Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 
 
 
 
 
 
 

ENERGETYKA JĄDROWA 

 

( stan obecny i perspektywy rozwoju ) 

 
 
 

Stanisław Drobniak 

 

INSTYTUT

 

MASZYN

 

CIEPLNYCH 

 
 
 

1. Analiza trendów zużycia energii. 
 
2. Podstawy fizyczne energetyki jądrowej. 
 
3. Przegląd konstrukcji reaktorów jądrowych. 
 
4. Bezpieczeństwo energetyki jądrowej. 
 
5. Składowanie odpadów radioaktywnych. 
 

6. 

Wybrane problemy eksploatacji reaktorów 
jądrowych.

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

1 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Analiza trendów zużycia energii 

 

( próba podsumowania )

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

2 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Czy musimy zajmować się problemami energii i jej 

dostępności ? 

 

-  czy istnieje związek między ilością zużywanej energii a 

poziomem zużycia ? 

 

⇐  vide 1973 r. ( energia elektryczna ) 

 

Jakiego rodzaju maszyną energetyczną jest człowiek ? 

 

-  100 W w pracy ciągłej ( niektóre szacunki 

→

 30 W ) 

 

-  30 W mocy cieplnej 

 
 

Jaką ilość energii wytworzyć może człowiek w ciągu roku ? 

 

52 (tygodnie)  

×

  5 (ilość dni roboczych)  

×

  8 (godzin)  

×

  

100 W  

≅

 

≅  200 kWh 

 
 

Produkcja energii elektrycznej w Polsce  ~  3500 kWh/ca 

 

                        szacunki max  -  17 mechanicznych robotów 
                                   średnie  -  60 mechanicznych robotów

 

Na 

Jednego 

Obywatela 

R.P. 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

3 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 
 
 

Rok 1973 

 
 
 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

3

4

5

TR

MEX CP

AR

VN

ML

CL YU ZA

LEIR

E

I

IL

F

NL

J

A

6B

SF

ISL

B

DK

D

CH

L

S

CN

USA

x 10

3

 S

ca

x 10

3

kWh

ca

       rozwoj

energooszczedny

      rozwoj
energochlonny

 

 

czy istnieje korelacja  -  tak !!! (choć niejednoznaczna) 

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

4 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Obserwowany w historii sposób zaspokajania potrzeb 
energetycznych: 

 

                 niewolnictwo 
                         

↓

 

               praca zwierząt 
                         

↓

 

            praca wiatru, wody 
                        

↓

 

        praca z energii spalania 
 

dowód: 

 

1 J.E. = 10

15

 kWh = 1 mln TWh 

 

dostępne dane historyczne: 
 

       

zużycie

                    do 1860                 1,5 

÷

 2 J.E. 

       

energii 

                1860 

÷

 1947                    1,2 J.E. 

    

pierwotnej

                 obecnie             0,2 

÷

 0,3 J.E./a 

 

tendencja ogólna: 

-  podwajanie ilości 

    zużywanej energii 

                                          co 10 lat 

 

tzn. 

-  roczna stopa wzrostu – 7 %

 

Dotychczasowy trend: 
-  wzrost ilości 

zużytkowanej 

    energii 

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

5 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Prognoza Klubu Rzymskiego (1968) 

 
 

Podstawowe założenia: 

 

           - przyrost zużycia energii o 7% rocznie (trudny do  
             podważenia – obserwowany przez wiele stuleci 

 

          - gwałtowny przyrost liczby ludności 

 

2

4

6

1800

1900

2000

prognoza z 1968 r.

prognoza z 1955

mld

 

 

          - zasoby energetyczne świata: 

             

 

              - węgiel kamienny                    38 

÷

 75 J.E. 

 

              - ropa naftowa                                 2,5 J.E. 

 

              - gaz ziemny                                       1 J.E. 

 

              - energia odnawialna                     0,2 J.E. / a 

 

              - uran                                             120 J.E. 

 

              - reaktory powielające                + 360 J.E.

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

6 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Wnioski:

 

 

-  przy zamrożeniu zużycia energii na poziomie 1968 : 

500 

÷

 600 lat 

 

-  przy wzroście 7% (bez reaktorów powielających) 

~ 2035 

÷

 2040 (wyczerpanie zasobów) 

 

-  przy wzroście 7% i powszechnym stosowaniu reaktorów 

powielających: 

~ 2060 

 

-  wniosek: 
 

niemożliwe utrzymanie 7% trendu 

wzrostu 

↓ 

pojawienie się barier rozwoju

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

7 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 
 

Zidentyfikowane przez Klub Rzymski bariery wzrostu: 

 

                              - bariera wydobycia 
 
                              - bariera transportu 
                               
                              - bariera atmosferyczna 
                               
                              - bariera wodna 
 
                                

bariera ekologiczna 

 
 

Ostateczna prognoza Klubu Rzymskiego: 

 

-  obecne zasoby wystarczą do 

 

2100 

÷

 2120 

 

(uwzględniając 

ograniczenia wzrostu

) 

 
 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

8 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Jaka jest wartość takich prognoz? 

 

    - przykłady negatywne  

→

  prognoza paryska (1860) 

    

 

    - przykład bardziej pozytywny: 

 

Prognoza PAN z roku 1957 

 

Założone tempo wzrostu zużycia energii elektrycznej w 
Polsce 

 

- 10%     - wariant minimalny 

 

- 12%     - wariant optymalny 
 
Przesłanka generalna: 

 

-   świat     - 7% 

 

-  Polska wykazuje zapóźnienie w stosunku do innych 

krajów w poziomie zużycia energii elektrycznej stąd: 

wzrost o 10% rocznie  -  

to tempo minimalne 

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

9 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

prognoza z 1985 r.

144,5

prognoza

12% z 1957

prognoza

10% z 1957

mln TWh

30

70

110

150

1950

1960

1970

1980

1990

rzeczywistosc

 

                prognoza       1957       wykonanie  błąd prognozy 
                   12%            10%                                    % 
  1960         

31,2            28,5              28                 -  1,7 

  

1965

         55               45,8              45                 -  1,7 

  1970

         97               74                 73                 -  1,3 

  1972

       122               94                 85                 -  9,5 

  1975

       170             119                 98                 - 17,6 

  1980

                                              125 

  1985

                                             139 

  1989

                                             144,5 

 
    - prognoza 10%   - bardzo dokładna przez 15 lat 
    - odchodzenie od prognozy od roku 1972 
    - w ostatnich latach ciągła korekta w dół (nawet dla  
      najnowszych prognoz 

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

10 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 
Przyczyna załamania prognozy w roku 1972: 

-  gwałtowny wzrost eksportu 
 
Przyczyna późniejszego załamania prognozy: 
-  bariera wydobycia 
     -  przyrost głębokości wydobycia 15 m/a (konieczność  
        stosowania materiału i energochłonnych technik 
        górniczych) 
    -  szkody górnicze (eksploatacja systemu „na zawał’ – 
        zapadliska do 35 m) 
    -  zasolenie wód kopalnianych (do 2000 t soli/dobę) 
 
Wniosek: 
           
       Prognozy (w tym ilościowe) poprawne jeżeli prawidłowo
       zidentyfikowane są trendy jakościowe 
 
Przykłady błędnej identyfikacji trendów rozwoju: 

 

-  prognoza paryska 
-  ekstrapolacja energochłonnego sposobu rozwoju świata 

(I kryzys energetyczny 1972-1974) 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

11 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 
 

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

12 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Największa (bo aktualna) wartość prognozy Klubu 

Rzymskiego 

 

⇓ 

 

uwagi uzupełniające 

 

I

    - ograniczoność pojemności ekologicznej i zasobów  

        naturalnych 
 

II

   - utrzymanie obecnych trendów grozi zachwianiem  

        równowagi ekologicznej 
 

III

 - kraje rozwijające się nie mogą osiągnąć poziomu życia 

        krajów rozwiniętych 
 

⇓ 

 

groźba konfliktów społecznych 

i politycznych 

 

Uwaga: 
 
       Wniosek III oparty na założeniu, że rozwój może  
       opierać się jedynie na ciągłym wzroście zużycia energii 

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

13 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Ad. III 

Zmiana jakościowa w podejściu do kwestii energetycznej w 

latach ’80: 

 

XII World Energy Conference (Delhi 1983) 

 

przyjęty przedział czasowy: 

 

zużycie energii

       1980             2000             2020 

 

wariant I                     

×

 2,6 

(5%)

      

×

 2,6 

(5%)

 

 

wariant II                    

×

 2 

(3,5%)

      

×

 2 

(3,5%) 

 

XIII World Energy Conference (Cannes 1986) 

 

warianty                1980                 2040                   2060  

 

wariant I           10,7 mld t.p.u.       28                      47,7 

 

                                      (1,6%)                  (2,6%) 

wariant II         10,7 mld t.p.u.       21,6                   29,5 

 

                                     (1,2%)                   (1,5%) 

wariant III       10,7 mld t.p.u.       10,7                   10,7 

 

                                      (0%)                       (0%) 
 

Zmniejszenie przyrostów zużycia energii – nowe zjawisko w 

energetyce 

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

14 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

15 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 
 
 
 
 
 
 
 

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

16 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 
 
 

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

17 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Prognoza energetyczna dla Polski: 

-  zmiana nośników energii 
        - przyrost zużycia gazu i ropy 
        - stagnacja zużycia energii z węgla kamiennego 
        - nieobecność energetyki jądrowej 
 

Scenariusze zużycia energii pierwotnej 

(milionów ton paliwa umownego) 

 

                                                 Niski                                        Wysoki 

 

                            1990             2000              2010         2000             2010 

 

Razem           143,7

(1,2%)  

163,2

(0,8%)     

 177,2     181,8

(1,4%)

    209,7 

Węgiel kam.        87,9             92,7               92,1          107,8           115.3 
Węgiel brun.       19,2             17,5               17,5            17,5             17,5 
Gaz ziemny         12,7             17,9               23,2            21,9             28,6 
Paliwa płynne     22,0             30,3              35,8            29,3             37,8 
Energia atom.      0,0                0,0                0,0             0,0               0,0 
Inne                      1,9               4,9                8,6             5,1               9,6 
 

 

Wniosek najważniejszy: 

 

Potwierdzenie niemożności utrzymania  

dotychczasowego tempa zużycia energii

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

18 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Rezerwy w sprawności przemian energetycznych (czynnik 

przemawiający za ograniczeniem wzrostu tempa zużycia 

energii) 

 

                          

η

 =  

 
          1,0            

duży generator 

                           duży kocioł parowy 
          

0,9

            duży silnik elektryczny 

 

          0,8

            kotłownia c.o. gaz ziemny 

                           akumulator samochodowy 

          0,7 
 
          0,6

            mały silnik elektryczny 

                           

kotłownia c.o. węgiel kamienny 

          0,5            

piec węglowy 

   
          0,4            

najwyższa sprawność elektrowni 

                           

silnik wysokoprężny 

          0,3            

średnia sprawność elektrowni w Polsce 

                           

silnik benzynowy 

          0,2            

świetlówka 

 
          0,1 

                            lokomotywa parowa 
                           żarówka 

 

Wniosek: 
       rezerwy nieznaczne, stąd konieczność innego spojrzenia
       na procesy generacji energii 

energia wykorzystana 
energia dostarczona 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

19 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Ad. I, II  (ekologiczne bariery rozwoju) 
Ilustracja istnienia barier ekologicznych na przykładzie 
Polski 

-  bariera wodna 
 
  1 kWh energii elektrycznej  -  2 kWh energii cieplnej 
                                                odprowadzanej do środowiska 
                                                   ( chłodzenie kondensatora) 

 

przyrost temperatury wody w kondensatorze 

8 

÷

 10 

o

C 

⇓ 

1 kWh energii elektrycznej - 0,17 m

3

 wody podgrzanej 

                                                               o 10

o

C 

 

Konsekwencje: 

 

(dla Polski, rok 1989, max. produkcja energii elektrycznej)

 
W roku 1989 produkcja energii elektrycznej: 144 TWh 

144 

⋅

 10

9

 kWh 

≡

 25 mld m

3

 wody podgrzanej o 10 

o

C 

 

Średnioroczny odpływ wód powierzchniowych z terytorium 

Polski – 58 mld m

3

 

 

Podwojenie produkcji                   cała woda do 

energii elektrycznej                   kondensatorów !!! 

 

⇒

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

20 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 
Rzeczywistość (1989): 

 

-  roczny pobór wody na cele przemysłowe – 16 mld m

3

 

       

 

       - w tym energetyka – 9 mld m

3

 (stosowanie obiegów  

         zamkniętych zmniejsza ilość wody potrzebnej do  
         chłodzenia) 

 

Ad. I,II 

 

-  bariera atmosferyczna 
 

palenisko kotłowe  -  temperatura 1370

o

 

÷

 1650

o

C 

 

⇓ 

 

S + O

2

   

→

   H

2

SO

3

   

→

 H

2

SO

4

 

 

N + O

2

   

→

   NO

x

  (powyżej 1090

o

C) 

 

Zawartość siarki w węglach energetycznych: 

 

1,7 

÷

 3,5% 

 

skutek: 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

21 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Obowiązujące w Polsce normy dotyczące zawartości 
zanieczyszczeń powietrza 

 

                                                     mg/m

3

a 

 

             Obszar specjalnie       SO

2

  -  0,011 

                   Chroniony            NO

x

  -  0,0079 

 

             Obszar chroniony       SO

2

  -  0,064 (0.032) 

                                                 NO

x

  -  0,032 (0,022) 

 

(     )  - normy europejskie 

 

Rzeczywistość: 

 

-  50% powierzchni kraju  >  0,02 mg/m

3

a 

-  GOP, Kraków . . . . . . . . >  0,1 mg/m

3

a 

0,02 mg/m

3

a SO

2

  -  granica szkodliwości dla lasów  

                                 iglastych 
0,06 mg/m

3

a SO

2

  - granica szkodliwości dla człowieka !!! 

 

Czynnik pomijany w Polsce: 
-  zawartość CO

2

  (gazu cieplarnianego) 

 

Polska nie ratyfikowała konwencji o redukcji emisji gazów 
cieplarnianych. 

 

Konwencjonalna energetyka wykorzystuje proces spalania 

–  emisja CO

2

 jest niemożliwa do uniknięcia. 

 

Sposoby redukcji emisji: 

NO

x

  -  katalizatory (transport) 

SO

2

  -  odsiarczanie (w Polsce redukcja emisji SO

2

 o 30% 

            w ostatnich latach) 
CO

2

  -  niemożliwa neutralizacja ! 

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

22 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Ad. I,III 

 

-  bariera odpadów 
 
punkt wyjścia: 
-  zawartość popiołu w węglach energetycznych dochodzi do 

30% 

 
Roczna produkcja odpadów z przemysłu energetycznego w 
Polsce: 

Popioły   ~   19 mln t 

Żużle   ~   3,5 mln t 

 

-  średni stopień wykorzystania odpadów w Polsce 

~ 15% (stosunkowo wysoki w porównaniu z innymi 

krajami) 

 

dodatkowo: 
 
-  jeżeli wprowadzi się mokrą metodę odsiarczania wówczas:

np. elektrownia Połaniec 6 

×

 200 MW 

 

-  40 tys. t/dobę pulpy gipsowej 

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

23 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Światowe zasoby paliw 

 

Kategorie zasobów: 

 

-  zasoby geologiczne – możliwe do wydobycia w dalszej 

przyszłości 

-  rezerwy – zasoby nadające się do ekonomicznej 

eksploatacji 

 
 

Węgiel kamienny

 

 

                 Zasoby geologiczne   ~ 7700 mld t.p.u 
                 Rezerwy                     ~ 480 mld t.p.u 
                 Wydobycie                 ~ 3 mld t/a 
 
 

Węgiel brunatny 

 

                 Zasoby geologiczne   ~ 2400 mld t.p.u 
                 Rezerwy                     ~ 140 mld t.p.u 
                 Wydobycie                 ~ 1 mld t/a 
 
 

Ropa naftowa

 

 

                 Rezerwy                     ~ 95 mld t 
                 Wydobycie                 ~ 3 mld t/a 

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

24 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Gaz ziemny

 

 

                            Rezerwy              ~ 90 bln m

3

 

                            Wydobycie          ~ 1,5 

÷

 2 bln m

3

 

 
 

Energia wód

 

 

                           Zasoby                ~ 20000 TWh/at 
                          Rezerwy               ~ 10000 TWh/a 

 

                              1 t.p.u               ~ 8100 kWh 

 

                          Rezerwy               ~ 1,2 mld t.p.u/a 
 
 

Materiały rozszczepialne

 

 

                        Rezerwy - Uran     ~ 300 mld t.p.u 

                       (jeżeli powielenie paliwa   

⇒

   

×

 3) 

                        Rezerwy U             ~ 4  mln t 
                        Produkcja U          ~ 45 tys. t/a 

 

Część I  -  ENERGETYKA  
                 JĄDROWA 

25 

ENERGETYKA 

I 

EKOLOGIA 

Rozdział 1  -  Analiza trendów zużycia  
                      energii 

 

Próba podsumowania: 
 

Węgiel kamienny, brunatny

 

 

-  bezpieczne rezerwy  
-  emisja SO

2

, NO

x

, CO

2

 

-  bariera odpadów 

 

Ropa naftowa, gaz

 

 

-  ograniczone rezerwy 
-  emisja CO

2

 

-  niewielka emisja SO

2

, NO

x

 

-  brak odpadów 

 

Energetyka wodna, wiatrowa, słoneczna

 

 

-  bardzo małe rezerwy energetyczne 
-  bariera kosztów 
-  brak odpadów i emisji 

 

Energetyka jądrowa

 

 

-  bezpieczne rezerwy 
-  brak emisji i odpadów (w liczącej się skali) 
-  dojrzałość technologiczna 
-  negatywna percepcja społeczna (syndromy: Hiroszima, 

NIMBY) 

-  koszty wyższe niż w energetyce konwencjonalnej (przy 

zapewnieniu należytego poziomu bezpieczeństwa) 

 

Co dalej ?