterà il sosto del KWh. Si avrà una crescita delle fornti rinnovabili e del nucleare. In entrambi i casi le nuove tecnologie sono cruciali.

Rinnovabili: produzione di H con batteri geneticamente modificati

Nucleare: reattori di IV generazione nel 2040-60 e fusione tra 2060-90


REATTORI DI IV REATTORI DI IV GENERAZIONEGENERAZIONE


Reattori di IV generazioneElevata efficienza energetica (ciclo U chiuso, no Pu )

Drastica dimunzione di e scorie a lunga vita.

Rischio di proliferazione quasi nullo (no Pu)

Aumento di sicurezza degli impianti

R&D necessaria per la realizzazione

sodio gas piombo

Scenari energetici futuriScenari energetici futuri

Evoluzione dei reattori nucleari dal 1960 al 2060Evoluzione dei reattori nucleari dal 1960 al 2060


LA FUSIONE LA FUSIONE TERMONUCLEARETERMONUCLEARE


La fusione nucleareLa fusione nucleareE’E’ il processo che avviene nel sole e nelle stelle . il processo che avviene nel sole e nelle stelle .

A temperature e pressioni molto elevate due nuclei A temperature e pressioni molto elevate due nuclei leggeri come leggeri come

H, D, T si fondono in nuclei più pesanti He producdndo H, D, T si fondono in nuclei più pesanti He producdndo energia.energia.

Il sole 1.4 MKm La bomba H m-Km Microesplosioni mm-m


Nel processo di fissione un nuleo pesante si scinde in due Nel processo di fissione un nuleo pesante si scinde in due

nucleinuclei la cui somma delle masse è minore.la cui somma delle masse è minore.

Nella fusione due nuclei leggeri si fondono in un nucleo la Nella fusione due nuclei leggeri si fondono in un nucleo la cuicui

massa è inferiore alla somma.massa è inferiore alla somma.

La differenza va in energia cinetica E= La differenza va in energia cinetica E= m cm c22


Vantaggi fusione

Risorse inesauribili (Fissione migliaia, fusione miliardi di anni)

No scorie a vita lunga

No emissioni CO2

No proliferazione

No incidenti nucleari

Combustibile dal mare

Un barile (159 l) d’acqua di mare contiene 6 g di deuterio e .015 di litio Un barile (159 l) d’acqua di mare contiene 6 g di deuterio e .015 di litio equivalente a 30 barili di petrolio per deuterio e 1/6 di barile per il trizio. equivalente a 30 barili di petrolio per deuterio e 1/6 di barile per il trizio. Dopo la fusione DT si farà quella DD.Dopo la fusione DT si farà quella DD.


PROBLEMIPROBLEMI

EstremaEstrema difficoltà nel realizzare la fusione difficoltà nel realizzare la fusione controllatacontrollata

Alti costi per capire la fisica e sviluppare la Alti costi per capire la fisica e sviluppare la tecnologiatecnologia

Ricerca iniziata negli anni 50 non ancora Ricerca iniziata negli anni 50 non ancora conclusa conclusa

Due vie possibili Due vie possibili

Confinamento magnetico Confinamento inerziale


LA FUSIONE MAGNETICA LA FUSIONE MAGNETICA


Enormi progressi sono statiEnormi progressi sono stati realizzati. L’aumento di realizzati. L’aumento di potenzapotenza

da reazioni di fusione segue la legge di Moore da reazioni di fusione segue la legge di Moore (esponenziale).(esponenziale).

Esperimento al JET con trizio prossimo al break-evenEsperimento al JET con trizio prossimo al break-even


La fusione richiede temperature elevate di almeno 10 KeV pari a La fusione richiede temperature elevate di almeno 10 KeV pari a 1.2x101.2x1088 gradi. gradi.

Le condizioni per la fusione sono fissate dal criterio di LawsonLe condizioni per la fusione sono fissate dal criterio di Lawson

> c> c

dove dove è la densità e è la densità e il tempo di confinamento. il tempo di confinamento.

Confinamento magneticoConfinamento magnetico: densità basse, tempi lunghi : densità basse, tempi lunghi (minuti)(minuti)

Confinamento inerzialeConfinamento inerziale : densità alte, tempi corti : densità alte, tempi corti (nanosecondi)(nanosecondi)


JET Esperimento Europeo concluso. Il toro con raggi di 2 e 3 m ha raggiunto un guadagno Q=0.7

ITER Nuovo esperimento mondiale. Il toro di raggi 2 e 6.3 mDovrebbe raggiungere un guadagno Q=10.

DEMO Dimostratore di una centrale a fusione dopo ITER


Avvicinamento al break even Struttura di ITER

Cont

Scenari energetici futuriScenari energetici futuri Scenari energetici futuriScenari energetici futuri

Contribution : (50% + 8%:EU)+(10%+8%:JA)+10%x4(US,RF,KO,CN)100%(ITER) +16%(Broader Approach)

Remote Center

Simulation

DEMO Design

IFMIF-EVEDA

Arrangement between EU&JA

50%+8%

10%10% 10%

10%

10%+8%

ITER

ContributionContribution 50%50%

staffstaff 40%40%

procurementprocurement 40%40% Satellite Tokamak

ContributionContribution 10%10%

staffstaff 20%20%

procurementprocurement 20%20%

EU JA


TFTRTFTR USAUSA 82-9782-97 1111 0.30.3

JETJET EUEU 83-now83-now 1616 0.60.6

ITERITER INTINT 016-016-036036

500500 1010

IFNIFIFNIF INTINT 016-016-036036

DEMODEMO INTINT 032-032-050050

20002000 2525

PROTOPROTO ?? 050-?050-? 45004500 2525

Device Paese Anno Potenza MW Guadagno

Road map to the reactor


LA FUSIONE INERZIALE LA FUSIONE INERZIALE


La fusione inerziale è una microesplosione simile a quella La fusione inerziale è una microesplosione simile a quella di una di una

bomba termonucleare o di una supernova.bomba termonucleare o di una supernova.

La quantità di combustibile è minuscola, pochi mg di DT, La quantità di combustibile è minuscola, pochi mg di DT, e quindie quindi

l’energia rilasciata può essere controllata.l’energia rilasciata può essere controllata.

La energia di una bomba di decine di Mtons viene La energia di una bomba di decine di Mtons viene rilasciata in rilasciata in

qualche decennio con una frequenza di 10 Hz.qualche decennio con una frequenza di 10 Hz.

Nif hohlraum NIF camera interazione


Dal diesel al motore a scoppio trermonucleareDal diesel al motore a scoppio trermonucleare

Negli esperimenti in corso le reazioni di fusione avvengono per Negli esperimenti in corso le reazioni di fusione avvengono per compressione. La temperatura al centro consente le prime compressione. La temperatura al centro consente le prime reazioni di fusione che si propagano come nel motore diesel.reazioni di fusione che si propagano come nel motore diesel.

La La fusione velocefusione veloce si basa sul si basa sul deposito di energia concentrata deposito di energia concentrata Tramite fascetti di elettroni o Tramite fascetti di elettroni o protoni prodotti da impulsi protoni prodotti da impulsi laser ultracorti (decine di fs). laser ultracorti (decine di fs). Questi fasci sono la Questi fasci sono la scintillascintilla che che accende la reazione di fusione.accende la reazione di fusione.

Elettroniveloci

Impulsi Laser perla compressione

Impulso laserultracorto


I Dispositivi per la fusione inerziale sono basati su laser Ne-vetro che hanno energiedi 10 KJ ma tasso di ripetizione molto basso (1 tiro ogni qualche ora).

NIF ha 180 di questi lasers e deposita 1.8 MJ sul bersaglio. Entro la estate esperimenti a piena potenza da cui si attende la ignizione

Si stanno sviluppando laser pompati a diodi che hanno frequenza elevata. Operativiper fusione tra 15 anni circa. Laser Ne per NIF


• Roadmap per LIFE Roadmap per LIFE (laser inertial fusion energy)(laser inertial fusion energy)

2010-2012 Esperimenti di ignizione a NIF2010-2012 Esperimenti di ignizione a NIF

2020-2030 Prototipo di LIFE2020-2030 Prototipo di LIFE

2030-2040 Prototipo di impianto commerciale2030-2040 Prototipo di impianto commerciale

Problemi: A efficienza e rep. rate dei laser (diode pump)Problemi: A efficienza e rep. rate dei laser (diode pump) B estrazione energiaB estrazione energia

CC tecnologia reattoretecnologia reattore


Esperimenti in EuropaEsperimenti in EuropaLMJLMJ Laser Megajoule esperimento militare francese, Laser Megajoule esperimento militare francese,

come NIFcome NIF

PETAL PETAL Esperimento civile francese per la fast ignitionEsperimento civile francese per la fast ignition

HIPER HIPER Progetto di esperimento UE per fast ignitionProgetto di esperimento UE per fast ignition

PETAL

HIPER


Energia Chimica / Energia nucleare = 1/ 1000 000


ItaliaItalia

Non partecipa ai progetti generation IV per fissioneNon partecipa ai progetti generation IV per fissione

Partecipa ad ITER e parteciperà ad HIPER Partecipa ad ITER e parteciperà ad HIPER

Per la fusione magnetica ci sono due macchine toroidali a Frascati e Per la fusione magnetica ci sono due macchine toroidali a Frascati e PadovaPadova

Alcuni studi di interesse per la fast ignition saranno condotti con il laser Alcuni studi di interesse per la fast ignition saranno condotti con il laser FLAME in corso di istallazione a Frascati.FLAME in corso di istallazione a Frascati.

L’impegno del nostro paese non è comunque confrontabile con quello L’impegno del nostro paese non è comunque confrontabile con quello di di

Francia, Germania e UK. La ricerca in Italia è un Francia, Germania e UK. La ricerca in Italia è un optionaloptional..


BolognaBologna

E’ in fase di sviluppo il progetto PROMETHEUS

Infrastruttura di ricerca basata suLaser di potenza 200 TW

Obiettivo produrre fasci di protoni(eletttroni e X) per la biomedicina

Idoneo per esperimenti sullaFast Ignition (HIPER)

Collocazione: laboratorio di Montecuccolino ove era collocatoreattore RB3 di ENEA per provaElementi combustibile


AD ASTRAAD ASTRAEnergia abbondante e pulita è condizione per la Energia abbondante e pulita è condizione per la

democraziademocrazia evitando il ritorno ad antiche schiavitù. Apre anche le evitando il ritorno ad antiche schiavitù. Apre anche le

porte porte

verso nuovi mondi altra condizione per il progresso verso nuovi mondi altra condizione per il progresso dell’umanitàdell’umanità


FINEFINE Grazie per l’attenzione Grazie per l’attenzione

Income per capita in US $

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