Marcin Minkiewicz PiUEE
Elektrownie atomowe a konwencjonalne.
ELEKTROENERGETYKA W POLSCE
Produkcja energii elektrycznej w Polsce jest na żenująco niskim poziomie. W 1993 roku wynosiła 3480 kWh na jednego mieszkańca, co plasuje nas niemal na końcu listy krajów naszego kontynentu. Z europejskich członków OECD gorsi są od nas pod tym względem tylko Grecy i Portugalczycy, ale tłumaczy ich inna strefa klimatyczna. Mniej od nas energii elektrycznej mają również mieszkańcy Chorwacji, Mołdawii, Rumunii i Węgier. Dla porównania warto podać, że produkcja energii elektrycznej na jednego mieszkańca w 1993 roku wyniosła w Niemczech 6670, we Francji 8060, w USA 11 170, w Kanadzie 18 320, a w Norwegii 27 430 kWh.
Moc zainstalowana w elektrowniach zawodowych w Polsce wynosiła w grudniu 1994 roku 29 980 MW(e), w tym moc elektrowni węglowych 93.3%, a wodnych zaledwie 6.7%. Oparcie produkcji energii elektrycznej na spalaniu węgla i olbrzymi jego udział w energii finalnej powoduje, że Polska jest jednym z najbardziej zanieczyszczonych krajów świata. Emisja 4300 tys. ton SO2 w 1987 roku sytuowała nas na drugim po ZSRR miejscu na liście krajów europejskich. Obecnie zmalała do 2650 tys. ton, ale przyczyną tego jest recesja gospodarcza, a nie budowa instalacji oczyszczających gazy odlotowe. Jeżeli nie chcemy zostać jednym z najbardziej zacofanych i zanieczyszczonych krajów Europy, to węgiel jako postać energii finalnej musi być zastąpiony przez inne jej formy.
Do 2010 roku zużycie energii elektrycznej w Polsce powinno wzrosnąć co najmniej dwukrotnie, czyli przynajmniej do 7000 kWh rocznie na jednego mieszkańca. Nawet gdyby udało się to osiągnąć, to i tak będziemy w ogonie rozwiniętych krajów europejskich, których mieszkańcy będą wtedy zużywać średnio 1.5 raza więcej.
Jeżeli przyjmiemy, że do tego czasu trzeba podwoić zaopatrzenie kraju w energię elektryczną, to moc zainstalowana w polskich elektrowniach powinna wzrosnąć o 30 000 MW(e). Należy przy tym wziąć pod uwagę smutny fakt, że znaczna część naszych elektrowni węglowych pilnie wymaga kapitalnych remontów.
Już w najbliższych latach musimy wobec tego rozpocząć budowę nowych elektrowni, aby do 2010 roku osiągnąć zainstalowaną moc 60 000 MW(e). Jakie elektrownie budować? Jeśli pominiemy niepoważne projekty oparcia polskiej elektroenergetyki na bateriach słonecznych, wiatrakach lub spalaniu słomy i jeśli uwzględnimy fakt, że niestety nasze nizinne rzeki nie mogą stanowić znaczącego źródła energii elektrycznej, to jesteśmy skazani na elektrownie cieplne i trzy rodzaje paliw: węgiel, gaz ziemny i paliwo jądrowe.
STAN POLSKIEJ ENERGETYKI
Ponad 37% energii dostarczanej do odbiorców stanowi węgiel. To znaczy, że oprócz węgla spalanego jako paliwo pierwotne w elektrowniach i elektrociepłowniach zawodowych (gdzie przy wysokich nakładach finansowych można ograniczyć emisję pyłów, SO2 i NOx, ale nie CO2), olbrzymie jego ilości są zużywane w różnych gałęziach przemysłu, spalane w ponad milionie małych rozproszonych kotłowni i w 15 milionach indywidualnych pieców i kuchni węglowych. W 1994 roku w przemyśle paliwowo-energetycznym redukcja emisji szkodliwych gazów wyniosła zaledwie 2.9%, a globalna redukcja w przemyśle nie przekroczyła 26%. W przypadku rozproszonych kotłowni i indywidualnych palenisk praktycznie nie sposób ograniczyć tej emisji. Tymczasem źródła te są odpowiedzialne za emisję 25% SO2. Zwróćmy uwagę, że w krajach europejskich OECD węgiel stanowi tylko 8.7% energii finalnej i jego udział stale maleje.
WĘGIEL
Polska leży na węglu, to nasze "czarne złoto", jednak koszt jego wydobycia rośnie. Musimy eksploatować coraz głębsze pokłady ze wszystkimi tego konsekwencjami dla życia ludzkiego oraz środowiska naturalnego. Spalaniu węgla towarzyszy emisja pyłów i szkodliwych gazów. W przypadku braku urządzeń oczyszczających spalenie 1 mln ton węgla kamiennego średniej jakości powoduje emisję około 20 000 t pyłów, 35 000 t SO2, 6000 t NOx, a także 2 mln ton CO2, którego nie potrafimy się pozbyć. Poza tym na wysypiska trafia około 300 000 ton popiołów. W Polsce w 1994 roku spaliliśmy 108 mln ton węgla kamiennego, w tym 32 mln ton w piecach domowych oraz lokalnych kotłowniach; ponadto 66 mln ton węgla brunatnego, który jest źródłem kilkakrotnie większej ilości popiołów niż węgiel kamienny.
Największym zagrożeniem środowiska jest emisja dwutlenku siarki i tlenków azotu powodująca kwaśne deszcze, które niszczą życie w akwenach, dewastują olbrzymie obszary lasów i powodują korozję konstrukcji metalowych i niszczenie budynków. Roczne straty z tego powodu w Europie sięgają wielu miliardów dolarów. Nie do oszacowania są ogromne straty spuścizny kulturalnej - zniszczone pomniki, rzeźby i budowle, w szczególności z piaskowca oraz marmuru. A jak wycenić straty na zdrowiu?
Wydobycie 3 mln ton węgla spalanych rocznie w elektrowni o mocy 1000 MW(e) powoduje średnio śmierć 3 górników pod ziemią, a podczas jego transportu również zdarzają się wypadki śmiertelne. Można powiedzieć, że jest to ryzyko zawodowe. Ile jednak osób umiera rocznie z powodu zanieczyszczenia środowiska produktami spalania węgla? Według danych zebranych w różnych krajach szacuje się, że typowa elektrownia węglowa o mocy 1000 MW(e) powoduje przedwczesną śmierć 100-500 osób rocznie. Liczba zgonów zależy od wielu czynników, takich jak jakość spalanego węgla, stopień oczyszczania spalin, gęstość zaludnienia w pobliżu elektrowni i warunki meteorologiczne. Największe masowe zatrucia spalinami wydarzyły się w Dolinie Mozy (Belgia, 1952 r.), w Donora (Pensylwania, 1948 r.), w Londynie (1952 r.) oraz w Nowym Jorku (lata 1953, 1963, 1966). W Londynie w grudniu 1952 roku z powodu szczególnie niekorzystnych warunków meteorologicznych (inwersja temperatury), w ciągu kilku dni zmarło 3900 osób.
PALIWO JĄDROWE
Paliwo jądrowe w postaci wzbogaconego uranu jest tanie i można je sprowadzać z kilkunastu źródeł na świecie. Energetyka jądrowa jest proekologiczna, gdyż nie wytwarza pyłów ani szkodliwych dla środowiska gazów, a drobne ilości substancji radioaktywnych uwalniane w czasie pracy reaktora są zaniedbywalnie małe w porównaniu z ilościami naturalnych pierwiastków promieniotwórczych rozsianych w naszym otoczeniu. Budowa elektrowni jądrowych to stosunkowo kosztowna inwestycja i trwa długo, a inwestor musi się liczyć z ryzykiem, że opór społeczeństwa może spowodować wstrzymanie budowy, a nawet rezygnację z wykorzystania gotowego obiektu.
Społeczna akceptacja to najważniejszy problem energetyki jądrowej. Wiążą się z nim dodatkowe koszty i przedłużająca się budowa elektrowni, co tym samym jeszcze bardziej je zwiększa. W krajach takich jak Francja, gdzie energetyka jądrowa jest powszechnie akceptowana, elektrownie jądrowe budowane są szybko, co sprawia, że wygrywają bez trudu konkurencję z elektrowniami innych typów.
Dziś energetyka jądrowa pokrywa 5.5% światowego zapotrzebowania na energię, a 17% na energię elektryczną. W 31 krajach świata pracują 432 reaktory energetyczne o łącznej mocy 340 343 MW(e). W budowie jest 48 reaktorów o mocy 38 900 MW(e). Najwięcej reaktorów energetycznych pracuje w USA - 109 o mocy 99 GW(e). Na drugim miejscu jest Francja z 56 reaktorami o łącznej mocy 58.6 GW(e). Najwięcej nowych elektrowni jądrowych budują obecnie "tygrysy" gospodarcze Dalekiego Wschodu: Korea Południowa oraz Japonia.
Najbardziej rozpowszechnionymi reaktorami energetycznymi są reaktory typu PWR (Pressurized Water Reactor), w których woda pod ciśnieniem spełnia rolę moderatora neutronów i chłodziwa w obiegu pierwotnym. Zaprojektowane w ZSRR reaktory WWER (Wodno-Wodiannoj Energeticzeskij Reaktor), które miały być zainstalowane w Żarnowcu, są reaktorami tego typu. Ich parametry są bardzo zbliżone do reaktorów we Francji i w USA. Różnica polega na tym, że zachodnie reaktory PWR mają hermetyczną obudowę bezpieczeństwa, najczęściej w postaci charakterystycznej kopuły lub cylindra. W nowszych reaktorach WWER jako system przeciwawaryjny stosuje się wieżę likwidacji nadciśnienia. Oprócz reaktorów PWR, których udział w energetyce świata stanowi 60%, drugim najbardziej rozpowszechnionym typem reaktorów energetycznych są reaktory BWR (Boiling Water Reactor). Ich udział wynosi 24%.
Nasze środki masowego przekazu, a także liczni działacze ekologiczni, mylą reaktory wodne ciśnieniowe WWER z również zaprojektowanymi w byłym ZSRR grafitowymi reaktorami RBMK (Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj - reaktor kanałowy wielkiej mocy), które, jak wykazała katastrofa w Czarnobylu w 1986 roku, są reaktorami niebezpiecznymi. Reaktory tego typu nie były instalowane nigdzie poza byłym ZSRR, gdyż nie spełniają warunków bezpieczeństwa wymaganych w innych krajach.
ENERGETYKA I BROŃ JĄDROWA
Bomby atomowe, które zniszczyły Hiroszimę i Nagasaki, próbne wybuchy bomb atomowych i wodorowych oraz poligony jądrowe są przez ludzi kojarzone z energetyką jądrową. Bardzo trudno jest to wykorzenić. Po pierwsze, ludzie nie zdają sobie sprawy z różnicy między paliwem jądrowym reaktorów energetycznych, którego wzbogacenie w rozszczepialny uran 235 jest rzędu kilku procent, a materiałem bomb jądrowych, gdzie to wzbogacenie wynosi powyżej 90%. W związku z tym paliwo reaktora nie może wybuchnąć jak bomba. Po drugie, za promieniotwórcze skażenia środowiska wywołane próbnymi wybuchami jądrowymi lub towarzyszące wydobywaniu plutonu z paliwa reaktorów wojskowych odpowiedzialne są militarne zastosowania energii jądrowej, które z energetyką cywilną mają tylko tyle wspólnego, że wykorzystują ten sam fizyczny proces rozszczepienia uranu lub plutonu. Można powiedzieć, że całe zło przypisywane energetyce jądrowej wiąże się z bronią jądrową.
Należy również zdawać sobie sprawę z tego, że reaktory RBMK, a więc typu czarnobylskiego, w początkowym zamyśle były reaktorami do produkcji plutonu militarnego, choć nigdy do tego celu nie były wykorzystywane. Ich cechą jest możliwość ciągłej wymiany prętów paliwowych, co pozwala optymalizować stopień ich wypalenia tak, żeby uzyskać pluton najlepiej nadający się do produkcji broni jądrowej.
W świetle tych faktów przypisywanie energetyce jądrowej wszelkiego zła, będącego skutkiem wojskowych zastosowań jest zwykłym nadużyciem. To tak, jakby ktoś domagał się całkowitej likwidacji przemysłu chemicznego na świecie, motywując to produkcją m.in. materiałów wybuchowych i trujących substancji.
ZANIECZYSZCZENIE ŚRODOWISKA NATURALNEGO
Choć stosowane są wszelkie środki ostrożności, to jednak z elektrowni jądrowych przedostaje się do atmosfery i wody pewna ilość materiałów promieniotwórczych. Znikoma część ich promieniowania jest wchłaniana przez człowieka, a dawka, którą z tego powodu otrzymuje ludność wynosi średnio 0,0005 milisieverta (mSv) rocznie. Jest to niewiele w porównaniu z dawką 2 mSv, którą człowiek wchłania rocznie z naturalnych źródeł promieniowania, np. promieni kosmicznych. Porównywalnie duża jest dawka, jaką otrzymujemy średnio rocznie podczas badań rentgenowskich (ok. 0,5 - 1 mSv). Nieco mniej korzystnie wygląda sprawa u pracowników elektrowni jądrowych. Oni wchłaniają dawkę, wynoszącą średnio 4,4 mSv rocznie. W bezpośrednim sąsiedztwie zakładów atomowych może też wzrosnąć średni roczny poziom dawki do ok. 0,02 mSv, co stanowi zaledwie jeden procent tego, co człowiek i tak wchłania. Podane tu wartości zmieniają się od pomiaru do pomiaru, niemniej leżą zawsze daleko poniżej wartości dawki szkodliwej dla zdrowia. Z drugiej strony elektrownie jądrowe odciążają także środowisko naturalne. Obecnie prawie co trzecia kilowatogodzina energii elektrycznej w Niemczech pochodzi z elektrowni jądrowej. Tym samym do tej pory zaoszczędzono środowisku naturalnemu - szacując- ok. 2,7 milionów dwutlenku siarki, 1,4 miliona ton tlenków azotu i 300 000 ton pyłu, które to zanieczyszczenia, istotnie przyczyniające się do obumierania lasów, wyemitowałyby elektrownie opalane kopalinami.
PODSUMOWANIE
Elektrownie jądrowe w normalnych warunkach nie szkodzą środowisku i zużywają takie materiały, jak uran i pluton, nieprzydatne do innych celów. Ponadto uzyskujemy ze względnie małych ilości uranu bardzo duże ilości energii. Można więc bez nadmiernych kosztów składowania zgromadzić zapasy paliwa jądrowego na wiele lat. Podsumowując, możemy powiedzieć, że znacznym korzyściom współczesnych form uzyskiwania energii jądrowej jest przeciwstawiana możliwość olbrzymich promieniotwórczych skażeń. Prawdopodobieństwo zaistnienia takich nieszczęśliwych wypadków będzie znikome, gdy wszystkie państwa dostosują się do niemieckich standardów bezpieczeństwa, do czego po sygnale ostrzegawczym z Czarnobyla bezwzględnie należy dążyć. Dalsze spalanie paliw kopalnych doprowadzi ostatecznie do wielkich szkód w środowisku naturalnym. Dlatego ropa naftowa, jak i węgiel, ale również uran i pluton powinny w przyszłym stuleciu ustąpić miejsca nieszkodliwym dla środowiska technikom uzyskiwania energii. Dla ich rozwoju musimy poświęcić wszystkie nasze siły.
