lutego 05, 2021

Energia atomowa

W Polsce po raz kolejny ;) otwarto nowy rozdział w kwestii budowy elektrowni atomowej. To doskonała okazja aby przyjrzeć się temu źródłu energii.

Na samym początku przyjrzyjmy się istniejącym na świecie tendencjom odnośnie energii atomowej. Największy rozwój elektrowni atomowych przypada na lata 80, przy czym oczywiście odbywał się on w różnym tempie w poszczególnych częściach świata. Sama energia atomowa nie jest dzisiaj niczym nowym, wszak elektrownie tego typu istnieją już od ponad 60 lat. Początek XX wieku przyniósł zahamowanie rozwoju energetyki atomowej, a po 2010 roku obserwujemy nawet niewielki spadek. Był spowodowany głównie zmianą podejścia Japonii do tego źródła energii po katastrofie jaka miała miejsce w elektrowni w Fuskushimie. Doskonale widzimy to na drugim wykresie. Dla przypomnienia: podmorskie trzęsienie ziemi doprowadziło do powstania fali tsunami i w efekcie uszkodzenie elektrowni Fukushima). Japonia po tych wydarzeniach praktycznie wstrzymała ten sposób wytwarzania energii elektrycznej, Niemcy planowali zamknąć wszystkie elektrownie do 2022 roku.

Moc elektrowni atomowych w poszczególnych latach / źródło: https://www.world-nuclear.org


Produkcja energii elektrycznej w elektrowniach atomowych w poszczególnych krajach azjatyckich / źródło: https://www.world-nuclear.org

Przyszłość energii atomowej jest niepewna. W internecie znajdziemy bardzo wiele prognoz dotyczących poszczególnych źródeł energii, które różnią się dla poszczególnych krajów. Na większości z nich jednak udział energii atomowej w strukturze wytwarzania energii jest stały lub maleje. Elektrowni atomowych powstaje obecnie coraz mniej (najwięcej buduje się w Azji) a starsze reaktory są stopniowo wyłączane i w krajach wysokorozwiniętych lukę w produkcji energii stopniowo wypełniają odnawialne źródła energii.


Prognoza struktury produkcji energii pierwotnej / źródło: https://energypost.eu/will-new-nuclear-power-plants-built/

Prognoza produkcji energii elektrycznej w USA / źródło: https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=31192


Jak wytwarzamy energię elektryczną w elektrowniach atomowych? W dużym uproszczeniu w w wyniku rozpadu atomu wytwarzane jest ciepło, które podgrzewając wodę zamienia ją w parę wodną. Ta z kolei obraca turbinę w efekcie czego uzyskujemy prąd. To źródło energii jest szczególnie wydajne. Z 1 grama uranu możemy uzyskać taką samą ilość energii jak z 3 ton węgla. Dlatego trudno nam byłoby znaleźć prostu sposób zastąpienia tego źródła energii. Jeżeli rozmawiamy o wydajności - w tym momencie energia atomowa wydaje się być bezkonkurencyjna. W Polsce jednak bardzo często toczy się debata na temat uniezależniania się od innych państw, zwłaszcza w kontekście bezpieczeństwa energetycznego. W naszym kraju nie znajdują się złoża surowców, które moglibyśmy wykorzystać w elektrowni atomowej, co oznacza ich import. Poniższy wykres pokazuje nam ile potrzebowalibyśmy wybudować poszczególnych elektrowni (gazowych, wiatrowych czy fotowoltaicznych) aby zastąpić 5 elektrowni atomowych.


Czym zastąpić energię atomową? / źródło: https://www.c2es.org/content/nuclear-energy/

Oczywiście trzeba wziąć poprawkę na ten wykres, a wraz z upływem czasu będzie ona coraz większa. Jako moc turbiny wiatrowej podano 1,5 MW. Obecnie (luty 2021) największa zaprezentowana przez producentów turbina wiatrowa ma moc 14 MW i ma być gotowa w 2024 roku (a eksperci mówią o projekcie turbin o mocy 19 MW). Jest to więc niemal 10 razy więcej niż wskazano na powyższym wykresie, a średnia moc turbin wiatrowych, które instalowano na morzu (ten rodzaj energetyki wiatrowej rozwija się obecnie najszybciej) w 2019 roku wynosi 7,8 MW. W idealnym świecie moglibyśmy wyobrazić sobie, że wszystkie dachy pokrywamy panelami fotowoltaicznymi. Według powyższego wykresu zamiast 5 elektrowni atomowych potrzebujemy 3,7 mln instalacji fotowoltaicznych o mocy 5kW. W Polsce mamy 6 mln budynków, czyli 6 mln dachów. Nie potrzeba dodatkowej przestrzeni...

Dosyć istotną wadą energii atomowej jest brak możliwości szybkiego i bezpiecznego ograniczenia ilości produkowanej energii. Dlaczego jest to wada? Ponieważ bardzo dynamicznie rozwija się energetyka odnawialna, która jednak jest w dużym stopniu zależna od np. panujących warunków pogodowych (wiatr, nasłonecznienie). Elektrownie atomowe nie są w stanie szybko reagować na zmiany w produkcji energii elektrycznej przez elektrownie wiatrowe czy słoneczne, co powoduje, że tworzą kiepski duet. Lepiej w takiej sytuacji radzi sobie elektrownia węglowa, gazowa, czy wykorzystująca biomasę. Dlatego przestawienie energetyki na elektrownie wiatrowe / słoneczne w krajach, gdzie dominującym sposobem wytwarzania energii są elektrownie atomowe (np. Francja) będzie trudniejsze.

W pewnym sensie więc oparcie wytwarzania energii na atomie i OZE wymaga tego samego - magazynowania energii. W przypadku OZE tą przyczyną będzie nierównomierny rozkład produkcji energii zależny od czynników przyrodniczych. W przypadku energii atomowej nie ma tego problemu (jest stała wydajność), ale za to nasze zapotrzebowanie nie jest stałe (zmienia się w cyklu dobowym). W przypadku miksu atom / OZE po prostu w przypadku nadprodukcji "wyłączamy wiatraki". Tylko czy o to nam chodzi?

Koszty budowy elektrowni atomowych w przeliczeniu na 1kW (czarnym kolorem koszt początkowy, kolejne kolory oznaczają wzrost kosztów) / źródło: https://www.world-nuclear.org

W przypadku energii wiatrowej koszt budowy w przeliczeniu na 1kW w 2010 roku wynosił od 1700-2400 USD w przypadku elektrowni na lądzie, 3300-5000 USD w przypadku elektrowni zlokalizowanych na morzu. Ceny te dotyczą krajów wysokorozwiniętych. Porównując te liczby z powyższym wykresem a w szczególności z elektrowniami budowanymi w Europie (Flamanville 3, Watts Bar Unit 2), koszty budowy elektrowni wiatrowych są porównywalne lub niższe. O samej elektrowni Flamanville 3 można powiedzieć jeszcze dużo ciekawych rzeczy:

- koszt jej budowy wzrósł z blisko 4 mld Euro do ponad 12 mld (dane z października 2019) a nawet 19 mld euro (lipiec 2020) 

- czas budowy wydłużono ponad dwukrotnie (budowę rozpoczęto w 2007, miała rozpocząć działanie w 2012, obecnie termin oddania przesunięto na 2022 rok, a według artykułu z marca 2020 ustalono datę otwarcia na 2024)

Oczywiście jest to skrajny przypadek, przy którym popełniono zapewne wiele nieprawidłowości, ale daje do myślenia...

W Polsce niedawno poznaliśmy nieco więcej szczegółów odnośnie planowanej elektrowni atomowej, oto one:

- budowa ma ruszyć w 2026 roku a uruchomienie elektrowni ma mieć miejsce w 2033 roku

- pełną moc elektrownia ma uzyskać do 2043 roku

- łączna moc 6 reaktorów ma wynieść 6-9 GW

Co ciekawe w 2020 roku, w Niemczech oddano do użytku elektrownie fotowoltaiczne o mocy niemal 5GW. Rok ten był najlepszy pod tym względem od 2013. Łącznie w ciągu ostatnich zaledwie 3 lat w Niemczech oddano do użytku instalacje fotowoltaiczne o mocy blisko 12GW a łączna moc elektrowni fotowoltaicznych wynosi pond 53GW. Oczywiście należy pamiętać, że aktualna moc tych elektrowni jest często mniejsza ze względu na aktualnie panujące warunki (np. zachmurzenie, pora roku)

W czerwcu 2020 roku Prezydent Andrzej Duda w wywiadzie wspomniał, że szacowany koszt budowy elektrowni atomowej w Polsce to około 119 mld złotych. Ta wartość bierze pod uwagę nie tylko koszt samej budowy ale także całego programu jądrowego. Pamiętajmy, że pieniądze na budowę elektrowni wydawane są już od blisko 10 lat.

A jak wygląda emisja dwutlenku węgla z elektrowni atomowych? Rewelacyjnie. Jest jej po prostu brak. Nawet jeżeli weźmiemy pod uwagę cały "ślad węglowy", a więc również emisja w trakcie budowy, transportu, obsługi elektrowni, jest naprawdę dobrze. Poniżej znajdują się dwa wykresy przedstawiające porównanie poszczególnych rodzajów energii pod tym kątem. Energia atomowa oraz wiatrowa są tutaj na podobnym poziomie, nieco słabiej wypada energia słoneczna.


źródła wykresów podane na ilustracjach

Warto wspomnieć o jeszcze jednej bardzo ważnej informacji. Elektrownia atomowa to jeden wielki zakład produkujący duże ilości energii. W przypadku awarii (i nie chodzi tutaj o awarię w sensie wybuchu czy katastrofy),czy czasowej niesprawności, jesteśmy pozbawieni w takiej sytuacji głównego dostawcy energii elektrycznej. Tak silne skupienie energetyki w jednym miejscu wpływa także na konieczność przesyłu energii elektrycznej na większe odległości. Straty w polskiej sieci energetycznej wynoszą około 7-8 % i tu widoczna staje się przewaga energetyki rozproszonej (wspominałem wcześniej o 6 mln budynków, które mogłyby produkować prąd dla siebie).

Rozmawiając o energii atomowej nie możemy pominąć ryzyka katastrofy. Nie dlatego, że do dziś boimy się Czarnobyla, ale dlatego żeby obraz źródła energii mógł być pełny. W przypadku poważnej awarii lub katastrofy elektrowni skala zniszczeń jest ogromna a jej wpływ na środowisko przyrodnicze jest nieporównywalny z innymi wydarzeniami. Mówimy tutaj o wyłączeniu dużego obszaru z użytkowania na setki lat, oraz przede wszystkim ofiarach śmiertelnych i osobach wymagających opieki medycznej. W przypadku Czarnobyla różne źródła podają różne wielkości. Warto jednak pamiętać, że liczba bezpośrednich ofiar wybuchu Czarnobyla to według różnych źródeł od 49 do 59 osób. Poniżej porównanie różnych prognoz, które biorą pod uwagę także ofiary w późniejszym czasie także w wyniku narażenia na mniejsze dawki promieniowania ale w dłuższym czasie.

Liczba zgonów spowodowanych katastrofą w Czarnobylu według różnych badań / źródło: https://ourworldindata.org/nuclear-energy#deaths-from-chernobyl

Na szczęście tego typu wydarzenia są bardzo rzadkie, a te najgroźniejsze możemy policzyć na palcach jednej ręki, co na ponad 60 lat istnienia tej energetyki pokazuje, że są jest to z reguły bezpieczna energia. Poniżej znajduje się mapa prezentująca miejsca największych awarii w elektrowniach atomowych.

Znaczenie kolorów na schemacie poniżej / źródło: https://www.ekologia.pl/srodowisko/ochrona-srodowiska/najwieksze-katastrofy-jadrowe-w-historii,15056.html


źródło: https://www.ekologia.pl/srodowisko/ochrona-srodowiska/najwieksze-katastrofy-jadrowe-w-historii,15056.html


Jeżeli jednak weźmiemy pod uwagę wypadki w innych elektrowniach i ich wpływ na zanieczyszczenie powietrza, to mimo wszystko jesteśmy w stanie dojść do wniosku, że energia atomowa jest jedną z najbardziej bezpiecznych, nawet pomimo Czarnobyla. Ciekawe zestawienie prezentuje poniższy wykres.
Liczba zgonów w przeliczeniu na TWh w poszczególnych typach elektrowni / źródło: https://ourworldindata.org/safest-sources-of-energy


Jak możemy ocenić sens budowy elektrowni atomowej w Polsce? Myślę, że 20 lat temu patrzylibyśmy na to nieco inaczej. Wtedy koszty budowy były niższe i nie istniała praktycznie żadna alternatywa dla energetyki węglowej. Jednak w międzyczasie bardzo mocno rozwinęła się energetyka alternatywna, szczególnie słoneczna i wiatrowa. Wzrosły koszty budowy elektrowni atomowych a czas w jakim powstają uległ wydłużeniu. Polska elektrownia atomowa ma być w pełni gotowa w 2043 roku. Jak w tym czasie będzie wyglądał rozwój energii odnawialnej? Postęp technologiczny przebiega bardzo szybko - może w tym czasie zostanie w pełni opracowana technologia zimnej fuzji? A może pojawi się całkowicie nowe źródło energii o którego istnieniu jeszcze nie wiemy? A może uda się opracować tanie i wydajne, i oczywiście ekologiczne w produkcji magazyny energii?

Z tymi wszystkimi "a może" zostawiam Was samych. Z pewnością obie strony (zwolennicy i przeciwnicy budowy elektrowni atomowej) będą mieć swoje zdanie na ten temat i będą prezentować ciekawe argumenty (mam nadzieję). Ale pamiętajcie, że dobrze jest mieć wątpliwość, zwłaszcza w przypadku inwestycji za 120 mld złotych. 


Źródła do informacji pojawiających się w tekście:

https://world-nuclear-news.org/Articles/Decree-delays-deadline-for-start-up-of-Flamanville

https://www.lemonde.fr/economie/article/2020/07/09/nucleaire-la-cour-des-comptes-ereinte-l-epr_6045707_3234.html

https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2012/RE_Technologies_Cost_Analysis-WIND_POWER.pdf

https://ourworldindata.org/nuclear-energy#deaths-from-chernobyl

https://biznes.wprost.pl/gospodarka/energetyka/10337920/budowa-polskiej-elektrowni-jadrowej-duda-szacowany-koszt-to-30-mld-dolarow.html

https://gramwzielone.pl/energia-sloneczna/104726/najlepszy-rok-dla-niemieckiej-fotowoltaiki-od-wielu-lat


GeoEdukacja to gry, podcasty, kanał youtube i ta strona internetowa.

Wspieraj działalność GeoEdukacji w serwisie Patronite.

Brak komentarzy:

Publikowanie komentarza