Le interruzioni nucleari francesi del 2022: Lezioni per l'energia nucleare in Europa 

A partire dalla metà degli anni '70, la Francia ha iniziato a installare decine di grandi reattori nucleari ad acqua leggera. Nell'arco di soli 15 anni, l'investimento nell'energia nucleare ha portato alla più rapida decarbonizzazione della rete elettrica di un'economia industrializzata nella storia, facendo passare la Francia da circa il 70% di combustibili fossili a circa il 10% entro il 1990 - il che rappresenta centinaia di milioni di tonnellate di CO2 evitate. L'energia nucleare ha funzionato ad alta capacità in Francia per quasi cinque decenni, fornendo in media circa il 75% dell'energia di rete (mentre l'energia eolica e solare forniranno circa il 12% nel 2022). Le centrali nucleari francesi, insieme ai 47 reattori di altri 12 Stati membri dell'UE, hanno svolto un ruolo sostanziale nel raggiungimento degli obiettivi climatici dell'Europa e nel garantire la sua sicurezza energetica, fornendo circa un quarto dell'elettricità totale e circa un terzo dell'elettricità a basse emissioni di carbonio.  

Tuttavia, i contributi nucleari della Francia sono stati interrotti nel 2022 a causa di prolungate interruzioni della manutenzione e di riduzioni dovute alle condizioni meteorologiche dei fiumi, che hanno portato la disponibilità nucleare francese a livelli record. Nel momento più basso, la disponibilità nucleare della Francia si è attestata intorno al 40% della capacità massima per circa un mese. Questo calo ha portato alcuni critici a mettere in discussione l'affidabilità dell'energia nucleare e il suo ruolo potenziale nella strategia di decarbonizzazione dell'Europa.  

Ma i problemi della flotta francese nel 2022 sono un segno di problemi inevitabili con l'impiego del nucleare su larga scala? Oppure si tratta di un caso di negligenza e di un'opportunità persa che può essere risolta con una politica migliore, alcuni accorgimenti tecnici e una maggiore attenzione da parte delle autorità di regolamentazione e dell'industria? Sono domande importanti a cui rispondere per valutare obiettivamente il ruolo che il nucleare può svolgere nel futuro a zero emissioni di carbonio dell'Europa.  

Energia pulita e stabile

Si tratta di una questione particolarmente critica, perché la maggior parte degli studi ha concluso che la decarbonizzazione del settore elettrico, anche se dominato da energie rinnovabili come l'eolico e il solare, sarà probabilmente meno costosa e più rapida se avremo nel mix una quantità sostanziale di fonti energetiche "pulite e stabili", sempre disponibili e non dipendenti dalle condizioni atmosferiche. Il nucleare è una di queste opzioni "clean firm" a livello globale (insieme all'energia geotermica, alla combustione dell'idrogeno, alla biomassa e al gas fossile con cattura del carbonio) ed è già ben presente nella rete europea, con impianti operativi in 13 dei 27 Stati membri. Come già detto, il nucleare fornisce già circa un quarto dell'elettricità totale dell'Europa e circa un terzo dell'elettricità a basse emissioni di carbonio.

Oltre ai benefici in termini di emissioni di anidride carbonica, l'energia nucleare può ridurre l'impronta spaziale totale di un sistema di generazione di elettricità pulita in una regione con scarsità di terreno come l'Europa, ridurre la necessità di nuove linee di trasmissione a lunga distanza e ridurre la pressione sul fabbisogno di minerali e materiali critici. Di conseguenza, con il radicarsi nell'UE di obiettivi vincolanti e di una politica climatica sempre più incisiva, stiamo assistendo a un rinnovato interesse per la generazione di energia nucleare ben oltre la Francia: Spagna, Finlandia e Svezia hanno annunciato piani per aumentare la capacità dei loro impianti esistenti, mentre Romania, Polonia e Paesi Bassi hanno annunciato piani per la costruzione di nuovi impianti nucleari.  

Non c'è dubbio che l'energia nucleare potrebbe svolgere un ruolo prezioso, forse addirittura centrale, in un futuro europeo a basse emissioni di carbonio. L'esperienza del 2022 in Francia nega questa possibilità? 

Per rispondere a questa domanda, esaminiamo innanzitutto i fatti. 

L'energia nucleare in Francia nel 2022

Nel 2022 l'industria francese dell'energia nucleare ha incontrato una serie di problemi sovrapposti. 

1. Piccole crepe indotte dalla corrosione e dallo stress termico in una serie di tubi del reattore che la società nucleare francese EDF ha "francesizzato" rispetto al progetto originale Westinghouse, modificato da EDF utilizzando una nuova geometria; questi tubi, nel sistema di iniezione di sicurezza e di rimozione del calore residuo, sono stati identificati nel corso di controlli di manutenzione ordinaria. Le crepe, se non corrette, avrebbero probabilmente portato a perdite d'acqua all'interno dell'edificio di contenimento del reattore. 

2. Manutenzione programmata di alcuni impianti che non è stato possibile né rinviare né eseguire rapidamente a causa delle limitazioni di personale e risorse.  

3. Le alte temperature dei fiumi hanno portato a una riduzione della produzione dei reattori francesi ancora in funzione. 

Esaminiamo di volta in volta questi aspetti. 

Corrosione 

In primo luogo, è importante riconoscere che i problemi di corrosione delle tubature sono stati identificati e sono stati risolti in consultazione tra EDF e l'autorità di regolamentazione francese, con una disponibilità nucleare del 70% raggiunta all'inizio di quest'anno e un'ispezione e una riparazione complete da completare entro la fine del 2025, secondo la strategia di ispezione e manutenzione proposta. È inoltre importante riconoscere che, sebbene le zone delle tubature difettose si trovino in un'area rilevante per la sicurezza, i sistemi di sicurezza ridondanti avrebbero garantito il raffreddamento del reattore anche se le tubature difettose si fossero guastate. Senza dubbio si è trattato di un momento sfortunato, ma le interruzioni possono anche essere considerate una prova che il regime di manutenzione e sicurezza dell'energia nucleare in Francia sta funzionando. Sebbene sarebbe stato ideale se il meccanismo di corrosione fosse stato identificato come parte della modifica del progetto del sistema di iniezione di sicurezza e di rimozione del calore residuo prima della certificazione dei reattori (o meglio ancora, se EDF avesse aderito al progetto standard originale), ciò che conta è che tali problemi siano stati identificati e gestiti in modo appropriato prima che diventassero problemi gravi.  

In secondo luogo, e allo stesso tempo, questo incidente evidenzia la necessità di un importante miglioramento nelle modalità di consegna dei futuri impianti nucleari. È vero che la lentezza con cui è stato risolto il problema della corrosione è in ultima analisi un problema di controllo della qualità di cui EDF è responsabile. Potrebbe infatti indicare alcuni problemi di fondo all'interno della stessa EDF, considerando che l'azienda ha dovuto affrontare una situazione simile di difetti delle apparecchiature nel 2016. Ma indica anche la necessità di una più profonda mercificazione e standardizzazione nell'industria nucleare. Gli attuali impianti nucleari, come quelli di proprietà di EDF, assomigliano a grandi progetti infrastrutturali complessi piuttosto che a prodotti di massa. Ciò significa che quando le apparecchiature devono essere aggiornate, lo si fa attraverso una personalizzazione su misura - come è stato fatto in questo caso - di componenti talvolta complessi e di grandi dimensioni, invece che sostituendo interi pezzi di apparecchiature già pronte. Reattori più piccoli, semplici e standardizzati, prodotti in gran parte nelle fabbriche piuttosto che costruiti in loco, non solo eviteranno i problemi associati agli scostamenti locali dai progetti collaudati, ma consentiranno anche riparazioni più tempestive ed economiche. Tali modifiche al modello di business dell'impiego del nucleare sono fondamentali anche per consentirne la scalabilità al livello necessario per affrontare i cambiamenti climatici.  

Limitazioni della forza lavoro derivanti da segnali politici contrastanti 

Un'altra causa suggerita da EDF e dai sindacati francesi per la durata delle conseguenti interruzioni della manutenzione dopo l'identificazione dei problemi di corrosione è la diminuzione della capacità della forza lavoro nel settore nucleare in Francia, causata dal vacillante sostegno del governo e dalla mancanza di chiarezza politica per il settore. Le interruzioni iniziali erano già un grosso fardello da gestire per un singolo operatore (EDF), ma le successive attività di manutenzione pianificate - molte delle quali erano state ritardate o ridotte nel 2021 a causa della pandemia di Covid-19 - si sono rivelate eccessive per un'industria nucleare che ha visto i suoi investimenti minati da anni di sostegno governativo non favorevole.  

Inizialmente a causa delle pressioni politiche esercitate in seguito all'incidente nucleare di Fukushima, causato dallo tsunami, la leadership francese si è ritirata dall'energia nucleare nel corso di due amministrazioni successive. Il precedente presidente francese Francois Hollande, prima delle elezioni presidenziali del 2012, ha negoziato con uno dei partiti di opposizione francesi, promettendo di chiudere alcuni reattori francesi e di ridurre significativamente la quota del nucleare nel mix energetico. Il Presidente Macron si è impegnato a fare lo stesso all'inizio del suo primo mandato, anche se con una tempistica meno aggressiva. Il Presidente Macron ha recentemente cambiato rotta, ma un segnale negativo così prolungato da parte del governo nei confronti di un'industria non solo ostacola gli investimenti pubblici e privati in tale industria, ma segnala anche a ingegneri, scienziati e altri incipienti di non intraprendere una carriera nel settore. In effetti, le agenzie di reclutamentodel settore hanno suggerito che questi fattori hanno contribuito alla carenza di forza lavoro nel settore nucleare in diverse discipline. Dopotutto, chi vuole entrare in un settore in via di estinzione?  

Sebbene il crescente ricorso alle energie rinnovabili nell'ultimo decennio possa aver contribuito alla recente difficoltà della Francia di costruire in modo efficiente nuovi reattori, l'ex amministratore delegato di EDF ha anche indicato i fattori relativi alla forza lavoro di cui sopra come un ostacolo per la Francia a superare rapidamente questo episodio di manutenzione. Se fossero stati fatti i necessari investimenti a lungo termine e se fosse stata disponibile una sufficiente forza lavoro specializzata, sarebbe stato possibile. Dopo tutto, EDF ha fatto arrivare centinaia di lavoratori supplementari dal Canada e dagli Stati Uniti per assistere nella manutenzione.

Per quanto sfortunato, questo periodo è solo una breve istantanea nel tempo e non è rappresentativo di decenni di servizio affidabile dell'industria. Pur essendo in fondo alla classifica degli altri Paesi in termini di interruzioni non pianificate dell'energia nucleare, la disponibilità di energia nucleare in Francia nei tre anni precedenti al 2022 era ancora vicina al 70% e ha raggiunto di nuovo questo livello nel gennaio 2023. 

Elevate temperature del fiume e riduzione delle emissioni 

Per quanto riguarda le riduzioni di produzione dovute alle condizioni dei fiumi, questi incidenti legati alle condizioni meteorologiche sono una realtà crescente per tutte le industrie energetiche in un contesto di cambiamento climatico. Ma si tratta di un problema gestibile. È importante notare che non si tratta di un problema binario di affidabilità "disponibile/indisponibile": gli impianti sono stati in grado di continuare a funzionare in sicurezza, ma sono stati costretti a ridurre la produzione per salvaguardare gli ecosistemi fluviali a valle(la legge francese impone tali riduzioni quando le temperature dell'acqua raggiungono determinate soglie o quando i livelli e le portate dei fiumi sono bassi). Le centrali idroelettriche e a combustibile fossile situate nei fiumi riducono talvolta la produzione per ragioni ambientali simili.  

Nessuna fonte di generazione, comprese le energie rinnovabili, è immune dalle variazioni climatiche stagionali. L'energia eolica nell'UE, ad esempio, ha generato meno della metà del suo massimo annuale nell'estate del 2022, e a volte ci sono più giorni e settimane in cui la produzione eolica è trascurabile in tutta la regione. Anche per l'energia solare si registrano drastiche variazioni nella disponibilità stagionale. Mentre lo stoccaggio dell'energia può affrontare le fluttuazioni giornaliere per l'energia eolica e solare, i periodi di siccità eolica e solare di più settimane e di più stagioni non sono praticamente affrontabili con l'attuale tecnologia di stoccaggio.  

Al contrario, oggi esistono diverse opzioni tecniche per ridurre o evitare la riduzione delle centrali nucleari durante le ondate di calore, come il raffreddamento a ricircolo o indiretto a umido, utilizzato in 42 reattori statunitensi, tra cui Palo Verde nel deserto dell'Arizona. Anche il raffreddamento a secco è possibile, anche se non ancora utilizzato a livello commerciale (il Carbon Free Power Project di Nuscale in Idaho prevede di utilizzare il raffreddamento a secco). A diversi reattori francesi sono state concesse deroghe per continuare a funzionare senza interruzioni durante il caldo estivo, ma esistono anche altre opzioni. 

Una recente analisi ha studiato l'impatto delle passate ondate di calore europee sulla produzione di energia nucleare e i mezzi tecnici per affrontarle. Le conclusioni sono riassunte di seguito: 

• La riduzione dell'energia nucleare dovuta a periodi di caldo estremo ha avuto l'effetto di ridurre la produzione di energia nucleare europea di circa lo 0,1% dal 2000. In particolare per la Francia, che con i suoi numerosi impianti situati nei fiumi interni è stato il Paese più colpito, la cifra corrispondente è di circa lo 0,15%. 
• Nei momenti di picco, meno del 5% della capacità nucleare europea è stata indisponibile a causa delle recenti ondate di calore. Anche nei periodi di picco, la disponibilità di energia nucleare ha superato quella di qualsiasi altra tecnologia di generazione di elettricità a basse emissioni di carbonio in Europa, compresi il solare fotovoltaico, l'eolico e l'idroelettrico. 
• Per affrontare questo problema nel breve e medio termine, non sono necessariamente necessarie soluzioni tecniche. Ad esempio, la flotta nucleare francese funziona con un fattore di capacità del 60% durante l'estate, con o senza ondate di calore, poiché è tipicamente impiegata per variare con il carico e il carico è più basso in estate, quindi le interruzioni programmate sono comuni. I prezzi dell'elettricità sono rimasti modesti durante i periodi di riduzione (40-60 euro/MWh) e la Francia copre la propria domanda durante l'estate. Per compensare la perdita di produzione dei suoi impianti fluviali più vulnerabili durante le interruzioni per ondate di calore, la Francia potrebbe aumentare la produzione del resto della sua flotta se venissero forniti incentivi economici. 

• A lungo termine, per tutti i tipi di centrali, comprese quelle nucleari, sono disponibili opzioni tecniche per aumentare i tassi di utilizzo e la disponibilità. A guidarle saranno gli aspetti economici, non i limiti ingegneristici. Gli aumenti di costo associati a queste opzioni sono relativamente modesti. 

Il nucleare può non essere del tutto immune dai cambiamenti stagionali, ma rimane un'opzione altamente affidabile e pulita. 

Il quadro generale 

In breve, le prove suggeriscono che l'esperienza della Francia nell'ultimo anno e mezzo è un episodio isolato, una confluenza sfortunata di sfide, piuttosto che un'indicazione di un problema cronico con l'energia nucleare. La disponibilità del nucleare francese è tornata al 73% nel gennaio 2023, dal minimo del 40% dell'agosto precedente, e si prevede che la flotta genererà circa il 76-84% della sua media entro la fine del 2023. In definitiva, le difficoltà incontrate possono essere attribuite a errori di EDF, a difetti nell'attuale modello di fornitura del nucleare, a investimenti insufficienti nel nucleare francese e a una tempistica molto sfortunata.  

Il settore nucleare francese deve imparare da questi eventi e migliorare, e le risposte proattive di EDF e dell'autorità di regolamentazione francese indicano che lo sta facendo. Per l'Europa, le lezioni sono altrettanto chiare. A lungo termine, la fornitura di impianti nucleari standardizzati e standardizzati eviterà i problemi di personalizzazione locale e di riparazione ad alta intensità di lavoro, a favore di una sostituzione modulare, come nel caso della manutenzione delle compagnie aeree. Inoltre, è disponibile una serie di soluzioni operative e tecniche per affrontare le sfide del raffreddamento nucleare durante le ondate di calore. 

Nessuna opzione energetica a zero emissioni di carbonio è priva di sfide e l'energia nucleare non fa eccezione. Ma l'esperienza nucleare francese mostra più successi che fallimenti. Gli eventi del 2022 non cambiano le cose. La decarbonizzazione di una rete elettrica europea che potrebbe dover raddoppiare o triplicare le sue dimensioni entro la metà del secolo richiederà un portafoglio di opzioni. L'energia nucleare rimane una componente altamente affidabile e probabilmente indispensabile di questo mix.