Il Reattore nucleare VVER (in russo Водо-водяной энергетический реактор?, Vodo-Vodjanoj Ėnergetičeskij Reaktor; Reattore Energetico Acqua-Acqua) è una serie di reattori nucleari ad acqua pressurizzata progettati e costruiti dall'Unione Sovietica. Le differenze macroscopiche ed esteriori rispetto ai reattori occidentali sono la presenza di un gran numero di generatori di vapore, in genere da 6 a 8, contro i 4 o meno dei modelli occidentali, e che questi sono posizionati in orizzontale e non verticale. Altre differenze poi sono date dalla struttura degli elementi di combustibile, che sono di forma esagonale al posto di quella quadrata utilizzata di solito in occidente, e le pastiglie di combustibile nucleare sono forate al centro per ridurre la probabilità di fusione in transitori incidentali.

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VVER-1000

Scopi del progetto

Gli scopi del progetto sono quelli di produrre una serie di reattori a basso costo ma al tempo stesso sicuri, utilizzando dei sistemi di sicurezza che rendano inutile la costruzione di un grande edificio di contenimento, che racchiuda al suo interno tutta la centrale. La costruzione infatti di tale scudo esterno, normalmente adottato in tutte le moderne filiere occidentali, è un costo rilevante per una centrale nucleare.

Le ultime versioni dei reattori hanno mantenuto bassi costi di installazione ma aumentando notevolmente i livelli di sicurezza equiparandoli a quelli occidentali.[senza fonte]

Caratteristiche ingegneristiche

L'abbreviazione VVER è la sigla in russo di Vodo-Vodjanoj Ėnergetičeskij Reaktor ovvero "Reattore Energetico Acqua-Acqua", un reattore nucleare di potenza refrigerato e moderato ad acqua. Questo descrive un tipo di progetto inquadrabile come reattore nucleare ad acqua pressurizzata. Le barre di combustibile del reattore sono completamente immerse in acqua alla pressione di 15 MPa, in modo che non bolla alle normali temperature operative (da 220 a più di 300 °C). L'acqua nel reattore serve sia come refrigerante che come moderatore, fatto che costituisce una caratteristica decisiva di sicurezza passiva. Se la circolazione del refrigerante dovesse mancare l'effetto di moderazione dei neutroni prodotto dall'acqua verrebbe a mancare, riducendo l'intensità della reazione e compensando per la perdita del refrigerante, una condizione nota come coefficiente di vuoto negativo. L'intero reattore è racchiuso in un massiccio contenitore in acciaio. Le pastiglie sono in uranio a basso arricchimento (circa 2,4–4,4% 235U) diossido di uranio (UO2) o equivalente compresso.

A differenza di quanto avviene nelle controparti occidentali, nei VVER gli elementi sono disposti in uno schema a triangolo equilatero, e non usano gruppi di barre di controllo in corrispondenza degli elementi di combustibile, ma elementi di controllo a loro adiacenti, ad inserimento dall'alto come nei reattori occidentali. Quando pienamente inseriti alcuni vani per gli elementi di combustibile sono quindi occupati da elementi di controllo.[1]

Circuito di refrigerazione primario

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Schema del circuito primario di un VVER-1000. Le lettere indicano: SG generatore di vapore; CP pompa di ricircolo; P pressurizzatore; NR reattore

Nel circuito primario degli impianti di seconda generazione l'acqua è tenuta a una pressione di 12,4 MPa[2], sempre superiore a quella di ebollizione corrispondente alle normali temperature operative, ma inferiore a quella nelle controparti occidentali. L'acqua contenuta nel vessel, assolve la duplice funzione di moderare e refrigerare il nucleo. Il calore sottratto dal refrigerante viene a sua volta ceduto nel secondario, tramite i generatori di vapore.

Nel circuito primario distinguiamo 4 componenti essenziali:

  1. Vessel: è il recipiente in pressione al cui interno è contenuto il core, cioè il luogo in cui hanno sede le reazioni nucleari di fissione, responsabili della produzione di potenza termica. Grazie al passaggio del refrigerante il calore viene asportato. Il controllo è effettuato tramite le barre di controllo, inseribili dall'alto.
  2. Pressurizzatore: è un grosso recipiente, al cui interno si trova acqua e vapore. Ha la funzione di mantenere costante la pressione del primario. Al suo interno si trovano i riscaldatori e le docce con le quali si riesce ad operare la compensazione del volume del primario. In alto presenta delle valvole di sicurezza che permettono la fuoriuscita di vapore soltanto nel caso in cui, in scenari anomali, la pressione interna dovesse superare un dato valore di sicurezza.
  3. Generatore di vapore (4): è un grande scambiatore di calore di forma cilindrica, il cui asse di simmetria è orizzontale. All'interno una grande piastra separa i fluidi, permettendone lo scambio termico. L'acqua del primario scorre nella parte bassa, mentre il vapore si produce nella parte alta. Dato che nel secondario regna una pressione inferiore al primario, le temperature sono sufficienti a permettere l'ebollizione dell'acqua con conseguente produzione di vapore.
  4. Pompe di ricircolo (4): sono pompe progettate per smaltire notevoli portate con ridotta prevalenza e hanno il compito di permettere il ricircolo dell'acqua del primario.

Al fine di assicurare la sicurezza dell'impianto tali componenti assolvono la filosofia della ridondanza.

Circuito secondario e potenza elettrica

Nel circuito secondario troviamo i seguenti sottosistemi:

  1. Generatori di vapore: come sopra, si tratta di grandi scambiatori di calore, che permettono la produzione di vapore sul lato secondario. Prima che il vapore prodotto finisca in turbina, è previsto il passaggio attraverso separatori ed essiccatori al fine di produrre un vapore secco.
  2. Turbina: è l'organo rotante, comune a tutte le centrali termoelettriche convenzionali, mediante il quale si converte la potenza termica del vapore, in potenza meccanica. L'albero rotante è connesso tramite un'apposita frizione al generatore elettrico. La turbina è divisa in due blocchi: alta e bassa pressione. Al fine di limitare la produzione di condensa, le cui goccioline danneggerebbero gravemente le pale della turbina, è previsto l'uso di un riscaldatore tra i due blocchi.
  3. Riscaldatore: si tratta di uno scambiatore di calore il cui fine è quello di essiccare il vapore in uscita dal blocco alta pressione della turbina. Il calore viene fornito tramite una modesta portata di vapore spillata prima dell'ingresso della turbina.
  4. Condensatore: il vapore ormai a bassa pressione condensa in questo grande scambiatore di calore. La sottrazione del calore è permessa da un circuito di raffreddamento che usa acqua a temperatura ambiente.
  5. Degasatore: è un dispositivo che permette la rimozione di eventuali incondensabili presenti nel fluido.
  6. Pompe di alimento: Si tratta di pompe ad alta prevalenza e modesta portata indispensabili per portare l'acqua in uscita dal condensatore a bassa pressione, alla relativamente alta pressione presente sul secondario del generatore di vapore.

L'acqua in questo circuito normalmente non è radioattiva.

Circuito di refrigerazione

Si tratta del circuito che permette la sottrazione del calore dal condensatore. Ciò è reso possibile dall'uso di acqua prelevata dall'ambiente, ad esempio da laghi o fiumi. Nel caso in cui la disponibilità di acqua fosse modesta si ricorre all'uso delle torri evaporative, cioè di grandi camini in cui l'acqua viene spruzzata in alto e, durante la sua discesa, scambia calore con l'aria. In tale processo si registra una ridotta evaporazione dell'acqua, pertanto è prevista una portata di reintegro. Oltre alla generazione di energia elettrica, molti impianti VVER assolvono anche alla capacità di fornire calore alle utenze residenziali e industriali.

Barriere di sicurezza

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Le due unità VVER-440 di Loviisa hanno edifici di contenimento che soddisfano gli standard occidentali.

Le centrali nucleari devono scongiurare la fuga di materiali radioattivi nell'ambiente. Per assolvere tale mansione le centrali VVER, analogamente ad altre filiere, presentano 4 livelli di barriere:

  1. Pellet di combustibile: Gli elementi radioattivi, costituiti dagli atomi frammentati, sono trattenuti in grande parte nello stesso materiale che costituisce il combustibile.
  2. Barre di combustibile: Ogni barra è foderata con un rivestimento in lega di Zirconio, resistente al calore e all'alta pressione.
  3. Vessel: Il massiccio recipiente in acciaio rappresenta un imponente scudo contro la fuga di radiazioni e materiali radioattivi.
  4. Edificio del reattore: Si tratta di un vero e proprio edificio di contenimento che racchiude al suo interno tutto il circuito primario ed è capace di resistere alla stessa pressione presente nel primario.

Attualmente i reattori VVER operativi presentano un'attenzione alla sicurezza che non ha nulla a che vedere con i progetti dei reattori di tipo RBMK, ossia della stessa filiera del reattore che causò il disastro di Černobyl'.

Nei reattori RBMK, dell'Unione Sovietica, il moderatore era costituito da grafite (materiale infiammabile). Il reattore non presentava alcun edificio di contenimento, al fine di contenere i costi e permettere la sostituzione del combustibile durante la normale marcia del reattore. Questo fatto ha importanza in campo bellico: la facile sostituzione del combustibile permette l'irraggiamento del combustibile per breve tempo in modo da produrre Plutonio di qualità compatibile con la preparazione di armamenti nucleari.

I reattori VVER, come si è detto, presentano invece un robusto edificio di contenimento. La sostituzione del combustibile è possibile soltanto spegnendo l'impianto.

Le varie versioni del reattore

I reattori VVER hanno moltissime versioni, denominate ognuna come V-XXX, per semplicità organizzativa si procede quindi a una schematizzazione secondo le classi di potenza e non secondo le generazioni, visto che una stessa potenza ha visto numerose evoluzioni che hanno fatto avanzare di generazione la classe di potenza, come il VVER-1000 che dalla versione V-320 di II generazione si è arrivati (al momento) allo sviluppo del V-466B che era proposto per Belene ed ora per Kozloduj7 che è di III+ generazione.

VVER-400

VVER-440

VVER-1000

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Sezione trasversale dell'elemento di combustibile dei VVER-1000. In blu le barre di combustibile, in magenta le barre di controllo

I reattori VVER hanno molte versioni che si differenziano per taglia elettrica e grado di sviluppo. Vi sono alcuni impianti che assolvono la duplice funzione di produrre energia termica ed elettrica per le utenze civili e industriali. Con la stessa sigla, spesso si confondono impianti di generazioni diverse. Vediamo in breve l'impianto tipico VVER-1000.

Il suffisso 1000 si riferisce alla taglia elettrica dell'impianto: si tratta di una centrale nucleare capace di erogare in rete fino a 1000 MW di potenza elettrica. Il nocciolo ha una taglia termica di poco più di 3 GW. La produzione del calore avviene dentro un grande scafo in acciaio, sulla cui sommità sono disposti i canali che permettono l'introduzione delle barre di controllo.

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Disposizione degli elementi esagonali nel nocciolo dei VVER (a sinistra) e degli elementi quadrati in quello di un PWR occidentale.

Lo scafo, in posizione centrale, è connesso al circuito primario, costituito da 4 circuiti in parallelo. In ogni circuito di refrigerazione figura una pompa di ricircolo e il generatore di vapore. È presente un unico grande pressurizzatore, collegato alle tubazioni del circuito primario, con lo scopo di mantenere sotto controllo la pressione del circuito, dato che nel primario l'acqua refrigerante si mantiene allo stato liquido, nelle normali condizioni di funzionamento. La pressione interna del circuito è dell'ordine di 15,7 MPa[2], con temperature comprese tra i 300 e i 325 °C. L'impianto appartiene alla famiglia dei reattori PWR, e si differenzia dai PWR occidentali sotto due aspetti:

  • Orientazione del generatore di vapore: ad asse orizzontale, mentre nella filiera occidentale ha asse verticale.
  • Sagoma dell'elemento di combustibile: l'elemento di combustibile ha sezione esagonale, mentre in entrambe le tecnologie occidentali PWR e BWR ha sezione quadrata.

I primi modelli

I modelli AES

VVER-1200

Caratteristiche generali del progetto base[3]
Potenza termica 3200 MWt
Potenza elettrica (netta) 1150 MWe
Efficienza elettrica (netta) 36%
Fattore di carico (stimato) >92%
Vita operativa (stimata) 60 anni
Burnup (massimo)[4] >70GWd/t
Frequenza danneggiamento grave <10−6
Pressione circuito primario 16,2 MPa
Temperatura acqua in uscita 328,9 °C
Pressione circuito secondario 7,00 MPa

Questa classe di potenza di reattori consta al momento di 2 differenti versioni, il V-392M derivante dai VVER-1000 modelli V-392 e V-412 e il V-491 derivante dal VVER-1000 modello V-428.[5]

VVER-TOI

VVER-1300

VVER-1500

I VVER nel mondo

Operativi

Reattori operativi
dati aggiornati alla pagina nazionale corrispondente
Impianto Modello Potenza netta
(MW)
Inizio costruzione Allacciamento alla rete Produzione commerciale Dismissione
(prevista)
Metsamor (Armenia) (Reattore 2) V-230 376 1º luglio 1975 5 gennaio 1980 3 maggio 1980 2016[6]
Bielorussia (Bielorussia) (Reattore 1) V-491 1110 6 novembre 2013 3 novembre 2020 inizio 2021
Kozloduj (Bulgaria) (Reattore 5) V-320 963 9 settembre 1980 29 novembre 1987 23 dicembre 1988
Kozloduj (Bulgaria) (Reattore 6) V-320 963 1º aprile 1982 2 agosto 1991 30 dicembre 1993
Tianwan (Cina) (Reattore 1) V-428 990 20 dicembre 1999 12 maggio 2006 17 maggio 2007
Tianwan (Cina) (Reattore 2) V-428 990 20 ottobre 2000 14 maggio 2007 16 agosto 2007
Tianwan (Cina) (Reattore 3) V-428M 1060 27 dicembre 2012 30 dicembre 2017 metà 2018
Tianwan (Cina) (Reattore 4) V-428M 990 27 settembre 2013 27 ottobre 2018 inizio 2019
Loviisa (Finlandia) (Reattore 1) V-213[7] 502 1º maggio 1971 8 febbraio 1977 9 maggio 1977 2027
Loviisa (Finlandia) (Reattore 2) V-213[7] 507 1º agosto 1972 4 novembre 1980 5 gennaio 1981 2030
Bushehr (Iran) (Reattore 1) V-446 915 1º maggio 1975 3 settembre 2011 30 luglio 2012
Kudankulam (India) (Reattore 1) V-392 932 31 marzo 2002 22 ottobre 2013 31 dicembre 2014
Kudankulam (India) (Reattore 2) V-392 932 4 luglio 2002 29 agosto 2016 31 marzo 2017
Dukovany (Repubblica Ceca) (Reattore 1) V-213 468 1º gennaio 1979 24 febbraio 1985 3 maggio 1985 2025
Dukovany (Repubblica Ceca) (Reattore 2) V-213 471 1º gennaio 1979 30 gennaio 1986 21 maggio 1986 2026
Dukovany (Repubblica Ceca) (Reattore 3) V-213 468 1º marzo 1979 14 novembre 1986 20 dicembre 1986 2026
Dukovany (Repubblica Ceca) (Reattore 4) V-213 471 1º marzo 1979 16 giugno 1987 19 luglio 1987 2027
Temelín (Repubblica Ceca) (Reattore 1) V-320 1026 1º febbraio 1987 21 dicembre 2000 10 giugno 2002 2042
Temelín (Repubblica Ceca) (Reattore 2) V-320 1026 1º febbraio 1987 29 dicembre 2002 18 aprile 2003 2043
Balakovo (Russia) (Reattore 1) V-320 950 1º dicembre 198028 dicembre 198523 maggio 19862043
Balakovo (Russia) (Reattore 2) V-320 950 1º agosto 19818 ottobre 198718 gennaio 19882033
Balakovo (Russia) (Reattore 3) V-320 950 1º novembre 198225 dicembre 19888 aprile 19892049
Balakovo (Russia) (Reattore 4) V-320 950 1º aprile 198411 aprile 199322 dicembre 19932053
Kalinin (Russia) (Reattore 1) V-338 950 1º febbraio 19779 maggio 198412 giugno 19852045
Kalinin (Russia) (Reattore 2) V-338 950 1º febbraio 19823 dicembre 19863 marzo 19872047
Kalinin (Russia) (Reattore 3) V-320 950 1º ottobre 198516 dicembre 20048 novembre 20052065
Kalinin (Russia) (Reattore 4) V-320 950 1º agosto 198624 novembre 201125 dicembre 20122072
Kola (Russia) (Reattore 1) V-230 411 1º maggio 197029 giugno 197328 dicembre 19732028
Kola (Russia) (Reattore 2) V-230 411 1º maggio 19709 dicembre 197421 febbraio 19752029
Kola (Russia) (Reattore 3) V-230 411 1º aprile 197724 marzo 19813 dicembre 19822027
Kola (Russia) (Reattore 4) V-230 411 1º agosto 197611 ottobre 19846 dicembre 19842039
Leningrado 2 (Russia) (Reattore 1) V-491 1085 25 ottobre 20089 marzo 201829 ottobre 2018
Leningrado 2 (Russia) (Reattore 2) V-491 1085 15 aprile 201022 ottobre 2020fine 2020
Novovoronež (Russia) (Reattore 4) V-179 385 1º luglio 196728 dicembre 197224 marzo 19732032
Novovoronež (Russia) (Reattore 5) V-187 950 1º marzo 197431 maggio 198020 febbraio 19812035
Novovoronež 2 (Russia) (Reattore 1) V-392M 1114 24 giugno 20085 agosto 201627 febbraio 20172077
Novovoronež 2 (Russia) (Reattore 2) V-392M 1114 12 luglio 20091º maggio 2019metà 2019
Rostov (Russia) (Reattore 1) V-320 950 1º settembre 198130 marzo 200125 dicembre 20012030
Rostov (Russia) (Reattore 2) V-320 950 1º maggio 198318 marzo 201010 dicembre 20102040
Rostov (Russia) (Reattore 3) V-320 950 15 settembre 200927 dicembre 201417 settembre 20152045
Rostov (Russia) (Reattore 4) V-320 1011 16 giugno 20102 febbraio 2018metà 2018
Bohunice (Slovacchia) (Reattore 3) V-213 471 1º dicembre 1976 20 agosto 1984 14 febbraio 1985 2024
Bohunice (Slovacchia) (Reattore 4) V-213 471 1º dicembre 1976 9 agosto 1985 18 dicembre 1985 2025
Mochovce (Slovacchia) (Reattore 1) V-213 436 13 ottobre 1983 4 luglio 1998 29 ottobre 1998
Mochovce (Slovacchia) (Reattore 2) V-213 436 13 ottobre 1983 20 dicembre 1999 11 aprile 2000
Chmel'nyc'kyj (Ucraina) (Reattore 1) V-320 950 1º novembre 1981 31 dicembre 1987 13 agosto 1988 2032
Chmel'nyc'kyj (Ucraina) (Reattore 2) V-320 950 1º febbraio 1985 7 agosto 2004 15 dicembre 2005 2050
Rivne (Ucraina) (Reattore 1) V-213 381 1º agosto 1973 31 dicembre 1980 21 settembre 1981 2026
Rivne (Ucraina) (Reattore 2) V-213 376 1º ottobre 1973 30 dicembre 1981 30 luglio 1982 2027
Rivne (Ucraina) (Reattore 3) V-320 950 1º febbraio 1980 21 dicembre 1986 16 maggio 1987 2032
Rivne (Ucraina) (Reattore 4) V-320 950 1º agosto 1986 10 ottobre 2004 6 aprile 2006 2050
Ucraina del Sud (Ucraina) (Reattore 1) V-302 950 1º marzo 1977 31 dicembre 1982 18 ottobre 1983 2027
Ucraina del Sud (Ucraina) (Reattore 2) V-338 950 1º ottobre 1979 6 gennaio 1985 6 aprile 1985 2030
Ucraina del Sud (Ucraina) (Reattore 3) V-320 950 1º febbraio 1985 20 settembre 1989 29 dicembre 1989 2034
Zaporižžja (Ucraina) (Reattore 1) V-320 950 1º aprile 1980 10 dicembre 1984 25 dicembre 1985 2030
Zaporižžja (Ucraina) (Reattore 2) V-320 950 1º gennaio 1981 22 luglio 1985 15 febbraio 1986 2031
Zaporižžja (Ucraina) (Reattore 3) V-320 950 1º aprile 1982 10 dicembre 1986 5 marzo 1987 2032
Zaporižžja (Ucraina) (Reattore 4) V-320 950 1º aprile 1983 18 dicembre 1987 14 aprile 1988 2033
Zaporižžja (Ucraina) (Reattore 5) V-320 950 1º novembre 1985 14 agosto 1989 27 ottobre 1989 2034
Zaporižžja (Ucraina) (Reattore 6) V-320 950 1º giugno 1986 19 ottobre 1995 16 settembre 1996 2041
Paks (Ungheria) (Reattore 1) V-213 470 1º agosto 1974 28 dicembre 1982 10 agosto 1983 2032
Paks (Ungheria) (Reattore 2) V-213 473 1º agosto 1974 6 settembre 1984 14 novembre 1984 2034
Paks (Ungheria) (Reattore 3) V-213 473 1º ottobre 1979 28 settembre 1986 1º dicembre 1986 2036
Paks (Ungheria) (Reattore 4) V-213 473 1º ottobre 1979 16 agosto 1987 1º novembre 1987 2037

In costruzione e programmati

Reattori in costruzione
dati aggiornati alla pagina nazionale corrispondente
Impianto Modello Potenza netta
(MW)
Inizio costruzione Allacciamento alla rete
(prevista)
Produzione commerciale
(prevista)
Costo
(stimato)
Rooppur (Bangladesh) (Reattore 1) V-523 1080 30 novembre 2017 2023 2023
Rooppur (Bangladesh) (Reattore 2) V-523 1080 14 luglio 2018 2024 2024
Bielorussia (Bielorussia) (Reattore 2) V-491 1110 26 aprile 2014 2018 2018
Tianwan (Cina) (Reattore 7) V-491 1200 19 maggio 2021 2026 2026
Xudabao (Cina) (Reattore 3) V-491 1200 19 maggio 2021 2026 2026
Kudankulam (India) (Reattore 3) V-412 917 29 giugno 2017 2025 2025
Kudankulam (India) (Reattore 4) V-412 917 23 ottobre 2017 2022 2022
Kudankulam (India) (Reattore 5) V-412 917 29 giugno 2021 2027 2027
Bushehr (Iran) (Reattore 2) V-528 974 27 settembre 2019 2024 2024
Bushehr (Iran) (Reattore 3) V-528 974 25 gennaio 2021 2026 2026
Kaliningrad (Russia) (Reattore 1) V-491 1109 22 febbraio 2012[8]
Kursk 2 (Russia) (Reattore 1) V-510 1175 29 aprile 201820222022
Kursk 2 (Russia) (Reattore 2) V-510 1175 15 aprile 201920232023
Mochovce (Slovacchia) (Reattore 3) V-213 440 27 gennaio 1987 2018 2018
Mochovce (Slovacchia) (Reattore 4) V-213 440 27 gennaio 1987 2018 2018
Akkuyu (Turchia) (Reattore 1) V-491 1114 3 aprile 201820232023 20 miliardi $[9]
Akkuyu (Turchia) (Reattore 2) V-491 1114 8 aprile 202020242024 20 miliardi $[9]
Akkuyu (Turchia) (Reattore 3) V-491 1114 10 marzo 202120252025 20 miliardi $[9]
Chmel'nyc'kyj (Ucraina) (Reattore 3)[10] V-320 950 1º marzo 1986 [8]
Chmel'nyc'kyj (Ucraina) (Reattore 4)[10] V-320 950 2 febbraio 1987 [8]
Reattori pianificati ed in fase di proposta[11]
Soprattutto nei paesi dell'ex blocco sovietico, in Cina ed in India. In discussione in altre nazioni.

NOTE: Molte agenzie per la sicurezza nucleare stanno ancora valutando al momento il design del reattore VVER per essere adottato nelle proprie nazioni.
Molti stati o compagnie elettriche sono interessati a questa tipologia di reattori, quasi solamente in nazioni non occidentali.

Note

Altri progetti

Collegamenti esterni

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