Pietra miliare mista: Cosa può insegnarci Vogtle sul futuro dell'energia nucleare statunitense 

Il 31 luglio, la centrale nucleare Vogtle 3 in Georgia è entrata ufficialmente in funzione, aggiungendo 1,1 GW di energia nucleare alla rete della regione. La centrale aggiungerà alla rete della Georgia una quantità di elettricità annuale a zero emissioni di carbonio superiore all'intera produzione di energia solare ed eolica su scala pubblica dello Stato, quantità che raddoppierà con l'entrata in funzione dell'unità 4 di Vogtle, prevista per l'inizio del 2024. Si tratta senza dubbio di una vittoria per il clima, in quanto fornirà al sistema Southern Company una quantità di energia a zero emissioni di carbonio più che tripla rispetto a tutta l'energia solare installata finora su quel sistema. 

Allo stesso tempo, l'esperienza di Vogtle illustra i seri cambiamenti che dobbiamo apportare affinché l'energia nucleare possa svolgere un ruolo importante in un futuro energetico decarbonizzato. La costruzione di Vogtle 3 e 4 ha richiesto un decennio per essere completata, con un costo raddoppiato rispetto ai 14 miliardi di dollari previsti. Il ritardo e il superamento dei costi sono stati causati da diversi problemi, tra cui l'incompleta messa a punto del progetto ingegneristico, le difficoltà nello sviluppo della capacità e della qualificazione della catena di fornitura e l'inadeguatezza della gestione e dell'esecuzione del progetto. Inoltre, i progetti si sono scontrati con problemi di regolamentazione e di concessione di licenze nucleari, nonché con ritardi nella costruzione e problemi di finanziamento, tra cui il fallimento di un fornitore, il cambio di un partner di costruzione e altro ancora. Queste sfide del progetto Vogtle riflettono problemi più ampi del settore dell'energia nucleare, che devono essere risolti per soddisfare la domanda di energia in un'economia globale a zero emissioni di carbonio. 

Cosa possiamo imparare dall'esperienza di Vogtle?  

Il valore dell'energia nucleare 

Ci sono due temi coerenti che emergono da quasi tutti i principali studi su come decarbonizzare i sistemi energetici. In primo luogo, dobbiamo elettrificare la maggior parte dell'economia possibile, il che significa raddoppiare o triplicare la quantità di elettricità prodotta nei prossimi decenni^.1 In secondo luogo, anche se risorse come l'eolico e il solare possono sostenere gran parte dell'onere, la produzione di energia rinnovabile varia in modo sostanziale a seconda della stagione, e avremo bisogno di fonti a zero emissioni di carbonio stabili, dispacciabili e sempre disponibili per completare il portafoglio di energia elettrica^.2   

L'energia nucleare è una chiara opzione per fornire elettricità a zero emissioni di carbonio ed energia termica pulita.  

L'energia nucleare presenta altri due vantaggi importanti in un mondo limitato da terreni e materiali: È relativamente compatta nei requisiti spaziali per la generazione, grazie alle sue caratteristiche di alta densità energetica (vedi figura 1) e richiede una quantità di cemento, acciaio e altri materiali critici per unità di produzione notevolmente inferiore rispetto ad altre fonti energetiche a zero emissioni di carbonio (vedi figura 2). Entrambi i fattori sono fondamentali per lo sviluppo di grandi infrastrutture energetiche critiche negli Stati Uniti e nel resto del mondo. 

Studi dell'Agenzia Internazionale dell'Energia e altri concludono che la produzione di energia nucleare potrebbe dover raddoppiare o quadruplicare entro la metà del secolo per minimizzare i costi e gestire l'affidabilità di un sistema elettrico completamente decarbonizzato. Solo negli Stati Uniti, il Dipartimento dell'Energia (DOE) stima che saranno necessari 550-770 GW di nuova capacità pulita e continua per raggiungere gli obiettivi di emissioni nette a zero nel 2050.

Ma questo non accadrà se la nuova energia nucleare non potrà essere fornita a costi prevedibili e ragionevoli e in tempi accettabili. E l'esperienza di Vogtle dimostra quanto debba cambiare per raggiungere questo obiettivo.

Figura 1: il nucleare ha bisogno di piccole quantità di terreno per fornire grandi quantità di elettricità

Figura 2: Ritorno sull'investimento energetico

Ma questo non accadrà se la nuova energia nucleare non potrà essere fornita a costi prevedibili e ragionevoli e in tempi accettabili. L'esperienza di Vogtle dimostra quanto debba cambiare per raggiungere questo obiettivo. 

Cosa abbiamo imparato e cosa deve cambiare 

Alcune di queste carenze possono essere imputate a quelli che a volte vengono definiti problemi "first-of-a-kind" (FOAK). Ma gran parte di essi può anche essere attribuita a una gestione del progetto complessivamente inadeguata. L'analisi dei progetti di successo nel settore dell'energia nucleare che sono stati consegnati entro tempi e budget ragionevoli identifica le seguenti caratteristiche: 

• Progettazione ingegneristica completa prima della costruzione 
• Responsabilità generale unificata del progetto 
• Attenzione esplicita alla gestione dei costi come obiettivo, compresi gli obiettivi di performance.

• Unità multiple di un progetto di reattore dimostrato 
• Una regolamentazione efficiente che supporta l'apprendimento durante lo sviluppo dei progetti

La maggior parte dei recenti progetti di energia nucleare realizzati nell'emisfero occidentale sono stati messi in discussione da alcuni o da tutti questi fattori, e il progetto Vogtle non è stato diverso, mancando di tutti questi attributi. 

Ma c'è un problema ancora più profondo in gioco. Vogtle rappresenta il culmine barocco di un'industria dell'energia nucleare caratterizzata da grandi "progetti" di costruzione unici che si basano fortemente sulla personalizzazione, su componenti e materiali speciali e su capacità e requisiti di produzione unici. Ciò aumenta i costi del progetto e limita la partecipazione e il valore aggiunto dei potenziali fornitori. Le sfide affrontate dal progetto Vogtle, come i ritardi, gli sforamenti dei costi e i problemi normativi, sono emblematiche delle sfide più ampie affrontate dall'industria dell'energia nucleare e da altri progetti infrastrutturali complessi e di grandi dimensioni. 

Tutto questo deve cambiare. E in fretta.  

Per sbloccare la diffusione è necessaria una significativa riduzione dei costi, che si verifica quando si realizzano più applicazioni dello stesso progetto. Sebbene inizialmente i costi di capitale per questi progetti possano essere più alti di quanto auspicabile (~6200 dollari/KWe rispetto ai 3.000-4.000 dollari/KWe necessari per rendere l'energia nucleare pienamente competitiva), i costi si ridurranno con ripetute esperienze con lo stesso progetto. 

Tra le altre esigenze individuate in una recente analisi del DOE, la riduzione dei costi può essere determinata da una maggiore standardizzazione delle varie categorie di spesa del progetto. I "processi di costruzione codificati o la gestione dei processi" dovrebbero "creare un 'libro di gioco' per la costruzione del progetto", riducendo i costi di manodopera. Allo stesso modo, la standardizzazione dei componenti dovrebbe accelerare la produzione, consentendo ulteriori risparmi sui costi e potenzialmente beneficiando ulteriormente della standardizzazione dei processi.  

Più fondamentalmente, l'industria nucleare deve passare da un modello di "progetto" a un modello di "prodotto". La produzione di impianti nucleari deve procedere come se si trattasse di Boeing 737, non di grandiose cattedrali personalizzate.  

Simili intuizioni sono state riflesse in un rapporto condotto da McKinsey & Company all'inizio di quest'anno, che ha rilevato la chiara necessità di "standardizzare i progetti, utilizzare modelli di costruzione replicabili, ripetere le costruzioni e aumentare la costruzione modulare per ridurre i costi e migliorare l'efficienza".

Un potenziale percorso politico da seguire 

In breve, per consentire all'energia nucleare di dare un contributo significativo alla decarbonizzazione globale, abbiamo bisogno di un ripensamento radicale del modo in cui concepiamo, finanziamo, costruiamo, regoliamo e autorizziamo la tecnologia nucleare. Gli aggiustamenti incrementali degli attuali accordi istituzionali non basteranno, perché non sono in grado di garantire una crescita sostenibile del nuovo nucleare.  

Abbiamo bisogno di un ecosistema industriale, normativo e di licenze rinnovato, che produca e fornisca prodotti standardizzati, commoditizzati e competitivi dal punto di vista dei costi. prodotti standardizzati, commoditizzati e competitivi sul piano dei costi piuttosto che costosi e rischiosi progetti pluridecennali. progetti pluridecennali. Questi prodotti devono essere competitivi dal punto di vista dei costi (3.000 dollari/kw o meno), con tempi di consegna a basso rischio di 3-5 anni o meno, facili da concedere in licenza a livello globale, finanziabili a condizioni commerciali quasi normali, adatti alla diffusione nei Paesi in via di sviluppo, da cui proverrà la maggior parte delle emissioni e della domanda di energia, e in grado di decarbonizzare settori come i carburanti alternativi, come l'idrogeno e l'ammoniaca puliti, e il calore industriale, oltre all'elettricità. 

Gli Stati Uniti possono contribuire a guidare questo sforzo di trasformazione. Ma è necessaria un'azione più ambiziosa a livello nazionale e mondiale per creare un ecosistema nucleare globale in grado di fornire centinaia di gigawatt all'anno, circa dieci volte l'attuale tasso di costruzione globale.  

Gli elementi di una strategia trasformativa includono:  

• Collaborazione pubblico-privata per consentire un ecosistema di prodotti commoditizzati, con la massima standardizzazione e ricategorizzazione dei componenti di grado nucleare e non nucleare;  
• Politiche pubbliche che spingono a ordini di grandi dimensioni e che consentono di ripetere l'impiego di progetti standardizzati;  
• Un programma strategico di ricerca e sviluppo, simile al programma "Earth shot" del DOE per il solare e l'idrogeno, per portare i costi di investimento del nucleare vicino o al di sotto dei 3.000 dollari/kw;  
• Un programma di innovazione mirato alle applicazioni dell'energia nucleare per la produzione di carburante a zero emissioni di carbonio e per il calore industriale;  
• Nuove iniziative globali per facilitare la certificazione dei progetti a livello multinazionale e per fornire le risorse necessarie per autorizzare i reattori nucleari nei Paesi emergenti, compresa la creazione di una Banca internazionale per le infrastrutture nucleari per catalizzare l'espansione globale;  

• Creazione di un ambiente "sandbox" per consentire la dimostrazione e la sperimentazione in tempo reale di nuovi progetti di energia nucleare sotto la supervisione delle autorità di regolamentazione;  
• Riforma delle pratiche di autorizzazione della Commissione di regolamentazione nucleare degli Stati Uniti per i nuovi progetti avanzati, per concentrarsi sulle prestazioni, al fine di realizzare le promesse dei precedenti atti del Congresso;  
• Misure per stabilire un nuovo modello di standard per le radiazioni a bassa dose, al fine di sostenere un'adeguata regolamentazione della sicurezza;  
• Misure per garantire un approvvigionamento di uranio socialmente e ambientalmente responsabile;  
• Un programma interamente governativo per facilitare il riutilizzo dei siti di generazione fossile dismessi per la costruzione di nuovi impianti nucleari; 

• Misure per garantire la disponibilità di uranio ad alto dosaggio e basso arricchimento per sostenere lo sviluppo di tecnologie avanzate; e 
• Istituzione di un nuovo regime nazionale per la gestione delle scorie nucleari.  

L'energia nucleare ha il potenziale per svolgere un ruolo importante in una strategia globale di gestione del clima. Ma perché questo potenziale si realizzi, è necessario un cambiamento trasformativo nel modello commerciale, di fornitura, di finanziamento e normativo. Il clima non può permettersi altri Vogtles. 

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¹ Il World Energy Outlook dell'Agenzia Internazionale dell'Energia ("AIE") stima che la domanda di energia elettrica aumenterà del 150%, passando da 28.000 TWh nel 2021 a 73.000 TWh nel 2050 nello scenario "net zero". Questo dato include stime conservative della crescita demografica e dei continui limiti all'accesso all'energia nei Paesi in via di sviluppo. AIE, Prospettive energetiche mondiali 2022, pag. 44 (2022).

² Da una revisione di 7 studi nazionali è emerso che la quota media di energia pulita di impresa è pari al 35% del mix di generazione a zero. The NorthBridge Group , Review and Assessment of Literature on Deep Decarbonization in the United States:Importance of System Scale and Technological Diversity, at 11 (2021).