Dlaczego energetyka jądrowa?

Celem artykułu jest przedstawienie, z konieczności w dużym skrócie, korzyści dla społeczeństwa wynikające z wdrożenia w Polsce elektrowni jądrowych. Zebrano je w trzy grupy, które następnie zostaną rozwinięte. Są to:
● korzyści ekonomiczne,
● korzyści związane z bezpieczeństwem energetycznym,
● korzyści związane z ochroną środowiska.

Korzyści ekonomiczne

Wyniki porównań ekonomicznych między kosztami produkcji energii elektrycznej w systemowych elektrowniach węglowych i jądrowych jeszcze kilkanaście lat temu były przedmiotem sporów (opcja gazowa z uwagi na wysokie ceny gazu nie wchodzi już praktycznie w rachubę dla elektrowni produkujących energię elektryczną w podstawie obciążenia; może wchodzić w rachubę jedynie dla elektrowni szczytowych i podszczytowych).
Koszty budowy elektrowni jądrowych były bardzo zróżnicowane w różnych krajach i w różnych lokalizacjach. Główną przyczyną wysokich kosztów inwestycyjnych w elektrowniach jądrowych były przedłużające się czasy budowy wywołane niekiedy zmianami przepisów państwowych w trakcie budowy, a częściej protestami przeciwników energii jądrowej skarżących inwestorów do sądów powszechnych i narażających ich na wieloletnie nieraz przestoje zaawansowanych już budów. W wyniku budowa elektrowni jądrowej była związana z dużym ryzykiem finansowym. Sytuacja taka miała miejsce na przykład w USA, gdzie niektóre elektrownie jądrowe oddawano do użytku po ciągnącej się 24(!) lata budowie (np. elektrownia Watts Bar 1: data rozpoczęcia budowy
– grudzień 1972; data włączenia do sieci – luty 1996 [4]). Nic więc dziwnego, że w latach 80-tych najwyższe koszty inwestycyjne budowy elektrowni jądrowych notowano w Stanach Zjednoczonych (w niektórych elektrowniach dochodziły nawet do wartości 3000 USD/kW!). Najniższe zaś obserwowano we Francji, gdzie budowano najsprawniej.

Wg danych OECD [5] z roku 2005 koszty inwestycyjne w elektrowniach jądrowych liczone bez oprocentowania (tzw. overnight costs) wynosiły w skrajnych przypadkach: we Francji – 1361 €/kW, a w USA i Finlandii – 1650 €/kW. W innych krajach przyjmowały wartości pośrednie.

Dziś sprawa jest już przesądzona: koszty produkcji energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych są z reguły niższe, a niekiedy znacznie niższe niż w elektrowniach węglowych.

Na przykład Finowie przed podjęciem decyzji o budowie nowej elektrowni jądrowej (aktualnie już w trakcie budowy) przeprowadzali analizy konkurencyjności ekonomicznej różnych źródeł energii elektrycznej. Wyniki ich badań wskazały na najniższy koszt energii elektrycznej produkowanej w elektrowni jądrowej – 23,7 €/MWh, dla elektrowni na gazie ziemnym – 32,3 €/MWh, a w elektrowni węglowej – 28,1 €/MWh [6, 7]. Na podstawie tych analiz ekonomicznych podjęto decyzję o budowie elektrowni jądrowej.

W warunkach polskich takie porównawcze analizy ekonomiczne przeprowadził Energoprojekt-Warszawa
SA [19]. Wyniki przedstawiono w tabeli 1. Obliczenia odnoszą się do poziomu cen z roku 2005, przyjęto stopę
dyskonta – 8%.

Tabela 1
Porównanie kosztów wytwarzania dla różnych opcji energetycznych w warunkach Polski (Energoprojekt-Warszawa)

	Atom	Gaz-para	Węgiel kamienny	Węgiel brunatny
zł/MWh	120	180	170	155
mln zł/MW	6,95	2,04	3,26	3,58

Atrakcyjność energetyki jądrowej opiera się głównie na bardzo niskich, w porównaniu z węglem czy gazem, kosztach paliwa. Koszty budowy elektrowni jądrowej są jednak wysokie, znacznie wyższe niż elektrowni węglowej, głównie z uwagi na konieczność stosowania rozbudowanych systemów bezpieczeństwa zapobiegających wystąpieniu awarii oraz środków ochrony personelu przed promieniowaniem. Wszystkie porównania ekonomiczne między elektrownią jądrową i węglową sprowadzają się ostatecznie do odpowiedzi na pytanie: czy zmniejszone koszty paliwa w elektrowni jądrowej rekompensują zwiększone koszty inwestycyjne?

Struktura jednostkowych kosztów wytwarzania energii elektrycznej w elektrowni węglowej i jądrowej różni się więc zasadniczo. W elektrowni jądrowej wkład kosztów inwestycyjnych w całkowite koszty wytwarzania energii wynosi ok. 50 – 65%, a paliwa 20 – 25%. W elektrowni węglowej proporcje te są w przybliżeniu odwrócone (koszty inwestycyjne 20 – 35%, paliwo 50 – 65%). W wyniku tego koszty produkcji w elektrowni węglowej są bardzo wrażliwe na zmiany cen paliwa, natomiast na koszty produkcji w elektrowni jądrowej bardzo duży wpływ będą miały koszty budowy, czas trwania budowy, stopa dyskonta kapitału oraz współczynnik obciążenia elektrowni.

Koszty surowca uranowego podobnie jak i innych surowców i paliw: węgla, ropy, gazu, będą rosły w miarę wyczerpywania się tańszych zasobów i to szybciej niż koszt urządzeń. W tym aspekcie nabiera znaczenia problem wrażliwości kosztów wytwarzania energii elektrycznej na drożejące paliwa.

Na koszt paliwa jądrowego składa się koszt kilkunastu operacji (wydobycie rudy uranowej, przerób na koncentrat uranowy U₃O₈, oczyszczanie chemiczne do UO₂, konwersja do gazowego UF₆, wzbogacanie izotopowe, konwersja do proszku UO₂, wytwarzanie pastylek paliwowych, produkcja prętów i zestawów paliwowych, magazynowanie paliwa wypalonego, przerób wysokoaktywnych odpadów, ostateczne ich składowanie). Pierwsze dwie operacje doprowadzenia surowców uranowych do postaci koncentratu uranowego U3O8 (tzw. yellow cake) będącego już produktem handlowym stanowią ok. 20% całkowitych kosztów paliwa [8, 9].

Oceńmy jak wzrosną koszty wytwarzania energii elektrycznej w obu typach elektrowni przy podwojeniu kosztów uranu i węgla. Udział kosztów węgla w kosztach produkowanej energii wynosi ok. 60%, a kosztów paliwa jądrowego ok. 25%. Ale koszt uranu w koszcie paliwa jądrowego stanowi tylko ok. 20%. Tak więc przy 100% wzroście kosztów surowców paliwowych wzrost kosztów wytwarzanej energii elektrycznej w przypadku elektrowni węglowej wyniesie ok. 60%, a elektrowni jądrowej tylko ok. 5%.

Porównanie to staje się istotne ze względu na szacowaną wielkość zasobów różnych paliw energetycznych (przy obecnym poziomie spożycia: węgiel – 200 lat, gaz – 60 lat, ropa – 40 lat, uran – 85 lat [10]). W miarę wyczerpywania się eksploatowanych dzisiaj, najłatwiejszych w eksploatacji i najtańszych złóż powstanie konieczność przechodzenia do trudniejszych technologicznie, ale bogatych w zasoby złóż (głębokie kopalnie węgla, głębokie podwodne wydobycie ropy, uzyskiwanie uranu z fosforytów – p. tabela 3) i nowych, znacznie droższych technologii. Istotnym wtedy stanie się stopień „przełożenia” wzrostu kosztów paliwa na koszt wytwarzanej energii elektrycznej.

Bezpieczeństwo energetyczne

Jednym z podstawowych obowiązków Państwa jest zapewnienie krajowi bezpieczeństwa energetycznego, tj. niezakłóconych dostaw energii, między innymi energii elektrycznej.

Polska jest na pierwszy rzut oka, w stosunku do innych krajów europejskich, w uprzywilejowanej sytuacji, gdyż posiada stosunkowo duże ilości surowców energetycznych w postaci węgla. Krajowa elektroenergetyka oparta jest w ponad 95% na węglu. W roku 2006 wydobyto 97,8 mln t węgla kamiennego oraz 61,6 mln t węgla brunatnego. W elektrowniach, elektrociepłowniach i ciepłowniach zużyto z tego 50,9 mln t węgla kamiennego i 61,6 mln t węgla brunatnego. Praktycznie całość wydobycia węgla brunatnego i ok. połowa wydobycia węgla kamiennego zużywana jest w elektroenergetyce [11].

Ten zdawałoby się optymistyczny obraz nie jest prawdziwy. Zasobów węgla przy wydobywaniu go w istniejących kopalniach starczy na ok. 40 lat. W celu zwiększenia wydobycia należy budować nowe kopalnie i to tak węgla kamiennego jak i brunatnego. Budowa nowych kopalni jest niezwykle kapitałochłonną inwestycją. A zwiększenie wydobycia węgla będzie niebawem koniecznością.

Wskaźnik zużycia energii elektrycznej na głowę mieszkańca i rok, który charakteryzuje w jakiś sposób poziom cywilizacyjnego rozwoju kraju, jest dla Polski nie tylko w porównaniu z innymi krajami Unii Europejskiej ale nawet z b. krajami RWPG – kompromitująco niski. Z byłych krajów RWPG niższy wskaźnik od naszego ma tylko Rumunia. W 2006 r. średni wskaźnik dla krajów UE(15) był blisko dwukrotnie wyższy niż dla Polski [12] (rys. 1).

Zgodnie z prognozami zapotrzebowania na energię elektryczną w Polsce ocenia się, że to zapotrzebowanie będzie wzrastać w następnym 20-leciu w tempie ok. 3% rocznie. Co oznacza, że krzywa wzrostu przetnie się z krzywą możliwości zaopatrzenia w energię elektryczną (rys. 2) gdzieś w połowie następnego 10-lecia [1]. Oznacza to również, że zgodnie z prognozami dopiero za ok. 20 lat osiągniemy dzisiejszy średni poziom spożycia
w UE.
Moc zainstalowana w systemie elektroenergetycznym kraju wynosi ok. 35 GW, moc zapotrzebowana w szczycie obciążenia (w miesiącach zimowych) wynosi ok. 25 GW [13]. Porównanie tych dwóch liczb może dawać złudny, wypaczony obraz, jakoby Polska mogła przez długi jeszcze czas mieć nadmiar mocy elektrycznej.
A deficyt energii elektrycznej grozi nam nie tylko ze względu na zwiększenie zapotrzebowania, ale również ze
względu na trudności utrzymania dotychczasowego poziomu wytwarzania.

Jeśli przyjrzymy się bliżej źródłom zasilania w polskim systemie elektroenergetycznym, to okaże się, że park elektrowni jest w większości wyeksploatowany i przestarzały. Przeszło połowa energii wytwarzana jest w blokach powyżej 30-letnich, a przeszło 30% w blokach ponad 40-letnich (tabela 2). Muszą być one wycofywane z eksploatacji i wymieniane na bloki nowoczesne.

Tabela 2
Wiek elektrowni (w % mocy zainstalowanej) [22]

Wiek (w latach)	>20	>30	>40	>50
%	88	68	37

Rys. 1. Zużycie energii elektrycznej na mieszkańca w Europie [12]

Rys. 2. Moc osiągalna w istniejących elektrowniach a wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną [21]

Tabela 2
Wiek elektrowni (w % mocy zainstalowanej) [22]

Wiek (w latach)	>20	>30	>40	>50
%	88	68	37