Elektrownie jądrowe - Katolicki Uniwersytet Lubelski Jana Pawła II

ELEKTROWNIE JĄDROWE
korzyści i zagrożenia
Andrzej T. Mikulski
Państwowa Agencja Atomistyki
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Katolicki Uniwersytet Lubelski Jana Pawła II
Akademicki Klub Myśli Społeczno-Polityczne
„VADE MECUM”
Lublin, 22 kwiecień 2009 r.
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
1
Państwowa Agencja Atomistyki
- urząd dozoru jądrowego
- działa na podstawie Prawa atomowego
- odpowiedzialny za bezpieczeństwo jądrowe
i ochronę radiologiczną
- wydaje licencje na budowę, eksploatacje
i likwidację obiektów jądrowych
jedyny obiekt w Polsce: reaktor MARIA
dodatkowo:
Krajowe Składowisko Odpadów Promieniotwórczych
przechowalniki wypalonego paliwa w Ośrodku Świerk
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
2
Przegląd typów reaktorów energetycznych
(podział na generacje)
Zaawansowane
reaktory
Współczesne
reaktory
Systemy
przyszłościowe
Pierwsze
reaktory
1950
1970
1990
2010
2030
2050
2070
2090
Generacja I
Obnińsk
Shippingpor
Calder Hall
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Generacja II
LWR: PWR, BWR
CANDU
AGR
Generacja III
ABWR,
APWR
PBMR
Generacja IV
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
3
Uzasadnienie konieczności podjęcia rozwoju
energetyki jądrowej w Polsce
trzy aspekty – tzw. 3 x E
» energetyczny –
potrzeba pokrycia rosnącego zapotrzebowania na energię elektryczną
przy zróżnicowanej strukturze źródeł zapewniającej bezpieczeństwo
energetyczne
» ekonomiczny –
konieczność uzyskania takiej struktury źródeł energii elektrycznej,
która zapewnia najniższe zdyskontowane koszty wytwarzania w całym
systemie w warunkach występujących ograniczeń oraz
zaostrzających się wymagań ekologicznych
» ekologiczny –
przestrzeganie prawnych wymogów ekologicznych oraz
zapewnienia minimalnego poziomu zanieczyszczenia środowiska
(Marecki/Duda: referat na konferencję NPPP-2006)
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
4
Reaktor wodno- ciśnieniowy PWR (WWER)
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
5
Bezpieczeństwo jądrowe - gwarancje układu wielu barier
Bariery bezpieczeństwa
(przed wydostaniem się
radioaktywnych produktów
rozszczepienia):
1. materiał paliwowy
2. osłona (koszulka) pręta
3. zbiornik reaktora
4. obudowa bezpieczeństwa
(pojedyncza lub podwójna)
Awaria ze stopieniem rdzenia
EJ Three Mile Island (USA) w 1979 r.
Utrata barier 1 i 3 (materiał paliwowy i koszulka)
Działanie bariery 3 i 4 (zbiornik i obudowa)
Brak skutków zdrowotnych
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
6
Bezpieczeństwo jądrowe – kultura techniczna
pojęcie wprowadzone po awarii w Czarnobylu
definicja:
dbałość o zachowanie wszelkich wymagań i zasad na każdym
etapie projektu, wykonania i eksploatacji elektrowni jądrowej
- wykorzystanie naturalnych praw fizyki w projektowaniu
(grawitacja, konwekcja naturalna, właściwości materiałów …
- analiza wszelkich scenariuszy awaryjnych na etapie projektu
- przygotowanie weryfikacji procesu budowy
- szkolenie personelu (symulatory)
- brak tolerancji uchybień (nie ma małych uchybień)
- wykorzystanie doświadczeń eksploatacyjnych z innych elektrowni
- nauczenie odpowiedzialności w praktycznym działaniu
i w każdych okolicznościach personelu operacyjnego
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
7
REAKTORY JĄDROWE NA ŚWIECIE PRACUJĄCE
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
8
UDZIAŁ REAKTORÓW JĄDROWYCH
W PRODUKCJI ENERGII ELEKTRYCZNEJ
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
9
DYSPOZYCYJNOŚĆ REAKTORÓW JĄDROWYCH
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
10
LICZBA PRACUJACYCH REAKTORÓW JĄDROWE
WEDŁUG LAT PRACY
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
11
REAKTORY JĄDROWE NA ŚWIECIE W BUDOWIE
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
12
Zalety energetyki jądrowej (1)
- wykorzystanie surowców energetycznych przydatnych
tylko do produkcji energii elektrycznej (uran i tor)
- wysoka koncentracja energii w uranie
(1 kg uranu naturalnego jest równoważny wartości energetycznej
20 ton węgla kamiennego)
- swoboda wyboru dostawcy paliwa
(wiele krajów posiada zasoby rudy uranu i toru)
- zaniedbywalne koszty transportu paliwa
- możliwości składowania paliwa
(okres kilku lat paliwo zajmuje mało miejsca)
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
13
Zalety energetyki jądrowej (2)
- udział surowca (uranu) w łącznym koszcie produkcji
energii elektrycznej w elektrowni jądrowej wynosi zaledwie
3-5%
- koszt uranu naturalnego stanowi ok. 30% kosztów paliwa
(reszta to koszt wzbogacenia oraz produkcji elementów paliwowych)
a z tego wynika:
- niska wrażliwość kosztów produkcji energii elektrycznej
na wahania cen tego surowca
(dla węgla i gazu koszty energii są silnie wrażliwe na ceny surowców)
- stabilność kosztów produkcji elektryczności
w dłuższej perspektywie czasu
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
14
Zagrożenia od energetyki jądrowej
• promieniowanie (w czasie normalnej eksploatacji)
(pomijalne w czasie normalnej eksploatacji, porównanie
w promieniotwórczością popiołów z elektrowni węglowej)
• możliwość awarii jądrowej
(rozwój zabezpieczeń przed awarią
wykorzystanie praw fizyki w III generacji reaktorów
jedyny przemysł nastawiony od początku na likwidacje zagrożeń)
• wytwarzanie odpadów promieniotwórczych
(b. ograniczona ilość i zawsze pozostająca pod kontrolą)
• możliwość proliferacji materiałów jądrowych
(do produkcji bomby atomowej, tylko w specjalnym typie reaktora,
zapobieganie przez inicjatywę GNEP)
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
15
Energetyka jądrowa w Polsce umożliwiłaby:
• wzrost niezależności energetycznej
poprzez dywersyfikację źródeł energii
• spełnienie wymagań protokołu z Kioto
(limity emisji gazów cieplarnianych)
• oszczędzanie innych surowców energetycznych
(węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny) i
zaoszczędzenie dla przyszłych pokoleń
• wykorzystanie tych zasobów w przemyśle
chemicznym (są niezastąpione)
• rozwiązanie problemów składowania odpadów
promieniotwórczych z zastosowań w medycynie
i przemyśle (to trzeba koniecznie zrobić)
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
16
Projekcja obciążenia
elektrowni i elektrociepłowni w Polsce
oraz planowane moce netto
40000
35000
30000
[MW]
25000
20000
15000
10000
5000
0
2003
2005
2007
węgiel kamienny
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
2009
2011
2013
węgiel brunatny
2015
2017
gaz ziemny
2019
2021
EC
2023
2025
wodne
2027
2029
obciążenie
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
17
Optymalne kosztowo
nowe moce wytwórcze elektrowni w Polsce
dla referencyjnych warunków rozwoju gospodarczego
25000
20000
[MW]
15000
10000
5000
0
2015
2016
2017
2018
2019
węgiel kamienny
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
2020
2021
2022
2023
węgiel brunatny
2024
2025
2026
gaz ziemny
2027
2028
2029
2030
jądrowe
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
18
10 elektrowni jądrowych, 27 reaktorów, ogólna moc 19 GWe
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
19
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
20
Stopień akceptacji społeczeństwa polskiego dla wykorzystania energii
jądrowej do zaspokajania potrzeb energetycznych kraju
w latach 1989-2008
2008
2006
2004
2002
2000
1998
1996
1994
1991
1989
0%
47
15
61
10
42
30
29
20
38
22
33
48
12
34
55
18
34
48
16
36
50
25
43
32
20%
za
38
39
13
44
12
40%
56
60%
nie wiem/trudno powiedzieć
80%
100%
przeciw
Uwaga: W roku 2006 zadano respondentom pytanie następujące: „Czy zaakceptował(a)by Pan(i) budowę
w Polsce nowoczesnej i bezpiecznej elektrowni jądrowej, aby zmniejszyć nasze uzależnienie od dostaw
ropy i gazu oraz ograniczyć emisję dwutlenku węgla do atmosfery, zapobiegając w ten sposób zmianom
klimatycznym na świecie?”
Stanisław Latek
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Państwowa Agencja Atomistyki
ul. Krucza 36, 00-522 Warszawa
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
21
Jednostkowy koszt wytworzenia energii elektrycznej netto
[Energoprojekt, Katowice, 2005]
Koszt wytwarzania:
Elektrownie węglowe - 285 - 304 zł/MWh (wliczona emisja CO2)
210 - 230 zl/MWh (bez kosztów emisji CO2)
Elektrownie jądrowe - 155 - 177 zł/MWh- (EPR i AP1000)
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
22
Koszty produkcji energii elektrycznej według
Fundacji Efektywnego Wykorzystania Energii
Koszty wytwarzania (szacunki z 2009 r.)
- istniejące elektrownie węglowe - 146 zł/MWh (bez kosztów emisji CO2)
- przyszłe elektrownie węglowe 214 zł/MWh
- elektrownie jądrowe
- 257 zl/MWh
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
23
Elektrownia jądrowa w Olkiluoto w Finlandii (makieta)
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
24
Elektrownia jądrowa w Olkiluoto w Finlandii (widok aktualny)
(montaż ostatniego pierścienia ochronnego w obudowie
bezpieczeństwa, wysokość 40 m, pozostała pokrywa obudowy
bezpieczeństwa - wszystko wykonane w Polsce)
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
25
Awaria w Czarnobylu
- pierwotne określenie przyczyn (INSDAG-1, MAEA, 1986)
„karygodne błędy operatorów”
wyłączenie wszystkich zabezpieczeń
- rzeczywista przyczyna: (INSAG-7, MAEA, 1992)
„niedopuszczalna usterka projektowa”
(znana konstruktorom od co najmniej 2 lat
nie wprowadzona zmiana w konstrukcji
prętów bezpieczeństwa
- decyzja operatora wyłączenia reaktora
spowodowała nagły wzrost mocy i wybuch pary
- inne niedociągnięcia:
* brak w wyszkoleniu kierownika zmiany (operatorów)
* odstąpienie od pierwotnej instrukcji przeprowadzenia doświadczenia
bezpośrednio po obniżeniu mocy związanej z wyłączeniem reaktora
przed wymianą paliwa (koniec cyklu paliwowego)
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
26
Podsumowanie
(1) nie ma obecnie rozsądnej alternatywy dla zaopatrzenia
w energię elektryczną niż energetyka jądrowa
- wzrost zapotrzebowania na energie elektryczną
- nie zwiększymy wydobycia węgla kamiennego,
- kosztowne dotarcie do nowych złóż węgla brunatnego
- wykorzystanie importowanego gazu pozbawione
racjonalnych podstaw
(2) technologia jądrowa jest na wysokim poziomie
(3) stałe działania na rzecz podniesienia bezpieczeństwa
(4) istnieje światowy rynek elektrowni jądrowych
Działania:
(a) rozpoczęcie szkolenia kadr „od zaraz”
(b) zorganizowanie szerokiego programu informacji społecznej
(c) podjęcie kroków inicjujących i stymulujących udział
polskiego przemysłu w rozwoju energetyki jądrowej
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
27
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...
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
28
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 zapewnienia
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
...
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
29
CZY POLSKA JEST OBECNIE PRZYGOTOWANA DO
POWROTU DO PROGRAMU ENERGETYKI JĄDROWEJ?
NIE, bo brak w Polsce:
• zaplecza przemysłowego
(wtedy oprócz reaktora i pomp głównych i paliwa produkowaliśmy
wymienniki ciepła rurociągi, turbinę, generator, systemy pomiarowe)
• wyspecjalizowanej kadry naukowo-technicznej!!!
(przeszła do innych branż, rozjechała się po świecie,
przerwa w kształceniu)
• wystarczającego poziomu akceptacji społecznej
(tak było i przedtem)
• odpowiedniej infrastruktury oraz
programów i zespołów badawczo-rozwojowych badawczej
• instytucji i programów edukacyjno-szkoleniowych
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
30
Polsce nie będzie grozić uzależnienie
energetyczne od monopolistycznego
dostawcy paliwa
- zasoby uranu są rozproszone (Kanada, Australia, Rosja,
Kazachstan, Namibia, USA oraz Brazylia, Chiny, Indie)
- wzbogacanie uranu realizowane jest na zasadach
rynkowych przez USA, Rosję, Francję oraz wspólnie przez
Holandię, Niemcy i Anglię
- dostawcami elektrowni są firmy francusko-niemieckie,
amerykańskie, kanadyjskie, rosyjskie; do wejścia na
rynek przygotowują się konsorcja japońskie, koreańskie
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
31
45
2,700
40
2,400
35
2,100
TWh
30
1,800
25
1,500
20
1,200
15
900
10
600
5
300
0
0
-5
Total nuclear power
power generation
generationin
inTWh
TWh
Incremental nuclear
nuclear power
capacity
GW power capacity
additions in GW e
Nowe moce w elektrowniach jądrowych oraz produkcja energii elektrycznej (wg MAEA)
-300
2004
2002
2000
1998
1996
1994
1992
1990
1988
1986
1984
1982
SEP a współczesna energetyka - 21.09.2006
1980
1978
1976
1974
1972
1970
1968
1966
Andrzej T. Mikulski
Państwowa Agencja Atomistyki
ul. Krucza 36, 00-522 Warszawa 32
Zmiany zachodzące w światowej energetyce jądrowej
» modernizacyjne zwiększenia mocy nominalnej
wymiana zestarzałego wyposażenia (wytwornice pary, turbiny)
> Szwajcaria - 12,3%
> USA - 20% (96 modernizacji od 1977 r.)
> Finlandia: EJ Olkiluoto o 23%
EJ Loviisa o 11%
> Hiszpania - 11% (istnieje program)
> Francja - 3,5% w blokach 900 MW (zapowiedziane w latach 2008-10)
> Szwecja: EJ Oskarshamn-3 o 20% (zapowiedziane)
EJ Forsmark-1 o 5% (zrealizowane)
» przedłużanie zezwolenia na eksploatację
> USA - 39 reaktorów z 40 do 60 lat
> Japonia – rozważane zezwolenia na 70 lat
> Rosja 12 reaktorów z 30 do 45 lat
Wprowadzone innowacje i usprawnienia dla „globalnej” floty reaktorów
faktycznie odpowiadają ponad 34 nowym blokom o mocy 1000 MWe
pomiędzy 1990 a 2004 rokiem
Andrzej T. Mikulski
SEP a współczesna energetyka - 21.09.2006
Państwowa Agencja Atomistyki
ul. Krucza 36, 00-522 Warszawa 33
Czynniki postępu w dziedzinie bezpieczeństwa
energetyki jądrowej:
- doskonalenie metod projektowania
- nauka na błędach
- uzyskiwanie doświadczeń eksploatacyjnych
- wymiana informacji między użytkownikami (WANO)
- sformułowanie zaleceń międzynarodowych (MAEA)
Reaktory Generacji III:
- standaryzowany projekt
- większa dyspozycyjność
- zmniejszenie prawdopodobieństwa awarii
połączonej ze stopieniem rdzenia
- zmniejszone oddziaływanie na środowisko
- zwiększony stopień wypalenia paliwa
- przedłużenie czasu użytkowania paliwa
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
34
Projekty zaawansowanych reaktorów jądrowych:
- EPR - Francja/Niemcy
- AP1000 - USA
- ESBWR - USA
- WWER-1500 - Rosja
- CANDU (ACR-1000) - Kanada
Reaktory wysokotemperaturowe:
- produkcja ciepła technologicznego i energii elektrycznej
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
35
Plany budowy nowych bloków
» elektrownie w budowie (łączna moc 19 MW w 16 blokach)
> Indie - 8 bloków
> Rosja - 4 bloki
> Tajwan, Chiny, Ukraina - 2 bloki
> Finlandia, Iran, Japonia, Argentyna, Rumunia, Pakistan – 1 blok
razem 24 bloki o mocy 18,7 GW
» plany
> Chiny do 2030 roku 5-krotny wzrost z 6,6 do 30-40 GW
> Indie do 2100 roku 100-krotny
> Japonia o 14,7 GW w okresie 20 lat
> Republika Korei o 9,2 GW w okresie 20 lat
> Rosja o 30,0 GW w okresie 20 lat
wnioski:
- zmiana percepcji energetyki jądrowej
- ambitny rozwój
Andrzej T. Mikulski
SEP a współczesna energetyka - 21.09.2006
Państwowa Agencja Atomistyki
ul. Krucza 36, 00-522 Warszawa 36
Zagadnienia prawne energetyki jądrowej w Polsce:
- Polska przystąpiła do wielu konwencji międzynarodowych
w zakresie bezpieczeństwa jądrowego i radiacyjnego
- Prawo atomowe wymaga rozbudowania
(były elektrownie jądrowe ale zlikwidowano)
- rozdział inwestora i dozoru (musi być zapewniony)
Kadry dla energetyki jądrowej:
- największy problem w sytuacji Polski
- możemy liczyć na pomoc międzynarodową w kształceniu
- wykorzystać istniejącą kadrę krajową
Andrzej T. Mikulski
SEP a współczesna energetyka - 21.09.2006
Państwowa Agencja Atomistyki
ul. Krucza 36, 00-522 Warszawa
37
Podsumowanie konferencji NPPP-2006
dyskusja panelowa:
- według panelistów nie ma alternatywy dla zaopatrzenia
w energię elektryczną niż energetyka jądrowa
- technologia jądrowa jest na wysokim poziomie
- niezbędna stała troska o bezpieczeństwo
- istnieje światowy rynek elektrowni jądrowych
- korzystanie z doświadczeń budowy Żarnowca
- rozpoczęcie szkolenia kadr „od zaraz”
- zorganizowanie szerokiego programu informacji społecznej
- podjęcie kroków inicjujących i stymulujących udział
polskiego przemysłu w rozwoju energetyki jądrowej
Andrzej T. Mikulski
SEP a współczesna energetyka - 21.09.2006
Państwowa Agencja Atomistyki
ul. Krucza 36, 00-522 Warszawa
38
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 30 ton paliwa rocznie, w
porównaniu z 3 pociągami węgla kamiennego dziennie)
Andrzej T. Mikulski
Lublin, 22.04.2009
Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
Warszawa
39