Approfondimento a cura di Lina Quintieri
Per rendimento termico di una centrale si indica l’efficienza di conversione fra la potenza termica generata nel core del reattore e la potenza elettrica da immettere sulla rete di distribuzione.
Il rendimento di una centrale nucleare ad acqua leggera dipende dal ciclo termodinamico (tipicamente si tratta di un ciclo Rankine) del vapore che viene prodotto grazie all’energia rilasciata dalla fissione del combustibile e raccolta dal fluido refrigerante. Il vapore generato viene fatto espandere in una turbina che a sua volta muove un generatore di corrente.
Il vapore condensato viene poi rinviato all’ingresso del generatore di vapore chiudendo così il ciclo. In un BWR il vapore è generato all’interno del nocciolo stesso: l’acqua che raffredda il core assorbe il calore rilasciato nel processo di fissione, cambiando di fase prima di uscire dal core. Tale vapore viene mandato direttamente in turbina, realizzando così un ciclo diretto. Il vapore in uscita ha una temperatura massima di 288 ºC ed una pressione di circa 6.9 (7 atm) MPa. Nei PWR, invece, l’acqua che raffredda il nocciolo è tenuta a più alta pressione (15 MPa) così da evitarne l’ebollizione.
L’acqua all’uscita del nocciolo ha una temperatura di 325 ºC circa e viene mandata in ingresso ad uno scambiatore di calore (generatore di vapore) per generare il vapore da mandare in turbina. Il vapore così prodotto ha una temperatura di 285 ºC circa ed una pressione di 7 MPa. Il rendimento termodinamico limite è quello di Carnot ed è lo stesso nei due casi essendo uguali sia la temperatura massima (vapore in ingresso alla turbina) che quella minima (vapore in uscita dal condensatore) del ciclo associato (all’incirca il 42%).
Nella realtà il rendimento del ciclo è nettamente inferiore al valore ideale a causa delle inevitabili irreversibilità: all’incirca 32% per i PWR e leggermente meno per i BWR. La lieve differenza fra BWR e PWR deriva da dettagli tecnici su come sono realizzati i cicli termodinamici.