Comprensione dei progressi del progetto di progettazione e dimostrazione del reattore al sodio di TerraPower

All'ombra proverbiale della centrale elettrica di Naughton, una centrale a Kemmerer, nel Wyoming, che smetterà di bruciare carbone alla fine di quest'anno, TerraPower sta costruendo quello che definisce "l'unico reattore avanzato non ad acqua leggera nell'emisfero occidentale in costruzione oggi". Il progetto rappresenta più di una semplice nuova fonte di energia: è un simbolico passaggio di testimone dai combustibili fossili alla tecnologia nucleare di nuova generazione.

"Lo chiamiamo reattore al sodio perché appartiene a una classe di reattori che chiamiamo reattori veloci al sodio", ha affermato Eric Williams, Chief Operating Officer di TerraPower, ospite del podcast POWER . Tra l'altro, la parola "natrium" è la parola latina che significa sodio. In effetti, è da qui che deriva il simbolo elementare del sodio, Na nella tavola periodica.

Vantaggi del progetto dell'impianto Natrium

Il progetto Natrium è un reattore di IV Generazione, la classe di reattori più avanzata attualmente in fase di sviluppo. "Questi progetti offrono un livello di sicurezza, prestazioni ed economicità notevolmente superiore", ha spiegato Williams.

Williams ha affermato che l'uso di refrigerante a base di metallo liquido migliora la sicurezza. "I metalli liquidi sono eccellenti nel trasferire il calore dal reattore, sia per scambiarlo con altri sistemi per generare elettricità, sia per rimuoverlo in caso di emergenza", ha affermato. "Per il reattore al sodio, possiamo rimuovere il calore direttamente in aria, se lo desideriamo, il che garantisce un'elevata sicurezza del reattore".

Il progetto è anche più sicuro perché può funzionare a bassa pressione. "Il sistema primario è a pressione atmosferica; mentre gli attuali reattori ad acqua pressurizzata devono pressurizzare il sistema per impedire al liquido di bollire, per mantenerlo allo stato liquido", ha spiegato Williams. "Il sodio metallico liquido non bolle prima di circa 800-900 gradi Celsius, e il reattore funziona a temperature inferiori a 500 gradi Celsius, quindi può rimanere liquido e raggiungere temperature molto elevate senza doverlo pressurizzare."

Il refrigerante a metallo liquido offre anche vantaggi in termini di prestazioni. "Uno di questi è la capacità di immagazzinare l'energia sotto forma di calore prodotto dai sali fusi provenienti dall'isola nucleare", ha affermato Williams. "Questo ci consente di fornire una soluzione di accumulo di energia su scala di rete, che si adatta perfettamente alle attuali esigenze della moderna rete elettrica".

In pratica, l'isola nucleare di Natrium funzionerà con una potenza termica costante. L'energia verrà quindi immagazzinata nei sali fusi. L'energia immagazzinata verrà utilizzata per azionare una turbina a vapore e generare elettricità al bisogno, consentendo all'impianto di seguire facilmente il carico senza dover aumentare o diminuire la potenza del reattore. In altre parole, il reattore può produrre calore a un equivalente elettrico costante di 345 MW, mentre l'impianto fornisce energia fino a 500 MW quando necessario e con una velocità di variazione molto rapida. "È molto competitivo con gli impianti a ciclo combinato e le centrali a carbone che vengono oggi utilizzati per seguire il carico", ha affermato Williams.

Nel frattempo, l'aspetto dell'accumulo di energia consente anche di disaccoppiare il lato di generazione elettrica dell'impianto – l'isola energetica – dal lato del reattore, ovvero l'isola nucleare. Ciò consente all'isola energetica di essere classificata come "non correlata alla sicurezza" agli occhi della Nuclear Regulatory Commission (NRC) statunitense. "Quel lato dell'impianto non ha nulla a che fare con la sicurezza del reattore, e questo significa che la supervisione della NRC non deve applicarsi al lato dell'isola energetica dell'impianto, quindi tutte queste apparecchiature possono essere costruite a costi inferiori e secondo codici e standard diversi", ha spiegato Williams.

In particolare, questo permette anche al gestore della rete di distribuire l'elettricità senza modificare nulla sull'isola nucleare. "Questo consente un diverso tipo di integrazione con la rete per una centrale nucleare, mai realizzata prima negli Stati Uniti", ha affermato Williams. "Siamo molto entusiasti di questo aspetto – sicurezza, prestazioni e vantaggi economici – e ci dà davvero la possibilità di avere un programma prevedibile, con la costruzione che sarà completata nel 2030".

Portare a compimento il progetto

TerraPower è stata fondata nel 2006 da Bill Gates e da un gruppo di visionari affini , inizialmente perseguendo l'ambizioso concetto di reattore a onda progressiva, per poi evolversi nell'attuale progetto Natrium. L'azienda ha anche in fase di sviluppo un reattore veloce a cloruri fusi, che, secondo Williams, promette di essere ancora più economico del reattore Natrium in settori difficili da decarbonizzare, come le applicazioni marittime e quelle industriali ad alta temperatura.

Dopo la sua fondazione, TerraPower ha dedicato oltre un decennio allo sviluppo della propria tecnologia e alla costruzione di partnership, tra cui le prime collaborazioni con alcune aziende internazionali, tra cui Toshiba. La svolta è arrivata nel 2020, quando il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha selezionato TerraPower per ricevere 80 milioni di dollari di finanziamenti iniziali nell'ambito dell'Advanced Reactor Demonstration Program (ARDP), erogando fino a 2 miliardi di dollari di finanziamenti autorizzati attraverso un accordo di condivisione dei costi al 50%.

Nel giugno 2021, TerraPower ha collaborato con PacifiCorp per costruire il reattore Natrium , scegliendo infine Kemmerer, nel Wyoming, una città di circa 2.800 abitanti, come sito per il progetto dimostrativo. Il progetto ha subito alcuni ritardi quando TerraPower ha posticipato la data di lancio di un paio d'anni, al 2030, a causa di problemi di approvvigionamento di combustibile , poiché la Russia era l'unico fornitore dell'uranio a basso arricchimento ad alto dosaggio (HALEU) necessario. Nonostante questa battuta d'arresto, l'azienda ha presentato la domanda di autorizzazione alla costruzione alla NRC nel marzo 2024.

"Abbiamo presentato la nostra domanda di permesso di costruzione alla Nuclear Regulatory Commission l'anno scorso, e siamo davvero in anticipo sui tempi previsti", ha affermato Williams. Ci si aspettava che la domanda di permesso di costruzione fosse approvata entro la fine del 2026, ma Williams ha affermato che probabilmente accadrà molto prima. "Quindi, è davvero entusiasmante", ha detto. "Quella domanda di permesso di costruzione ci permette di iniziare la costruzione del lato nucleare dell'impianto, ma possiamo davvero iniziare la costruzione del lato non nucleare dell'impianto in qualsiasi momento".

Lavori in corso

In effetti, i lavori di costruzione presso il sito di Kemmerer sono già iniziati (Figura 1). "Abbiamo iniziato la costruzione un anno fa", ha detto Williams. "Abbiamo iniziato a lavorare su quello che chiamiamo l'impianto di test e riempimento. È un impianto a duplice uso che si trova proprio accanto al sito nucleare, ed è un impianto di prova che ci permette di effettuare test di prototipi a grandezza naturale per alcune delle principali apparecchiature che andranno a comporre l'impianto Kemmerer Unità 1. È anche un impianto che contiene il sodio liquido utilizzato per riempire inizialmente il reattore prima della sua accensione".

Williams ha dichiarato che i lavori di fondazione dell'impianto di test e riempimento sono stati completati questo mese. Successivamente, inizierà la costruzione dell'edificio, che dovrebbe essere completato entro la fine dell'anno. Il secondo edificio ad essere costruito in loco sarà il Kemmerer Training Center (KTC). La mobilitazione per questo progetto inizierà questo mese, secondo Williams. Il KTC includerà un simulatore completo per il reattore al sodio. Avrà anche aule per la formazione, un paio di laboratori a disposizione del personale operativo e un centro visitatori con un auditorium per riunioni e altri eventi. "Questi due edifici saranno entrambi in costruzione quest'anno", ha affermato Williams. "Inizieremo la costruzione del lato non nucleare dell'impianto all'inizio del prossimo anno o alla fine di quest'anno", ha aggiunto.

Nel frattempo, la fase di progettazione del progetto è in pieno svolgimento. "Abbiamo completato la nostra fase preliminare di progettazione a marzo di quest'anno, il che significa che siamo nella fase di progettazione dettagliata, la fase di progettazione finale", ha affermato Williams. "Questa è la nostra ultima iterazione del progetto. Si tratta in realtà di portare tutti i componenti in produzione e la costruzione inizierà presto a decollare", ha aggiunto. Ci sono più di 1.000 persone che lavorano al progetto, tra cui TerraPower e i suoi principali partner, Bechtel e GE Hitachi Nuclear Energy, oltre a diverse società di servizi di ingegneria coinvolte. "È davvero il momento clou per l'ingegneria", ha concluso Williams.

Per quanto riguarda le apparecchiature dell'impianto, Williams ha affermato che TerraPower sta acquistando componenti dallo scorso anno. "Siamo praticamente in fase di approvvigionamento per l'isola nucleare e ci stiamo avvicinando all'avvio della fase di fabbricazione di molte di queste apparecchiature", ha affermato. "In effetti, tra un paio di settimane ordineremo materiale a lungo termine per la testa del reattore, e questo rappresenterà una vera e propria pietra miliare per noi, in termini di avvio di tale processo e di successiva applicazione su altri componenti man mano che andiamo avanti. E, poi, queste apparecchiature inizieranno gradualmente a entrare in produzione".

Sebbene ci sia chiaramente molto da fare e i progetti innovativi raramente procedono senza intoppi, Williams sembrava soddisfatto dell'avanzamento del progetto. "Siamo davvero entusiasti di lavorare nello stato del Wyoming. È uno stato eccezionale per lo sviluppo di qualsiasi tipo di progetto energetico, incluso l'energia nucleare. La gente della comunità ci accoglie con grande accoglienza. I legislatori statali sono sempre alla ricerca di modi per rimuovere qualsiasi ostacolo e spiegarci come ottenere i permessi necessari e tutto il resto. Quindi, da questo punto di vista, il progetto sta procedendo molto bene", ha affermato. Alla fine, Williams sembrava fiducioso che TerraPower avrebbe raggiunto il suo attuale obiettivo di completamento entro il 2030.

Per ascoltare l'intervista completa con Williams, che contiene maggiori informazioni sulla progettazione di Natrium, sulle pratiche di gestione dei sali fusi, sul combustibile HALEU e altre sfide della catena di approvvigionamento, sulle licenze e sulle tempistiche del progetto, e altro ancora, ascolta The POWER Podcast . Clicca sul player SoundCloud qui sotto per ascoltare subito nel tuo browser o utilizza i seguenti link per raggiungere la pagina del podcast sulla tua piattaforma preferita:

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— Aaron Larson è caporedattore di POWER (@AaronL_Power, @POWERmagazine).