ZAJĘCIA 10: Jerzy Niewodniczański „Perspektywy polskiej energetyki jądrowej”

1. Zjawiska meteorologiczne, które zmuszają do poszukiwania przyczyn drastycznych zmian klimatycznych :

• gwałtowne opady powodujące powodzie,

• wichury; huragany typu tornada na obszarach, na których dotychczas nie występowały,

• niezwykle ciepłe lub mroźne zimy.

2. Najbardziej prawdopodobne przyczyny występowania tego typu zjawisk :

• wzrost zawartości w atmosferze tzw. gazów cieplarnianych(szklarniowych), głównie dwutlenku węgla - produkowanego przy spalaniu paliw w elektrowniach, paleniskach domowych i samochodach; metanu - uwalnianego do atmosfery w czasie wydobycia, przerobu i transportu ropy lub gazu. Przyczyny : wzrost liczby ludności; dążenie do coraz wyższego standardu życia, co oznacza : wzrost produkcji energii, zwłaszcza elektrycznej; gwałtowny rozwój motoryzacji.

3. Rezultaty występowania tych zjawisk :

• apel organizacji ekologicznych o radykalne ograniczenie emisji CO2 do atmosfery. Rozwiązania : stopniowe eliminowanie spalania kopalin(nawet „czystego”gazu)lub stosowanie paliw odnawialnych(w czasie spalania wytwarza się tyle samo CO2, ile go wiążą w sterowanym procesie fotosyntezy)-spalanie węgla(ropy, gazu) jest największym marnotrawstwem kopalin; maksymalne wykorzystanie energii promieni słonecznych, wiatru, fal i pływów morza, ciepła Ziemi; energetyka jądrowa.

4. Aspekty polityczne wykorzystania surowców w Polsce:

- „Polska na węglu stoi” - najważniejszy surowiec energetyczny w pierwszej połowie tego wieku.

- Uwzględniono wzrost zużycia gazu w planach rozwoju polskiej elektroenergetyki na najbliższe dziesięciolecia(spalanie gazu jest bardziej „przyjazne środowisku”).

- niestety nadal trwa żywiołowy rozwój motoryzacji opartej na tradycyjnych silnikach spalinowych

- wzrost importu ropy i gazu=uzależnienie w coraz większym stopniu od dostawców surowców(międzynarodowy handel nimi ma silne znaczenie polityczne, nie można rozdzielić kontraktów handlowych od powiązań politycznych)Paliwa te, podobnie jak węgiel, nie są wydajne, elektrownia nie może więc gromadzić zapasów(węgiel, mazut, gaz)na roczny okres eksploatacji

4. Energetyka jądrowa :

• może być dobrą alternatywą ze względu na to, że jest technologią, która nie produkuje gazów cieplarnianych oraz opiera się na surowcu, którego nie można (pokojowo) wykorzystać w żadnym innym niż wytwarzanie ciepła celu.

• Zmagazynowanie paliwa jądrowego na kilkanaście lat pracy elektrowni nie przedstawia trudności (ze względu na niewielką masę i objętość tego paliwa i nisko poziom radiacji świeżego paliwa jądrowego można przechowywać je wprost na podwórzu elektrowni)

• Energetyka jądrowa w największym stopniu zapewnia bezpieczeństwo energetyczne kraju, a więc także jego gospodarczą i polityczną niezależność

5. Geneza energetyki jądrowej:

- „tradycyjna” energetyka jądrowa oparta jest na wykorzystaniu reakcji rozszczepienia ciężkich jąder atomowych.

- 1934r. - włoski fizyk jądrowy Enrico Fermi zwrócił uwagę na możliwość zachodzenia następującej reakcji : niektóre ciężkie jądra atomowe(np. jądra izotopów uranu i plutonu)bombardowane neutronem(neutralną cząstką wchodzącą w skład jąder atomowych)”rozszczepiają się” na jądra, przy czym łączna masa powstałych fragmentów jest mniejsza od masy jądra macierzystego. Nadmiar masy rozszczepiającego się jądra ciężkiego może być wykorzystany(dzięki równoważności masy i energii), np. do ogrzania wody w kotle (energia wyzwalana przy rozszczepieniu 1kg uranu 235 równoważy energię uzyskaną po spaleniu 2,5tys. ton węgla)
- przełom lat 1938/39 - praktyczne potwierdzenie koncepcji wykazali uczeni niemieccy (aspekt militarny - możliwość militarnego wykorzystania reakcji rozszczepienia)
- 1942r. - Amerykanie zbudowali „stos atomowy”- reaktor jądrowy(posłużył do produkcji plutonu)oraz jako pierwsi skonstruowali bombę atomową. Od czasu produkcji bomby rozpoczęła się „era atomu”

- 06.08.1945 - bomba atomowa zrzucona na Hiroszimę w Japonii („Little Boy”)

- 09.08.1945 - bomba atomowa zrzucona na Nagasaki w Japonii(„Fat Man”)

- pokojowe wykorzystanie energii jądra atomowego rozpoczęło się dekadę później. Nauczono się kontrolować proces rozszczepiania wykorzystując ją do :

• podgrzewania wody w kotłach;

• produkcji energii elektrycznej w elektrowniach cieplnych;

• napędu statków czy łodzi podwodnych

6. Energetyka jądrowa obecnie:

- 2000r. : pracowało w świecie 438 jądrowych reaktorów energetycznych o łącznej mocy ponad 350 GW, które dostarczyły ok.16% energii elektrycznej świata
- w krajach Unii Europejskiej - 141 reaktorów dostarczyło w 2000r. ponad 40% energii elektrycznej. Przodują : Francja(76,4%, 59 reaktorów), Belgia(57%, 7 reaktorów), Litwa(2 reaktory typu RBMK - lekkowodny, wrzący reaktor atomowy z moderatorem grafitowym ;) - dostarczyły prawie 74% energii elektrycznej)
- w Ameryce Północnej pracowało w 2000r. 118 reaktorów, pokrywających zapotrzebowanie na energię elektryczną USA w 20% i Kanady w 12%(odpowiednio 104 i 14 reaktorów)
- rośnie udział energetyki jądrowej w bilansie energetycznym na Dalekim Wschodzie, Republika Korei(16 reaktorów: 41%) oraz Japonia (53 reaktory: 34%). Łącznie w tym rejonie świata działają 94 bloki

- Słowacja(53,4%, 6 reaktorów); Bułgaria(45%, 6 reaktorów);Węgry(42%, 4 reaktory). Europa Środkowa i Wschodnia : łącznie - 68 reaktorów energetycznych; Federacja Rosyjska - 29 bloków jądrowych dostarczyło 15% energii elektrycznej, w części europejskiej - udział : 30%.
- 80% wszystkich reaktorów energetycznych to reaktory lekko wodne (tzw. wysokociśnieniowe PWR). Zaliczamy do nich : reaktory radzieckie WWER oraz z wodą wrzącą BWR( w nich zwykła, czyli lekka woda jest moderatorem[materiałem spowalniającym neutrony w reaktorze i przez to umożliwiającym podtrzymanie reakcji łańcuchowej] i chłodziwem. Pozostałe 20 %, to : 30 bloków to reaktory ciśnieniowe z ciężką wodą; 51 reaktorów - moderator to grafit, 34 z nich chłodzone gazem, 17 w Rosji i na Litwie - chłodziwo to woda(reaktory RBMK - ostatni na Ukrainie w Czarnobylu został ostatecznie wyłączony)
- od 1954r. - w elektrowniach są stosowane reaktory jądrowe. Data uruchomienia pierwszej instalacji w Obnińsku (Rosja)
- najpoważniejsze awarie w reaktorze jądrowym, stopienie się rdzenia jądrowego :

• 1979r. - elektrownia Three Mile Island w USA

• 1986r.- elektrownia w Czarnobylu w Związku Radzieckim. Efekty katastrofy : potwierdzenie negatywnej opinii o przydatności reaktora wodno - grafitowego w elektroenergetyce jądrowej; wykazanie jak ważne są odpowiednie systemy prawne i organizacyjne w krajach eksploatujących elektrownie jądrowe

Konsekwencje obu awarii : katastrofy nie podważyły podstawowych parametrów technicznych i procedur technologicznych stosowanych w eksploatowanych już i w budowanych elektrowniach jądrowych, ani technicznej oceny zagrożenia stwarzanego przez właściwie zaprojektowane, zbudowane i eksploatowane reaktory energetyczne; doprowadziły do ponownej analizy i udoskonalenia istniejących technologii i rozwiązań organizacyjno - prawnych.

- pomimo silnych ruchów antyjądrowych obserwuje się uruchamianie i podejmowanie budowy nowych reaktorów energetycznych. 2000r. - 6 nowych reaktorów,3- Indie,po jednym w : Czechach, Brazylii, Pakistanie. Łączna moc : 3047MW. + 31 reaktorów, w róznych stadiach budowy, głównie w krajach Dalekiego Wschodu : 8 - Chiny, 4 - Republika Korei, 3 - Japonia, 2 - Tajwan. Kryzys energetyczny 2000/2001 na Zachodnim Wybrzeżu USA = wysoce prawdopodobne znaczne ożywienie przemysłu jądrowego w Stanach Zjednoczonych

- poza reaktorami energetycznymi pracuje jeszcze w świecie prawdopodobnie ponad 600 reaktorów mniejszej mocy, służących do prac badawczych, do naświetlań materiałów tarczowych używanych w produkcji radioizotopów i do napędu głownie łodzi podwodnych.(Polski reaktor MARIA w Świerku)

7. Polska energetyka jądrowa:

• latach 80-te - rozpoczęto budowę pierwszych elektrowni jądrowych w Polsce (Żarnowiec, Klempicz - zastosowane w nich rozwiązania nie budzą wątpliwości i są akceptowane przez światowych ekspertów ds. bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej, użyte na Słowacji i w Czechach). Jednak wstrzymano polski program energetyki jądrowej,a w 1990r. całkowicie jemu zaniechano. Powody : przemiany polityczne; zwalczania wszelkiego zła, pochodzącego ze Wschodu(także budowane i planowane elektrownie jądrowe, oparte na reaktorach i technologii z ZSRR); odzyskanie podmiotowości społeczności lokalnych. Rezultaty decyzji: nie wpłynęła ujemnie na bilans energetyczny Polski (nadprodukcja energii elektrycznej, 97% energii elektrycznej pochodzi ze spalania węgla), ponieważ nastąpiły : przemiany gospodarcze, restrukturyzacja przemysłu i urealnienie rachunku ekonomicznego.

• Nigdy nie zdecydowano o całkowitym zaniechaniu opcji energetyki jądrowej w przyszłości. Jednak przyjęty przez rząd dokument „Założenia polityki energetycznej kraju do 2020 roku” : nie przewiduje włączenia w tym okresie do naszej sieci elektroenergetycznej elektrowni jądrowych. Prognozowany wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną na 2020 r. - 66% w stosunku do poziomu z 1999r., zakłada dalszy rozwój elektrowni opalanych węglem(niezależnie od wzrostu wykorzystania w tym celu gazu i technologii niekonwencjonalnych)

- Program Polskiej Energetyki Jądrowej(wersja z dn. 16.11.2010 r. po konsultacjach społecznych i międzyresortowych):

• Okres obowiązywania Programu określa się na lata 2011-2030, to jest do końca okresu obowiązywania przygotowywanej Strategii Bezpieczeństwo Energetyczne i Środowisko oraz Polityki energetycznej Polski do roku 2030. Koszty realizacji Programu zostały oszacowane do końca realizacji I głównego etapu - uruchomienia pierwszej elektrowni jądrowej. Przewiduje się przeprowadzanie aktualizacji Programu co 4 lata, co pozwoli także na weryfikację danych o kosztach potrzebnych do jego realizacji.

• Celem głównym Programu jest wdrożenie w Polsce energetyki jądrowej co przyczyni się do zapewnienia dostaw odpowiedniej ilości energii elektrycznej po rozsądnych cenach przy równoczesnym zachowaniu wymagań ochrony środowiska. Cel ten realizowany będzie za pomocą szeregu działań. Realizacji celu głównego będą służyć następujące cele szczegółowe:

1. Opracowanie ram prawnych dla rozwoju i funkcjonowania energetyki jądrowej.

2. Rozpoznanie potencjalnych lokalizacji dla budowy kolejnych elektrowni jądrowych.

3. Budowa składowiska odpadów nisko i średnio aktywnych, z uwzględnieniem potrzeb

energetyki jądrowej

4. Zapewnienie najwyższego poziomu bezpieczeństwa obiektów jądrowych.

5. Wprowadzenie racjonalnego i efektywnego systemu postępowania z odpadami

promieniotwórczymi i wypalonym paliwem jądrowym.

6. Stworzenie podstaw instytucjonalnych do rozwoju energetyki jądrowej

7. Wzrost i utrzymanie poparcia społecznego dla rozwoju energetyki jądrowej.

8. Wzrost poziomu edukacji społecznej w zakresie energetyki jądrowej.

9. Zapewnienie kadr dla rozwoju i funkcjonowania energetyki jądrowej.

10. Stworzenie silnego, efektywnego zaplecza naukowo-badawczego dla energetyki

jądrowej.

11. Zwiększenie innowacyjności i poziomu technologicznego polskiego przemysłu.

12. Zapewnienie stabilnych dostaw paliwa do elektrowni jądrowych.

13. Przygotowanie Krajowego Systemu Elektroenergetycznego do rozwoju energetyki

jądrowej.

14. Opracowanie efektywnej metody finansowania budowy elektrowni jądrowych

8. Przyszłość energetyki jądrowej:
   - perspektywy rozwoju energetyki jądrowej zależą w dużym stopniu od przyzwolenia społecznego
   - energetyka jądrowa staje się coraz bardziej konkurencyjna w stosunku do innych technologii w elektroenergetyce - pomimo uwzględniania w cenie energii niemałych kosztów wyłączenia reaktorów z eksploatacji oraz zagospodarowania wypalonego paliwa i odpadów promieniotwórczych.

Radykalne wydłużenie okresu eksploatacji reaktorów jądrowych i ewentualne obciążenie produkcji energii elektrycznej kosztami wytwarzania gazów cieplarnianych dodatkowo zwiększy jej konkurencyjność.

- tendencja spadkowa cen uranu - produkcja uranu odpowiada połowie jego zużycia, różnicę pokrywa się ze zgromadzonych zapasów - ten stan będzie się utrzymywał prawdopodobnie przez wiele lat, trzeba wziąć pod uwagę konieczność konwersji militarnych materiałów jądrowych na paliwo do reaktorów energetycznych. Obniżenie ceny energii elektrycznej z elektrowni jądrowych w USA z powodu zwiększającego się współczynnika dyspozycyjności mocy w elektrowniach jądrowych. W Unii Europejskiej jednak najtańszą technologią jest skojarzona technologia parowo - gazowa. Spodziewane tendencje wzrostu cen uranu - uruchomienie w końcu 2000r. Wydobycia uranu w dwóch wielkich kopalniach - w Kanadzie i w Australii.

- Udokumentowane światowe zasoby uranu - 4 mln ton, powinno pokryć zapotrzebowanie na ok 65 lat przy takim samym poziomie jego zużycia.

- wysoki koszt budowy i wyposażenia elektrowni jądrowej, stosunkowo niski koszt paliwa i utrzymania ruchu elektrowni - cena produkowanej energii zależy od : wysokości oprocentowania kredytu bankowego; przewidywanego okresu eksploatacji elektrowni.
- problem zagospodarowania długowiecznych wysokoaktywnych odpadów promieniotwórczych i wypalonego paliwa jądrowego. Najlepsze i całkowicie bezpieczne rozwiązanie to składowanie odpadów w stabilnych formacjach geologicznych.

Składowiska odpadów : wypalone paliwo przechowywane jest na terenie elektrowni przez kilkadziesiąt lat; wojskowe odpady transuranowe w Nowym Meksyku składowane są w warstwach soli kamiennej; amerykańskie składowiska wypalonego paliwa jądrowego w masywie Yucca Mountain w Newadzie; planowane składowiska w Finlandii i Szwecji
- troska o bezpieczeństwo siłowni jądrowych przestała być kwestią wewnętrzną państw ze względu na coraz bardziej powszechny charakter międzynarodowego systemu prawnego (Konwencja bezpieczeństwa jądrowego z 1995r., Konwencja o bezpiecznej gospodarce odpadami promieniotwórczymi i wypalonym paliwem jądrowym z 1997r. - odpowiedzialność za szkody jądrowe,Traktat o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej - wymagania systemu zabezpieczeń i ochrony fizycznej materiałów i obiektów jądrowych)
- wyraźny wzrost zainteresowania dalszym rozwojem energetyki jądrowej : niezależnie od sprzeciwów wobec energetyki jądrowej demonstrowanych przez różne ruchy polityczne na całym świecie; ze względów ekonomicznych i ekologicznych; ze względu na troskę o bezpieczeństwo energetyczne najłatwiejsze do osiągnięcia przy wprowadzeniu energetyki jądrowej(nawet w państwach pozbawionych własnego paliwa jądrowego).

Rezultaty : zwiększająca się liczba uruchamianych i projektowanych reaktorów; prace innowacyjne podejmowane przez przemysł jądrowy = nowe rozwiązania techniczne i organizacyjne przyjęte w obecnie budowanych i przygotowywane w przyszłych reaktorach i elektrowniach.

• Reaktory nowej generacji:
  

- posiadają zestandaryzowane elementy, umożliwiające budowę reaktora i elektrowni u wytwórcy w fabryce i tylko ostateczny montaż odbywa się na placu budowy(skrócenie czasu inwestycji)

- posiadają uproszczoną konstrukcję, np. Istnieje zmniejszona liczba zaworów, pomp, sterowników itd., z maksymalnym ograniczeniem konieczności „ręcznej” ingerencji operatora; skrócone rurociągi, pozwalające zmniejszyć liczbę spawów

- mają zwiększoną niezawodność elementów i obniżone prawdopodobieństwo ich awarii(a więc i całego reaktora)

-mają zapewnioną prawidłową pracę reaktora w ciągu 50-60 lat

- mają zapewnioną dyspozycyjność reaktora do wartości powyżej 90%(wymiany paliwa i konserwacje są rzadkie i krótko trwają)

- w przypadkach nadzwyczajnych są wykorzystywane procesy niezależne od operatora, co pozwala na wykluczenie stopienia rdzenia reaktora lub wydłużenie przebiegu takiej awarii, aby umożliwić skuteczną interwencję człowieka

- następuje zamknięcie reaktora i najistotniejszych układów elektrowni(pierwszy obieg wody, wymienniki ciepła) w odpowiedniej obudowie bezpieczeństwa, do której powinny być ograniczone skutki najpoważniejszej awarii.

Prace w światowych ośrodkach naukowych : nad nowym sposobem wykorzystania energii jądrowej; trudności techniczne w opanowaniu syntezy jądrowej(reakcja przeciwna do reakcji rozszczepienia jąder lekkich; łączenie jąder lekkich w cięższe- proces zachodzący w Słońcu i w innych gwiazdach)w sposób umożliwiający bezpieczne sterowanie reakcją i wykorzystanie jej do produkcji energii elektrycznej, nie rokują nadziei na skonstruowanie przemysłowego reaktora termojądrowego; szereg prac nad udoskonaleniem wykorzystania reakcji rozszczepienia jąder(prace nad tzw. wzmacniaczem energii - jądrowym zestawem pod krytycznym skojarzonym ze źródłem neutronów opartym na wykorzystaniu akceleratora protonów= ta technika umożliwiłaby wykorzystanie jako paliwa jądrowego toru, tańszego i bardziej rozpowszechnionego niż uran oraz transmutację odpadów promieniotwórczych do formy łatwiejszej do składowania, przy jednoczesnym „odzyskaniu” niewykorzystanej w starym paliwie energii)

• prognozy rozwoju energetyki jądrowej zależą od wielu czynników : najważniejsza rola akceptacji społecznej.

• Katastrofa w Czarnobylu - sprawiła,że energetyka jądrowa postrzegana jest jako technologia zagrażająca środowisku naturalnemu(ze względu na różne, zwykle bardzo odległe od prawdy doniesienia o jej skutkach ekologicznych i zdrowotnych)Powinna mieć taki sam wpływ na opinię społeczeństw na temat oddziaływania na środowisko elektrowni jądrowych, jak awarie zapór wodnych na ekologiczną ocenę hydroelektrowni.

• Pomimo wielu zalet energetyki jądrowej(m.in. najwyższy spośród wszystkich technologii elektroenergetycznych wskaźnik tworzenia nowych miejsc wysoko kwalifikowanej pracy) w najbliższych 2-3 dekadach przewiduje się umiarkowany jej wzrost w liczbach bezwzględnych, przy jednoczesnym spadku udziału procentowego w światowej produkcji energii

• niepewność oszacowania, w którą stronę pójdzie rozwój energetyki jądrowej. Świadczą o tym np. Różnice między prognozami energetycznymi zawartymi w dokumentach Światowej Rady Energetycznej z lat 1993 i 2000.

• Energetyka jądrowa w Polsce?(dane z tekstu są nieaktualne, więc sięgnęłam do internetu po już wcześniej przeze mnie opisany Program Polskiej Energetyki Jądrowej :)

---