ENERGETYKA JĄDROWA PERSPEKTYWY I ZAGROŻENIA Jerzy Niewodniczański
CO TO JEST ELEKTROWNIA JĄDROWA? To elektrownia cieplna, gdzie woda podgrzewana jest nie przez ciepło wyzwalane w czasie spalania węgla lub węglowodorów, lecz przez ciepło wytwarzane w czasie zachodzenia łańcuchowej reakcji rozszczepiania jąder (200 MeV na jedno rozszczepienie, spalanie węgla 4,5 ev na jeden atom węgla) Paliwo izotop uranu U-235 sam, lub zmieszany z izotopem plutonu Pu-239 Inne elementy elektrowni, poza paleniskiem takie same, jak we wszystkich elektrowniach cieplnych
ELEKTROWNIA JĄDROWA
Elektrownia jądrowa w Olkiluoto (Finlandia)
Chmielnicka Elektrownia jądrowa (Ukraina)
Sierpień 2007: 439 bloków jądrowych eksploatowanych, całkowita moc netto 371 671 MW(e) = 15,2% mocy wszystkich elektrowni świata 5 bloków jądrowych w stanie dłuższego postoju 31 bloków jądrowych w budowie
Reaktory energetyczne na świecie (wrzesień 2007) Kraj Reaktory czynne Liczba Moc MW(e) ARGENTYNA 2 935 ARMENIA 1 376 BELGIA 7 5801 BRAZYLIA 2 1901 BUŁGARIA 2 1906 KANADA 18 12584 CHINY + TAJWAN 17 13493 CZECHY 6 3523 FINLANDIA 4 2696 FRANCJA 59 63363 NIEMCY 17 20339 WĘGRY 4 1755 INDIE 17 3685 JAPONIA 55 47587
Reaktory energetyczne na świecie (wrzesień 2007) - c.d. Reaktory czynne Kraj Liczba Moc MW(e) KOREA 20 16810 LITWA 1 1185 MEKSYK 2 1360 HOLANDIA 1 449 PAKISTAN 2 450 RUMUNIA 2 1306 ROSJA 31 21743 AFRYKA PŁD. 2 1800 SŁOWACJA 5 2034 SŁOWENIA 1 666 HISZPANIA 8 7450 SZWECJA 10 8921 SZWAJCARIA 5 3220 W. BRYTANIA 19 10982 UKRAINA 15 13107 U S A 104 98446 SUMA 439 371 671
REAKTORY EKSPLOATOWANE w sierpniu 2007 ŁĄCZNIE 439 BLOKÓW
ENERGETYKA JĄDROWA DZISIAJ ZMIERZCH CZY RENESANS?
w 2006 zakończono eksploatację: Jaslowske Bohunice V 1/1 (408 MW(e), PWR-WWER, Słowacja) -(31.12) Kozłduj 3&4 (2x 408 MW(e), PWR-WWER, Bułgaria) - (31.12) Dungeness A 1&2 (2x 225 MW(e), GCR-Magnox, UK) - (31.12) Sizewell A 1&2 (2x 210 MW(e), GCR-Magnox, UK) - (31,12) Jose Cabrera 1 (Zorita) (142 MW(e), PWR, Hiszpania) - (30.04)
w 2006 rozpoczęto budowę: Shin Kori 1 (960 MW(e), PWR, Korea Pd - (15.08) Beloyarsk 4 (750 MW(e), FBR, Rosja) - (18.07) Lingao 4 (1000 MW(e), PWR, Chiny - (15.06) Qinshan II-3 (610 MW(e), PWR, Chiny) - (1.03) Shin Wolsong 1 & 2 (960 MW(e), PWR, Korea Pd - (28.04)
w 2006 włączono do sieci: Tarapur 3 (490 MW(e), PHWR, Indie) - (15.06) Tianwan 1 (1000 MW(e), PWR-WWER, Chiny) -(12.05)
w 2007 włączono do sieci: Kaiga 3 (202 MW(e), PHWR, Indie) (11.04.) Tianwan 2 (1000 MW(e), PWR WWER, Chiny) (14.05.) Cernavoda 2 (655 MW(e), PHWR-CANDU, Rumunia) (7.08) Browns Ferry 1 (1065 MW(e), PWR, USA) (2.06.) (po dłuższym postoju)
w 2007 rozpoczęto budowę: Qinshan II-4 (610 MW(e), PWR, Chiny) (28.01.) Severodvinskn Akademik Lomonosov 1 & 2 (2x30 MW(e), PWR-KLT40, Rosja) (15.04.) Shin Kori 2 (960 MW(e), PWR, Korea Pd.) (5.06.) Hongyanhe 1 (1000 MW(e), PWR, Chiny) (18.08)
Ewolucja reaktorów energetycznych 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 Generacja I Generacja II Generacja III Generacja III+ Generacja IV Wcześniejsze prototypy reaktorów Shippingport Dresden, Fermi I Magnox Komercyjne reaktory energetyczne LWR-PWR, BWR CANDU VVER/RBMK LWR zaawansow ane : ABWR System 80+ AP-600 EPR Jak G III oraz zwiększone bezpieczeńst wo i lepsze wskaźniki ekonomiczne zwiększone bezpieczeństwo mniej odpadów odporność proliferacyjna
Ewolucja reaktorów energetycznych Pierwsze reaktory Współczesne reaktory Zaawansowane reaktory Systemy przyszłości 1950 1970 1990 2010 2030 2050 2070 2090 Generacja I Generacja II Generacja III Generacja IV
Reaktor prędki chłodzony ciekłym sodem Reaktor prędki chłodzony ciekłym metalem Reaktor prędki chłodzony gazem Reaktor bardzo wysoko temperaturowy (chłodzony helem) Reaktor chłodzony wodą o parametrach nadkrytycznych Reaktor chłodzony stopionymi solami
ENERGETYKA JĄDROWA KORZYŚCI? BEZPIECZEŃSTWO ENERGETYCZNE (nieporównywalnie większe niż dla wszystkich innych opcji energetycznych) OCHRONA ŚRODOWISKA (poza wypalonym paliwem i niewielką ilością innych odpadów promieniotwórczych oraz ciepłem odpadowym brak innego wpływu na środowisko, technologia przyjazna środowisku ) WZGLĘDY EKONOMICZNE (przy założeniu 50-60 lat eksploatacji najtańsza energia elektryczna, stabilna cena paliwa pozwala na przewidywalne rachunki ekonomiczne) LOGISTYKA ZARZĄDZANIA (np. elektrownia o mocy 1000 MWe zużywa 35 ton paliwa rocznie, w porównaniu z 7 000 ton węgla kamiennego dziennie)
Roczne zużycie paliwa w elektrowni o mocy 1000 MW (źródło: CERN Energy, Powering Your World, 2000) Źródło energii Potrzeby Dla porównania Biomasa Wiatr Słońce (fotowoltaiki) Biogaz Gaz Ropa naftowa Węgiel Rozszczepienie jąder Reakcja fuzji (termojądrowa) 2000 km 2 2700 wiatraków o mocy 1.5 MW 23 km 2 paneli słonecznych na równiku 20 000 000 świń 1.2 km 3 1 400 000 ton 2 500 000 ton 35 ton UO 2 100 kg D + 150 kg T 3-krotna wielkość Jeziora Bodeńskiego 486 km 2 2555 boisk piłkarskich 47 piramid Cheopsa 10 000 000 baryłek oleju lub 100 supertankowców 26 260 wagonów towarowych 210 ton rudy uranowej 2850 m 3 wody morskiej oraz 10 ton rudy litowej
WSPÓŁCZYNNIK WYKORZYSTANIA MOCY (średnia światowa) Go Back to Nuclear Power Plant Information 2000 InternationalAtomicEnergy Commentsto Project Officer (2005 -SŁOWENIA Agency. 98,3 %, HOLANDIA 95,5 %, This page was automatically created on 19 Mar 2007, 12:12:44. FINLANDIA 95,3 %, REPUBLIKA KOREI 91,2 %, USA 90,8 %)
PALIWO DLA ELEKTROWNI JĄDROWYCH - wysoka koncentracja energii w uranie: 1 kg uranu naturalnego jest równoważny wartości energetycznej 20 ton węgla kamiennego; - swoboda wyboru dostawcy uranu bądź gotowego paliwa reaktorowego; koszty transportu są praktycznie zaniedbywalne; - możliwości taniego składowania paliwa na potrzeby elektrowni na okres kilku lat (paliwo zajmuje mało miejsca) - koszt samego uranu naturalnego to ok. 30% kosztów paliwa reszta obejmuje wszystkich etapów produkcji elementów paliwowych, co oznacza, że: -udział surowca (uranu) w łącznym koszcie produkcji energii elektrycznej w elektrowni jądrowej wynosi zaledwie 3-5 %; (Powyższe oznacza stabilność dostaw i kosztów produkcji energii elektrycznej w dłuższej perspektywie) - zasoby uranu w świecie = udokumentowane złoża zapewniają dostawy dla eksploatacji reaktorów energetycznych o mocy z roku 2004 przez 85 lat, zasoby znane przez 270 lat ( ).
Years of Uranium Availabilty for Nuclear Power* Reactor/fuel cycle identified total total conventional conventional conventional and unconventional resources resources resources Current once-through fuel cycle with light 85 270 675 water reactors Pure fast reactor fuel cycle with 5000-6000 16000 19 000 40 000 47 000 recycling */ at 2004 generation electricity level; source: NUCLEAR TECHNOLOGY REVIEW 2007, IAEA, Vienna 2007.
ZAGROŻENIA? RADIACJA? mniejsza niż w przypadku elektrowni węglowej MOŻLIWOŚĆ AWARII? prawdopodobieństwo poniżej 10-5 na rok PONADTO STWARZANE PRZEZ: GENEROWANIE ODPADÓW PROMIENIOTWÓRCZYCH trudniejszych w składowaniu niż odpady z elektrowni konwencjonalnych MOŻLIWOŚĆ PROLIFERACJI wymuszająca tworzenie międzynarodowego i krajowego systemu zabezpieczeń i kontroli
STOSOWANIE W ELEKTROWNIACH JĄDROWYCH MATERIAŁÓW JĄDROWYCH I PROMIENIOTWÓRCZYCH wymaga STWORZENIA SYSTEMU BEZPIECZEŃSTWA JĄDROWEGO I OCHRONY RADIOLOGICZNEJ oraz MECHANIZMÓW JEGO RYGORYSTYCZNEGO PRZESTRZEGANIA, czyli przede wszystkim: systemu prawnego wymuszającego odpowiedni poziom kultury bezpieczeństwa, kompetentnych struktur kontrolnych, systemu nadawania uprawnień w wyniku szkolenia i weryfikacji wiedzy.
ODPADY PROMIENIOTWÓRCZE po odpowiednim przerobie ( kondycjonowaniu ) WYSOKO AKTYWNE (wypalone paliwo jądrowe lub odpady powstałe przy przerobie tego paliwa) muszą być odizolowane od środowiska naturalnego przez setki tysięcy lat (chyba, że ), w głębokich składowiskach geologicznych NISKO - I ŚREDNIO AKTYWNE muszą być odizolowane od środowiska naturalnego przez okres ponad 300 lat, w składowiskach podziemnych lub powierzchniowych
JĄDROWY CYKL PALIWOWY
Objętość odpadów (zeszkliwionych) z dostawy energii elektrycznej przez elektrownię jądrową jednej osobie w ciągu całego jej zżycia
Schemat składowania pojemników z zużytym paliwem jądrowym (górne rysunki) i z zeszklonymi odpadami o dużej aktywności (dolne rysunki) w wysadzie solnym. Model geologicznego składowiska odpadów promieniotwórczych w wysadzie soli kamiennej
MOŻLIWOŚĆ PROLIFERACJI i TERRORYZMU JĄDROWEGO, czyli KRADZIEŻY ŁADUNKU JĄDROWEGO KRADZIEŻY MATERIAŁU JĄDROWEGO W CELU BUDOWY ŁADUNKU JĄDROWEGO KRADZIEŻY MATERIAŁU PROMIENIOTWÓRCZEGO W CELU BUDOWY BRUDNEJ BOMBY (RDD) SABOTAŻU/ATAKU SKIEROWANEGO NA OBIEKT LUB TRANSPORT JĄDROWY WYMAGAJĄ WPROWADZENIA ŚISŁEGO REŻYMU EWIDENCJI, ZABEZPIECZEŃ I OCHRONY FIZYCZNEJ MATERIAŁÓW JĄDROWYCH I PROMIENIOTWÓRCZYCH
OBECNIE NAJWAŻNIEJSZE WYZWANIE TO: odpowiednie zabezpieczenie materiałów jądrowych i innych materiałów promieniotwórczych (prawo, struktury, szkolenie, kontrola, urządzenia monitorujące, systemy rachunkowości i ochrony fizycznej) przygotowanie (służb, społeczeństw) do eksplozji ładunku jądrowego i/lub brudnej bomby (szkolenie, przygotowanie i przećwiczenie procedur postępowania)
WARUNKI BUDOWY W POLSCE ELEKTROWNI JĄDROWYCH, TO: ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ ELEKTRYCZNĄ OPROCENTOWANIE KREDYTU PONIŻEJ 5 % ODWAGA POLITYKÓW PRZEKONANIE MEDIÓW ROZSĄDEK EKOLOGÓW AKCEPTACJA PRZEZ WIĘKSZOŚĆ POLAKÓW I LOKALNĄ LUDNOŚĆ ISTNIENIE WYSZKOLONYCH KADR
W odległości do 307 km od granic Polski eksploatowanych jest 10 elektrowni jądrowych (26 bloków -reaktorów energetycznych) o łącznej mocy ok. 18 tys. MW e : Piętnaście bloków z reaktorami WWER-440 (o mocy 440 MW e ): 3 bloki elektrowni Bohunice (Słowacja), w tym jeden typu WWER- 440/230, 2 bloki elektrowni Równe (Ukraina), 4 bloki elektrowni Paks (Węgry ), 2 bloki elektrowni Mochovce (Słowacja), 4 bloki elektrowni Dukovany (Czechy), Sześć bloków z reaktorami WWER-1000 (o mocy 1000 MW e ): 2 bloki elektrowni Chmielnicki (Ukraina), 2 bloki elektrowni Równe (Ukraina), 2 bloki elektrowni Temelin (Czechy), Cztery bloki z reaktorami BWR : 3 bloki elektrowni Oskarshamn (Szwecja) - o mocach 465, 630 i 1205 Mw e 1 blok elektrowni Krümel (RFN) o mocy 1315 MW e ; Jeden blok z reaktorem RBMK: 1blok elektrowni Ignalino (Litwa) o mocy 1300 MW e.
Stopień akceptacji społeczeństwa polskiego dla wykorzystania energii jądrowej do zaspokajania potrzeb energetycznych kraju w latach 1989-2004 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1991 1989 42 20 38 30 22 48 33 12 55 34 18 48 34 16 50 36 25 39 43 13 44 32 12 56 0% 20% 40% 60% 80% 100% za nie wiem/trudno powiedzieć przeciw
Stopień akceptacji budowy elektrowni jądrowej w Polsce (grudzień 2006) Ogółem N=1016 27% 34% 14% 15% 10% Mężczyźni N=486 35% Płeć 36% 9% 12% 8% Kobiety N=530 19% 32% Wiek 18% 17% 14% Do 29 N=303 24% 42% 13% 10% 11% Od 30 do 39 N=159 23% 39% 17% 12% 9% Od 40 do 49 N=195 26% 31% 13% 20% 10% Od 50 do 59 N=148 30% 27% 17% 15% 11% 60 i więcej N=211 31% 26% 10% 19% 14% [4] Zdecydowanie tak [3] Raczej tak [2] Raczej nie [1] Zdecydowanie nie Nie wiem/trudno powiedzieć
PIERWSZY ETAP POLSKIEGO PROGRAMU ENERGETYKI JĄDROWEJ 1972-1973 decyzja o budowie w Polsce elektrowni jądrowych, wybór 8 lokalizacji, decyzja lokalizacyjna Żarnowiec i Klempicz 1974- podpisanie porozumienia między PRL i ZSRR, decyzja na temat typu pierwszej elektrowni (4 reaktory typu WWER-440/213) 01.1982 - decyzja Rady Ministrów 04.1983 - podpisanie kontraktu dot. budowy 1984 - rozpoczęcie prac budowlanych
PIERWSZY ETAP POLSKIEGO PROGRAMU ENERGETYKI JĄDROWEJ, c.d. 1989 1990 protesty przeciwko EJ Żarnowiec ( Żarnobyl ), traktowanej jako przykład starej technologii radzieckiej, wybranej ze względów politycznych, narzuconej Polsce jako państwu satelickiemu, bez dostatecznego ekonomicznego i technicznego uzasadnienia, bez próby uzyskania akceptacji społecznej itd 1990 - Rada Ministrów konsultuje program z ekspertami z kraju i z zagranicy 4. 09. 1990 - Rada Ministrów decyduje o zaniechaniu programu 9. 11. 1990 - Sejm zatwierdza decyzję Rządu, aczkolwiek...
CZY POLSKA BYŁA PRZYGOTOWANA DO URUCHOMIENIA PROGRAMU ENERGETYKI JĄDROWEJ W LATACH SIEDEMDZIESIĄTYCH? TAK, gdyż istniały wtedy: rozwinięte instytucje naukowe, zespoły i programy naukowo-badawcze, instytucje i programy edukacyjne i szkoleniowe, dwustronna międzyrządowa umowa z ZSRR, kontrakty z dostawcami, podstawa prawna i struktury w zakresie bezpieczeństwa jądrowegio i ochrony radiologicznej, system totalitarny...
CZY POLSKA JEST OBECNIE PRZYGOTOWANA DO POWROTU DO PROGRAMU ENERGETYKI JĄDROWEJ? TAK, gdyż z istnieją: krajowy system prawny + właściwe wdrożenie traktatów i konwencji międzynarodowych, krajowe struktury w zakresie bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej, ogólna strategia w zakresie postępowania z odpadami promieniotwórczymi bogaty rynek oferujący różne konkurencyjne projekty elektrowni jądrowych, rosnąca akceptacja energetyki jądrowej przez polityków, przemysłowców i... NIE, bo brak w Polsce: wiążących decyzji politycznych, specjalistycznej kompetentnej komórki w strukturach Ministerstwa Gospodarki, kadr!!! odpowiedniej infrastruktury badawczej, instytucji i programów edukacyjno szkoleniowych, wystarczającego (?) poziomu akceptacji społecznej.