Sistemi elettorali

Nucleare: costo dell’energia prodotta

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Abbiamo visto alcuni criteri relativi ai costi di una centrale nucleare: i tempi di realizzazione e il costo nominale di costruzione.
Un altro criterio importante è relativo ai costi dell’energia prodotta.
Da questo punto di vista ci vengono incontro alcuni articoli presenti sul web.
Iniziamo con il già citato, “I veri costi dell’energia nucleare” pubblicato dall’Università di Pisa da parte di Romanello, Lomonaco, Cerullo.
Ci sono alcune voci che concorrono a stabilire quanto ci costa produrre energia col nucleare: i costi di impianto, del ciclo di combustibile, di esercizio e manutenzione, di smantelamento e recupero del sito.

Costi di impianto
In questo studio si riportano i costi di impianto, che è dato dal costo Ka dello stesso attualizzato all’inizio dell’esercizio commerciale, moltiplicato per il fattore di annualità x e fratto la quantità di energia prodotta in un anno Ep:
 dove fc rappresenta il fattore di carico (definito come il rapporto fra la quantità di energia elettrica prodotta effettivamente entro l’anno e quella che sarebbe stata prodotta se l’impianto avesse funzionato alla massima potenza per tutte le 8˙760 ore annuali); We la potenza elettrica netta dell’impianto, in kilowatt (energia prodotta in un anno: Ep=8˙760•fc•We).
Il fattore di annualità sarà dato dalle quote per interessi (x1) e per l’ammortamento (x2):
 
Da una serie di complesse considerazioni possiamo porre Ka=(1,1÷1,2)•Kn (dove Kn è il costo nominale), in base al tempo di costruzione T, all’interesse annuo, alla distribuzione temporale delle spese, etc.

Avremo allora:
costo nominale: Kn = 1˙400 €/kW•106 kW = 1,4•109 €
tempo di costruzione: T = 5 anni
tasso di interesse: x1 = 5%
durata esercizio: n = 40 anni
fattore medio di carico: fc = 0,7
e sarà:
Ka = 1,4•Kn = 1,68•109 €   
x = 0,058
e quindi, applicando la prima formula ad un impianto da 1˙000 MWe si otterrà:
 
ovvero, ci = 1,6 eurocents/kWh.
Tale valutazione è (come evidenziato nelle conclusioni) senz’altro cautelativa (anche perché si immagina il capitale sia interamente finanziato, ossia totale assenza di capitale proprio).

Costo del ciclo del combustibile
Come già detto si parla di costo del ciclo di combustibile. L’incidenza sul costo sarà data dal rapporto fra i costi relativi agli oneri finanziari ed all’accantonamento per il successivo trattamento e l’energia prodotta. Se indichiamo con Cc il costo del combustibile fresco e con nc il numero di anni in cui esso raggiunge il previsto burnup [quantità di energia totale prodotta (MWd) per unità di massa del combustibile utilizzato (tonnellata)], il rateo annuale relativo sarà: 

che comporterà un onere finanziario paria a:

L’energia prodotta sarà:

 con b burnup medio allo scarico, in kWd/kg, ed η rendimento dell’impianto. L’incidenza dei costi di trattamento (ct) e riutilizzo (cr) saranno:

Facendo riferimento allora nuovamente ad una centrale PWR da 1˙000 MWe, e ponendo:
x1 = 5%
b = 33˙000 kWh/kg
nc = 3 anni
η = 0,3
essendo Cc = 1˙620 €/kgU, abbiamo:
Rc = 594,88 €/kg anno
Sc = 1˙785 €/kg
Cc = Sc/Ep
L’energia prodotta:
Ep = 2,1•105 kWh/kg
Essendo:
Ct = 521,0 €/kg, e Cr = -98,5 €/kg, sarà: 
 

Ricordiamo che in tale computo è stato considerato lo stoccaggio in cask o riprocessamento. Alcune fonti peraltro indicano costi più bassi di quelli riportati.
La soluzione svedese infatti, che contempla lo smaltimento sicuro in siti geologicamente stabili in cask in rame ed acciaio con caratteristiche durevoli nel tempo, richiede costi di smaltimento dell’ordine di 0,01 SEK/kWh (pari a circa 0,1 eurocents/kWh).
Si noti che se il prezzo indicato dell’uranio triplicasse, da facili calcoli si otterrebbe un costo totale del ciclo del combustibile pari a solo 1,32 eurocent/kWh.
Costi esercizio e manutenzione
Coinvolge varie voci: retribuzioni del personale, manutenzioni ordinaria e straordinaria, materiali di consumo, oneri assicurativi, licenze, etc. Assumendo un valore orientativo di 0,5 eurocents/kWh [1, 3, 10] si avrebbe, per la tipologia di impianto considerato, un onere di oltre 30 milioni di euro all’anno:
 

Costi di smantellamento e recupero del sito
Al contrario di molti altri settori della tecnologia, in campo nucleare ci si pone da subito il problema dello smantellamento dell’impianto. Pur essendo tale costo fortemente variabile, e mancando valutazioni precise, si pensa che questo si aggiri fra il 20% ed il 40% del costo attualizzato dell’impianto. Possiamo porre quindi csm= 0,05 eurocents/kWh. Si noti che l’accantonamento di tale cifra costituirebbe un capitale, dopo 40 anni all’interesse annuo del 5% (considerando un reinvestimento annuo di 3.066.000 €), pari a oltre 370 milioni di euro (pari a circa il 26% del costo dell’impianto). Se poi l’impianto fosse esercito per 60 anni l’accantonamento ammonterebbe ad oltre un 1.084.000.000 (un miliardo e ottantaquattro milioni) di euro, pari ad oltre il 77% del costo dell’impianto!
Prudenzialmente negli USA le utilities stanno accantonando circa 0,1 centesimi($)/kWh (si calcola che il massimo prezzo di smantellamento sia dell’ordine di 430 €/kWe ). Si noti il caso del reattore di Fort St. Vrain, reattore del tipo HTGR da 330 MWe, decommissionato al costo di 196 milioni di dollari (quindi a meno 1 centesimo/kWh nonostante abbia funzionato per soli 16 anni!).
La OECD stima che smantellare un reattore PWR da 1600 MWe possa costare fra 320 e 800 milioni di euro (pari rispettivamente all’11 ed al 27% del costo dell’impianto).
Anche lo smaltimento delle scorie non pone problemi economici così enormi: uno studio svedese individua il costo in 9 miliardi di euro.
Costo complessivo
Dalle considerazioni sopra riportate risulta che il costo totale del kWh prodotto per via nucleare è:
ct = ci + cc + cem + csm = 1,6 + 0,85 + 0,5 + 0,05 = 3,0 eurocents/kWh

Dall’esame dei singoli addendi risulta la seguente ripartizione:
– 53,33% costo di investimento
– 28,33% costo del ciclo di combustibile (di cui circa il 6% dovuto all’acquisto dell’uranio vero e proprio)
– 16,67% costo di esercizio e manutenzione
– 1,67% costo dello smantellamento e recupero del sito

Si nota subito che i costi dell’intero ciclo del combustibile influiscono poco più di 1/4. Peraltro, come già detto, il costo per l’acquisto dell’uranio naturale incide appena del 6% circa: questo implica che anche un raddoppio del prezzo del combustibile, peraltro improbabile data la provenienza dello stesso da diverse parti del mondo (per lo più aree politicamente stabili) e la possibilità di accantonarne in piccoli spazi notevoli quantità, non inciderebbe significativamente sul prezzo dell’energia prodotta; dai calcoli si osserva facilmente che una triplicazione del prezzo dell’uranio porterebbe il costo del kWh nucleare da un costo di 3,0 a 3,48 eurocents/kWh, pari appena ad un aumento del 16%! Inoltre verrebbero minimizzati gli esborsi verso l’estero di valuta pregiata (come avviene nel caso di produzione elettrica per mezzo del carbone o, ancora peggio, dei prodotti petroliferi), con conseguenti inevitabili effetti benefici sulla bilancia commerciale. Risulta chiaro infatti che la maggior parte del costo risulta dalla realizzazione dell’impianto, ovvero risorse finanziarie che rimangono nel nostro Paese (e che promuovono la movimentazione dei capitali).

Notiamo altresì, come già evidenziato nelle note, che il calcolo effettuato è cautelativo, e si riferisce per lo più ad impianti di vecchia generazione. Oggi infatti gli impianti vengono realizzati in 4 anni, (addirittura la Westinghouse assicura un periodo di 36 mesi dal primo getto di calcestruzzo all’avvio commerciale dell’impianto). Inoltre l’impiego di codici di calcolo sempre più efficienti e l’esperienza operativa hanno dimostrato la possibilità di estendere la vita degli impianti a 60 anni. Infine, lo studio di nuovi tipi di combustibile potrebbe portare il burnup a 60˙000 MWd/t, mentre i rendimenti dei nuovi impianti di attestano al 37% (EPR), ed i costi di impianto possono scendere a 1˙000 €/kW per ordini multipli. Prendendo in considerazione le ipotesi migliorative prima esposte, si otterrebbe un costo più realistico dell’ordine di 1,90 eurocents/kWh. Si consideri che tale valutazione riguarda i reattori ad acqua. Comunque bisogna tener conto del fatto che sono in avanzata fase di progettazione e licensing i reattori a gas ad alta temperatura (che fanno parte della IV Generazione), che, con il loro rendimento vicino al 50%, i minori costi nominali d’impianto, i più elevati burnup (fino a 800.000 MWd/t), potrebbero diminuire drasticamente persino questo valore.

Altre stime del costo dell’energia nucleare per kilowatt ora (in valuta locale):
1. 2,5-4,0 p/kWh (UK Cabinet Office)
2. 2,6-4,0 p/kWh (Interdepartmental Analysts’ group – DTI/Defra)
3. 3,4-3,7 p/kWh (Energy White Paper modelling work, DTI)
4. 3,26 p/kWh (Royal Academy of Engineering (UK)
5. 4,9-7,9 USc/KWh (MIT, USA)
6. 3-5 USc/kWh (Nuclear Energy Agency/International Energy Agency)
7. 5.2-7.1 USc/kWh (Univerity of Chicago)
8. 3,4-3,7 USc/kWh (Scully Capital Services, USA)

Dal sito http://www.museoenergia.it/museo.php?stanza=3&ppost=285 , si riassume il pensiero del prof.Spezia.
Il costo di produzione del kWh di fonte nucleare è stato valutato fra il 1997 e il 2007 nei seguenti studi nazionali e internazionali.
― 1997: Studio condotto dall’industria elettrica europea (UNIPEDE)
― 1999: Studio svolto da Siemens, oggi Framatome ANP (Germania)
― 2000: Studio dell’Institute for Public Policy, Rice University (USA)
― 2000: Studio della Lappeenranta University of Technology (Finlandia, aggiornato nel 2003)
― 2002: Studio della UK Performance and Innovation Unit (Regno Unito)
― 2002: Studio svolto da Scully Capital (USA)
― 2003: Studio della Lappeenranta University of Technology (Finlandia)
― 2003: Studio del Segretariato all’Energia (Francia)
― 2003: Studio del MIT – Massachusetts Institute of Technology (USA)
― 2004: Studio della Royal Academy of Engineers (Regno Unito)
― 2004: Studio della University of Chicago, finanziato dall’US-DOE (USA)
― 2004: Studio del CERI – Canadian Energy Research Institute (Canada)
― 2005: Studio congiunto OCSE-NEA / ONU-IAEA
― 2005: Business Case for Early Orders of New Nuclear Reactors, OXERA
― 2006: Studio OCSE-NEA
― 2007: Studio della Commissione Europea
― 2007: Studio del World Energy Council
I risultati degli studi indicati con i numeri 5, 7, 8, 9, 10, 11, 15 sono riportati nel grafico :
 

La retta di interpolazione consente di quantificare il costo medio del kWh di origine nucleare fra 1,3 e 3,7 c£/kWh (fra 1,6 e 4,7 c€/kWh, al cambio 1 £ = 1,261 €) al variare del tasso di sconto (costo del denaro) fra il 4% e il 13%.
Lo studio svolto dalla Lappeenranta University of Technology (Finlandia) nel 2000 e aggiornato nel 2003 è stato commissionato dal governo finlandese al fine di orientare le proprie scelte di politica energetica.
Le risultanze dello studio mostrano la convenienza del nucleare rispetto alle altre fonti di produzione elettrica prese in esame, convenienza che si accentua se si considera il costo delle emissioni e l’incremento del costo delle fonti fossili intervenuto dal 2003 ad oggi.
 
 

Lo studio OCSE 2006 è uno studio comparativo su nucleare, carbone e gas che fa riferimento alle condizioni locali in una quindicina di paesi. 
 

Considerando un tasso di sconto pari al 5% (condizioni più favorevoli al nucleare, caratterizzato da alti costi di investimento) e tutte le componenti di costo (impianto, esercizio e manutenzione, combustibile) ai prezzi 2004, i costi di produzione sono i seguenti (l’intervallo di variazione è legato alle particolari condizioni del mercato locale):
― nucleare:                     da 2,3 a 3,6 c$/kWh
― carbone:                      da 2,2 a 4,8 c$/kWh
― gas (CICLO COMBINATO):   da 3,9 a 5,7 c$/kWh
Considerando un tasso di sconto del 10% (condizione più sfavorevole al nucleare) i costi di produzione si modificano come segue:
― nucleare:                     da 3,1 a 5,4 c$/kWh
― carbone:                      da 2,7 a 5,9 c$/kWh
― gas (CICLO COMBINATO):   da 4,3 a 6,0 c$/kWh
Dalle valutazioni emerge una sostanziale equivalenza del costo del chilowattora nucleare rispetto a quello prodotto con centrali a carbone o a gas a CICLO COMBINATO (che sono le più economiche fra le centrali termoelettriche).
Ma la competitività del nucleare si accentua ancora una volta se si considerano gli effetti della “CARBON TAX” e gli aumenti del costo delle fonti fossili intervenuti dal 2004 ad oggi. 

Dal sito http://nuclearinfo.net/Nuclearpower/WebHomeCostOfNuclearPower abbiamo un preventivo interessante.
Il semplice modello seguente dà un orientamento ragionevole per il costo in centesimi di dollaro per ogni KW di energia elettrica basato su ipotesi diverse per costo di costruzione, tasso di interesse e tempo di costruzione. Il modello assume che il capitale per l’intero progetto venga accumulato prima dell’inizio della costruzione. Questo è un approccio conservativo. Un migliore finanziamento sarebbe acquisire il capitale di cui si ha bisogno man mano durante la costruzione. Si presuma inoltre una vita media dell’impianto di 40 anni. I costi operativi si presume siano 1,3 centesimi per KW, in linea con la media del secondo miglior quartile della American Nuclear Plant. La disponibilità degli impianti si presume sia al 90% in linea con la media americana. L’impianto si suppone abbia una capacità di 1 GW.

Case 1, Construction Cost = $1 Billion. (Westinghouse claim for its AP1000 reactor after volume production.)

Interest rate 3 years 4 years 5 years 7 years
5% 2.2 2.3 2.4 2.7
6% 2.4 2.5 2.7 3.1
7% 2.6 2.8 3.0 3.6
8% 2.8 3.0 3.3 4.4
9% 3.0 3.3 3.7 5.5
10 % 3.3 3.6 4.2 7.2

Case 2, Construction Cost = $1.4 Billion. (Westinghouse claim for its first AP1000 reactor)

Interest rate 3 years 4 years 5 years 7 years
5% 2.6 2.8 2.9 3.3
6% 2.9 3.0 3.2 3.8
7% 3.1 3.3 3.6 4.6
8% 3.4 3.7 4.1 5.6
9% 3.7 4.1 4.7 7.1
10 % 4.0 4.6 5.4 9.5

Case 3, Construction Cost = $2.0 Billion.

Interest rate 3 years 4 years 5 years 7 years
5% 3.2 3.4 3.6 4.1
6% 3.5 3.9 4.1 4.9
7% 3.9 4.2 4.6 6.0
8% 4.3 4.7 5.3 7.4
9% 4.7 5.3 6.1 9.6
10 % 5.2 6.0 7.1 13.1

Case 4, Construction Cost = $2.5 Billion.

Interest rate 3 years 4 years 5 years 7 years
5% 3.7 3.9 4.2 4.9
6% 4.1 4.4 4.8 5.9
7% 4.6 4.9 5.5 7.2
8% 5.0 5.5 6.3 9.0
9% 5.6 6.3 7.4 11.7
10 % 6.2 7.1 8.6 16.1

 Case 5, Construction Cost = $5 Billion (Shoreham, Long Island, 1985).

Interest rate 3 years 4 years 5 years 7 years
5% 5.8 6.1 6.5 7.6
6% 6.6 7.1 7.6 9.2
7% 7.5 8.1 8.9 11.3
8% 8.5 9.4 10.5 14.2
9% 9.5 10.7 12.4 18.2
10 % 10.7 12.3 14.7 24.1

Written by sistemielettorali

18 dicembre 2009 a 09:14

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