A study on the key factors of nuclear power plant performance

L’insieme degli eventi incidentali avvenuti nell’industria nucleare ha provocato storicamente un impatto significativo sull'esercizio delle centrali nucleari; gli enti regolatori nazionali hanno unificato criteri e standard, ma molte differenze permangono nel modo in cui i reattori nucleari vengono operati e gestiti. In aggiunta, le centrali nucleari differiscono in tecnologia, dimensioni, scelta dei fornitori e del costruttore, e in molti altri parametri tecnici. Queste differenze possono giocare un ruolo nella performance finale del reattore. In particolar modo, osservando l’evoluzione delle performance annuali degli impianti, alcuni reattori nucleari hanno raggiunto risultati particolarmente positivi nell’ultimo decennio, mentre altri hanno mostrato performance critiche, e in alcuni casi un progressivo peggioramento qualitativo. Gli obiettivi della presente ricerca di dottorato risiedono nella definizione e nello sviluppo di adeguati strumenti di comprensione dei fattori che determinano il buon funzionamento degli impianti nucleari. Nel presente progetto, e stata sviluppata un’analisi delle prestazioni dell’ultimo decennio dei reattori ad acqua leggera attualmente operativi con riferimento a tre diverse tecniche statistiche. E’ stato avviato un primo sforzo per delineare i fattori che sono coinvolti nella determinazione delle performance nucleari, nonche per la stima del margine di variabilita dalle quali sono influenzate. In tale contesto, il codice di calcolo statistico R e stato utilizzato per analizzare gli indicatori di performance di un campione ampio di centrali nucleari e per stimare i coefficienti di regressione per gruppi di parametri tecnici considerati come variabili indipendenti in un modello di regressione lineare. La tecnica di regressione OLS, applicata ai dati di indicatori di performance delle centrali nucleari, dimostra di essere meno consistente rispetto a metodi di analisi esplorativa piu robusti e flessibili, come la Cluster Analysis o i modelli CART, entrambe sviluppate durante la ricerca di dottorato per lo studio delle performance di esercizio e per la ricerca dei fattori causali. Le performance nucleari dell’ultimo decennio sono state prese in considerazione, con una particolare attenzione ai Light Water Reactors (LWRs), trattandosi della tecnologia piu diffusa al mondo. Gli impianti sono stati quindi classificati in gruppi in base alla tendenza delle loro performance annuali, invece di concentrarsi su osservazioni indipendenti relative ad un solo anno. In particolare, sono stati considerati i dati annuali di tre indicatori di performance: Unit Capability Factor (UCF), Unplanned Capability Loss Factor (UCLF) and Forced Loss Rate (FLR), a partire dal 1999 al 2010. Essi infatti riflettono l'efficacia dei programmi e delle pratiche dell’impianto per massimizzare la disponibilita di generazione elettrica e forniscono quindi un'indicazione generale di come gli impianti sono gestiti e mantenuti. La CA e stata realizzata secondo tre diversi possibili approcci, risultando infine maggiormente efficace il clustering simultaneo sui tre indicatori . I risultati della CA hanno condotto allo sviluppo di un modello a 6 cluster per le performance nucleari degli impianti negli ultimi dieci anni. L’andamento medio rappresentativo dei sei cluster sembra spiegare la maggior parte dei differenti percorsi evolutivi realizzati dalle 318 unita considerate per lo scorso decennio di esercizio. I Gruppi sono stati ordinati in base al tipo di evoluzione osservato per le performance, passando da performance in crescita a tendenze critiche di riduzione o fluttuazioni delle performance. Al fine di investigare la diversificazione delle tendenze delle prestazioni nucleari degli ultimi dieci anni, la composizione dei sei clusters viene analizzata attraverso l’ausilio di barplot condizionati. Durante le analisi effettuate, e emersa la mancanza di molti aspetti correlati ai fattori potenzialmente determinanti nella discriminazione tra performance di impianto; di conseguenza, si e proceduto a realizzare un questionario inerente alle pratiche operative e all’implementazione di sistemi manageriali all’interno degli impianti, ed e stata quindi inviata una richiesta di collaborazione e di compilazione del questionario alle organizzazioni interne di supervisione di svariati operatori nucleari. I risultati del questionario sono stati analizzati utilizzando Alberi di Classificazione: le risposte sono state adoperate per classificare gli impianti in base alle categorie individuate mediante la Cluster Analysis. Nella prima parte di modelli CART realizzati sono stati studiati e impiegati come predittori i parametri e le caratteristiche tecniche degli impianti (eta, tecnologia, dimensioni, potenza di esercizio) Nella seconda parte sono stati studiati gli aspetti manageriali e organizzativi con potenziale impatto sulle performance ed emersi dai risultati del sondaggio realizzato agli operatori nucleari. I risultati piu significativi provengono da queste analisi, I risultati dei modelli CART dimostrano infatti l'importanza e gli effetti sulle prestazioni dell’implementazione di un modello manageriale all'interno dell’impianto, e discriminano tra un modello di gestione dei processi progettato dall’operatore rispetto al modello standard SNPM sviluppato dal NEI; le attivita di supervisione e le missioni tecniche di supporto delle organizzazioni internazionali assumono altresi un ruolo importante. Pertanto, l'uso nel presente progetto di ricerca di tecniche statistiche alternative per studiare le prestazioni nucleari ha mostrato modi alternativi ed efficaci per indagare le attivita nucleari e trarre conclusioni circa i fattori che possono determinare buoni risultati nell’esercizio nucleare. Tale indagine puo quindi costituire un supporto alle organizzazioni nucleari che vogliano avvalersi di metodi innovativi efficaci per lo studio delle performance annuali di impianto.