Design for decommissioning onshore power plants

With this work we want to initiate the research about Design for Decommissioning onshore industrial plants to produce electric-power from a non-nuclear source. The aim of this work is to evaluate the effect of Decommissioning introduction in the design phase (Design for Decommissioning) for a cogenerative combined cycle and to realize a profitability comparison between a traditional design and a design that includes Decommissioning both in deterministic and probabilistic way. Probabilistic analysis will be developed through a Project Risk Analysis and Management structured work which involves a first phase of workshop and brainstorming with industries to identify risks, followed by a phase of evaluation and study of each layout. The choice to deal with cogenerative combined cycle, excluding nuclear and offshore plants, is tied up to the desire to give an innovative accent, with a national perspective and forward-looking to our thesis: innovative, because it's an unexplored sector and we expect that in a medium-long term the scientific, industrial and legislative community will pay more attention to this category; national, because Italy choose to produce energy from non-nuclear sources; forward-looking, because in the design phase of new plants this kind of analysis could give useful information. For all these mentioned sectors (nuclear, onshore and offshore), the Decommissioning issue appeared during the dismantling phase of plants; here comes the need to develop a Design for Decommissioning that is to say to integrate Decommissioning in the design phase in order to reduce difficulties at dismantling time. The thesis is characterized by six chapters which corresponds to the logical path used for the realization of this work. In more detail:  Chapter 1 aims to define what is meant by Decommissioning and to show the constraints by which it is subjected to  Chapter 2 includes the legislation research done in the field of industrial waste. In particular, it will pay great attention to the most harmful materials, for which the treated activities have been defined by legislative decree 152/2006  Chapter 3 aims to research the critical situations that might occur during the dismantling phase of onshore power plants, creating an overview characterized by different problems, classified as: management, technical, environmental and security  Chapter 4 has different aims: the first is to explain how to introduce Decommissioning inside a design methodology (hence the name Design for Decommissioning) in order to make the dismantling of a system more simple, economical, safe and with a least possible environmental impact. The next step is to explain the various indices used for the assessment of investment and the techniques of Risk Analysis and Sensitivity Analysis, respectively useful to evaluate the effect of the risks and benefits on the profitability of the investment, and to verify the robustness of the choice performed varying the parameters  Chapter 5 describes the principles of operation of the cogenerative combined cycle and defines alternatives in terms of Design for Decommissioning. It also presents the way in which the Risk Analysis has been done, so that it could be adapted to alternative proposals  Chapter 6 is the fundamental part of the thesis because it proposes the economic analysis conducted for each one of the different energy systems presented. At first, it is necessary to do a deterministic analysis of profitability that takes no accounts of Decommissioning (represent the typical design situation), to which the costs of disposal are subsequently added in order to quantify the variation in the remuneration of the plants. At this point, for each layout proposed occurs the probabilistic analysis of profitability in order to define the best design choice. It is also carried out a comparison between the results obtained through this methodology and those obtained through the traditional one. For this solution is carried out a sensitivity analysis to determine the variation in economic indices following the removal of the most critical risks The chapter provides a next step of analysis in which the interventions in favor of the Decommissioning are evaluated stochastically (from the perspective of profitability) in case a work of prevention against the pollution of soil and aquifers is introduced. The chapter ends by studying how to limit the economic losses if, as a result of unfavorable circumstances, we have to close the facility earlier than planned at the design stage.

Con il presente lavoro si intende avviare la ricerca sul tema Design for Decommissioning di impianti industriali onshore per la produzione di energia elettrica da fonte non nucleare. Lo scopo del lavoro consiste nel valutare l’effetto dell’introduzione del Decommissioning in fase progettuale (si parlerà quindi di Design for Decommissioning) per un ciclo combinato cogenerativo e nel realizzare un confronto di redditività tra una progettazione tradizionale ed una che tenga conto del Decommissioning sia in termini deterministici che probabilistici. Le analisi probabilistiche verranno sviluppate attraverso uno strutturato lavoro di Project Risk Analysis and Management che prevede una prima fase di workshop e brainstorming con aziende del settore per l’identificazione dei rischi, seguita da una fase di valutazione e studio per ciascun layout. La scelta di trattare cicli combinati cogenerativi, escludendo impianti nucleari ed offshore, è legata alla volontà di porre un accento innovativo, nazionale e con occhio al futuro alla nostra tesi: innovativo perché è un settore ancora inesplorato e ci si aspetta che sul breve-medio periodo la comunità scientifica, industriale e legislativa volgerà maggior attenzione a questa categoria; nazionale perché l’Italia ha scelto di non produrre energia da fonte nucleare e con occhio al futuro perché in sede di progettazione di nuovi impianti un’analisi di questo tipo potrebbe portare informazioni utili. Per tutti i settori citati (nucleare, offshore ed onshore), il problema del Decommissioning è sorto in fase di smantellamento degli impianti; nasce quindi la necessità di sviluppare un Design for Decommissioning ossia di integrare il Decommissioning all’interno della fase progettuale con lo scopo di ridurre le difficoltà al momento della dismissione. La tesi è caratterizzata da sei capitoli che corrispondono al percorso logico utilizzato per la realizzazione di questo elaborato. Entrando nel dettaglio:  Il capitolo 1 vuole definire cosa si intende per Decommissioning e mostrare i vincoli ai quali esso è sottoposto  Il capitolo 2 contiene la ricerca legislativa effettuata in materia di gestione dei rifiuti industriali. In particolare, verrà prestata maggiore attenzione ai materiali più nocivi, per i quali sono state definite le attività di trattamento previste dal D.lgs 152/2006  Il capitolo 3 si pone come obiettivo quello di ricercare le criticità che potrebbero verificarsi durante la fase di dismissione di impianti onshore, creando una panoramica di casi caratterizzati da problematiche differenti, classificabili in: gestionali, tecnici, ambientali e di sicurezza  Il capitolo 4 si pone diversi obiettivi: primo tra tutti è quello di spiegare come inserire il Decommissioning all’interno di una metodologia progettuale (da qui deriva il nome Design for Decommissioning) con lo scopo di rendere lo smantellamento di un impianto più semplice, economico, sicuro e con un minor impatto ambientale possibile. Il passo successivo è quello di introdurre i diversi indici utilizzabili per la valutazione degli investimenti e le tecniche di Risk Analysis ed analisi di sensitività utili rispettivamente per valutare l’effetto dei rischi e dei benefici sulla redditività dell’investimento e per verificare la robustezza della scelta effettuata al variare dei parametri  Il capitolo 5 ha l’obiettivo di descrivere i principi di funzionamento del ciclo combinato cogenerativo oggetto di studio e di definire delle alternative in ottica Design for Decommissioning. Si presenta inoltre la modalità con la quale viene svolta la Risk Analysis per adattarla alle alternative proposte  Il capitolo 6 è il cuore fondante della tesi in quanto viene proposta l’analisi economica condotta per i diversi sistemi energetici presentati. Inizialmente si realizza un’analisi di redditività deterministica che non tiene conto del Decommissioning (rappresenta la situazione progettuale tipica), alla quale sono stati successivamente sommati i costi di dismissione al fine di quantificare la variazione di remunerazione degli impianti. Successivamente si presenta per ogni layout proposto un’analisi di redditività probabilistica al fine di definire la scelta progettuale migliore. È inoltre svolto un confronto tra i risultati ottenuti da questa metodologia con quella tradizionale. Per tale soluzione si realizza un’analisi di sensitività per determinare la variazione degli indici economici in seguito all’eliminazione dei rischi più critici. Il capitolo prevede un successivo step d’analisi nel quale vengono valutati stocasticamente degli interventi a favore del Decommissioning (in ottica di redditività) qualora si introducesse un’opera di prevenzione contro l’inquinamento del sottosuolo e delle falde acquifere. Il capitolo termina studiando come limitare le perdite economiche se, in seguito a congiunture sfavorevoli, si dovesse chiudere l’impianto prima di quanto previsto in sede progettuale.