Energetyka jądrowa - Polski Serwis Naukowy

Produkcja energii atomowej i jej perspektywy w porównaniu innymi źródłami energii.

paliwa płynne

gaz

węgiel

źródła odnawialne

energia atomowa

Energetyka jądrowa – zespół zagadnień związanych z uzyskiwaniem na skalę przemysłową energii z rozszczepienia ciężkich jąder pierwiastków (głównie uranu 235).

Proliferacja – zjawisko przemytu, transferu, rozprzestrzeniania broni masowego rażenia. Od początku zaistnienia problemu podejmowane są liczne próby jego powstrzymywania. Do tego rodzaju działań należą m.in. Układ o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej (NPT) z 1968 oraz Inicjatywa na rzecz bezpieczeństwa w kontekście proliferacji broni masowego rażenia z 2003 roku.
Rada Stosunków Międzynarodowych (ang.Council on Foreign Relations (CFR)) - amerykańska, bezpartyjna organizacja polityczna założona w Nowym Jorku w 1921 roku. Zajmuje się szeroko rozumianymi kwestiami związanym z polityką międzynarodową oraz miejscem i rolą Stanów Zjednoczonych na arenie międzynarodowej.

Energetyka jądrowa na świecie

Energię jądrową pozyskuje się głównie w wyniku rozszczepienia jąder atomowych w reaktorach jądrowych w elektrowniach jądrowych i na okrętach jądrowych. W niewielkim stopniu wykorzystuje się energię rozpadów promieniotwórczych np. w zasilaczach izotopowych (SNAP). Energetyka jądrowa obejmuje również problemy związane z wydobyciem uranu, przeróbką paliwa jądrowego oraz składowaniem odpadów jądrowych. Pierwsze elektrownie jądrowe pojawiły się w latach pięćdziesiątych, dynamiczny rozwój tej dziedziny rozpoczął się w 2. połowie lat sześćdziesiątych, w związku ze wzrostem kosztów energii uzyskiwanej ze spalania kopalin. Rozwój ten został prawie wstrzymany po katastrofie w Czarnobylu. W ostatnich latach obserwuje się działania świadczące o wzroście zainteresowania oraz powrót do planów rozwoju energetyki jądrowej.

Ruch antynuklearny – ruch społeczny sprzeciwiający się wykorzystywaniu energii atomowej. Dąży on zarówno do rozbrojenia atomowego, jak i rezygnacji z produkcji energii atomowej na użytek cywilny. Domaga się zastąpienia jej przez technologie energooszczędne i odnawialne źródła energii. Zalicza się do nowych ruchów społecznych.
Energetyka – dział nauki i techniki, a także gałąź przemysłu, które zajmują się przetwarzaniem dostępnych form energii na postać łatwą do wykorzystania przy zasilaniu wszelkich procesów przemysłowych, a także napędzaniu maszyn i urządzeń używanych w życiu codziennym.

W 2011 energetyka jądrowa była źródłem 14% energii elektrycznej na świecie. Łączna moc działających elektrowni jądrowych wynosiła 370 GW. Pracowało 435 bloków energetycznych, 65 bloków energetycznych było w budowie, 5 w trakcie wyłączania. Dla porównania, energetyka węglowa posiadała moc zainstalowaną równą 1759 GW, elektrownie wodne 566,8 GW. Poziom rocznej produkcji energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych wskazywał na większe wykorzystanie w nich zainstalowanej mocy (kolejno: jądrowe: 2755 TWh, węglowe 8743 TWh, wodne 3412 TWh). Najwięcej energii elektrycznej uzyskiwały z energetyki jądrowej USA (rocznie 807 TWh, 104 reaktory), Francja (410 TWh, 58 reaktorów), Japonia (280 TWh, 51 reaktorów) i Rosja (159 TWh, 33 reaktory). Największy udział energetyki jądrowej w produkowanej energii elektrycznej miały: Francja (75%), Belgia (51%), Korea Południowa (31%), Szwajcaria (39%), Japonia (28%), USA (20%) i Rosja (17%).

Bezpieczeństwo jądrowe ogarnia całokształt zagadnień i działalności naukowo-techniczno-organizacyjnych związanych z zabezpieczaniem i ochroną społeczeństwa przed zagrożeniami wynikającymi, lub mogącymi wynikać, z awarii, uszkodzeń lub obecności systemów, obiektów, urządzeń i materiałów będących źródłem promieniowania radioaktywnego.
Think tank (ang., dosłownie: zbiornik myśli) - z założenia niezależny, niedziałający dla zysku ośrodek zajmujący się badaniami i analizami dotyczącymi spraw publicznych. Do celów działalności think tanków należy zazwyczaj poszukiwanie sposobów rozwiązania problemów społecznych i udział w publicznej debacie. Spotkać można szersze rozumienie tego pojęcia, na oznaczenie grupy osób lub instytucji mających podobne cele, ale niekoniecznie posiadających status organizacji pozarządowych.

Do 2030 przewiduje się wzrost mocy elektrowni jądrowych na świecie do 473 GW (w wariancie optymistycznym nawet do 748 GW).

Wady i zalety energetyki jądrowej

Energetyka jądrowa budzi wiele kontrowersji.

Najważniejszym zarzutem jest kwestia powstawania, transportu i składowania odpadów promieniotwórczych. O ile odpady wysokoaktywne produkowane są tylko przez elektrownie jądrowe, to już odpady średnio- i nisko aktywne są produkowane w każdym rozwiniętym kraju głównie przez instytucje medyczne i naukowe. Wszystkie rodzaje odpadów są przechowywane w odpowiednich składowiskach a wypalone paliwo często poddaje się recyklizacji. Przewiduje się, że nowa generacja reaktorów jądrowych opartych na torze rozwiąże problem odpadów radioaktywnych całkowicie poprzez wykorzystanie ich w procesach spalacyjnych.

Belene – miasto w północnej Bułgarii. Leży w pobliżu wyspy Belene na Dunaju, 70 km na południowy zachód od Ruse. Ludność miasta to 8 905 mieszkańców. Ma tu zostać wybudowana elektrownia jądrowa o mocy 2.000 megawatów.
Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca pod względem ilościowym stan układu fizycznego (materii) (z punktu widzenia termodynamiki niektóre formy energii są funkcjami stanu i potencjałami termodynamicznymi), stan i wzajemne oddziaływania obiektów fizycznych (ciał, pól, cząstek, układów fizycznych), przemiany fizyczne i chemiczne oraz wszelkiego rodzaju procesy występujące w przyrodzie.

Kolejnym zarzutem są ogromne koszty związane z zamknięciem elektrowni i utylizacją pozostałości po niej. W tym wypadku, elektrownie jądrowe tworzą zazwyczaj fundusz, na który odkładana jest część zysków ze sprzedaży prądu. We Francji jest to około 0,14 eurocenta za każdą sprzedaną kilowatogodzinę.

Inną ważną kwestią jest rozprzestrzenianie broni jądrowej związane z rozwojem energetyki jądrowej (np. Iran, Korea Północna) oraz zamachy terrorystyczne, stanowiące nowy wymiar zagrożenia dla instalacji jądrowych.

Ropa naftowa (olej skalny, czarne złoto) – ciekła kopalina, złożona z mieszaniny naturalnych węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych (bituminów), z niewielkimi domieszkami azotu, tlenu, siarki i zanieczyszczeń. Ma podstawowe znaczenie dla gospodarki światowej jako surowiec przemysłu chemicznego, a przede wszystkim jako jeden z najważniejszych surowców energetycznych.
Elektrownia jądrowa – obiekt przemysłowo-energetyczny (elektrownia cieplna), wytwarzający energię elektryczną poprzez wykorzystanie energii pochodzącej z rozszczepienia jąder atomów, najczęściej uranu (uranu naturalnego lub nieco wzbogaconego w izotop U-235), w której ciepło konieczne do uzyskania pary, jest otrzymywane z reaktora jądrowego. Warto zobaczyć: Energetyka jądrowa.

Kwestie bezpieczeństwa działania pojawiają się przy okazji awarii i wycieków, które w 2008 roku zdarzyły się w elektrowniach na Słowenii, Węgrzech i we Francji. Wycieki te miały miejsce w obiegu zamkniętym elektrowni i nie spowodowały żadnego zanieczyszczenia środowiska zewnętrznego.

Pojawiają się także głosy wskazujące na wyczerpywanie się złóż uranu, jednak najnowsze badania dowodzą że jego zasoby starczą na co najmniej kilkaset lat. Rozwiązaniem tego problemu jest wprowadzenie reaktorów powielających, które potrafią wytworzyć więcej paliwa niż same zużywają. Innym rozwiązaniem jest użycie toru w reaktorach jądrowych IV generacji.

Europejska Wspólnota Energii Atomowej (EWEA, także Euratom) – jedna z trzech Wspólnot Europejskich, powstała na mocy traktatów rzymskich 25 marca 1957 r (Traktat ustanawiający Europejską Wspólnotę Energii Atomowej). Decyzja o powstaniu Euratomu zapadła podczas obrad konferencji mesyńskiej w 1955 roku.
Katastrofa elektrowni jądrowej w Czarnobylu (także ogólniej: Katastrofa w Czarnobylu) – największy na świecie wypadek jądrowy mający miejsce 26 kwietnia 1986, do którego doszło w wyniku wybuchu wodoru z reaktora jądrowego bloku nr 4 elektrowni atomowej w Czarnobylu.

Największą zaletą energetyki jądrowej jest wysokie bezpieczeństwo i brak emisji szkodliwych dla środowiska gazów oraz pyłów. Energetyka jądrowa jest także najbardziej skondensowanym źródłem energii obecnie wykorzystywanym przez człowieka. Światowe zasoby materiałów rozszczepialnych pozwalałyby na pokrycie wszelkich potrzeb energetycznych ludzkości na wiele tysięcy lat. Zasoby tradycyjnych surowców energetycznych są ograniczone, już obecnie podaż ropy naftowej ledwo nadąża za popytem. Szacuje się, że najtańsze w eksploatacji złoża ropy są na wyczerpaniu, a wysokie koszty eksploatacji pozostałych sprawią, że już za kilkadziesiąt lat paliwa będą bardzo drogie. Kwestia czasu wyczerpania zasobów na świecie jest dyskusyjna. Tak zwane "Raporty Rzymskie" przewidywały wyczerpanie zasobów do roku 1992, ale nowe metody poszukiwania i eksploatacji odsunęły tę granicę o co najmniej 20 lat.

Paliwa kopalne - substancje powstałe ze związków organicznych w wyniku zalegania przez kilkadziesiąt lub kilkaset milionów lat pod ziemią, gdzie były poddane wysokiemu ciśnieniu, bez dostępu powietrza i uległy rozkładowi na:
Słowenia, Republika Słowenii (słoweń. Slovenija, Republika Slovenija) – państwo położone w Europie Środkowej, posiadające niewielki odcinek 46,6 km dostępu do Morza Adriatyckiego. Słowenia należy do NATO od 29 marca 2004, jest też członkiem UE od 1 maja 2004 roku.

Ekonomika elektrowni jądrowych

W 2009 roku badacze z MIT ustalili, że koszt kilowatogodziny z elektrowni jądrowej to 0,084 $.

Ekonomika nowych elektrowni jądrowych jest kwestią kontrowersyjną, co wynika z różnych podejść do tego problemu, jak również z tego, że z wyborem źródła energii wiążą się inwestycje warte wiele miliardów dolarów. Porównanie z innymi metodami pozyskiwania energii w zależy od założeń przyjętych w odniesieniu do czasu trwania budowy oraz finansowania kapitału dla elektrowni jądrowych. Szacowane koszty muszą także obejmować koszty zamknięcia elektrowni i przechowywania odpadów nuklearnych. Z drugiej strony środki podejmowane dla złagodzenia ocieplenia klimatu, takie jak podatek węglowy czy handel emisjami, mogą poprawiać opłacalność energetyki jądrowej. W ostatnich latach spada wzrost zapotrzebowania na energię, a finansowanie inwestycji w energetykę stało się trudniejsze, co pociąga za sobą różne rodzaje ryzyka. W Europie Wschodniej część długoterminowych projektów boryka się z trudnościami w znalezieniu źródeł finansowania, między innymi budowa elektrowni jądrowej w Belene w Bułgarii czy dodatkowych reaktorów w Cernavodzie w Rumunii, a część inwestorów wycofała się. Innym problemem dla projektów nuklearnych jest także dostępność taniego gazu i bezpieczeństwo jego dostaw w przyszłości.

Greenpeace – międzynarodowa organizacja pozarządowa, znana jako Fundacja Greenpeace. Założona w roku 1971 w Vancouver w Kanadzie by przeciwstawić się amerykańskim próbom jądrowym na Alasce. Obecnie organizacja działa na rzecz ochrony środowiska naturalnego. Greenpeace posiada 28 biur i prowadzi działalność w 42 krajach na całym świecie. Wszystkie te placówki podlegają pod Greenpeace International, z siedzibą w Amsterdamie. Organizacja finansowana jest całkowicie przez indywidualnych darczyńców (program Direct Dialogue), których liczbę szacuje się na około 2.8 mln. Są to głównie sympatycy, lecz także organizacje charytatywne. Greenpeace nie przyjmuje pieniędzy od firm i rządów, co ma gwarantować jej niezależność.
Massachusetts Institute of Technology, czyli "Instytut Technologii w Massachusetts", w skrócie MIT. Instytut założony został w 1861 roku z inicjatywy kilkudziesięciu przedsiębiorców z okolic Nowego Jorku i Bostonu. Jego celem jest jednoczesne kształcenie studentów i prowadzenie badań podstawowych – jednak silnie zorientowanych na praktyczne potrzeby społeczne. MIT jest uczelnią całkowicie prywatną. Z punktu widzenia prawa jest spółką akcyjną, której akcje posiada obecnie kilkaset osób – głównie członków rodzin założycieli MIT oraz jego absolwentów, którym udało się osiągnąć bardzo duży sukces finansowy.

W analizie ekonomiki energetyki jądrowej trzeba wziąć także pod uwagę kwestię tego, kto ponosi przyszłe ryzyko z tytułu nieprzewidywalności elektrowni atomowych. Jak na razie elektrownie nuklearne zbudowały przedsiębiorstwa znacjonalizowane lub regulowane przez państwo, gdzie wiele rodzajów ryzyka związanych z kosztami budowy, pracą, cenami paliwa, wypadkami itd. było ponoszonych raczej przez konsumentów niż przez producentów. Co więcej, z uwagi na wymiar odpowiedzialności za wypadek nuklearny, całkowity koszt ubezpieczenia jest generalnie ograniczany przez rząd, co amerykańska Jądrowa Komisja Regulacyjna uznała za znaczącą dotację. Wiele krajów obecnie zliberalizowało swoje rynki energii elektrycznej w ten sposób, że koszt wspomnianych niebezpieczeństw, jak również ryzyka pojawienia się tańszych alternatyw przed zwróceniem się nakładów pokrywają konstruktorzy i operatorzy elektrowni, a nie konsumenci, co prowadzi do innej oceny ekonomiki nowych elektrowni jądrowych.

Reaktor jądrowy – urządzenie, w którym przeprowadza się z kontrolowaną szybkością reakcje jądrowe; na obecnym etapie rozwoju nauki i techniki (rok 2011) są to przede wszystkim reakcje rozszczepienia jąder atomowych. Reakcje te mają charakter łańcuchowy - produkty reakcji (w tym głównie neutrony) mogą zainicjować kilka następnych. Aby uniknąć lawinowego wzrostu szybkości reakcji, reaktor dzieli się na strefy wypełnione na przemian paliwem, chłodziwem oraz moderatorem, czyli substancją spowalniającą neutrony. Szybkość reakcji kontrolowana jest m.in. przez zmianę wzajemnego położenia lub proporcji tych składników, a także przez wprowadzanie dodatkowych substancji pochłaniających lub spowalniających neutrony, zawartych w tzw. prętach regulacyjnych (służących do normalnej regulacji parametrów reakcji) oraz prętach bezpieczeństwa (stosowanych do awaryjnego wyłączania reaktora). Substancjami używanymi do pochłaniania neutronów termicznych są m.in. bor i kadm, natomiast jako moderatorów używa się m.in. berylu, grafitu, a także wody, pełniącej równocześnie rolę chłodziwa.
Organizacja pozarządowa (ang. non-governmental organization) – organizacja obywatelska (założona przez obywateli lub ich organizacje) działająca z własnej inicjatywy na rzecz wybranego interesu publicznego i niedziałająca dla osiągnięcia zysku. W prawie międzynarodowym, w odróżnieniu od organizacji międzyrządowych, organizacje pozarządowe grupują nie państwa lecz osoby fizyczne lub prawne, i to z reguły z różnych krajów (najczęściej przyjmuje się, że minimum z trzech). Działają w oparciu o prawo krajowe siedziby organizacji, a powstają w wyniku nie umowy międzynarodowej, ale umowy cywilno-prawnej.

Liczba miejsc pracy powstająca przy rocznej produkcji 1 TWh energii elektrycznej wynosi dla: elektrowni jądrowej - 75, gazowej – 250 do 265, węglowej – 370, a w przypadku energetyki wiatrowej od 918 do 2400.

Należy również zauważyć, że większość często podawanych szacunków kosztów budowy i eksploatacji nie zawiera kosztów zamknięcia bloku/utylizacji po okresie istnienia elektrowni jądrowej (zazwyczaj 3-6 dekad). Jest to o tyle istotne iż elektrowni jądrowej nie da się bezpiecznie "wygasić" w ciągu chwili tylko należy schłodzić reaktor, a zazwyczaj wymaga to również pobrania energii. Sam sposób schładzania może również być tańszy lub droższy - w zależności od usytuowania elektrowni i możliwości wykorzystania wody morskiej. Do tego czynnikiem zmieniającym koszty na większe lub mniejsze jest bezpośrednie otoczenie elektrowni - same odpady mogą być (np. przyszła elektrownia szwedzka) składowane i utylizowane pod elektrownią albo wręcz płaci się obcym państwom i firmom lub instytucjom za wykonanie tej niezbędnej pracy (np. polski reaktor doświadczalny). Tak więc sama metoda budowy, otoczenie oraz zasobność w surowce, kadry i przepisy prawne mogą powodować duże zmiany niezbędnych do poniesienia kosztów produkcji, sprawiając, że sama elektrownia jądrowa może być całkowicie nieopłacalna albo najtańszym źródłem energii.

BP, wcześniej British Petroleum, BPAmoco, jest brytyjskim przedsiębiorstwem naftowym założonym na początku XX wieku. Obecnie BP jest trzecim co do wielkości przedsiębiorstwem petrochemicznym na świecie (po firmie ExxonMobil, oraz Royal Dutch/Shell). Spółka jest notowana na giełdach: londyńskiej i nowojorskiej (NYSE) [1].
Pod pojęciem klimat rozumie się średni stan atmosfery i oceanu w skalach od kilku lat do milionów lat. Zmiany klimatu wynikają z czynników zewnętrznych takich jak ilość dochodzącego promieniowania słonecznego lub czynników wewnętrznych takich jak działalność człowieka (zmiany antropogeniczne) lub wpływ czynników naturalnych. W ostatnich latach termin „ogólna zmiana klimatu”, używany jest w kontekście globalnego ocieplenia i wzrostu temperatury na powierzchni Ziemi, ale rozważane są scenariusze powodujące oziębienie powierzchni Ziemi (np. wywołane odbiciem energii słonecznej od zwiększonej pokrywy chmur lub aerozoli atmosferycznych).

Wypadki i bezpieczeństwo

Na skutek trzęsienia ziemi, tsunami oraz awarii systemów chłodzenia w elektrowni jądrowej Fukushima I, a także problemów w innych jednostkach nuklearnych, 11 marca 2011 r. w Japonii ogłoszono stan zagrożenia nuklearnego. Był to pierwszy przypadek zagrożenia nuklearnego w Japonii, ewakuowano 140 tysięcy osób zamieszkałych w obrębie 20 km od elektrowni. Wybuchy i pożary spowodowały niebezpieczny wzrost poziomu promieniowania, co doprowadziło do załamania na japońskiej giełdzie i masowego wykupowania zapasów z supermarketów. Wielka Brytania, Francja i niektóre inne państwa doradzały swoim obywatelom opuszczenie Tokio, w odpowiedzi na obawy przed rozprzestrzenieniem promieniotwórczego zanieczyszczenia. Platts poinformował, że „kryzys w japońskich elektrowniach jądrowych w Fukushimie sprowokował państwa będące największymi konsumentami energii do rewizji bezpieczeństwa swoich reaktorów oraz wywołał wątpliwości co do tempa rozwoju energetyki jądrowej i skali planowanych inwestycji na całym świecie”. W marcu 2011 r. Unia Europejska zdecydowała, że reaktory nuklearne we wszystkich 27 państwach członkowskich powinny zostać poddane testom bezpieczeństwa.

Odnawialne źródła energii - źródła energii, których używanie nie wiąże się z długotrwałym ich deficytem - ich zasób odnawia się w krótkim czasie.
Spalacja lub kruszenie (kruszenie jądra atomowego; ang. spallation) to w fizyce jądrowej proces, w którym ciężkie jądro atomowe emituje kilka nukleonów w wyniku zderzenia (bombardowania) protonami o bardzo dużej energii (większej od setek keV). W wyniku tego procesu masa atomowa bombardowanego jądra zmniejsza się.

Wypadki w elektrowniach jądrowych o stratach przekraczających 300 milionów USD, do 2009 roku:

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)