Energetyka jądrowa
Energetyka jądrowa, zespół zagadnień związanych z uzyskiwaniem na skalę przemysłową energii z rozszczepienia ciężkich jąder pierwiastków (głównie uranu 235). Energię tę pozyskuje się w elektrowniach jądrowych (reaktor jądrowy), w reaktorach służących do napędu okrętów, w zasilaczach izotopowych (SNAP) itd. Energetyka jądrowa obejmuje również problemy związane z wydobyciem uranu, przeróbką paliwa jądrowego oraz składowaniem odpadów jądrowych. Pierwsze elektrownie jądrowe pojawiły się w latach pięćdziesiątych, dynamiczny rozwój tej dziedziny rozpoczął się w 2. poł. lat sześćdziesiątych, w związku z wzrostem kosztów energii uzyskiwanej ze spalania kopalin. Rozwój ten został prawie wstrzymany po katastrofie w Czarnobylu.
Na świecie zainstalowane są elektrownie jądrowe o łącznej mocy 274,5 GW, wytwarzanej przez 429 bloków energetycznych. (Dla porównania: energetyka węglowa posiada moc zainstalowaną równą 1614,1 GW, elektrownie wodne 566,8 GW, dane z końca lat osiemdziesiątych). Wielkości rocznej produkcji energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych wskazuje na większe w nich wykorzystanie zainstalowanej mocy (kolejno: jądrowe: 1560, węglowe 6350, wodne 2030 TWh). Najwięcej energii elektrycznej uzyskuje się z energetyki jądrowej w USA (rocznie 527 TWh, 108 reaktorów) i Francji (260 TWh, 55 reaktorów). Potęgami są tu również Japonia, Rosja, Ukraina i RFN. Największy procentowo udział energetyki jądrowej w produkowanej energii elektrycznej ma obecnie Litwa (ok. 80%), Francja (69,9%) i Belgia (65,5%). Największe kontrowersje wokół energetyki jądrowej związane są z problemem powstawania, transportu i składowania odpadów promieniotwórczych.
Energia Jądrowa
Podczas drugiej wojny światowej naukowcy w USA i III Rzeszy prowadzili swoisty wyścig, komu pierwszemu uda się skonstruować broń jądrową. Później rozwinięto również cywilne zastosowania technologii jądrowej, np. w energetyce.
Zespół naukowców pod kierownictwem włoskiego fizyka Enrico Fermiego zdołał przeprowadzić 2 XII 1942 roku kontrolowaną reakcję jądrową. Fizykom udało się rozszczepić jądro ciężkiego atomu uranu, złożone z protonów oraz neutronów, na dwa jądra pierwiastków lżejszych. Podsumowując masy substratu i produktów reakcji okazuje się, że pewna część materii znikła, wydzielając wielką porcję energii. W bombie atomowej proces rozszczepienia zachodzi bardzo szybko, w sposób niekontrolowany. W reaktorze jądrowym reakcja jest starannie kontrolowana i zachodzi dużo wolniej. Produkowana energia zamienia wodę w parę, która porusza olbrzymie turbiny napędzające generatory.
Przeglad Instalacji w elektrowni jądrowej. W niektórych z widocznych rur płynie chłodziwo przekazujące ciepło z rdzenia reaktora do wytwórnic pary napędzającej generatory prądu
Reakcja łańcuchowa
Reakcja rozszczepienia jądra uranu, zachodzi pod wpływem powolnego neutronu. Neutron krążący z prędkością odpowiadającą prędkości ruchów cieplnych (ok. 2 km/s), zwany neutronem termicznym, łączy się z jądrem substancji rozszczepialnej, czyniąc je niestabilnym. Jądro deformuje się, przewęża, a w końcu rozpada na dwa jądra stabilne, emitując przy tym kilka neutronów oraz porcję energii. Wyemitowane neutrony mogą trafić w inne jądra, które ulegną rozszczepieniu. W rezultacie powstaje coraz więcej swobodnych neutronów i coraz więcej jąder rozszczepia się. Reakcja ta nosi nazwę reakcji łańcuchowej. W bombie atomowej pozwala się na pełne rozwinięcie łańcucha, by wszystkie powstające przy jednostkowym akcie rozpadu neutrony powodowały rozszczepienie innych jąder. Dlatego następuje bardzo gwałtowne przyspieszenie tempa reakcji owocujące nagłym uwolnieniem wielkiej energii - eksplozją. W reaktorze natomiast część powstałych neutronów jest wychwytywana przez substancję dobrze pochłaniającą neutrony, np. kadm lub bor.
Materiały rozszczepialne
Jedynie kilka izotopów pierwiastków można wykorzystać jako paliwo jądrowe. Jądro musi być duże i ciężkie oraz rozpadać się pod wpływem powolnego neutronu, emitując przy tym inne neutrony. Materiały spełniające te kryteria to materiały rozszczepialne. Zdecydowanie najczęściej używanym materiałem rozszczepialnym jest izotop uranu o liczbie masowej 235 - U235. Jego jądro składa się z 92 protonów oraz 143 neutronów. Reakcja rozszczepienia jąder porcji uranu wydziela dwa milion ' razy więcej energii niż spalenie węgla o tej samej masie. Jednak nawet jeśli posiadamy odpowiedni materiał rozszczepialny, to reakcja łańcuchowa nie rozwinie się w nim, jeśli będzie go zbyt mało. Jeśli atomów uranu jest niewiele to prawdopodobieństwo, że wędrujący neutron natknie się na jądro jest znikome, i neutron wylatuje poza bryłę materiału rozszczepialnego. Jeśli rozmiar`- bryły rosną, to wzrasta też prawdopodobieństwo trafienia na jądro. Przy pewnej ilości materiału, tak zwanej masie krytycznej, reakcja łańcuchowa zaczyna sama się podtrzymywać. W pierwszej bombie atomowej dwa kawałki uranu, każdy o masie mniejszej niż krytyczna, złączono ze sobą za pomocą konwencjonalnego materiału wybuchowego. W ten sposób doszło do gwałtownego utworzenia masy ponadkrytycznej uranu i reakcja łańcuchowa rozwinęła się. Opatrzony kryptonimem CP-1 reaktor Fermiego, zwany stosem atomowym, był w istocie uporządkowanym stosem ułożonym naprzemiennie z bloczków tlenku uranu (40 ton) i grafitu (385 ton). Grafit był moderatorem, czyli substancją która spowalnia neutrony, tak by wzrosła ich efektywność w rozszczepianiu jąder uranu. Neutrony, uderzając o jądra moderatora, oddają im pewną część własnego pędu, zwalniając przy tym. By kontrolować przebieg reakcji, w stos wsuwano pręty kadmowe, które pochłaniały nadmiar neutronów, spowalniając w razie potrzeby reakcję łańcuchową. Nowoczesne reaktory Większość nowoczesnych reaktorów to reaktory termiczne, czyli wykorzystujące neutrony termiczne do rozszczepiania jąder atomów paliwa jądrowego. W reaktorach tych trzeba stosować moderatory. Obecnie stosuje się trzy ich rodzaje: grafit, wodę oraz wodę ciężką (woda, w której cząstce atomy zwykłego wodoru zastąpiono atomami deuteru - izotopu wodoru o masie atomowej 2). W początkowej fazie rozwoju energetyki jądrowej najczęściej stosowano grafit. Do dziś wykorzystuje się go w niektórych rodzajach reaktorów, w tym w wysokowydajnych reaktorach grafitowo-sodowych, chłodzonych ciekłym sodem. Reaktory, w których rolę moderatora pełni ciężka woda, charakteryzują się najmniejszymi stratami neutronów. Podobnie jak zwykła woda, woda ciężka może być z powodzeniem stosowana zarówno jako moderator, jak i chłodziwo. Pozwala to na budowę prostych i bardzo wydajnych reaktorów o stosunkowo niewielkich wymiarach.
W 1986 roku nastąpił wybuch w reaktorze w Czernobylu na Ukrainie. Około 30 osób zginęło od razu, tysiące umarły później wskutek napromieniowania.
Paliwo jądrowe
Niekiedy stosuje się paliwo jądrowe w postaci uranu metalicznego w specjalnych koszulkach ze stopu magnezowego. Jednak zwykle paliwem jest granulowany tlenek uranu zamknięty w długich metalowych rurach - prętach paliwowych. Pełny wsad paliwa do przeciętnego reaktora składa się z kilkuset takich prętów. Pręty pozostają w reaktorze 4-5 lat. Po tym czasie wypalone paliwo jądrowe jest przesyłane do jego dostawcy, który składuje je, odzyskując zwykle wcześniej wytworzony pluton i nie spalony uran.
Chłodziwa
Reaktory trzeba chłodzić, by odbierać produkowaną w nich energię. Chłodziwo w wymiennikach ciepła grzeje wodę w drugim obiegu, nie stykającym się bezpośrednio z reaktorem, wytwarzając parę napędzającą turbiny. Chłodziwem może być woda, zarówno zwykła, jak i ciężka. Niekiedy buduje się reaktory, w których ciśnienie wody chłodzącej dobrano w ten sposób, że wrze ona, gdy przechodzi przez rdzeń reaktora. W innych woda pod ciśnieniem 100-140 atmosfer ogrzewa się nawet do 300°C, co pozwala na znaczne podniesienie sprawności urządzenia. Chłodziwem może być również powietrze, gazy, takie jak wodór czy hel, lub ciekły metal - sód, potas bądź bizmut.
Rdzeń reaktora, w którym produkuje się energię. Sam rdzeń jest niewielki, lecz reszta wyposażenia zajmuje znacznie więcej miejsca.
Reaktory prędkie i powielające
Podczas pracy reaktora część neutronów powoduje przekształcenie nierozszczepialnego izotopu U238 w rozszczepialny izotop plutonu Pu239. Ten może być wykorzystywany jako paliwo jądrowe oraz jako materiał do produkcji broni jądrowej. Zwykłe reaktory produkują niewiele plutonu, więc skonstruowano reaktory produkcyjne i powielające, których celem działania jest głównie produkcja Pu239. Jest to znacznie prostszy sposób otrzymania wysoko wzbogaconego materiału rozszczepialnego niż tradycyjne metody wzbogacania uranu. Wysoko wzbogacony uran wykorzystywany jest do produkcji broni jądrowej. Jedną z najciekawszych konstrukcji reaktora powielającego jest reaktor prędki. Neutrony poruszają się w nim ze znacznie większymi prędkościami niż w reaktorze termicznym (rzędu 150 km/s). nie stosuje się więc moderatora. Również chłodziwo musi być odpowiednie, by nie spowalniać neutronów. Dotąd używano w tym charakterze ciekłego sodu, metalu wyjątkowo aktywnego chemicznie. Ta cecha chłodziwa powoduje szereg trudności konstrukcyjnych, gdyż nieliczne tylko materiały nie korodują w kontakcie z sodem.
Bezpośredni kontakt z materiałami radioaktywnymi jest niebezpieczny dla życia i zdrowia, dlatego wszelkie prace z tymi materiałami wykonywane są w specjalnie ekranowanych komorach.
Kontrolowana synteza jądrowa
Obecnie wszystkie pracujące reaktory wykorzystują do produkcji energii zjawisko rozszczepienia jąder ciężkich atomów. Lecz istnieje inny sposób otrzymywania jeszcze większej energii, wykorzystywany dotąd wyłącznie w celach militarnych. Jest nim synteza jądrowa. Polega ona na łączeniu się dwóch jąder lekkich atomów w jedno jądro atomu cięższego oraz wolną cząstkę elementarną. Energia wydziela się wskutek różnicy mas pomiędzy substratami i produktami reakcji. Światowe zasoby deuteru są ogromne (oceany), zaś tryt jest łatwy do wyprodukowania. Reakcja nie wytwarza też odpadów promieniotwórczych. Problem polew na tym, że do jej przeprowadzenia potrzebne jest podgrzanie substratów do co najmniej 40 mln stopni Celsjusza. Zapoczątkowanie reakcji deuteru wymaga temperatury 350 mln stopni Celsjusza. W tych temperaturach materia staje się plazmą. Poza tym jądra muszą znaleźć się odpowiednio blisko siebie. potrzebna jest więc ogromna gęstość plazmy. Co więcej, warunki te muszą trwać odpowiednio długo, czyli dziesiątą część sekundy. Dotychczas warunki takie uzyskano w bombie wodorowej. W laboratoriach pracuje się nad kontrolowaną reakcją termojądrową, stosując szereg pomysłowych technologii. Reakcja syntezy zachodzi, jednak wciąż wydatkuje się więcej energii dla jej przeprowadzenia, niż uzyskuje się w jej wyniku. Dlatego elektrownie termojądrowe pojawią się prawdopodobnie nieprędko.
W końcu 2001 roku na świecie pracowało 438 reaktorów jądrowych. Łączna ich moc wynosi 354 GW(e). Produkują one 16% energii elektrycznej na świecie. 150 elektrowni jądrowych, stanowiących 36% mocy zainstalowanej na świecie, znajduje się w Europie Zachodniej, gdzie pokrywa 30% całkowitego zapotrzebowania na energię elektryczną. W Ameryce Północnej 118 reaktorów jądrowych dostarcza 20% energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych i 12% w Kanadzie. W Europie Wschodniej i państwach byłego Związku Radzieckiego pracuje 68 reaktorów. Na Środkowym Wschodzie, w Azji Południowej i na Dalekim Wschodzie, gdzie planowany jest dalszy rozwój energetyki jądrowej, szczególnie w Chinach, Indiach, Japonii i w Republice Korei, pracuje 84 reaktorów. W Ameryce Łacińskiej i w Afryce znajduje się mniej niż 2% całkowitej mocy elektrowni jądrowych. Obecnie, na świecie w budowie są 32 reaktory. Największą liczbę reaktorów jądrowych posiadają Stany Zjednoczone - 104, Francja ma ich 59, Japonia - 54, Wielka Brytania - 33, Rosja - 30, Niemcy - 19, Ukraina - 13, Słowacja - 6, Czechy - 5, Bułgaria - 6. Najwyższy udział energetyki jądrowej w produkcji energii elektrycznej ma Litwa - 77,6%, drugie miejsce zajmuje Francja - 77,1%. W Chinach udział ten wynosi zaledwie 1,1%.
Jedni rezygnują...
Obecnie w Ameryce Północnej nie buduje się, ani nie zamawia nowych elektrowni jądrowych. Taka sama sytuacja ma miejsce w Europie Zachodniej, gdzie istnieje teraz znaczny nadmiar mocy w sektorze elektroenergetycznym. Tam, gdzie potrzeba nowych mocy, inwestorzy na ogół wolą rozwiązania mniej kosztowne od dużych, kapitałochłonnych bloków oferowanych przez przemysł jądrowy. Ponadto w Belgii, Holandii, w Niemczech i w Szwecji planuje się stopniowe zamykanie elektrowni nuklearnych, a w Austrii, Danii, Grecji, Irlandii, Norwegii i we Włoszech podjęto decyzje polityczne o rezygnacji z energetyki atomowej.
Jednak, obecnie eksploatowane elektrownie jądrowe, dla których zarówno koszty paliwowe jak i eksploatacyjne są małe, a początkowe nakłady inwestycyjne zostały już w dużej mierze zamortyzowane, mogą być bardzo konkurencyjnymi źródłami energii elektrycznej. W Ameryce Północnej, jak i w Europie Zachodniej jest to osiągane przez poprawę efektywności pracujących elektrowni, konsolidację przemysłu jądrowego, a także inwestycje przedłużające okres eksploatacji istniejących elektrowni nuklearnych. W Europie Wschodniej i w państwach byłego Związku Radzieckiego większość elektrowni ma za sobą już ponad połowę swego pierwotnego zaprojektowanego okresu eksploatacji.
... inni budują
W Rosji budowane są trzy elektrownie, a planuje się budowę kolejnych bloków. Dalsze działania, zdaniem ekspertów, będą zależały od warunków ekonomicznych, finansowania i bezpieczeństwa dostaw energii. Głównymi regionami świata, jak zapowiada Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej (MAEA), gdzie przewidywany jest rozwój energetyki jądrowej w najbliższej przyszłości są Daleki Wschód i Azja Południowa. Jednak niedawny kryzys finansowy w Azji, spowodował spowolnienie przewidywanego, dużego wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną.
W Europie
Obecnie w Bułgarii pracuje 6 reaktorów o łącznej mocy 3538 MW(e). Udział energetyki nuklearnej w produkcji energii elektrycznej wynosi tam 41,6%. - Nasz kraj znacząco przyczynia się do zapewnienia stabilności zasilania elektrycznego w całym regionie - mówi Emil Vapiriev, przewodniczący Agencji Dozoru Jądrowego w Sofii. - Naszą energię dostarczamy do Grecji, Turcji, Albanii, Kosowa, Jugosławii. Od początku lat dziewięćdziesiątych prowadzimy modernizację wszystkich naszych sześciu bloków w elektrowni w Kozłoduj. Obecnie przerwano modernizację bloków 1 i 2. Powodem były naciski Unii Europejskiej, która wymogła na Bułgarii zamknięcie tych bloków, które zostały przyłączone do sieci w latach 1974 i 1975. Zostaną one zamknięte do 2003 roku. Dodatkowo do 2006 roku mają zostać zamknięte kolejne bloki, tj. 3 i 4. - Są to już zmodernizowane reaktory - mówi Vapiriev. - Początkowo nasz parlament ustalił, że nie dojdzie do ich zamknięcia przed wstąpieniem Bułgarii do Unii Europejskiej. Jednak nasz rząd, pod naciskiem Komisji Europejskiej, 18 listopada tego roku, postanowił zamknąć te bloki. Uważam, że decyzja ta nie jest umotywowana przesłankami technologicznymi, tylko czysto politycznymi. Sektor jądrowy jest jedną z najlepiej rozwiniętych gałęzi przemysłu w naszym kraju, dlatego uważam, za szkodliwą dla naszej gospodarki decyzję o zamknięciu kolejnych bloków. W Bułgarii energetyka jądrowa jest akceptowana przez społeczeństwo. - Nie ma u nas zjawiska radiofobii - mówi Tzvatanka Giurowa, Sekretarz ds. Komunikowania Społecznego Bułgarskiego Forum Atomowego BULATOM. - Bułgarzy zdają sobie sprawę z dużej roli, jaką odgrywa energetyka jądrowa na nasz przemysł i gospodarkę. Z przeprowadzonych przez nas badań opinii publicznej wynika, że większość bułgarskiego społeczeństwa jest za utrzymaniem energetyki jądrowej jako źródła energii elektrycznej. Elektrownia w Kozłoduj powinna zostać utrzymana jako symbol bułgarskiego przemysłu. Społeczeństwo sprzeciwia się stopniowemu zamykaniu kolejnych bloków. Uważa ono, że Komisja Europejska nie kieruje się wyłącznie argumentami związanymi z bezpieczeństwem. Bułgarzy sądzą, że zamknięcie bloków nie wpłynie na przyspieszenie wstąpienia naszego kraju do UE. Ponadto przekonani są, że spowoduje to wzrost cen energii elektrycznej.
W Czechach pracuje obecnie 5 reaktorów o łącznej mocy 2560 MW(e). Energetyka jądrowa ma tam 19,8% udziału w produkcji energii elektrycznej. Cztery bloki z reaktorami typu WWER-440/213 funkcjonują w elektrowni Dukovany. Pierwszy blok w elektrowni Temelin został włączony do sieci w grudniu 2001 roku.
W Finlandii pracują 4 bloki o łącznej mocy 2656 MW(e). Udział energetyki nuklearnej w produkcji energii elektrycznej wynosi tam 30%. W Finlandii pracują dwie elektrownie: Loviisa i Olkiluoto. Obecnie Finlandia podjęła decyzję o budowie kolejnego, piątego bloku. - Nasz kraj posiada niewiele krajowych źródeł energii - mówi Anneli Nikula, doradca Teollisuuden Voima Oy - towarzystwa energetycznego. - Tylko 1/3 naszej produkcji energii oparta jest na źródłach krajowych, resztę musimy importować. Przewidujemy, że do 2015 roku będziemy potrzebować 7000 MW nowych mocy. Dlatego musieliśmy podjąć działania nad rozwinięciem naszej produkcji energetycznej. Zdecydowaliśmy się na opcję nuklearną. Po pierwsze jest to czyste ekologicznie źródło energii. Po drugie zmniejszy to naszą zależność od energii importowanej. Ponadto uważamy energetykę atomową za najtańszą opcję.
Na Słowacji pracuje 6 bloków, o łącznej mocy 2408 MW(e). Udział energetyki nuklearnej w produkcji energii elektrycznej wynosi tam 53,4%. Pod naciskiem Unii Europejskiej, do 2006 roku mają zostać zamknięte dwa starsze bloki w EJ Bohunice, uruchomione w latach 1979-85. Rząd Słowacji nie chciał zgodzić się na ich zamknięcie przed końcem 2020 roku, po wydaniu około 200 mln USD na ich modernizację. W 1998 roku włączono do sieci blok nr 1 w EJ Mohovce, a w 1999 roku blok nr 2. Obecnie trwa tam budowa dwóch kolejnych bloków.
Litwa posiada najwyższy udział energetyki jądrowej w produkcji energii elektrycznej - 77,6%. Pracują tam dwa bloki, o łącznej mocy 2370 MW(e). Obecnie podjęto decyzję o zamknięciu elektrowni Ignalina. Pierwszy blok zostanie zamknięty w grudniu 2004 roku, drugi w 2009 roku. Tym samym Litwa zostanie pozbawiona energetyki jądrowej. Rząd litewski forsował utrzymanie obu bloków w eksploatacji do około 2020 roku, zgodnie z projektowymi założeniami eksploatacyjnymi. Jednak, pod naciskiem Unii, dokonano powyższych uzgodnień. Litwa ma bardzo ograniczone zasoby własnych źródeł energii. Ich pozyskanie w roku 2000 stanowiło 9% łącznego zużycia pierwotnej energii. Prezydent Litwy nawet zaproponował budowę, na terenie EJ Ignalina, wspólnym wysiłkiem finansowym jego kraju i sąsiednich państw, nowoczesnej elektrowni jądrowej. Pozwoliłoby to na wykorzystanie istniejącej tam infrastruktury, a tym samym na znaczne obniżenie nakładów inwestycyjnych na nowy obiekt. - Litwini są dumni z energetyki jądrowej i chcą, aby nadal istniała i się rozwijała - mówi Jurgis Vilemas, dyrektor Litewskiego Instytutu Energii w Kownie. - Ignalina odgrywała znaczącą rolę w naszej gospodarce. Odpowiedź na pytanie, co się stanie po jej zamknięciu, jest bardzo trudna. Jesteśmy za budową nowej elektrowni, mamy poparcie społeczeństwa. Brakuje nam jednak funduszy.
W Niemczech, gdzie pracuje 19 bloków nuklearnych, o łącznej mocy 21.283 MW(e), które dostarczają 30,5% energii elektrycznej, rząd koalicji SPD i Partii Zielonych podjął decyzję o możliwie jak najszybszej i całkowitej likwidacji energetyki jądrowej, ze względu na jej wysokie ryzyko szkód. Przemysł niemiecki zażądał w tej sytuacji pokrycia przez rząd strat wynikających z przedwczesnego zamykania elektrowni. Rząd, pod naciskiem przedsiębiorców, przyjął względnie długi okres eksploatacji elektrowni atomowych. Jednocześnie wprowadzono klauzulę do nowego prawa atomowego, zabraniającą budowy nowych elektrowni nuklearnych. Powiedziane obecnie "nie" dla energetyki jądrowej przez tak wysoko uprzemysłowiony kraj jak Niemcy, stanowi poważny cios dla światowej energetyki jądrowej.
Zapotrzebowanie wzrośnie
W stosunku do dnia dzisiejszego, według prognozy ONZ, liczba ludności świata wzrośnie o 4,4 miliardy do 2100 roku, tj. około 75%. Tym samym przewiduje się, że globalne zużycie energii pierwotnej wzrośnie od 1,7 do 3,7 razy do 2050 roku. Zapotrzebowanie na energię elektryczną rośnie prawie 8-krotnie w scenariuszach z wysokim tempem rozwoju gospodarczego i ponad 2-krotnie - w scenariuszach zakładających oszczędzanie. Średni ważony wzrost zużycia energii elektrycznej wynosi 4,7 razy. Większość prognoz przewiduje, także znaczny wzrost wykorzystania energetyki jądrowej. Moc elektrowni nuklearnych w 2050 roku ma wynosić około 5000 GW(e). Te przewidywania, według MAEA, wymagałyby budowy dodatkowych elektrowni jądrowych o całkowitej mocy od 50 do 150 GW(e) rocznie, w okresie od 2020 do 2050 roku.
Praktycznie czysta
Produkcja energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych nie powoduje praktycznie żadnych emisji gazów cieplarnianych, a cały łańcuch jądrowy ma jeden z najniższych wskaźników emisji na jednostkę wytwarzanej energii w całej energetyce. Zamiana elektrowni opalanej węglem na paliwem jądrowym, przyjmując, że moc każdej z nich wynosi 1000 MW(e), pozwala uniknąć emisji od 1,3 do 2,2 mln ton ekwiwalentu węgla rocznie. Według analiz MAEA, w okresie od 2008 do 2012 roku, zastąpienie elektrowni spalających paliwa organiczne elektrowniami jądrowymi, zmniejszyłoby łączną emisję o około 935 mln ton ekwiwalentu węgla. Dla porównania, zastąpienie węgla gazem zmniejszyłoby emisję tylko o 300 mln ton.
Technologia i bezpieczeństwo
Przemysł elektroenergetyczny jest gałęzią gospodarki wymagającą konkurencyjności. Cecha ta staje się coraz ważniejsza w miarę liberalizacji rynku energetycznego. Dla przemysłu jądrowego najważniejszymi zadaniami dla uzyskania akceptacji społecznej i politycznej są: obniżenie kosztów, przy stale rosnącym bezpieczeństwie, przedstawienie akceptowalnych społecznie metod przechowywania i składowania odpadów oraz doskonalenie metod zapobiegania rozprzestrzenianiu broni jądrowej. Obniżenie kosztów realizowane jest przede wszystkim przez stałe doskonalenie istniejących procedur operacyjnych i technologii. W latach 90. wprowadzenie takich ulepszeń w elektrowniach jądrowych spowodowało wzrost mocy dyspozycyjnej o 28 GW(e), co odpowiada zbudowaniu 28 nowych elektrowni o mocy 1000 MW(e) każda. Nowe elektrownie jądrowe są bardziej kapitałochłonne w fazie budowy niż elektrownie wykorzystujące kopalne paliwa organiczne, szczególnie elektrownie opalane gazem. Tam, gdzie blisko znajdują się złoża węgla lub istnieje sieć dostaw gazu ziemnego, takie nowe elektrownie produkują energię elektryczną taniej niż nowe elektrownie jądrowe. Na zliberalizowanych rynkach energetycznych, gdzie nacisk kładzie się na szybki zwrot poniesionych kosztów, wysokie nakłady inwestycyjne na elektrownie nuklearne i długie okresy zwrotu kapitału stanowią dla nich poważne obciążenie. Jednak, występujące ostatnio podwyżki cen gazu zmniejszyłyby jego przewagę ekonomiczną. Za energetyką atomową przemawiają niskie i stabilne ceny paliwa jądrowego. Elektrownie nuklearne w znacznej mierze budowane są w państwach, które posiadają ograniczone zasoby kopalnych paliw organicznych i zmuszone są do transportu paliwa na duże odległości.
Strach przed Czarnobylem
Według zapewnień MAEA, w ogólnej ocenie energetyka jądrowa może poszczycić się najlepszymi na świecie osiągnięciami w zakresie bezpieczeństwa. Właśnie silny nacisk na bezpieczeństwo energetyki nuklearnej jest jednym ze "skutków" awarii z 1986 roku w Czarnobylu. Energetyka atomowa osiągnęła doskonałe wyniki w dziedzinie zapewnienia bezpieczeństwa, jednak ta katastrofa pokazała, że tego typu awarie mogą się zdarzyć i zdarzają się. Powodem katastrofy w Czarnobylu było przegrzanie się paliwa jądrowego, co spowodowało pożar grafitu w rdzeniu reaktora. Należy zaznaczyć, że czarnobylski reaktor - w przeciwieństwie do elektrowni zachodnioeuropejskich - pozbawiony był systemu barier, które w razie awarii powstrzymują uwolnienia substancji radioaktywnych do otoczenia. Inną zasadniczą cechą reaktora w Czarnobylu było to, że wskutek awarii, moc jego wzrosła około 1000 razy powyżej normalnej pełnej mocy. W reaktorach PWR czy BWR budowanych w Stanach Zjednoczonych, czy w Europie Zachodniej, moc reaktora po awarii zawsze maleje. Chociaż przypadek Czarnobyla był wyjątkowy, wyciągnięto z niego wnioski, szczególnie dotyczące roli człowieka w eksploatacji elektrowni. Od czasu tej awarii, przemysł jądrowy stale wprowadza udoskonalenia w zakresie bezpieczeństwa jądrowego i eksploatacji. Nowe projekty reaktorowe są kolejnym etapem tego trendu. Zawierają one szereg uproszczeń konstrukcyjnych i zwiększają rolę pasywnych cech bezpieczeństwa. Katastrofa elektrowni w Czarnobylu potwierdziła potrzebę utworzenia, opracowanego przez MAEA, systemu reagowania w sytuacjach awaryjnych. Zdaniem Tomihiro Taniguchi, zastępcy dyrektora generalnego Departamentu Bezpieczeństwa Jądrowego MAEA, zasadnym okazało się przyjęcie dwóch międzynarodowych konwencji: jednej, dotyczącej wczesnego powiadamiania i drugiej - o wzajemnej pomocy w razie wystąpienia awarii jądrowej. W ramach pierwszej konwencji, państwa członkowskie zobowiązały się powiadamiać Agencję o wypadkach jądrowych. Druga, zapewnia szybką pomoc na prośbę państw członkowskich, aby ograniczyć do minimum wszelkie konsekwencje radiologiczne awarii, ochronić życie ludzi, dobra społeczne i środowisko. - Katastrofa w Czarnobylu jest dla nas nauczką - mówi Tomihiro Taniguchi. - Zwróciła ona szczególną uwagę na ważną kwestię, jaką jest bezpieczeństwo. Główne elementy postępowania awaryjnego MAEA to: natychmiastowa reakcja, koordynacja pomocy technicznej, szerokie możliwości porozumiewania się, duża liczba ekspertów w dyspozycji Agencji. W 1989 roku, jako odpowiedź podmiotów eksploatujących jądrowych na awarię w Czarnobylu, powstało WANO - Światowe Stowarzyszenie Operatorów Jądrowych. Jego zadaniem jest maksymalne zwiększenie bezpieczeństwa i niezawodności funkcjonowania elektrowni atomowych na świecie, poprzez wymianę informacji i zachęcanie do współpracy między członkami organizacji. - Naszym celem jest ulepszenie eksploatacji elektrowni jądrowych - mówi George Hutcherson, zastępca Dyrektora Centrum Koordynacyjnego WANO. - Prowadzimy ciągłą wymianę wiedzy między operatorami elektrowni. Realizujemy program przeglądu elektrowni, których dokonują niezależni eksperci. Określają oni mocne i słabe strony funkcjonowania reaktorów. Organizujemy kursy, warsztaty i seminaria. Obecnie bezpieczeństwo przemysłu nuklearnego w głównej mierze zależy od wzajemnej współpracy wszystkich organizacji nuklearnych i całego przemysłu atomowego. Wyzwaniem dzisiejszych czasów jest utrzymanie wysokiego poziomu bezpieczeństwa przy jednocześnie wysokich wskaźnikach eksploatacyjnych.
Obawa przed terroryzmem
Kwestia bezpieczeństwa nabrała szczególnego znaczenia po wydarzeniach 11 września, ubiegłego roku. MAEA zakwalifikowała kilka typów przypadków, zagrożonych ewentualnymi aktami terrorystycznymi. Zdaniem Melissy Fleming, starszego specjalisty ds. informacji Departamentu Informacji Społecznej MAEA, najmniej prawdopodobnym zjawiskiem jest kradzież broni jądrowej. - Kraje, które taką broń posiadają, bardzo starannie jej strzegą - mówi M. Fleming. - Bardziej prawdopodobnym zjawiskiem są nielegalne obroty materiałami jądrowymi. Mamy doniesienia o istnieniu tego procederu. Na szczęście, nie odbywa się on na dużą skalę. Natomiast, jednym z najbardziej znaczących obecnie zagrożeń, jest sprawa tzw. porzuconych materiałów radioaktywnych. Problem, w głównej mierze, polega na tym, że te materiały znajdują się poza kontrolą dozoru jądrowego. Podstawowym zadaniem, jakie nas obecnie czeka to odnalezienie i zabezpieczenie tych materiałów. Jeszcze jednym, mało prawdopodobnym zagrożeniem, mogą być ataki na elektrownie jądrowe. Czemu? Są to obiekty bardzo odporne na wszelkiego rodzaju działania zbrojne i stanowią bardzo trudny cel.
Bezpieczeństwo a UE
Opcja energetyki jądrowej pozostaje kwestią otwartą w ramach rozszerzenia UE. - Jest ustaloną zasadą, że każdy kraj członkowski sam decyduje o wyborze lub odrzuceniu funkcjonowania na swoim terenie technologii nuklearnych - mówi Andreas Herdina, szef grupy roboczej Komisji Europejskiej. - Obecnie osiem krajów członkowskich stosuje energetykę jądrową, a jeśli chodzi o państwa kandydackie, produkujące energię nuklearną - to jest ich siedem. Po wstąpieniu do UE wszystkie kraje muszą przestrzegać, obowiązujących w niej zasad dotyczących zabezpieczenia przed rozprzestrzenianiem się broni jądrowej oraz dostaw paliwa jądrowego. Wszystkie nowe instalacje nuklearne muszę być zgłaszane Komisji Europejskiej. Podczas grudniowego szczytu w Kopenhadze, po raz pierwszy kwestia bezpieczeństwa jądrowego zostanie postawiona na porządku dziennym obrad. Podczas ostatniego rozszerzenia, nie miało to miejsca. Jak wyjaśnia Andreas Herdina, powody są trzy: - po pierwsze wszystkie kraje kandydackie, eksploatujące energię elektryczną są jednocześnie państwami w trakcie przemian gospodarczych. Prowadzą one długotrwały proces zmian instytucjonalno-prawnych. Po drugie w państwach, tych później niż w Europie Zachodniej, zdano sobie sprawę z kwestii bezpieczeństwa jądrowego. Po trzecie, awaria w Czarnobylu rzuciła czarną plamę na reputację funkcjonujących w krajach Europy Środkowo-Wschodniej reaktorów. W wyniku prac Komisji Europejskiej, zaleciła ona zamknięcie bloków jądrowych w trzech krajach: na Litwie - Ignalina, Słowacji - Bohunice, Bułgarii - Kozłoduj. - Ustaliliśmy trzy międzynarodowe fundusze finansowe, których celem będzie wsparcie tych państw w realizacji naszych zaleceń - mówi Andreas Herdina.
Najbardziej zalecana
Ewolucyjne doskonalenie konstrukcji i zasad eksploatacji elektrowni jądrowych oraz zakładów cyklu jądrowego będzie trwało, podobnie jak dzieje się to w przypadku innych technologii - twierdzą przedstawiciele MAEA. Niemniej jednak na dłuższą metę, dla wzrostu udziału energetyki jądrowej w zaspokojeniu rosnących globalnych potrzeb energetycznych świata, ważne będzie opracowanie zdecydowanie nowatorskich rozwiązań projektowych elektrowni atomowych i cyklu paliwowego, charakteryzujących się znacznie lepszą ekonomiką, lepszym wykorzystaniem zasobów paliwowych, minimalizacją odpadów promieniotwórczych.
Obecnie energetyka jądrowa jest najbardziej zalecanym źródłem energii elektrycznej, podobnie jak hydroenergetyka oraz energia wiatru i słońca. Ponadto energetyka nuklearna może być wykorzystywana w przyszłości do odsalania wody morskiej, co pomoże w rozwiązaniu problemu dostaw czystej, słodkiej wody do picia. Zdaniem specjalistów MAEA, wybór technologii dla realizacji zrównoważonego rozwoju w każdym kraju jest jego suwerenną decyzją i każdy kraj będzie potrzebował różnorodnych technologii dobranych do jego sytuacji i potrzeb. Najlepszą szansę trwałego rozwoju, daje zapewnienie wszystkim źródłom energii możliwości konkurowania, rozwoju i udziału w zaspokajaniu potrzeb gospodarczych na zasadach wolnego rynku, tj. zmniejszania kosztów, ochrony środowiska i poprawy bezpieczeństwa.
W USA zbudowano magazyn, w którym odpady promieniotwórcze będą bezpiecznie przechowywane przez co najmniej 10 tys. lat.
Sporą przeszkodą w rozwoju energetyki jądrowej oraz wszelkich zastosowań nukleoniki, z medycznymi włącznie, jest problem unieszkodliwiania odpadów promieniotwórczych. Pomysł wystrzeliwania ich na Słońce okazał się nierealny, a magazynowanie ich tam, skąd kiedyś zostały wydobyte, czyli w wyrobiskach w kopalniach uranu, też nie miało sensu. Złoża uranu wcale nie są bezpieczne, bo na ogół opływają je wody podziemne, skutecznie rozprowadzające rad i radon po świecie.
Już dawno specjaliści zwrócili uwagę, że do przechowywania odpadów promieniotwórczych najlepiej nadają się złoża soli kamiennej, bo sam fakt jej przetrwania przez długie okresy geologiczne dowodzi, że te miejsca muszą być suche. Po raz pierwszy jednak Department of Energy USA sfinansował budowę takiej przechowalni, którą zlokalizowano w południowo-wschodnim krańcu stanu Nowy Meksyk, niedaleko miejscowości Carlsbad.
Szwedzi zaprojektowali swoje zasobniki na 1000 lat niezawodnego składowania, w czym niżej podpisany brał udział, Amerykanie postanowili jednak przedłużyć ten okres 10-krotnie. Rysunek przedstawia schemat składowiska na głębokości 700 m. Pierwszemu transportowi odpadów z Los Alamos National Laboratory towarzyszyły w marcu 1999 roku manifestacje, ale po raz pierwszy nie tylko przeciwników, lecz także zwolenników nowego składowiska!
Energetyka Jądrowa - Za i Przeciw
Budowa elektrowni atomowych jest tematem bardzo kontrowersyjnym. Od dłuższego czasu mamy do czynienia z "małą wojną" między naukowcami przedstawiającymi argumenty "za" i ekologami przedstawiającymi argumenty "przeciw". Obydwie strony oczywiście uważają, że ich teoria jest słuszna i nie chcą słyszeć o innej. Na podstawie zdobytych przeze mnie materiałów postaram się przedstawić w miarę obiektywnie argumenty jednej i drugiej strony. Jako, że nie zaliczam się do żadnej z tych grup mam nadzieję, że mi się to uda.
Obecnie w 31 krajach działa 437 reaktorów jądrowych. Wytwarzają one ok. 17% energii elektrycznej.
Na energetykę jądrową postawiły kraje Dalekiego Wschodu. Dynamicznie rozwija się energetyka jądrowa w Korei Południowej oraz Japonii. Nowe elektrownie pojawiają się również w krajach rozwijających się takich jak Indie, Pakistan czy Iran. Uruchomienie elektrowni jądrowej w Słowacji oraz decyzja rządu czeskiego o kontynuacji budowy elektrowni atomowej świadczą o tym, że także kraje europejskie liczą się z możliwością znacznego wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną. Kolejne reaktory jądrowe budują także:Federacja Rosyjska, Ukraina i Rumunia. W energetykę jądrową angażują się Argentyna i Brazylia. Również we Francji buduje się kolejną elektrownie atomową. Łącznie na świecie buduje się 14 nowych obiektów tego rodzaju.
Dziś większość ludzi uważa elektrownie jądrowe za zagrożenie. Naukowcy zastanawiają się, czy i kiedy Polska będzie zmuszona sięgnąć po energię atomową aby zaspokoić potrzeby energetyczne kraju. Szacuje się, że zapotrzebowanie na energię wzrośnie do 2020 roku od 60 do 120 %. Jest to więcej niż są w stanie wyprodukować obecnie działające elektrownie.
Prof. Andrzej Hrynkiewicz - jeden z najbardziej zagorzałych zwolenników rozwoju energii atomowej-:
"Na całym świecie energia elektryczna jest uważana za najlepszą postać energii końcowej, czyli tej, która powinna dotrzeć do konsumentów. Tymczasem w naszym kraju tylko niewielka część energii dociera do odbiorców pod tą postacią. Aż 27% energii dostarczanej odbiorcom to węgiel. Ale to nie koniec problemu - aż 97% energii elektrycznej w Polsce produkowana jest z węgla kamiennego lub brunatnego. Sytuacja taka budzi niepokój, gdyż energia z węgla jest bardzo szkodliwa dla środowiska"
Ze względu na bezpieczeństwo energetyczne kraju należałoby - wg Piotra Kieracińskiego - doprowadzić do większej dywersyfikacji źródeł pozyskiwania energii. I tu wprowadzenie energetyki jądrowej byłoby korzystne. Poza tym, energetyka atomowa jest jedyną czystą postacią energii, nie emitującą żadnych szkodliwych zanieczyszczeń. Zdaniem wielu analityków, przy obecnej strukturze pozyskiwania energii możliwe jest spełnienie zobowiązań ekologicznych do ok. 2010 roku. Dalej może ono okazać się zbyt kosztowne. Wtedy jedną z opcji stanie się wybudowanie elektrowni atomowych. Panują różne opinie, jedni uważają, że będzie to rok 2010, inni przesuwają tą datę jeszcze o 10 lat.
Czy energia atomowa warta jest zachodu ... Koszty inwestycyjne są ogromne. Wybudowanie elektrowni atomowej jest o połowę droższe od wybudowania nowoczesnej elektrowni węglowej. ALE ... okazuje się, że najdroższym paliwem energetycznym jest w tej chwili gaz ziemny. Przewiduje się, że będzie on drożał w przyszłości. Najbardziej stabilna sytuacja panuje natomiast na rynku paliwa jądrowego. Ponieważ potrzeba go niewiele, łatwo jest zgromadzić zapasy paliwa na wiele lat . Tymczasem paliwa kopalne są nie tylko kosztowne, ale i ich zapasy szybko się wyczerpują. Trzeba także zwrócić uwagę na to, że transport - który jest bardzo drogi i wciąż stanowi jedno z poważniejszych źródeł emisji zanieczyszczeń atmosfery - w przypadku elektrowni atomowych ogranicza się do cyklu inwestycyjnego a do pracy elektrowni węglowych potrzeba go bardzo dużo. Dochodzą jeszcze ogromne ilości odpadów. Do pracy elektrowni gazowych trzeba miliardów metrów sześciennych gazu ziemnego, przesyłanego ogromnymi kosztownymi rurociągami.
W latach 90. Kraje zachodnie zrealizowały dwa programy, na podstawie których ustalono koszty dla wytwarzania energii elektrycznej z węgla, gazu ziemnego oraz rozpadu atomu. . Okazało się, że koszty produkcji energii z gazu są o rząd wielkości (10x) wyższe od kosztów energii uzyskanej w elektrowni atomowej., a koszty energii z węgla - stukrotnie wyższe.
Według Tomasza Terleckiego z "Federacji Zielonych" argumentacja zwolenników energetyki jądrowej opiera się na założeniu, że aby uniknąć kryzysu energetycznego należy produkować więcej energii, tym czasem logika ekologiczna zaczyna się od przekonania, że lepiej racjonalnie i oszczędnie używać tego co jest, niż wytwarzać rzeczy nowe. W kraju, który nie cierpi na nadmiar pieniędzy, żeby na coś dać trzeba skądś wziąć. Wydatki na energetykę jądrową zablokują środki na strukturalne zmiany w gospodarce, na wykonanie programu oszczędnościowego, oraz przekreślają nadzieję na ograniczenie emisji zanieczyszczeń konwencjonalnych." Nie licząc innych przyczyn, samo przyjęcie planu rozwoju energetyki jądrowej spowoduje wzrost zadłużenia kraju w roku 2010 do 79 mld dolarów i nie zaspokoi zapotrzebowania na energię. Według źródeł oficjalnych, w przypadku kontynuowania budowy elektrowni jądrowych, zapotrzebowanie na energię wzrośnie do 2010r. przynajmniej o 20% a elektrownie te (jeśli zostaną wybudowane na czas, co można między bajki włożyć)pokryją najwyżej 3-7% ogólnego bilansu energii" - twierdzi Terlecki. Według niego, nie dość, że każda elektrownia atomowa zamiast poprawiać - pogarsza problemy energetyczne kraju, to stwarza zagrożenia dla życia. Awarie w elektrowniach konwencjonalnych mają zasięg lokalny a ich skutki odczuwalne są przez ograniczony czas. Z elektrowniami atomowymi jest niestety inaczej. Radioaktywne pary, które przedostają się do środowiska nawet podczas bezawaryjnej pracy, zawierają pierwiastki promieniotwórcze, krążące w przyrodzie przez tysiące lat i zabijające wielokrotnie. Do tego należy dodać wycieki radioaktywne z innych ogniw łańcuch obiegu paliwa jądrowego, bez którego elektrownia działać nie może.
Awarie w elektrowniach atomowych są nieuniknione. Według raportów Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej od początku lat 70 - tych zdarzyło się na świecie ok. 400 wypadków tzw. poważnych.
Dokładnie ile ich było - nie wiadomo, gdyż nie ma obowiązku informowania MAEA i opinii publicznej o awariach. Informacje na ten temat są ukrywane, aby nie straszyć ludzi i nie hamować rozwoju energetyki atomowej. Chmura radioaktywna ma tę zaletę, że jest niewidoczna. Nikt jednak nie zliczy ilu ludzi i innych żywych istot dotąd zabiły i ilu jeszcze uśmiercą.
Energetyka jądrowa niesie ze sobą jeszcze jeden nierozwiązywalny problem - pozbywanie się odpadów. Kto da gwarancję, że jakiekolwiek miejsce na Ziemi oraz jakikolwiek pojemnik wytrzymają w nienaruszonym stanie pół miliona lat? Bo tyle właśnie pluton-239 - najbardziej śmiercionośna substancja stworzona przez człowieka - powinien być odizolowany od środowiska.
Aby nie unicestwić ludzkości energetyka jądrowa wymaga absolutnie niezawodnych technologii oraz doskonale perfekcyjnego człowieka - mówi Terlecki. Są to marzenia nierealne i groźne. Normalne jest, że maszyna czasem się psuje a człowieka nieomylnego próżno by szukać. Każda technologia powinna to uwzględnić. Rozwój naszego kraju nie może być oparty na nieodnawialnych paliwach kopalnych. Trzeba się zacząć przestawiać na czerpania energii ze źródeł, które są odnawialne, bądź niewyczerpywalne.
Najprostszym, najtańszym i najwydajniejszym sposobem zwiększania podaży energii jest jej oszczędzanie. Każda złotówka przeznaczona na zmniejszenie energochłonności przynosi kilkakrotnie więcej energii niż złotówka włożona w budowę nowej elektrowni. W latach 1973-1978 95% całkowitej dodatkowej podaży energii w Europie pochodziło z jej oszczędniejszego wykorzystania. Tym sposobem miliony zabiegów oszczędzających energię w skali indywidualnej przyczyniły się do uzyskania niemal 20 razy więcej energii, niż w tym czasie dały wszystkie nowe elektrownie europejskie razem wzięte, z elektrowniami jądrowymi włącznie.
Energia słoneczna dociera na Ziemię w ilościach prawie nieograniczonych w stosunku do potrzeb człowieka. Dlaczego nie wykorzystać tego? Energetyka geotermalna polegająca na wykorzystaniu ciepła Ziemi jest obiecująca. Według obliczeń krakowskich profesorów Romana Neya i Juliusza Sokołowskiego, tą drogą można pokryć 23% krajowego bilansu energii pierwotnej.
