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) Generacja I Generacja II 1950 1970 1990 2010 2030 2050 2070 2090 Generacja III Pierwsze reaktory Obnińsk Shippingpor Calder Hall Współczesne reaktory LWR: PWR, BWR CANDU AGR ABWR, APWR PBMR Zaawansowane reaktory Systemy przyszłościowe Generacja IV Andrzej T. Mikulski Lublin, 22.04.2009 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 Andrzej T. Mikulski Lublin, 22.04.2009 Polskie Towarzystwo Nukleoniczne Warszawa 17

Optymalne kosztowo nowe moce wytwórcze elektrowni w Polsce dla referencyjnych warunków rozwoju gospodarczego Andrzej T. Mikulski Lublin, 22.04.2009 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 Polskie Towarzystwo Nukleoniczne Lublin, 22.04.2009 Polskie Towarzystwo Nukleoniczne Warszawa 20

Andrzej T. Mikulski Polskie Towarzystwo Nukleoniczne Lublin, 22.04.2009 Polskie Towarzystwo Nukleoniczne Warszawa 21

Elektrownie węglowe - 285 - 304 zł/MWh (wliczona emisja CO2) 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 Działania: (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

TAK, gdyż istniały wtedy: 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

Nowe moce w elektrowniach jądrowych oraz produkcja energii elektrycznej (wg MAEA) GW Andrzej T. Mikulski SEP a współczesna energetyka - 21.09.2006 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