Nie ma paliwa tak kosztownego, jak brak paliwa. Atomowe Indie Autor: dr Grzegorz Jezierski ( Energia Gigawat - listopad 2004) Dotychczas przedstawiane na łamach Energii Gigawat kraje, w których znaczny udział w wytwarzaniu energii elektrycznej stanowiła energia jądrowa, to państwa wysoko rozwinięte, takie jak Japonia, Francja, Wielka Brytania, Niemcy, Kanada, Szwecja, Stany Zjednoczone, Rosja i Czechy. Aktualnie nowe bloki jądrowe uruchamiane są głównie we wschodniej Azji (Indie, Chiny, Korea Południowa). Indie to kraj o powierzchni prawie 11 razy większej niż Polska (3287,6 tys. km kw.). Po Chinach są najludniejszym państwem świata liczą ponad 1 miliard ludności (jedna szósta ogółu ludzkości), co oznacza, że na 1 km kw. przypada średnio 314 osób. Indie są krajem rolniczym z szybko rozwijającym się przemysłem wydobywczym, energetycznym i technologii informatycznych. PKB na jednego mieszkańca wynosi zaledwie 456 dolarów (2002 r.), zużycie energii elektrycznej tylko 500 kwh rocznie (2001 r.). Dla porównania, zużycie energii w Stanach Zjednoczonych wynosi 13451 kwh, w Federacji Rosyjskiej 5034 kwh, a w Chinach 913 kwh rocznie (średnia światowa 2280 kwh). W Indiach od dawna występują braki energii elektrycznej. Moc zainstalowana w krajowym systemie energetycznym wynosi 112544 MW, produkcja energii elektrycznej w roku rozliczeniowym 2001/2002 wyniosła 515 TWh. Do tego należy doliczyć 120 TWh energii wyprodukowanej dla określonych odbiorców. Dla sprostania rosnącemu zapotrzebowaniu na energię elektryczną w najbliższych 10-15 latach wielkość ta powinna wzrosnąć dwukrotnie, co wymagać będzie inwestycji o wartości ponad 30 mld dolarów. Z uwagi na znaczny przyrost naturalny, w 2050 r. Indie zamieszkiwać będzie 1,5 mld ludności. Zakładając, iż do tego czasu zużycie energii elektrycznej na jednego mieszkańca wyniesie ok. 5000 kwh, całkowita roczna produkcja energii elektrycznej powinna wynosić 7500 TWh, czyli prawie 12 razy więcej niż obecnie. Głównym paliwem dla energetyki indyjskiej (ponad 70 proc.) jest węgiel kamienny, którego bogate złoża znajdują się w środkowej i wschodniej części kraju. Jest to jednak węgiel złej jakości, o niskiej wartości opałowej i dużej zawartości popiołu (35-50 proc.). Roczne wydobycie węgla kamiennego wyniosło w 2001 r. 319 mln t, dla porównania w Polsce - 104 mln t. Indie posiadają również znaczny potencjał energii wodnej, której część tylko jest wykorzystywana. Udział energii jądrowej w produkcji energii elektrycznej stanowi 3,7 proc. (2001/2 r.). W 2001 r. elektrownie jądrowe wyprodukowały 19,2 TWh energii elektrycznej, co dało Indiom 17 miejsce w świecie, tuż za Bułgarią. Indie stanowią typowy przykład wykorzystania energii jądrowej zarówno do celów militarnych (podobnie jak wielka piątka państw posiadających broń jądrową), jak i do celów cywilnych energetyka jądrowa. Inicjatorem w tym zakresie był światowej sławy fizyk Homi J. Bhabha, zwany hinduskim ojcem energetyki jądrowej, bliski współpracownik i przyjaciel ówczesnego premiera Indii Jawahariala Nehru, późniejszy oficjalny doradca rządu ds. naukowych. Wykształcenie zdobył w Europie przed II wojną światową, w latach 1932-34 współpracował m.in. z Enricem Fermim w Rzymie i Nielsem Bohrem w Kopenhadze. W marcu 1944 r., a więc na ponad rok przed praktycznym zademonstrowaniem światu potęgi energii jądrowej w postaci dwóch bomb atomowych, Bhabha uruchomił w Indiach program rozwoju energetyki jądrowej. W tym miejscu należy podkreślić, iż dostęp do wiedzy z tej
dziedziny był wówczas bardzo ograniczony z uwagi na utajnienie badań nad bombą atomową m.in. w Stanach Zjednoczonych. 25 kwietnia 1948 r. rząd indyjski uchwalił ustawę Prawo atomowe, a w sierpniu tegoż roku powołał Komisję Energii Atomowej, odpowiedzialną bezpośrednio przed premierem rządu, mającą na celu nadzorowanie prac nad rozwojem energii jądrowej. W pierwszym rzędzie komisja ta zajęła się nadzorowaniem prac związanych z poszukiwaniem rodzimych złóż rud uranu oraz toru. W 1955 r. podczas I konferencji pod auspicjami ONZ nt. pokojowego wykorzystania energii atomowej, jaka miała miejsce w Genewie, Bhabha zainteresował się ofertą kupna kanadyjskiego reaktora jądrowego. 29 sierpnia 1955 r. wysłał drogą telegraficzną pytanie w tej sprawie do Nehru. Trzy dni później nadeszła pozytywna odpowiedź z Delhi. I tak narodził się reaktor badawczy CIRUS (Canada India Reactor United States US zostało dodane, ponieważ Stany Zjednoczone dostarczyły do niego ciężka wodę) o mocy 40 MW th, uruchomiony w 1960 r. w Trombay (na północ od Bombaju). W Trombay powstał pierwszy główny ośrodek badań jądrowych w Indiach (Bhabha Atomic Research Center). Ale wcześniej, bo już w sierpniu 1956 r., również w Trombay, hinduscy naukowcy pod kierunkiem Homi ego Bhabhy uruchomili pierwszy w Azji (poza ZSRR) reaktor badawczy własnej konstrukcji - ASPARA o mocy 1 MW th. do którego paliwo dostarczyła Wielka Brytania. Warto zauważyć, iż pierwszy reaktor badawczy w Polsce został uruchomiony dwa lata później, tj. w 1958 r. w Świerku k. Otwocka reaktor Ewa o mocy 2 MW th.z kolei Stany Zjednoczone dostarczyły technologię i instalacje do budowanych na przełomie lat 1950/60 zakładów przerobu zużytego paliwa w Trombay. Dzięki reaktorowi CIRUS i zakładom w Trombay indyjscy naukowcy i inżynierowie pod kierunkiem Raja Ramanna zgromadzili pluton w ilości wystarczającej do zbudowania pierwszej bomby atomowej ok. 6-8 kg. 18 maja 1974 r. Indie przeprowadziły na pustyni Thar w Radżastanie w zachodniej części kraju próbną pokojową, jak to określiły, eksplozję jądrową z bombą plutonową o sile wybuchu 12-15 kt TNT. Po tej próbie Indie utraciły wszelkie wsparcie z zagranicy dla swojego programu jądrowego i pozostały w zasadzie zdane na własne siły w dziedzinie techniki jądrowej. Dla uzupełnienia należy wspomnieć, iż w maju 1998 r. przeprowadziły jeszcze pięć podziemnych prób jądrowych. Do budowy pierwszej elektrowni jądrowej w Tarapur (na północ od Bombaju) z dwoma blokami po 160 MW e przystąpiono już w 1964 r. Były to bloki wodne wrzące, a więc typu BWR (Boiling Water Reactor), dostarczone w całości przez Stany Zjednoczone (General Electric). Uruchomienie elektrowni miało miejsce pięć lat później, czyli w 1969 r. Kolejne bloki uruchamiane w Rajasthan bazowały na technologii kanadyjskich reaktorów typu CANDU (Canadian Deuterium Uraniom Reactor); były to reaktory ciężkowodne PHWR (Pressurised Heavy Water Reactor), wykorzystujące jako paliwo jądrowe uran naturalny. Aktualnie w Indiach pracuje 14 reaktorów jądrowych raczej o niewielkich mocach, stąd też całkowita moc zainstalowana w elektrowniach jądrowych wynosi 2720 MW e. Są to dwa wspomniane już reaktory w Tarapur, ponadto po dwa reaktory w Kaiga, Kakrapar, Narora oraz w Rajasthan po 220 MW e, w Kalpakkam (Madras) po 170 MW e i w Rajasthan o mocy 100 i 200 MW e wszystkie one są typu PHWR. Właścicielem, inwestorem i operatorem tych elektrowni jest organizacja państwowa Nuclear Power Corporation of India Ltd., nadzorowana przez Ministerstwo Energii Atomowej. Z uwagi na to, iż 12 reaktorów energetycznych pracuje na uranie naturalnym, gdzie moderatorem jest ciężka woda, uruchomiono w Indiach kilka zakładów produkcji ciężkiej wody - w Nangal, Baroda, Tuticorin, Kota, Thal-Vaishet, Manuguru i Hazira. Aktualnie w trakcie budowy znajduje się aż osiem bloków energetycznych, tj. dwa w Tarapur o mocy 540 MW e każdy, dwa w Kaiga oraz dwa w Rajashanie odpowiednio po 220 MW e (wszystkie jak dotąd typu PHWR), a także dwa duże bloki na licencji rosyjskiej typu WWER (Wodo Wodianoj Energeticzeskij Reaktor) po 1000 MW e w Kudankulam. Uruchomienie wszystkich bloków przewidziane jest do końca 2010 r. W dalszych planach (na lata 2010-
2020) przewiduje się uruchomienie kolejnych bloków jądrowych o większych mocach jednostkowych, co w sumie ma spowodować kolejny przyrost mocy o ok. 20000 MW e. Indie są krajem w zasadzie samowystarczalnym pod względem wydobycia i przeróbki rudy uranowej, produkcji paliwa uranowego, projektowania i wytwarzania reaktorów jądrowych, jak również przeróbki wypalonego paliwa. Zasoby rudy uranowej są raczej skromne, szacowane na 54 tys. t. Aktualnie eksploatowane są trzy podziemne kopalnie uranu oraz jeden zakład przetwórczy w Jaduguda w rejonie Kalkuty o wydajności 175 t uranu rocznie. Budowany jest drugi zakład przetwórczy rudy w Domiasat o wydajności 200 t rocznie. Obecne potrzeby uranu wynoszą dla Indii ok. 400 t rocznie. Mimo iż większość reaktorów jądrowych pracuje na uranie naturalnym, Indie zajmują się również technologią wzbogacania uranu, w tym metodą laserową. Z kolei w Hyderabad istnieje zakład produkcji paliwa jądrowego o zdolności produkcyjnej 300 t rocznie dla PHWR i 25 t dla potrzeb reaktorów BWR. Przerób wypalonego paliwa i ekstrakcja plutonu odbywa się w trzech zakładach, tj. w Trombay, Tarapur oraz Kalpakkam. Należy również wspomnieć, iż Indie od dawna prowadzą badania nad torowym cyklem paliwowym ze względu na ogromne złoża toru występujące w tym kraju (ok. 30 proc. światowych zasobów), głównie w postaci piasków monacytowych na wybrzeżu Kerala. Szacuje się, iż złoża te są w stanie dostarczyć 300 MW mocy elektrycznej przez okres 300 lat. Jakkolwiek tor (Th-232) sam nie jest materiałem rozszczepialnym pod wpływem neutronów termicznych (nie jest więc bezpośrednio paliwem jądrowym), to jest on materiałem, który może ulec przekształceniu w paliwo jądrowe U-233. Mówimy zatem, że tor jest materiałem paliworodnym. Stąd też pod koniec 1966 r. uruchomiono eksperymentalny reaktor badawczy o niewielkiej mocy (30 kw th ) KAMINI (Kalpakkam Mini Reactor). Jest to pierwszy w świecie reaktor wykorzystujący uran U-233, uzyskany z napromieniowanego toru, co z kolei miało miejsce w doświadczalnym reaktorze powielającym FBTR (Fast Breeder Test Reactor) wykorzystującym jako paliwo pluton (Pu-239) oraz uran naturalny. Reaktor ten o mocy cieplnej 40 MW, zlokalizowany w pobliżu Kamini, był eksploatowany w latach 1972-1991. Indie budują obecnie większy reaktor powielający, o mocy 500 MWe PFBR (Prototype Fast Breeder Reactor) w Kalpakkam (Madras). Ponadto aktywnie uczestniczą w pracach projektowych rozwijanych obecnie reaktorów hybrydowych, tj. reaktorów podkrytycznych współpracujących z akceleratorem, tzw. ADS (Akcelerator-Driven System). Cechą charakterystyczną takiego rozwiązania jest zasilanie reaktora o podkrytycznej masie paliwa jądrowego neutronami z zewnątrz, które uzyskujemy w wyniku procesu spallacji ciężkich pierwiastków z zainstalowanego obok akceleratora protonów. Reaktory hybrydowe stanowią przyszłościowy wariant energetyki jądrowej. Zapewniają one wyższy stopień bezpieczeństwa z uwagi na pracę w stanie podkrytycznym, umożliwiają wykorzystanie energii z aktynowców zawartych w odpadach (transmutacja pierwiastków), praktycznie pozwalają na zamknięty cykl paliwowy o samowystarczalności paliwowej. Wśród państw realizujących projekt reaktora hybrydowego, oprócz Stanów Zjednoczonych, Japonii czy Rosji, znajdują się również Indie. Aktualnie hinduski projekt przewiduje zbudowanie akceleratora protonów o energii 100 MeV.
Rys. 1. Produkcja energii elektrycznej z elektrowni jądrowych w Indiach Rys. 2. Lokalizacja elektrowni jądrowych w Indiach
Rys. 3. Dwa bloki jądrowe w Kalpakkam (w pobliżu Madras) Rys. 4. Dwa bloki jądrowe w Narora (na południowy wschód od Delhi) Rys. 5. Budowa bloków jądrowych nr 5 i 6 w Rajasthan