Elektrownia jądrowa: program realny czy utopia?

Poniżej przedstawiamy analizę techniczną i ekonomiczną zawartą w raporcie prof. Władysława Mielczarskiego pt. Program polskiej energetyki jądrowej, sporządzonym dla Rady Bezpieczeństwa Narodowego w kwietniu ub. roku.(red.)

Program polskiej energetyki jądrowej przyjęty przez rząd jest nierealny.

Koszt budowy typowego bloku energetycznego z reaktorem jądrowym o mocy 1600MW wynosi ponad 32 mld zł. Po katastrofie w Fukushimie, kiedy zachodzi konieczność poprawy bezpieczeństwa, koszty budowy takiego bloku wzrosną do ponad 40 mld zł. Zdolność kredytowa Polskiej Grupy Energetycznej S.A. liczona formalnie jako 2x EBIDTA wynosi około 16-17 mld zł., co odpowiada połowie kosztu inwestycji. Budowa czterech bloków, wiązałaby się z kosztem rzędu 150 mld zł, co jest zupełnie nierealne.

Uzyskanie kredytu na budowę elektrowni jądrowej po awarii w Fukushimie jest mało prawdopodobne, a dla PGE S.A. nie mającej żadnych doświadczeń w energetyce jądrowej, otrzymanie tak wielkiego kredytu jest niemożliwe, podobnie jak pozyskanie udziałowca mniejszościowego. Od czasu debiutu giełdowego około 1,5 roku temu, ceny akcji PGE S.A. plasują się poniżej i blisko cen debiutu. W tym czasie wartość WIG20, do którego wchodzą te akcje, wzrosła ponad 30%. Świadczy to o relatywnym znacznym spadku wartości.

Niezależnie do podejmowanych działań, w Polsce nie zostanie wybudowana żadna elektrownia jądrowa, ani do roku 2020, ani po roku 2020.

Obecne elektrownie jądrowe są niebezpieczne i generują setki ton radioaktywnych odpadów.

Niewielka awaria zasilania układu chłodzenia reaktorów w Fukushimie szybko przerodziła się w katastrofę. Każdego roku w elektrowniach jądrowych dochodzi do poważnych wypadków, o których opinia publiczna jest rzadko informowana.

Bardziej niebezpieczne niż praca samego reaktora są setki ton zużytego paliwa, o dużej radioaktywności, przechowywane w celu ich chłodzenia w basenach wodnych na terenie elektrowni. Odpady z elektrowni jądrowych powinny być składowane ponad 100 000 lat. Koszty budowy tych składowisk i ich nadzorowania są trudne do oszacowania.

Program polskiej energetyki jądrowej jest szkodliwy dla gospodarki.

Jedna elektrownia jądrowa to tylko 4% produkcji energii elektrycznej w Polsce. Wpływ na bilans energetyczny jest niewielki, a budowa tych elektrowni pochłonęłaby znaczne fundusze.

Energetyka jest częścią gospodarki i nowoczesna energetyka oparta na technologiach energooszczędnych, inteligentnym zarządzaniu sieciami (smart networks), rozwoju kogeneracji (równoczesnej produkcji ciepła i energii elektrycznej), wykorzystaniu źródeł odnawialnych oraz wykorzystanie nadmiaru gazu, jaki Polska będzie miała w ciągu kilku lat, będzie impulsem dla nowoczesnej gospodarki, tworząc nowe miejsca pracy. Już dziś w Niemczech, w nowej energetyce pracuje ponad 300 tys. osób, to więcej niż w motoryzacji.

Budowa elektrowni jądrowych w Polsce, to skazywanie się na import sprzętu, paliwa i specjalistów oraz tworzenie problemów z ochroną elektrowni jądrowej i przechowywaniem oraz transportem zużytego paliwa. Znacznie korzystniej jest skupić się na rozwoju nowoczesnej energetyki stymulującej rozwój nowoczesnej gospodarki.

Spośród 27 krajów Unii Europejskiej: 13 krajów nie posiada elektrowni jądrowych, a te które takie elektrownie posiadają, wdrażają plany ich stopniowej likwidacji.

Koszty elektrowni atomowych

Koszty budowy elektrowni jądrowych systematycznie rosną. Nawet w latach 60. i 70. ubiegłego wieku, kiedy powstała większość elektrowni jądrowych i kiedy standardy techniczne były znacznie niższe, budowa elektrowni jądrowych wymagała dopłat, w różnej formie, ze strony państwa. Często program budowy elektrowni jądrowych był stowarzyszony z programem zbrojeń atomowych.

Do czasu awarii w Fukushimie koszt zakupu sprzętu do elektrowni był szacowany na 3,3 mln Euro/MW. Koszt oddania do użytku, wliczając niezbędne koszty infrastruktury wewnętrznej jest szacowany na poziomie 4,5-4,7mln Euro/MW. Częste opóźnienia w budowie elektrowni jądrowych powodowały, że instytucje finansowe (jak agencja Moodys) szacowały te koszty na poziomie ponad 5,4 mln Euro/MW. Awaria w Fukushimie i konieczność podniesienia standardów technicznych spowodują dalszy wzrost kosztów budowy elektrowni jądrowych. Szacuje się, że wzrost ten będzie w granicach 30-50%.

Rys. 1. Typowe koszty budowy elektrowni atomowych w zestawieniu z kosztami budowy elektrowni węglowych i gazowych.

Trzeba podkreślić, że koszty podane na Rys. 1 nie zawierają kosztów budowy infrastruktury zewnętrznej (poza elektrownią), takich jak systemy zasilania wodą chłodzącą czy linie elektroenergetyczne wysokiego napięcia oraz budowy szybkich rezerw mocy przez operatora sieci, w celu skompensowania braku energii z bloku jądrowego w czasie awarii. Również pokazane koszty nie zawierają kosztów budowy składowisk na odpady nuklearne i kosztów ich przechowywania przez 100 000 lat.

Koszty operacyjne elektrowni jądrowych. Dane dotyczące kosztów operacyjnych są rzadko publikowane. Koszty te są znaczne, ponieważ obejmują transport i napełniania reaktora świeżym paliwem oraz usuwanie paliwa częściowo zużytego, jak również jego przechowywania w basenach na terenie elektrowni. Koszty te również obejmują utrzymanie elektrowni w ruchu, a w tym płace specjalistów.

Rys. 2. Koszty operacyjne wg agencji ratingowej Moodys oraz firmy Keystone.

Koszty paliwa i pozwolenia. Koszty paliwa w elektrowniach jądrowych są niskie. Obecnie szacuje się te koszty na poziomie 15 USD/MWh. Również w przypadku elektrowni jądrowej nie zachodzi konieczność nabywania pozwoleń na emisję dwutlenku węgla. Zgodnie z europejskim systemem handlu emisjami, od 2013 roku wszystkie elektrownie będą musiały nabywać pozwolenia na emisję CO₂. Nowa elektrownia używająca węgla kamiennego emituje około 0,85 tonCO₂/MWh, podczas gdy elektrownie gazowe emitują 0,5 tonCO₂/MWh.

Obecnie koszt pozwoleń na emisje CO₂ wynosi około 16 Euro/tonę. Przewiduje się wzrost kosztu pozwoleń do 30 Euro/tonę w roku 2015 i około 40 Euro/tonę w roku 2020. Wzrost kosztu powyżej 40 Euro/tonę pozwolenia na emisję CO₂ jest mało prawdopodobny ze względu na negatywny wpływ na konkurencyjność gospodarki europejskiej.

Koszty całkowite. Koszty całkowite produkcji energii elektrycznej obejmują cztery elementy: koszty kapitałowe (budowy), koszty operacyjne, koszt paliwa oraz koszt zakupu pozwoleń na emisje CO₂ w przypadku elektrowni węglowych i gazowych. W obliczeniach zakładano finansowanie typu „project finance” dla wszystkich technologii. Koszt kapitału (WACC) na poziomie 8% oraz kredyt komercyjny na okres 20 lat. Obliczenie te pokazują, że najdroższa energia elektryczna będzie produkowana w elektrowniach jądrowych. Zmiana okresu spłaty kredytu czy wielkości oprocentowania zmniejsza koszty produkcji energii elektrycznej w elektrowniach atomowych, ale w dalszym ciągu jest to najdroższa technologia.

 




Rys. 3. Porównanie kosztów produkcji energii elektrycznych z różnych technologii.

Czy naprawdę energia z elektrowni jądrowych jest tak droga?

Często słyszy się argumenty zwolenników energetyki jądrowej, że jest to tania energia, podając przykład Francji czy innych krajów. Trzeba jednak pamiętać, że mowa jest o elektrowniach wybudowanych przed wielu laty, przy znacznym wsparciu rządów tych krajów, a obecnie w znacznym stopniu zamortyzowanych. Budowa nowej elektrowni jądrowej na warunkach rynkowych, przy założeniu typowego kosztu kredytu oraz konieczności jego spłaty w okresie 20 czy 30 lat powoduje, że koszty energii elektrycznej z elektrowni jądrowej są bardzo duże i niekonkurencyjne dla innych technologii.

Trzeba też wspomnieć o wykonywanych przez lobbystów elektrowni jądrowych obliczeniach kosztów przy zastosowaniu metod „kreatywnych”, polegających na nierealnym wydłużeniu okresu pracy rocznej elektrowni do 8000 godzin, wydłużeniu okresu spłaty kredytu komercyjnego do 50-60lat oraz zaniżeniu oprocentowania kredytu do 2-3% rocznie, a także zawyżaniu kosztów zakupu pozwoleń na emisje CO₂, nawet do 100 Euro/tonę. Takie kreatywne działania mogą w pewnym stopniu wpływać na opinię publiczną, ale nie na ocenę ryzyka instytucji udzielających kredytów.

W latach 2009 – 2010 przeprowadziłem obliczenia kosztów produkcji energii elektrycznej z kilku technologii przy pomocy metody spłaty kredytu w ustalonym okresie oraz metodami zdyskontowanych przepływów. Podałem także dokładnie założenia, źródło pochodzenia danych oraz użyte modele. Obliczenia zostały opublikowane w fachowych pismach „Energetyka Cieplna i Zawodowa” i „Energetyka”. Do tej pory nikt nie opublikował porównywalnych obliczeń dla warunków polskich, dla inwestycji mającej rozpocząć się w latach 2015-2020.

Czy państwo może wspomóc budowę elektrowni jądrowych?

W krajach Unii Europejskiej zakłada się, że energetyka jądrowa będzie budowana na warunkach rynkowych w oparciu o komercyjne kredyty. Państwo mogłoby próbować wspomagać energetykę jądrową poprzez dwa mechanizmy:

• Gwarancje kredytowe. Jest to metoda mało skuteczna. Była stosowana przez francuską agencję eksportową Coface, która udzieliła poręczenia kredytowego dla budowy elektrowni jądrowej w Olkiluoto. Komisja Europejska wszczęła działania sprawdzające czy nie została udzielona niedozwolona pomoc publiczna. Częściowe gwarancje kredytowe były proponowane w USA, ale bez większego skutku. W Polsce metoda ta nie będzie skuteczna z wielu powodów, chociażby trudnej sytuacji budżetu.
  
  

• Podatek atomowy. Rząd polski mógłby rozważać wprowadzenie podatku atomowego, który technicznie może mieć formę atomowych certyfikatów. Jednak byłaby to pomoc publiczna dla elektrowni atomowych, a ta jest zabroniona w UE. Trudno oczekiwać zmianę stanowiska Komisji Europejskiej w tej kwestii. Nawet gdyby państwo chciało subsydiować budowę elektrowni jądrowych, to nie jest to możliwe w ramach regulacji prawnych UE.
  
  

Kwestie bezpieczeństwa

Pomimo wysiłków konstruktorów poprawiających bezpieczeństwo pracy samego reaktora, elektrownie atomowe są nadal bardzo niebezpieczne z kilku powodów:

• Braku odpowiedniego zabezpieczenia zużytego paliwa, które jest w dalszym ciągu aktywne i musi być schładzane w basenach wodnych na terenie elektrowni.
  
  

• Możliwości ataków terrorystycznych zarówno na transporty paliwa, jak i na jego składowiska.
  
  

• Braku odpowiednich składowisk średnioterminowych i ich jakości. Przykładem może być składowisko w kopalni w Asse na terenie Niemiec, gdzie wycieki radioaktywne powodują konieczność przeniesienia składowiska – Rys. 4. Koszt przeniesienia odpadów jest oceniany na 4 mld Euro, a niezbędny czas na 10 lat.
  
  

Wypadki i awarie w elektrowniach jądrowych

Wypadki i awarie są bardzo częste w elektrowniach jądrowych i równie często mogą mieć katastrofalne konsekwencje. Opinia publiczna, rzadko jest informowana o tych awariach. Przykładem może być niemiecka elektrownia jądrowa w Krummel regularnie ulegająca awarii. Szczególnie trudna jest sytuacja w elektrowniach jądrowych w Anglii, gdzie:

• Dwie na osiem elektrowni jądrowych są zamknięte od 2008 r. z powodu pęknięć i wycieków.
  
  

• W 2023 zostanie w pracy tylko jeden reaktor w Sizewell/Suffolk.
  
  

• W maju 2009, Nuclear Installations Inspectorate odmawia zgody na budowę francuskich reaktorów PWR wyrażając obawy o ich bezpieczeństwo.
  
  

• Trzeba przeznaczyć ponad 56 mld funtów na likwidację starych elektrowni, a czas likwidacji skrócić ze 125 lat (plan) do 25 lat z powodu radioaktywnych wycieków.
  
  

W Polsce rozważany jest zakup dwóch typów reaktorów: AP, który jeszcze nie istnieje – jest dopiero w fazie projektu oraz EPR, którego budowa w Finlandii jest opóźniona o ponad 3 lata, a budżet inwestycji przekroczony o ponad 100%. Dodatkowo w maju 2009 Inspektorat Instalacji Atomowych (Nuclear Installations Inspectorate – NII) w Wielkiej Brytanii przesłał pismo do EdF i Areva, francuskich firm, które chcą wybudować cztery reaktory atomowe w Wlk. Brytanii, wyrażając swoje obawy dotyczące tej technologii.

Pismo, jakie zostało wysłane wyraża zastrzeżenia dotyczące urządzeń sterowania i pomiarów w reaktorach EPR. W piśmie tym twierdzi się, że projekt EPR powinien być odrzucony (niezaakceptowany) do budowy w Wlk. Brytanii, o ile obawy te nie zostaną w odpowiedni sposób potraktowane „Mamy poważne obawy dotyczące waszych propozycji, która powodowałaby, że systemy (atomowe) o niskim stopniu bezpieczeństwa zastąpiły [obecne] systemy wyższej klasy”

Rys. 4. Składowisko średnioterminowe w kopalni Asse, Niemcy.

Elektrownie jądrowe w krajach Unii Europejskiej

Na 27 krajów Unii Europejskiej, 13 krajów nie posiada elektrowni jądrowych, a te które posiadają, zamierzają zamknąć te instalacje:

• Austria: Jedyna w kraju elektrownia atomowa zbudowana pod Wiedniem, gotowa do uruchomienia, została rozebrana przed podjęciem pracy po referendum w 1978 roku.
  Zakaz budowy energetyki atomowej został wpisany do konstytucji w 1999 roku.
  
  

• Belgia: W 2003 r. wprowadzono ustawowy zakaz budowy nowych elektrowni atomowych i plan zamknięcia istniejących między 2015 a 2025 r.; najpóźniej po 40 latach eksploatacji.
  
  

• Dania: Rozwija się bez energetyki atomowej. W 1985 r. zapadła decyzja rządowa przeciw budowie elektrowni atomowych (jeszcze przed katastrofą w Czarnobylu).
  
  

• Grecja: Bez energetyki atomowej. W 1982 r. podjęto decyzję rządową przeciw jej budowie.
  
  

• Hiszpania: Od 1981 r. nie buduje się i nie projektuje żadnej nowej elektrowni atomowej.
  
  

• Holandia: Ostatni reaktor atomowy będzie zatrzymany w 2013 roku. Nowe budowy nie są przewidziane.
  
  

• Irlandia: Brak energetyki atomowej, mimo dawnych decyzji z 1974 r. o jej budowie.
  
  

• Niemcy: Decyzja rządowa o stopniowym odejściu od energii atomowej i zakaz budowy nowych elektrowni atomowych. 19 istniejących reaktorów zostanie wycofanych po około 32 latach eksploatacji.
  
  

• Portugalia: W 1995 r. ostatecznie zrezygnowano z budowy elektrowni atomowych, planowanych od 1971 roku.
  
  

• Szwajcaria: W 1993 r. przyjęto dziesięcioletni zakaz budowy nowych elektrowni atomowych, a następnie nie podjęto decyzji o nowych budowach.
  
  

• Włochy: W 1994 r. cztery czynne reaktory zostały zamknięte, a budowa pięciu nowych przerwana. 12 czerwca 2011 odbędzie się kolejne referendum.
  
  

• Wielka Brytania: W 2003 r. ogłoszono, że nie przewiduje się budowy nowych elektrowni jądrowych, mogą być ewentualnie odbudowywane istniejące instalacje. W końcu 2008 r. EdF nabyła za 12,5 mld funtów British Energy, właściciela angielskich elektrowni jądrowych.
  
  
  

Awaria w elektrowni w Fukushimie

Elektrownia jądrowa w Fukushimie przetrwała w dobrym stanie zarówno trzęsienie ziemi, jak i fale tsunami. Uszkodzone zostały układy zasilania pomp chłodzących. Nie udało uruchomić się generatorów diesla, z wyjątkiem bloku nr 6, z którego podano energię na pompy bloku nr 5. Oba bloki ocalały w dobrym stanie. Uszkodzeniu uległy bloki 1, 2, 3 i 4. Wypuszczono radioaktywną parę i użyto wody morskiej do chłodzenia w układzie otwartym. Część wody chłodzącej parowała, część ściekała do morza i gromadziła się na dnie budynku reaktora.

Rys. 5. Widok uszkodzonego wybuchem wewnętrznym bloku w elektrowni Fukushima.

Z nadchodzących doniesień wynika, że uszkodzone zostały cztery bloki energetyczne. Jest bardzo prawdopodobnym, że nastąpiło stopnienie rdzenia reaktora. Jednym działaniem w tym wypadku jest budowa czterech sarkofagów oraz ich monitorowanie. Do zbudowania jednego sarkofagu w Czernobylu zużyto 2400 t ołowiu, 1800 t piasku, 800 t dolomitu, 40 t karbidu i boru oraz wielu ton ciekłego azotu. W elektrowni Fukushima zachodzi potrzeba budowy czterech podobnych sarkofagów.

Kierunki rozwoju polskiej elektroenergetyki

Program polskiej energetyki jądrowej to ślepa uliczka dla rozwoju energetyki i gospodarki. Jeżeli nawet ten program byłby zrealizowany zgodnie z planem, to w roku 2030 produkcja energii elektrycznej z elektrowni jądrowych stanowiłaby zaledwie około 16% całkowitej produkcji. Problemem nierozwiązanym jest: jak zapewnić produkcję pozostałych 84% energii elektrycznej?

Rys. 6. Udział elektrowni jądrowych w bilansie produkcji energii elektrycznej w Polsce – wariant optymistyczny

Polska gospodarka jest bardzo energochłonna. Na jednostkę produktu PKB zużywamy 2,3 razy więcej energii niż kraje Zachodniej Europy. Działania mające na celu zbilansowanie produkcji i zapotrzebowania na energię elektryczną powinny być prowadzone w dwóch zbieżnych kierunkach: zarówno po stronie popytu, jak i po stronie podaży. Dlatego do najbardziej pilnych działań należy zaliczyć:

• Wprowadzenie energooszczędnych technik zużycia energii. Konieczne jest przyśpieszenie prac nad ustawą o efektywności energetycznej i przywrócenie w niej zapisów dotyczących wiodącej roli sektora publicznego oraz samorządów w racjonalizacji zużycia energii.
  
  

• Przyśpieszenie prac nad wdrażaniem inteligentnych sieci, w tym liczników elektronicznych i optymalnych metod zarządzania siecią oraz poborem energii elektrycznej.
  
  

• Rozwój generacji rozproszonej, w tym w szczególności mikrokogeneracji pozwalającej wykorzystać ciepło używane do ogrzewania także do produkcji energii elektrycznej.
  
  

• Rozwój kogeneracji lokalnej, w tym w szczególności zastępowanie przestarzałych ciepłowni lokalnych poprzez układy kogeneracji, produkującej jednocześnie ciepło i energię elektryczną.
  
  

• Rozwój odnawialnych źródeł energii, zarówno w skali lokalnej: biogazownie, elektrownie wiatrowe i słoneczne, jak i w dużych morskich farm wiatrowych.
  
  

• Rozwój rynków energii, w tym w szczególności w sektorze gazowym oraz dalszy rozwój rynku energii elektrycznej, w tym ograniczenie administracyjnych interwencji urzędu regulacji energetyki w funkcjonowanie rynku (zniesienie taryf).
  
  

• Wykorzystanie istniejących elektrowni węglowych oraz budowa nowych instalacji o ograniczonym oddziaływaniu na środowisko.
  
  

• Budowa elektrowni gazowych, w tym w szczególności gazowo-parowych o sprawności ponad 60%.
  
  

• Zintensyfikowanie udziału Polski w pracach badawczych nad nowymi, czystymi technologiami atomowymi, opartymi na syntezie, takim jak: ITER, HiPER, czy zimna synteza.
  
  

  Władysław Mielczarski
  
  

Powyższy raport prof. Władysław Mielczarski przygotował dla RBN w kwietniu 2011, jego obszerniejsza wersja (z przypisami) ukazała się na łamach czasopisma Energetyka.

Wywiad z prof. Mielczarskim na temat katastrofy w Fukushimie publikowalismy w poprzednim numerze, 8-9/12, SN

http://www.sprawynauki.edu.pl/index.php?option=com_content&view=article&id=2264:fukushima-i-co-z-niej-wynika&catid=302&Itemid=30