Fukushima niekończąca się opowieść

Transkrypt

1 Fukushima niekończąca się opowieść Prof. Jacek Malko Politechnika Wrocławska Wśród licznych publikacji, raportów i komentarzy wywołanych awarią w Fukushimie na uwagę zasługują monotematyczne edycje czasopism dwóch międzynarodowych organizacji: Instytutu Elektryków i Elektroników (IEEE), Spectrum, Vol. 48, Nr 11, Nov 2011 [1] oraz Międzynarodowego Stowarzyszenia na rzecz Ekonomiki w Energetyce (IAEE), Energy Forum, Vol. 20, Fourth Quarter 2011 [2] Wybrane aspekty energetyki jądrowej, publikowane we wspomnianym periodyku IEEE, były już prezentowane w Polsce. Niniejszy artykuł stanowi obszerne omówienie kwartalnika Energy Forum (ostatni numer z 2011 r.), wydawanego przez IAEE. Sama instytucja zachęca zresztą do propagowania czasopisma, informując o odstąpieniu od egzekwowania praw autorskich. 1 Przywołane wydanie zawiera następujące warte zrelacjonowania artykuły: Organizacje w warunkach zmieniającej się niepewności analiza katastrofy w Fukushimie [3], Rozwój wiedzy i społeczeństwa skutki dla Japonii po Fukushimie [4], Wpływ Fukushimy na debatę o niemieckiej polityce energetycznej [5], Rola generacji energii elektrycznej w technologiach jądrowych dla społeczeństwa niskowęglowego. Wpływ przypadku w Fukushimie na Japonię [6], Polityka energetyki zrównoważonej w Japonii po Fukushimie [7], Plan B Japonia rewiduje swoją nuklearną przyszłość [8], Wpływ incydentu w Fukushimie na przyszłość energetyki jądrowej [9], Wyzwanie Fukushimy czy ekonomika niskowęglowa jest celem realistycznym bez energetyki jądrowej? Realia hiszpańskie [10], Cherno-shima tj. Włochy i energetyka jądrowa: referendum po każdym incydencie [11]. Nota od wydawcy podsumowuje numer, poszukuje odpowiedzi na pytania i kontrowersje wokół programu energetyki jądrowej, budzącego tak żywe reakcje opinii publicznej [12]. Niniejszy artykuł stanowi prezentację wybranych (z powodu ograniczeń objętościowych EWiR ), reprezentatywnych artykułów z tego ciekawego zbioru. Oddają one zróżnicowane aspekty energetyki jądrowej, obecne priorytety sektora, jego zależność od specyfiki poszczególnych krajów, geopolityki i punkty widzenia autorów. 1 The IAEE Energy Forum is not copyrighted and may be reproduced in whole or in part with full credit given to the IAEE 110

2 Analiza katastrofy w Fukushimie modele decyzyjne [3] Geoffrey Rothwell z Wydziału Ekonomiki Uniwersytetu Stanford (USA) przedstawił [3] wyniki prac prowadzonych przy wsparciu Instytutu Narodowej Polityki Energetycznej (NEPI), które koncentrują się na dostosowaniach strukturalnych organizacji z wykorzystaniem zarządzania przepływem informacji do ekstremalizacji funkcji celu w warunkach wzrastającej niepewności. W zasadzie można wyróżnić trzy wzorce struktury informacyjnej: model top down (odgórny) ze sterowaniem hierarchicznym ( model H ), model ciągłych negocjacji z koordynacją poziomą ( model J ), model oparty na regułach z samoorganizacją niezależnych modułów z określonymi funkcjami i operującymi zgodnie z otwartymi ustalonymi regułami ( model M ). Opcje te były stosowane do zarządzania historycznymi katastrofami jądrowymi: w Three Mile Island (1979) obowiązywał model J, w Czarnobylu (1986) model H, zaś reakcja premiera Japonii w marcu 2011 była zaproszeniem do ciągłych negocjacji według modelu J. Model hierarchiczny ( H ) odpowiada strukturze, w której każdy uczestnik realizuje specyficzne zadania i jest odpowiednio przeszkolony. Zaletą tego podejścia jest to, że kierujący akcją zna techniczne możliwości firmy i profile wyszkolenia personelu, wadami zaś opóźnienia i błędy transmisji danych. Model ciągłych negocjacji ( J ) polega na pełnej odpowiedzialności za całokształt działań, przypisanej całemu zespołowi. Personel jest rotacyjnie delegowany do kolejnych zadań i uzyskuje szeroką wiedzę o procesie. Powstające problemy są rozwiązywane z użyciem własnych zasobów. Model M stanowi zbiór współpracujących modułów z metastrukturą otwierania i procesów decyzyjnych, opartych na jasnych regułach działania. Idealnym przykładem tego modelu jest Dolina Krzemowa w Kalifornii. Jednak ten model można także zastosować do organizacji elektrowni jądrowej, np. wykorzystującej małe reaktory modułowe. Artykuł [3] koncentruje się na efektywności modelu negocjacyjnego w warunkach rosnącej niepewności i wprowadzania rynku energii elektrycznej. Względne zalety modelu J wynikają z takich czynników, jak zdolność personelu do kształcenia ustawicznego, sprawność komunikowania się różnych jednostek operacyjnych i stopień efektywności ekonomicznej specjalizacji, będący efektem różnorodności i zmienności warunków rynkowych. Gdy środowiska planistyczne (np. rynek, technologie, zdolność do rozwoju) są stabilne, szkolenie na poziomie operacyjnym może nie dodawać wartości informacyjnej do dotychczasowego trybu planowania, a ograniczenie ekonomiki na rzecz sprawności specjalizacji w działaniach operacyjnych nie musi być warte zachodu. Gdy zaś otoczenie staje się ekstremalnie zmienne lub niepewne, zdecentralizowana adaptacja do zmian środowiskowych może prowadzić do wysoce niestabilnych wyników. W tych dwóch konkurencyjnych względem siebie przypadkach to właśnie model H może wykazać wyższość w osiąganiu celów operacyjnych. Jednak w sytuacjach pośrednich, gdy otoczenie wewnętrzne podlega zmianom ciągłym, lecz niezbyt drastycznym, to model J zyskuje cechy optymalności. W tym przypadku wartość informacji kreowanych przez proces uczenia i koordynację horyzontalną na poziomie operacyjnym może co najmniej skompensować zmniejszenie efektywności na skutek poświęcenia specjalizacji operacyjnej [3]. W odróżnieniu od normalnych warunków eksploatacyjnych stany awaryjne elektrowni jądrowej mogą być skrajnie zmienne lub niepewne, co skłania do nadania priorytetu modelowi H. Dane o eksploatacji i awaryjności 49 elektrowni jądrowych (w większości amerykańskich) w latach potwierdzają tezę, że mniejsza hierarchizacja prowadzi do większej produktywności w dłuższych okresach: model J jest skojarzony z dłuższymi okresami eksploatacji, model H skojarzony jest z krótszymi okresami awarii. Jako że elektrownia jądrowa cechuje się wysoką dyspozycyjnością, model hierarchizacji jest lepszy przez większość czasu. Choć brak jeszcze pełnej oceny incydentu w Fukushimie, to można stwierdzić, że model stałych negocjacji wydaje się najlepszy i funkcjonuje bez zakłóceń bezpośrednio po zaistnieniu awarii z przyczyn zewnętrznych. Jednakże brak zasilania w energię elektryczną spowodował w Fukushimie skrajną zmienność i niepewność, co sprawiło, iż model negocjacyjny prowadził do wysoce niestabilnych wyników. Katastrofa w Fukushimie z 11 marca 2011 r. dowiodła na podstawie zachowań właściciela obiektu, tokijskiej spółki energetycznej TEPCO i rządu Japonii że typowy negocjacyjny model podejmowania decyzji ( J ) nie jest odpowiedni w warunkach zmiennej niepewności, cha- nr 1-2 (11-12)

3 rakterystycznej dla okresu po tsunami. Czasami model przechodził samoistnie w hierarchiczny model organizacyjny z podejmowaniem decyzji na poziomie operatora elektrowni, zachęcanego do działania przez Międzynarodową Agencję Energii Jądrowej (IAEA) i agencję regulacyjną USA. Incydent w Fukushimie poddał ostrej próbie japoński sposób zarządzania według modelu ciągłej negocjacji między udziałowcami. Operator elektrowni Tokyo Electric Power nie przekazał na czas niezbędnych informacji, co naruszyło efektywność systemu podejmowania decyzji i doprowadziło do kaskadowego rozwoju sytuacji krytycznej. Działania rządowe zmierzają zatem do struktury bardziej otwartej i opartej na regułach z segmentacją ( modularyzacją ) przedsiębiorstw sektora energii jądrowej przez wyodrębnienie konkurencyjnych spółek wytwórczych i sprzedaż majątku sieciowego. Fukushima a polityka energetyczna Niemiec [5] Kalendarium zdarzeń. Energetyka nuklearna zawsze miała w Niemczech znaczącą opozycję, a mimo to elektrownie jądrowe przez dziesięciolecia posiadały zasadnicze znaczenie w strukturze wytwarzania energii elektrycznej: w 2000 r. energetyka nuklearna miała ok. 18% udział w mocy zainstalowanej i blisko 30% udział w produkcji energii. W tym samym roku lewicowy rząd (socjaldemokratyczna SPD i zieloni ) wymusił na przedsiębiorstwach energetycznych (EnbW, E.ON, RWE, Vattenfall), zarządzających elektrowniami jądrowymi, rezygnację z tej technologii. Kolejność i data wycofania miały wynikać z cyklu żywotności obiektów, co w zasadzie prowadziło do redukcji mocy do 8 GW w 2020 r. i do całkowitego wycofania z energetyki nuklearnej w latach 2021/2022. Te uzgodnienia nie uzyskały poparcia konserwatystów (CDU/CSU) i liberałów (FDP). W kampanii wyborczej 2009 r. obie te partie zadeklarowały wolę rewizji programu wychodzenia z energetyki jądrowej i po zwycięstwie wyborczym rzeczywiście opracowały nowe prawo energetyczne, wydłużające średni czas eksploatacji elektrowni jądrowych o 12 lat. Miało to doprowadzić do osiągnięcia ok. 13 GW mocy zainstalowanej w tych obiektach w 2020 r. i do pełnej rezygnacji z energetyki jądrowej w 2035 r. Jednak incydent w Fukushimie doprowadził ten rząd do zmiany stanowiska i do ogłoszenia moratorium dla energetyki jądrowej, które wyprzedziło oczekiwane protesty przeciwników, ale nie dało czasu na przemyślenie ryzyka technologicznego. W konsekwencji natychmiastowe wyłączenie objęło 5 GW mocy w starszych elektrowniach i przegląd stanu następnych jądrowych 3,5 GW. W dniu 6 czerwca 2011 r. jeszcze przed upływem trzymiesięcznego moratorium ten sam rząd, który wcześniej unieważnił decyzję o całkowitym wycofaniu z energetyki jądrowej, przystąpił do przyspieszonego procesu likwidacyjnego, z zamiarem ukończenia do 2022 r. Z uwagi na społeczne poparcie dla idei antynuklearnych można się spodziewać realizacji deklaracji rządowych. Instytut Ekonomiki Uniwersytetu w Kolonii opracował ekspertyzę procesu denuklearyzacji Niemiec dla administracji federalnej. Ocenił w niej skutki wydłużenia czasów eksploatacji i decyzji o przyspieszonym wycofaniu obiektów jądrowych. Efekty krótkoterminowe moratorium. Wyłączenie w dniu 14 marca 2011 r. aż 5 GW mocy w niemieckich elektrowniach nuklearnych było zupełnie nieoczekiwane i stało się podręcznikowym przykładem negatywnego szoku podażowego o znaczących konsekwencjach dla cen energii i rozpływów mocy. Ceny krótkoterminowe ( dnia następnego ) w podstawie i w szczycie obciążenia zareagowały zdecydowanie i po fazie przestrzelenia ustabilizowały się na znacznie wyższym poziomie niż przed ogłoszeniem moratorium. Rynek natychmiast ocenił skutki redukcji 5 GW mocy jądrowych, lecz zredukował te skutki do 3 GW; stąd wniosek, iż rynek prawidłowo przewidywał, że część mocy wycofanych będzie zastąpiona generacją opartą na paliwach kopalnych i przez import. W maju 2011 r. Niemcy stały się importerem netto energii elektrycznej z maksymalnym niezbilansowaniem. Zmiany zapotrzebowania nie wynikają tylko z sezonowości rocznej obciążeń systemu; swój eksport do Niemiec zwiększyły Francja i Czechy, a eksport niemiecki do Austrii, Polski, Szwajcarii i Holandii uległ zmniejszeniu. Efekty długoterminowe wycofania z energetyki jądrowej. W perspektywie następnych lat należy oczekiwać, że redukcja potencjału niemieckiej energetyki jądrowej będzie skompensowana przez elektrownie wykorzystujące paliwa kopalne, zwłaszcza węgiel kamienny i gaz ziemny. Aczkolwiek rząd niemiecki ogłosił ambitne plany rozwoju zasobów odnawialnych, mających stanowić 35% i 50% mocy zainstalowanych w systemie odpowiednio w 2020 i 2030 r., to w perspektywie długoterminowej należy racjonalnie oczekiwać budowy elektrowni na paliwa kopalne. Wynika to zarówno z politycznego charakteru deklaracji o OZE, mogących kolidować z realiami polityki gospodarczej, jak 112

4 i stochastycznej natury OZE (np. wiatr i energia słońca), która zmusza do zapewnienia mocy rezerwowych w systemie. Zastąpienie źródeł jądrowych przez oparte na paliwach kopalnych będzie skutkować zwiększeniem emisji CO 2. Ten przyrost będzie obserwowany w latach i przekroczy poprzednie oceny emisji. Europejski system handlu emisjami nie przewiduje zwiększenia emisji CO 2, lecz zakłada wzrost opłat za pozwolenia na emisje, tak więc przyspieszona rezygnacja z energetyki jądrowej spowoduje niewielki przyrost cen energii elektrycznej nie tylko w krótkiej, ale i dłuższej perspektywie. Można oczekiwać dodatkowych inwestycji w kontynentalnej Europie zarówno w sektorze OZE, jak i w mniejszym stopniu w energetyce jądrowej. Obie technologie przyczynią się do ograniczenia zużycia paliw kopalnych w Niemczech. Przy tym przynajmniej co do zasady Niemcy, nie mogąc wypełnić luki w zdolnościach wytwórczych, stają się poważnym importerem energii elektrycznej. Nie przeszkodzą temu niedostateczne zdolności przesyłowe interkonektorów. W przeszłości Niemcy były średnio biorąc eksporterem energii. Wynika z tego, iż pełna przepustowość łączy transgranicznych ok. 14 GW będzie wykorzystywana do zastąpienia wyłączonych 23 GW mocy w energetyce jądrowej. Może to się odbić na innych rynkach europejskich. Dla Niemiec ekspertyza kolońska przewiduje wzrost hurtowych cen energii elektrycznej, chociaż dzięki możliwościom substytucji ten wzrost powinien być umiarkowany. Wnioski z analizy stanu rzeczy i ich przyszłościowych skutków są następujące: Pomimo radykalnej zmiany polityki, ekonomiczne konsekwencje zdają się bardziej umiarkowane. W horyzoncie krótkoterminowym reakcje wskazują na prawidłowe funkcjonowanie rynku energii elektrycznej, który racjonalnie ocenił fundamentalne konsekwencje moratorium. Rynek uznał, że nie należy oczekiwać powrotu do opcji nuklearnej oraz że lukę w potencjale wytwórczym można wypełnić w inny sposób, np. przez import. Efekty długoterminowe są trudniejsze do oceny. Jednak elastyczność europejskiego systemu elektroenergetycznego wydaje się dostatecznie duża dla uniknięcia wysokich kosztów działań dostosowawczych. Mimo to należy oczekiwać niewielkiego wzrostu cen energii elektrycznej. Dla Niemiec wystąpią negatywne skutki w odniesieniu do konkurencyjności sektorów gospodarki o wysokiej energochłonności. W skali europejskiej wzrost ceny emisji CO 2 oraz zmiany struktury importowo-eksportowej w perspektywie długoterminowej będą najbardziej prawdopodobnymi konsekwencjami zmian w polityce nuklearnej Niemiec po Fukushimie. Japonia rewiduje swą przyszłość nuklearną. Początek końca, koniec początku, czy tylko drobna korekta? [8] Przed utratą kontroli nad elektrownią jądrową w Fukushimie w dniu 11 marca 2011 r. Japonia planowała zwiększenie swojej zależności od energetyki jądrowej z bieżących 30% do ok. 42% w 2020 i do 49% w 2030 r. Ten program oznaczał budowę co najmniej 14 nowych reaktorów. To był rządowy plan A, silnie wspierany przez 10 prywatnych przedsiębiorstw energetycznych, z których największe jest Tokyo Electric Power Company (TEPCO). Jednak w połowie marca 2011 r. premier Japonii ogłosił przejście do planu B, czyli przyszłości mniej związanej z energią jądrową. Co więcej, ton jego oświadczenia był znamienny: istniejącą politykę energetyczną trzeba przekreślić, a dyskusja winna rozpocząć się od tej kreski. Kraj musi przezwyciężać historyczną zależność od importowanej ropy, a energię z atomu ma zastąpić zwiększone wykorzystanie rodzimych zasobów odnawialnych i poprawa efektywności wykorzystania energii. Jednak Japonia (podobnie jak Korea Płd.) nie dysponuje w zasadzie własnymi zasobami oprócz wody, która została już w znacznym stopniu wykorzystana. Taka reorientacja oznaczałaby koniec energetyki jądrowej w Japonii, którą 55 czynnych reaktorów o zainstalowanej mocy 47 GW plasuje w światowej czołówce: za USA i Francją. Kryzys zaufania do energetyki jądrowej jest wyczuwalny w krajach bliskich i odległych od Japonii. Korea Płd., inna potęga jądrowa strefy Pacyfiku z 21 eksploatowanymi reaktorami i blisko 19 GW mocy zainstalowanej, w poczuciu istniejącego zagrożenia też poddaje rewizji swój program nuklearny. Program koreański, który zakładał wzrost udziału energetyki jądrowej z bieżących 31% do 48% w 2022 i do 50% w 2030 r., dziś nie jest już aktualny. W Niemczech decyzja o wyłączeniu 7 istniejących reaktorów spowodowała wzrost emisji gazów cieplarnianych przez zwiększenie produkcji w elektrowniach węglowych. Ironią losu jest, że luka spowodowana rezygnacją z własnej energetyki jądrowej została wypełniona importem energii ze źródeł nuklearnych we Francji i w Czechach. Decyzja nr 31-2 (9) (11-12)

5 o rezygnacji z opcji jądrowej w ciągu najbliższej dekady oznacza konieczność jej zastąpienia przez energetykę wiatrową, gazową i węglową. Zatwierdzenie tej decyzji będzie oznaczać wzrost udziału OZE w niemieckim energy mix : do osiągnięcia 35% w 2020, 50% w 2030, 65% do 2040 r. aż do 80% w 2050 r., co jest niesłychanie radykalnym rozwiązaniem. Poważny problem stanowią skutki ekonomiczne takiej polityki: szacuje się, że średnie ceny na rynku detalicznym wzrosną o 25 30%, co obciąży odbiorców kwotą 47 mld USD i nieproporcjonalnie dotknie konsumentów. Ocenia się też, że wypełnienie luki po energetyce jądrowej przez dodatkowe inwestycje będzie kosztować 20 mld USD/rok w ciągu dziesięciolecia. Można przypuszczać, iż cztery niemieckie koncerny energetyczne, eksploatujące elektrownie jądrowe, nie są zachwycone takim obrotem spraw. Najlepsze lata energetyki jądrowej są już przeszłością, ale stało się to jeszcze przed Fukushimą. Sektor nuklearny, nigdy nie kochany powszechnie, odnotował ostatnio szereg złych wiadomości. Ważnym dokumentem stał się ogłoszony w 25. rocznicę katastrofy w Czarnobylu raport Worldwatch Institute (WWI), który stwierdzał, że energetyka jądrowa nie jest już pożądaną opcją. Globalne maksimum generacji w elektrowniach jądrowych odnotowano prawdopodobnie w latach W 2009 r. ten sektor wytworzył TWh energii elektrycznej około 2% mniej niż w 2008 r. Był to czwarty z kolei rok spadku produkcji. Przed Fukushimą na świecie pracowały 437 reaktory, o 7 mniej niż w 2002 r. Tylko w Japonii i Niemczech po awarii w Fukushimie odstawiono co najmniej 14 reaktorów, z czego większość zapewne nie wznowi produkcji. Przewidywane są dalsze wyłączenia w krajach, przeprowadzających zaostrzone testy bezpieczeństwa. Innym ważnym sygnałem jest fakt, iż od rozpoczęcia ery nuklearnej w energetyce po raz pierwszy 2008 w roku nie został uruchomiony ani jeden nowy blok jądrowy. W latach do służby weszło 7 nowych jednostek, a jednocześnie wycofano 11. Zwolennicy technologii jądrowych marzą o nuklearnym renesansie, ale nawet najwięksi optymiści są obecnie konfrontowani z resentymentami, tworzącymi negatywny odbiór społeczny po incydencie japońskim. Jednakże podstawowy problem wynika z szybkiego starzenia się istniejących urządzeń. Choć pomyślnym sygnałem są przedłużenia licencji, wydłużenia żywotności i modernizacji, skutkujące technicznymi udoskonaleniami istniejących obiektów, to i tak prędzej czy później nastąpi kres ekspansji i odstawienie jednostek na stałe. Bez intensywnego inwestowania w nowe reaktory nie widać perspektyw dla technologii jądrowych. Tymczasem nowe tendencje w wytwarzaniu zmniejszają rolę energii jądrowej w światowym bilansie energii elektrycznej. W 2010 r. skumulowane wartości mocy w energetyce wiatrowej, biomasie, utylizacji odpadów i źródłach solarnych przekroczyły moc zainstalowaną w energetyce jądrowej. Nakłady na rozwój OZE też są wyższe niż na źródła jądrowe: 243 mld USD na OZE w 2010 r. wobec stale malejących funduszy na energetykę nuklearną. Trudno ignorować te tendencje. Przykładowo, udział inwestycji w OZE wyniósł 2% w r i nadal wzrasta przy całkowitej stagnacji w dziedzinie nowych inwestycji jądrowych. Podobna sytuacja występuje w Europie, gdzie inwestycje w źródła odnawialne i gazowe znacząco zredukowały udział energetyki jądrowej w bilansie produkcji energii. Nie można mówić o oznakach odrodzenia technologii nuklearnych, zwłaszcza w obliczu występującego rewidowania programów energetycznych w wyniku wydarzeń w Japonii. Fukushima a przyszłość energetyki jądrowej [9] Incydent nuklearny w Fukushimie będzie prawdopodobnie mieć ograniczoną rolę dla przyszłości energetyki jądrowej z prostego powodu: rola technologii nuklearnych w światowej energetyce uległa znacznemu ograniczeniu jeszcze przed tym wydarzeniem. Dane International Energy Outlook (US EIA) wskazują, że w okresie energia nuklearna pokryje ok. 6% globalnego zapotrzebowania na energię, przy niewielkim wzroście tego udziału, zwłaszcza w krajach OECD, gdzie większość przyrostu potrzeb zaspokoją gaz i zasoby odnawialne. Poza krajami OECD przyrost zapotrzebowania pokryją węgiel i OZE, ale technologie jądrowe będą tam miały udział większy niż w krajach OECD. Energetyka nie jest uznawana za czynnik szczególnie ważny w zaspokajaniu zapotrzebowania świata na energię ani w redukowaniu emisji CO 2. Trudno stwierdzić, skąd bierze się zjawisko wypierania energetyki jądrowej. Pomimo, iż reaktory trzeciej generacji (Gen III) zapowiadały nową erę energetyki jądrowej, opartej na bardziej bezpiecznych, prostych i efektywnych technologiach, to zasadniczą przeszkodą w ich implementacji stały się koszty inwestycyjne. Ponadto czas niezbędny na przeprowadzenie licencjonowania, budowy i komercjalizacji re- 114

6 aktorów wcale nie uległ skróceniu w porównaniu z latami Rozwiało to złudzenia, że nowa generacja będzie znacząco tańsza względem poprzedniej (Gen II), przynajmniej w USA i Europie. Odpowiedź na katastrofę w Fukushimie różniła się w poszczególnych krajach, ale prawidłowością jest, że im mniej ambitne były plany rozwojowe, tym mniejsze były skutki bezpośrednie (i prawdopodobnie długoterminowe). Z krajów o najliczniejszym parku reaktorów lub o agresywnej polityce inwestycji jądrowych tylko USA i Chiny wstrzymały wydawanie licencji na nowe reaktory na pewien czas w celu sformułowania wniosków z nowej sytuacji. Prawdopodobne jest jednak, iż ta zwłoka będzie stosunkowo krótka. W skali międzynarodowej lekcja Fukushimy ujawniła pewne niedoskonałości, których usunięcia należy oczekiwać w polityce takich organizacji, jak IAEA i amerykańska NRC, i które były dyskutowane na szczytach G8/G20 w czerwcu 2011 r. w Paryżu. Najbardziej oczywistym wnioskiem było wzmocnienie monitoringu IAEA, przeprowadzenie stress-testów w krajach posiadających reaktory i wprowadzenie obligatoryjnych przeglądów okresowych. Co było przyczyną tych raczej umiarkowanych w swym radykalizmie kroków w obliczu trzeciej pod względem konsekwencji awarii jądrowej w ostatnich 32 latach? Po pierwsze, awaria została zapoczątkowana serią katastrof naturalnych, traktowanych w tym wymiarze jako nieprawdopodobne i przekraczające założenia konstrukcyjne. Do zaistniałych zdarzeń nie doszło na skutek błędów projektowych czy ludzkich (co było charakterystyczne dla katastrof w Three Mile Island i Czarnobylu). W istocie rozmiar awarii można było znacząco zmniejszyć przez dość elementarne działania w rodzaju przeniesienia na wyższy poziom awaryjnych źródeł zasilania, zasilających pompy obiegu chłodzenia w razie blackoutu elektrowni. Co więcej, szereg krajów stwierdziło, że dla nich szanse takich zdarzeń są względnie niewielkie, szczególnie w lokalizacjach asejsmicznych. Po drugie, reaktory elektrowni Dai-ichi nie są reprezentatywne dla konstrukcji Gen III lub Gen III+, które miały zapoczątkować renesans technologii jądrowych w energetyce, i zostały skonstruowane na bazie doświadczeń z reaktorami Gen II. Tytułem przykładu: zarówno model AP 1000 Westinghouse a, jak i ESBWR GE/Hitachi są konstrukcjami o bezpieczeństwie pasywnym, zdolnymi do utrzymania obiegu chłodzenia do 72 godzin w warunkach całkowitego blackoutu elektrowni bez interwencji operatora. Prawdopodobieństwo stopienia rdzenia dla tych najnowszych rozwiązań jest co najmniej o rząd mniejsze w porównaniu z poprzednimi. I na koniec: większość krajów podjęła zobowiązania zmniejszenia zmian klimatycznych, co oznacza, że w krótkim i średnim horyzoncie praktycznie dostępnymi technologiami wytwórczymi będą energetyka jądrowa, wiatrowa i solarna, ograniczające emisję CO 2. Przechwytywanie i magazynowanie CO 2 (CCS) z technologii wykorzystujących paliwa kopalne nie sprawdziło się jeszcze w skali komercyjnej i nie są znane jego rzeczywiste koszty. Z technologii przyjaznych środowisku tylko jądrowe zapewniają ciągłość wytwarzania energii elektrycznej, a pozostałe wymagają uzupełniania źródłami gazowymi lub zastosowania dotychczas niedostępnych zaawansowanych technologii magazynowania. Wątpliwe jednak, czy awaria w Fukushimie stanie się punktem zwrotnym w historii technik jądrowych. Znacząca skala zdarzenia (które dotknęło bezpośrednio 4 z 6 bloków elektrowni) oraz reakcje spółki energetycznej TEPCO i rządu wykazały poważne wady w japońskich praktykach regulacyjnych (co jest nadal przedmiotem analiz), które mogą występować i w innych krajach. Starsza konstrukcja elektrowni w Fukushimie ma liczne odpowiedniki w innych krajach. Podczas gdy w USA, Kanadzie, Korei Płd. i większości krajów europejskich (nawet gdy występowały trzęsienia ziemi), nie dochodziło do zakłóceń w skali Fukushimy, to istnieje obawa, że kraje zainteresowane budową energetyki nuklearnej, ale bez doświadczenia w tej technologii, mogą nie być zdolne do skutecznego zarządzania stanami katastrofy. Obawy te powodują dążenie do zacieśnienia kontroli międzynarodowej. Katastrofa w Fukushimie nie wpłynie realnie na rolę technologii jądrowych w zaspokajaniu światowych potrzeb energetycznych. Kraje o znaczącym zapotrzebowaniu na energię i te, które zobowiązały się do ograniczenia zmian klimatycznych, będą rozwijać energetykę jądrową mimo katastrofy, choć prawdopodobnie z doświadczeń Fukushimy wynikną zmiany w systemach regulacji narodowych i międzynarodowych. Czy gospodarka niskowęglowa jest możliwa bez energetyki jądrowej? [10] Energia dla przyszłości po Fukushimie. Siłą napędową naszej cywilizacji przemysłowej jest energia, a 85% energii pochodzi z paliw kopalnych: węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego. Przy obecnym zużyciu można oczekiwać wyczerpania tych nieodnawialnych zasobów nr 1-2 (11-12)

7 w latach Węgiel w największym stopniu przyczynia się do globalnego ocieplenia, a zasoby odnawialne (OZE) nie są w stanie zapewnić energii dla podtrzymania rozwoju. Tak więc mimo znaczenia OZE muszą one być uzupełnione przez energetykę jądrową dla zapewnienia niskowęglowej ścieżki rozwoju cywilizacyjnego. Katastrofa w Fukushimie przyniosła nowe wyzwania dla polityki energetycznej. Po pierwsze, chodzi o zajęcie przez władze państwowe jasnego stanowiska w debacie o energetyce jądrowej. Po drugie, troska o środowisko zmusza rządy do zrewidowania aktualnej struktury użytkowania energii: od dominacji nieodnawialnych paliw kopalnych do alternatywnego scenariusza niskich emisji węglowych. Nowa polityka energetyczna musi równoważyć troskę o środowisko i narastający opór społeczny przeciw energetyce jądrowej. Znacznej redukcji emisji CO 2 na skutek zdecydowanego zmniejszenia korzystania z paliw kopalnych musi towarzyszyć przyrost wykorzystania źródeł alternatywnych. Taką alternatywą są OZE i energetyka jądrowa. Istnieją co najmniej dwa powody, aby nie realizować programu wycofywania energetyki nuklearnej w krótszym horyzoncie. Po pierwsze, pracują liczne elektrownie jądrowe wprowadzone niedawno do eksploatacji, które znajdują się w początkowej fazie żywotności eksploatacyjnej, a ich odstawienie generuje znaczne koszty osierocone. Prowadzi to do wyższych cen krótkoterminowych dla zminimalizowania strat poniesionych na skutek wyłączenia elektrowni jądrowych. Co więcej przedsiębiorstwa objęte programem wyłączeń znajdują się w lepszej pozycji negocjacyjnej i mogą domagać się od rządu kompensat w formie subsydiowania. W perspektywie średnio- i długoterminowej dla zastąpienia energetyki jądrowej przedsiębiorstwa muszą zaangażować się badawczo i inwestycyjnie w nowe projekty technologii alternatywnych. Jest to proces kosztowny i nie prowadzący do natychmiastowej generacji energii brakującej w systemie. Stąd też scenariusz krótkoterminowy bez energetyki jądrowej jest nierealistyczny, gdyż może znacząco pogorszyć bezpieczeństwo systemu elektroenergetycznego i wygenerować egzotyczne instrumenty finansowania kompensacji i konsekwencji zaangażowania w nowe źródła. Energetyka jądrowa, środowisko i sektor energii elektrycznej. Powszechna dyskusja dotyczy dziś nie tylko energetyki nuklearnej, ale i innych rozwiązań alternatywnych wobec paliw kopalnych. Istnieje opcja, zakładająca inwestowanie państwa w bardziej bezpieczną energetykę jądrową i stałe wspieranie OZE. O ile inwestycje w OZE nie napotykają na sprzeciw, to energetyka jądrowa postrzegana jest jako zagrożenie. Jednak przeważająca większość reaktorów funkcjonuje bezpiecznie i efektywnie przez pełny okres żywotności. Dziś ponad 400 reaktorów zapewnia pokrycie zapotrzebowania w 30 krajach. Zanotowano jedynie trzy poważne incydenty w komercyjnym użytkowaniu energetyki jądrowej: Three Mile Island w 1979, Czarnobyl w 1986 r. i w Fukushimie. Jednak te awarie, z których dwie pociągnęły za sobą ofiary w ludziach (z wyjątkiem Three Mile Island, gdzie nikt nie zginął), a wszystkie przyniosły poważne straty materialne, nastąpiły w ciągu 50 lat, a skutki są znacznie mniejsze niż średnioroczne skutki korzystania z zasobów kopalnych. Pomimo tych incydentów, energetyka jądrowa jest względnie czysta, bezpieczna, niezawodna, zwarta terytorialnie, konkurencyjna i praktycznie niewyczerpywalna. Bloki jądrowe pokrywają podstawę wykresu obciążenia i są dyspozycyjne przez 90% czasu. Koszt energii, generowanej w technologiach nuklearnych jest konkurencyjny i stabilny. Co więcej, uran powszechnie występuje w skorupie ziemskiej. Elektrownie jądrowe cechuje duża kompaktowość, zaś turbiny wiatrowe, panele fotowoltaiczne i biomasa roślinna wymagają znacznych obszarów. Światowy sektor energii elektrycznej emituje do atmosfery przeszło 8000 milionów ton CO 2 rocznie, co stanowi 37,5% całkowitych emisji węglowych. To właśnie wymagania emisyjne w stosunku do elektroenergetyki są najbardziej restrykcyjne. Sprostanie tym wyzwaniom wymaga uwzględnienia następujących czynników: 1. Eliminacja paliw kopalnych w perspektywie krótko- i średnioterminowej jest prawie niemożliwa, a ich negatywne efekty dla środowiska można ograniczyć przez: zwiększenie efektywności konwersji energii; aktualna średnia sprawność wynosi 30%, ale nowe technologie mogą podnieść tę wartość do 60% w najbliższym dwudziestoleciu; preferowanie paliw o niskiej zawartości węgla; sekwestrację CO i dekarbonizację Zwiększenie udziału zasobów pewnych i alternatywnych w energy mix, głównie przez: promowanie wykorzystania energetyki jądrowej przy zaostrzonych zasadach bezpieczeństwa; zwiększenie udziału zasobów odnawialnych przez postęp w technologiach ich wykorzystywania. 116

8 Wnioski: Potrzeby cywilizacji przemysłowej i rosnące wymagania energetyczne krajów rozwijających się doprowadziły do szybkiej akumulacji CO 2 w atmosferze. Energetyka jądrowa jest względnie bezpieczna i zdolna do podtrzymywania naszej cywilizacji przemysłowej i ochrony środowiska. To źródło energii może w znacznej części zastąpić paliwa kopalne, które przyczyniają się do szkodliwych emisji. Ponadto konieczne jest promowanie bardziej efektywnego wykorzystywania zasobów odnawialnych i pozyskiwanie ich tam, gdzie to możliwe. Stąd źródła jądrowe winny być rozpowszechniane na równi z OZE dla zastąpienia węgla, ropy i gazu zarówno w krajach rozwiniętych, jak i rozwijających się. Jednak taka struktura wytwarzania nie jest skuteczna w pokrywaniu obciążeń szczytowych i niezbędne jest rozwijanie bardziej efektywnej konwersji paliw kopalnych dla stabilizacji poziomu cen energii elektrycznej w czasie. Energetyka jądrowa z perspektywy Włoch [11] Katastrofa w elektrowni nuklearnej w Fukushimie odbiła się głośnym echem w całym świecie. Na tle porównywalnego incydentu w Czarnobylu stwierdzić można ich zasadniczą odmienność: począwszy od przyczyn po konsekwencje. Reaktor RBMK w Czarnobylu został doprowadzony do awarii w wyniku nieudolnie prowadzonego eksperymentu, podczas gdy reaktory w Fukushimie doznały niewiarygodnie długotrwałej przerwy w zasilaniu, co uniemożliwiało wykorzystanie rezerwowych funkcji chłodzenia poza granice, gwarantowane przez pasywne środki bezpieczeństwa. Co do skutków, to w przypadku Czernobyla nie zastosowano obudowy bezpieczeństwa reaktora, tak że uszkodzony rdzeń znalazł się poza budynkiem, był całkowicie narażony na oddziaływanie środowiska i spowodował skażenie produktami reakcji jądrowych o skali globalnej. Filozofia zwielokrotnionych barier, charakteryzująca reaktory w Fukushimie umożliwiła odseparowanie rdzenia od środowiska, a podstawowe uwolnienie skażeń do atmosfery było świadomym działaniem personelu, zgodnym z procedurami zarządzania kryzysowego. Planowane dozowanie uwolnienia skażeń pozwoliło władzom utrzymać dyscyplinę ewakuacji ludności i zminimalizować ryzyko napromieniowania. Pomimo tych różnic w technologii i okolicznościach zdarzenia, obie katastrofy są traktowane równorzędnie, a podobieństwa można dopatrywać się w ich wpływie na opinię publiczną. Pierwszą i bezpośrednią konsekwencją, wynikającą raczej z przyczyn politycznych (nie zaś technicznych), jest uogólnienie przez potraktowanie sektora nuklearnego jako całości. W tym znaczeniu, Włochy okazały się krajem, w którym skutki katastrofy były najpoważniejsze. Zaraz po katastrofie w Fukushimie we Włoszech odbyło się referendum w sprawie budowy elektrowni jądrowych. W jego wyniku program jądrowy we Włoszech, planowany od 2008 r., oparty na odpowiedniej legislacji i uzgodnieniach międzypaństwowych, został wstrzymany przez moratorium. W tym przypadku zaważyło doświadczenie Czarnobyla i Fukushimy, a od społeczeństwa zależała strategiczna decyzja o zapewnieniu narodowi energii elektrycznej. Pilna potrzeba realistycznej polityki energetycznej dla Włoch wynikała z nieprzystawalności dzisiejszej struktury źródeł energii elektrycznej do wymagań europejskich, związanych jeszcze z protokołem z Kioto. OZE już uczestniczą we włoskim energy mix w 21%, ze znaczną penetracją hydroenergetyki i geotermii, ale potencjał tych źródeł został w znacznym stopniu wykorzystany. Ponadto Włochy importują 14% energii elektrycznej, głównie wytwarzanej w siłowniach jądrowych. Planowany udział opcji jądrowej (25% zapotrzebowania) mógłby zredukować o 10 punktów procentowych wytwarzanie energii z paliw kopalnych, co gwarantuje pokrycie składowej podstawowej obciążenia i zmniejsza zależność od importu energii. Włochy były typowym przykładem kraju zainteresowanego energetyką jądrową, który zezwolił opinii publicznej na decydowanie o narodowej polityce energetycznej. W ten sposób wprowadził ryzyko nieracjonalnego zachowania obywateli, wynikającego z braku informacji i wiedzy, niezbędnych do planowania zrównoważonej struktury energetycznej kraju. Dlatego tak cenne są wnioski, pozyskane z katastrofy w Fukushimie, dotyczące szerokiego rozpowszechnienia rzetelnej kultury naukowej wśród mieszkańców. Tylko tak społeczeństwo dowie się o problemach energii i środowiska, o konieczności powszechnej dostępności do energii i o zróżnicowaniu źródeł energii. Rozległa i ugruntowana kultura naukowa (zwłaszcza w obszarze gospodarowania energią) jest jedynym kluczem, aby decyzje były podejmowane przez społeczeństwo na bazie racjonalizmu, a nie emocji. nr 1-2 (11-12)

9 Postscriptum Przedstawiony wielogłos na temat ważny także dla Polski warto uzupełnić opinią redaktora naczelnego wpływowego czasopisma Power Engineering International Magazine (PEI) [12], nadającą się do zacytowania bezpośredniego: Tokio nawołuje do sieci inteligentnej (smart grid) w obliczu awarii w Fukushimie. Smart grid traktuje się w Tokio jako rozwiązanie problemów zasilania w energię elektryczną, której braki odczuła metropolia w dniach następujących po nuklearnej katastrofie w Fukushimie. Władze miasta podjęły decyzję o zastosowaniu smart grid, umożliwiającego redukcję energii, zużywanej w budynkach biurowych i stanowiącej 35% energii elektrycznej, zużywanej przez miasto. Sieć inteligentna będzie monitorować dostarczoną przez tokijskie przedsiębiorstwo elektroenergetyczne TEPCO produkcję źródeł wykorzystujących zasoby odnawialne (szczególnie solarne), ciepło i energię elektryczną w kogeneracji (dostarczone przez dostawcę gazu dla miasta) oraz bateryjne zasobniki energii. Jeżeli zawieszone zostaną dostawy z TEPCO (jak to miało miejsce po awarii w Fukushimie), smart grid będzie zdolny do wyłączenia wszelkich zbędnych odbiorców i deficyt energii będzie mógł być skompensowany przez wykorzystanie m.in. źródeł kogeneracyjnych. Oczekuje się wprowadzenia sieci inteligentnych w obszarach o biurowej zabudowie wysokościowej, tworzących subcentra metropolii. Dlatego bardzo ważne jest promowanie systemów smart grid dla zwiększenia odporności Tokio na katastrofy naturalne. Tokio jest stolicą narodu, więc konsekwencje braku zasilania w energię elektryczną będą skrajnie poważne. Zainteresowanemu Czytelnikowi można polecić nowe pozycje bibliograficzne, opublikowane niedawno w ważnych czasopismach IAEE i IEEE, np. [13] i [14]. Literatura [1] IEEE Spectrum: Nuclear Power After Fukushima, Special Report Vol. 48 No 11/2011. [2] IAEE Energy Forum: Editor Notes, Fourth Quarter [3] G. Rothwell: Organizations under Volatile Uncertainty An Analysis of the Fukushima Catastrophe, IAEE Energy Forum, Fourth Quarter [4] K. Matsui: Development of Science and the Human Being Implications for Japan after Fukushima, IAEE Energy Forum, Fourth Quarter [5] Ch. Growitch, F. Höffler: Impact of Fukushima on the German Energy Policy Debate, IAEE Energy Forum, Fourth Quarter [6] J. Iinuma: The Role of Nuclear Power Generation for a Low Carbon Society Impact of the Fukushima Accidents on Japan, IAEE Energy Forum. Fourth Quarter [7] J. Jupesta, A. Suwa: Sustainable Energy Policy in Japan Post Fukushima. IAEE Energy Forum, Fourth Quarter [8] P. Shioshansi: Plan B: Japan Rethinks its Nuclear Future, IAEE Energy Forum, Fourth Quarter [9] R. Graber, M. Harding: The Impact of the Fukushima Nuclear Accident on the Future of Nuclear Power, IAEE Energy Forum, Fourth Quarter [10] A. Ciareta, C. Gutierrez-Hita: Fukushima s Challenge: Is a Low Carbon Economy Without Nuclear Power a Realistic Goal? Insights from Spain, IAEE Energy Forum, Fourth Quarter [11] G. Grasso, P. Meloni: Cherno-Shima, i.e., Italy and Nuclear Energy: for Every Accident, a Referendum, IAEE Energy Forum, Fourth Quarter [12] Editorial: Tokyo calls for Smart Grid in wake of Fukushima outages, PEI Mag., Vol. 19, Iss. 10, November [13] P.L. Joskow, J.E. Parsons: The Future of Nuclear Power After Fukushima. Economics of Energy & Environmental Policy, Vol. 1, Iss. 2, March [14] H. Altamonte: Japan s nuclear disaster its impact on electric power generation worldwide, IEEE Power&Energy Mag. Vol. 10. No 3, May/June Prof. dr hab. inż. Jacek Maria Malko, ur r. we Lwowie, Kazachstan, absolwent Politechniki Wrocławskiej (1959), konstruktor w Dolnośląskich Zakładach Wytwórczych Maszyn Elektrycznych M-5 (obecnie Alstom Power), starszy inżynier w Instytucie Automatyki Systemów Energetycznych we Wrocławiu. Od 1965 r. związany na stałe z Politechniką Wrocławską: od starszego asystenta do profesora zwyczajnego; doktorat 1965, habilitacja 1979, profesura Autor i współautor ok. 530 publikowanych prac, w tym 5 monografii książkowych i 3 skryptów akademickich. Distinguished Member of CIGRE, przedstawiciel Polski w Komitecie Studiów C-5, Valuable Member of Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), Member of International Association of Energy Economics, członek prezydium Komitetu Problemów Energetyki Polskiej Akademii Nauk, ekspert zespołu parlamentarnego ds. energetyki, ekspert podkomisji sejmowej ds. nauki i szkolnictwa wyższego. Instruktor międzynarodowy nurkowania CMAS, instruktor ratownictwa wodnego. 118