Poznaj atom

Czy paliwo jądrowe jest bardziej wydajne od innych źródeł energii?

Poniedziałek 30 kwietnia 2012

Dzięki dużej koncentracji energii, 1 gram uranu może być odpowiednikiem 1,5 tony węgla. Elektrownia jądrowa o mocy 1000 MW potrzebuje ok. 30 t paliwa jądrowego rocznie. Elektrownia na węgiel kamienny o tej samej mocy spala w ciągu roku aż 4 mln ton paliwa.

Elektrownia jądrowa o mocy 1000 MW produkuje rocznie 8 TWh energii elektrycznej, tyle co 1530 wiatraków o mocy 3 MW każdy, zajmujących obszar kilku tysięcy hektarów. Aby wytworzyć taką ilość energii trzeba byłoby spalić 3 mln t biomasy lub 2,4 mld m3 gazu ziemnego. Z jednego grama uranu można wyprodukować tyle energii elektrycznej, że wystarczy do zasilania 4-osobowego gospodarstwa domowego przez 2 tygodnie (statystyczne gospodarstwo domowe w Polsce zużywa 2 MWh energii elektrycznej rocznie). Technologia wiatrowa ze względów atmosferycznych pracuje jedynie 25 proc. czasu w ciągu roku (farmy wiatrowe na lądzie w polskich warunkach) i potrzebuje źródeł rezerwowych.

Paliwo jądrowe jest wytwarzane z takich pierwiastków jak uran, pluton i pośrednio tor (w czasie pracy reaktorów). Najczęściej stosowany jest uran, występujący powszechnie na Ziemi w postaci związków chemicznych. Jest on około 500 razy bardziej rozpowszechniony niż złoto. Według różnych szacunków, zasoby konwencjonalne i udokumentowane tego pierwiastka wystarczą na najbliższe 100 do 300 lat. Także po tym czasie nie powinno być kłopotów z surowcem, ponieważ ciągle mają miejsce odkrycia nowych złóż, rosną też zdolności odzyskiwania paliwa z odpadów (surowiec wtórny) oraz możliwości pozyskiwania uranu rozszczepialnego U-233 z toru. Eksperymentuje się także z możliwością odzyskiwania uranu rozpuszczonego w wodzie morskiej.

Czołowymi producentami uranu na świecie są: Kanada, Australia, Kazachstan, Niger, Namibia, Rosja, Uzbekistan i Stany Zjednoczone. Kolejność ta nie odwzorowuje wielkości zasobów tego surowca w posiadaniu danego państwa.
Nisko wydajne złoża uranu występują również w Polsce w Rudawach Janowickich w Sudetach, Górach Świętokrzyskich na Podlasiu oraz na obszarze między Krynicą Morską a Pasłękiem. W latach 1947-1967 prowadzono wydobycie złóż w Sudetach i Górach Świętokrzyskich.
Koszt surowca uranowego, będącego przedmiotem międzynarodowego handlu i dostaw stanowi około 3-5% kosztu produkcji energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych.

Inwestycja w energetykę jądrową wymaga przeanalizowania argumentów „za” i „przeciw” w kontekście wydajności elektrowni jądrowych w porównaniu do technologii węglowych, wiatrowych, wodnych czy gazowych. W tym aspekcie należy wziąć pod uwagę szereg czynników takich jak np.: koszty budowy elektrowni oraz średni koszt wytwarzania energii, koszt paliwa potrzebnego do jego produkcji, czy też emisji CO2.
Koszty budowy elektrowni są najwyższe w przypadku elektrowni jądrowej. Wiążą się bowiem nie tylko z budową reaktora jako źródła energii cieplnej, ale także ze stworzeniem całego systemu zabezpieczeń w celu zapewnienia maksymalnego bezpieczeństwa. Jeśli jednak elektrownia zostanie już oddana do eksploatacji to koszty produkcji energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych są najniższe.

Ile kosztuje wytwarzanie energii w elektrowniach jądrowych?
W elektrowniach węglowych i gazowych na koszt wytwarzania energii elektrycznej wpływają przede wszystkim wydatki na zakup paliwa. Inaczej jest w elektrowniach wodnych, wiatrowych czy jądrowych - dla nich „paliwo” kosztuje niewiele albo wcale, natomiast względnie wysokie są koszty inwestycji.  Koszty produkcji energii elektrycznej zależą nie tylko od tendencji rynkowych, ale również od wprowadzanych regulacji prawnych. Wiedzy w tym zakresie dostarczają na przykład wyniki analiz prowadzonych przez ośrodki naukowe.

Eksperci z Politechniki w Lappeenranta w Finlandii w 2008 r. badali koszty wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach działających w tym kraju. W analizie pt. „Comparison of electricity generation costs” („Porównanie kosztów wytwarzania energii elektrycznej”) wzięli pod uwagę elektrownie jądrowe, gazowe, wiatrowe oraz spalające torf i drewno (biomasa). Wyniki badań oparto o ceny ze stycznia 2008 r.
Z ekspertyzy wynika, że najniższe koszty produkcji energii notuje się w przypadku elektrowni jądrowych (35 EUR/MWh – skrót od „euro na megawatogodzinę”, co oznacza, że wyprodukowanie jednej megawatogodziny energii elektrycznej kosztuje 35 euro). Drugim pod względem kosztów paliwem jest torf (43,6 EUR/MWh), a w dalszej kolejności wymienia się węgiel (45,7 EUR/MWh), gaz ziemny (51,2 EUR/MWh) i wiatr (52,9 EUR/MWh). Najdroższa energia elektryczna pochodzi z elektrowni opalanych drewnem (73,6 EUR/MWh).
Z czego wynikają powyższe wyliczenia? W przypadku energii z elektrowni jądrowych około 60 proc. to koszty inwestycyjne, jedna trzecia - eksploatacyjne i utrzymania (pensje dla pracowników, materiały i części zamienne itp.). Pozostała kwota przeznaczona jest na zakup gotowego paliwa. W przypadku elektrowni konwencjonalnych finalny koszt paliwa zależy od jego ceny i opłat związanych z transportem (elektrownia węglowa spala każdej doby kilka 40-wagonowych składów węgla).

Ważne, że wskazane kwoty nie uwzględniają kosztów opłat za emisję dwutlenku węgla. Gdy się je doliczy, koszty w przypadku torfu, gazu ziemnego i węgla znacząco rosną. Wynika to z faktu, że przy analizie uwzględniono cenę uprawnień do emisji na poziomie 23 EUR za tonę CO2. W efekcie koszty produkcji energii elektrycznej z torfu rosną do 65,5 EUR/MWh, w przypadku węgla do 64,4 EUR/MWh, a w przypadku gazu ziemnego do 59,2 EUR/MWh.

W Polsce analizę kosztów wytwarzania energii elektrycznej w róznych typach elektrowni przewidzianych do uruchomienia w Polsce w najbliższych latach przeprowadziła Agencja Rynku Energii S.A. (ARE), która opublikowała wyniki swojej analizyanaliz w opracowaniu „Aktualizacja prognozy zapotrzebowania na paliwa i energię do 2030 r.”, przygotowanym na zlecenie Ministerstwa Gospodarki we wrześniu 2011 r. W przypadku paliwa jądrowego uwzględniono wszystkie usługi cyklu paliwowego (czyli wszystkie etapy procesu przemysłowego, którego efektem końcowym są gotowe pręty paliwowe).

Ukryte ceny paliwa, koszty emisji CO2, koszty zewnętrzne
Dysponując 1 gramem uranu w reakcji rozszczepienia można uzyskać tyle energii, co ze spalenia 1,5 tony węgla. W przypadku elektrowni węglowej w krótkim okresie czasu zużywane są ogromne ilości paliwa. Aby elektrownia węglowa mogła z nich pozyskać energię należy je w odpowiednie miejsce przetransportować, a następnie przechowywać, co wiąże się z ogromnymi kosztami.
Przewaga elektrowni jądrowych rośnie, gdy uwzględnimy również koszty zewnętrzne, czyli koszty szkód środowiskowych i zdrowotnych wynikających z eksploatacji elektrowni spalających paliwa organiczne (węgiel, gaz, olej opałowy). Komisja Europejska od 1991 roku prowadzi badania kosztów zewnętrznych w energetyce z uwzględnieniem całego cyklu życia elektrowni (elektrownia + łańcuch dostaw paliwa i postępowanie z odpadami). Badania noszą nazwę ExternE, a ich wyniki są aktualizowane co kilka lat.

Energia jądrowa stabilizuje ceny energii
Energia uzyskiwana z elektrowni jądrowych pozwala zdywersyfikować źródła pozyskiwania energii. Daje to szansę na względną stabilizację cen energii, ponieważ wahania i wzrosty cen paliwa jądrowego są znacznie mniejsze niż ropy, gazu czy nawet węgla. Szacuje się, że wzrost cen uranu o 10% spowodowałby wzrost cen energii elektrycznej z elektrowni jądrowej o 0,2%. Podobna zmiana cen gazu i węgla wygeneruje odpowiednio 8- i 4- procentowy wzrost cen energii elektrycznej. Z punktu widzenia korzyści ekonomicznych w skali całego kraju, biorąc pod uwagę nakłady inwestycyjne, koszty paliwa i koszty eksploatacji oraz remontów, a także emisję gazów cieplarnianych energetyka jądrowa wydaje się być najkorzystniejszą opcją energetyczną.

Jaka przyszłość?
Agencja Rynku Energii (ARE) zbadała również strukturę kosztów wytwarzania energii dla elektrowni możliwych do uruchomienia po 2025 r. (wtedy będą dostępne komercyjnie zaawansowane technologie, w tym elektrownie węglowe z instalacjami zgazowania oraz składowania i wychwytu dwutlenku węgla). Eksperci ARE uwzględnili parametry techniczno-ekonomiczne źródeł wytwarzania, ceny paliwa i koszty uprawnień do emisji CO2. Analiza ARE dowodzi dużej przewagi energetyki jądrowej w porównaniu do wszystkich innych technologii. Koszty wytwarzania energii w elektrowni jądrowej oszacowano na ok. 60-70 EUR/MWh. W przypadku węgla brunatnego oraz instalacji do zgazowania węgla oraz do wychwytu i składowania CO2 jest to kwota ok. 76 EUR/MWh. Najdroższa jest produkcja energii z węgla brunatnego z wykorzystaniem technologii zgazowania węgla, ale bez wychwytu i magazynowania dwutlenku węgla. W takim przypadku koszty jednostkowe przekraczają 94 EUR/MWh.
Facebook