Energetyka jądrowa na świecie

Energetyka jądrowa na świecie

Elektrownia jądrowa w Mochovcach na Słowacji – nowy blok jądrowy
Elektrownia jądrowa w Mochovcach na Słowacji – nowy blok jądrowy Źródło: Materiały prasowe / Enea
Na świecie działa dziś 437 reaktorów jądrowych, z czego 171 w Europie, a w samej Unii Europejskiej – 104. Polska wciąż czeka na pierwszą elektrownię jądrową. Szansą na stosunkowo szybkie uruchomienie pierwszych siłowni w naszym kraju jest technologia SMR, w kierunku której spogląda dziś wiele firm, m.in. Enea.

Na świecie ok. 10,3 proc. energii pochodzi z elektrowni atomowych. Najwięcej prądu wytwarzają elektrownie węglowe, gazowe i hydroelektrownie (odpowiednio 36,7, 23,5 oraz 16 proc.). Na dalszych miejscach plasuje się energia produkowana ze źródeł odnawialnych (8,2 proc.), ropy naftowej (2,8 proc.) i innych źródeł (2,6 proc.). Łącznie na całym świecie produkcja prądu szacowana jest na 27,044 TWh.

W 2020 r. trzynaście krajów wyprodukowało co najmniej jedną czwartą swojej energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych. W kilku państwach atom pokrywa ok. połowy całkowitego zapotrzebowania energetycznego – w Ukrainie 55 proc., na Słowacji 52,3 proc, w Belgii – 50,8 proc., a na Węgrzech – 46,8 proc. We Francji wskaźnik ten wynosi aż 69 proc.

Wszystkie europejskie elektrownie atomowe dysponują łącznie mocą 154,136 MWe, a unijne są w stanie wygenerować 101,913 MWe energii elektrycznej, co zaspokaja ok. 25 proc. zapotrzebowania na prąd.

Polska należy obecnie do 14 krajów w Unii Europejskiej, w których nie pracuje żaden reaktor jądrowy produkujący przemysłowo energię elektryczną. W naszym kraju prąd wytwarzany jest przede wszystkim z węgla kamiennego – w 2021 roku moc osiągalna dla elektrowni na to paliwo stanowiła 23,1 GWe, co odpowiadało 43,2-procentowemu udziałowi w polskim miksie energetycznym. Na kolejnych miejscach uplasowała się energia odnawialna (16,7 GWe – 31,3 proc.), energia generowana z węgla brunatnego (8,4 GWe – 15,7 proc.), z gazu ziemnego (3,2 GWe – 6 proc.), elektrowni szczytowo-pompowych (1,4 GWe – 2,7 proc.) oraz energia pochodząca z innych, głównie przemysłowych źródeł (0,6 GWe – 1,1 proc.).

Nadzieja w atomie

Wobec dążenia Unii Europejskiej do wprowadzenia do 2050 r. energetyki całkowicie bezemisyjnej, w polskich warunkach klimatycznych energia jądrowa stała się koniecznością. Elektrownie atomowe są uważane za najlepsze, stabilne i dyspozycyjne źródła energii. Energetyka wiatrowa i fotowoltaika nie są w stanie generować energii przez cały czas. Na naszych szerokościach geograficznych zdarzają się bowiem trwające nawet przez kilka dni okresy bezwietrzne, a panele słoneczne, nie dość, że nie generują prądu w nocy, to ich wydajność uwarunkowana jest zachmurzeniem i pozycją słońca nad horyzontem. W okresach, gdy odnawialne źródła energii nie generują prądu, konieczne jest uruchamianie elektrowni systemowych spalających węgiel lub gaz.

W ciągu ostatnich kilkunastu lat udział energetyki jądrowej w europejskim miksie energetycznym nieznacznie się zmniejszył – z 14,2 proc. w 2005 r. do 12,7 proc. w 2020 r. Wynikało to m.in. z polityki niektórych państw członkowskich. Przykładowo w Niemczech pod wpływem impulsu, jakim była katastrofa elektrowni atomowej w japońskiej Fukushimie, postawiono na odnawialne źródła energii, sukcesywnie wyłączając kolejne reaktory. Jednocześnie obie izby niemieckiego parlamentu zatwierdziły budowę nowych elektrowni węglowych i gazowych mimo publicznych zapewnień o utrzymaniu celów redukcji emisji CO2. Obecnie ze względu na kryzys energetyczny związany z wojną w Ukrainie niemiecki rząd po długich publicznych debatach podjął decyzję o tymczasowym podtrzymaniu pracy trzech działających reaktorów, które miały zostać wygaszone do końca br.

Przeciwnikami energii jądrowej w Unii Europejskiej są jeszcze takie kraje, jak: Austria, Dania, Luksemburg i Portugalia. Przeciwnicy energii jądrowej podkreślają fakt, że proces inwestycyjny związany z budową nowej elektrowni jądrowej trwa od 10 do 19 lat i jest to zbyt długi czas wobec konieczności szybkiej reakcji na nadchodzący kryzys klimatyczny. Ponadto przeciwni energii jądrowej eksperci podkreślają, że otwarty cykl paliwowy, generujący odpady, jest niespójny z założeniami promowanej przez Brukselę gospodarki o obiegu zamkniętym. W Niemczech pojawiają się też obawy, że inwestycje w wymagającą dużych nakładów energetykę jądrową mogą osłabić chęć finansowania odnawialnych źródeł energii.

Reaktor reaktorowi nierówny

Obecnie na świecie wykorzystuje się wiele typów elektrowni jądrowych, które bazują na różnych konstrukcjach reaktorów. Przeważająca większość, bo około 80 proc. z nich, to reaktory wodne wrzące, (BWR, ang. Boiling Water Reactor) i reaktory wodne ciśnieniowe (PWR, Pressurized Water Reactor). Jedną z ostatnich nowinek w zakresie konstrukcji reaktorów PWR są małe, modułowe reaktory SMR (ang. Small Modular Reactor).

Pomysł na zminiaturyzowanie reaktorów typu PWR pojawił się ok. 10 lat temu. Dzięki zmniejszeniu rozmiarów samego reaktora oraz zastosowaniu w jego konstrukcji modułowości można w istotny sposób obniżyć koszty budowy elektrowni jądrowej w porównaniu z obiektem, który wykorzystywałby standardowe reaktory PWR. Moduły elektrowni SMR powstają poza terenem budowy siłowni i są montowane w modelu blokowym. Dzięki niemal całkowitej automatyzacji są też bezpieczniejsze.

Oczywiście, mniejszy reaktor pracować będzie też z mniejszą mocą (zwykle ok. 20-100 MWe, maksymalnie do 300 MWe), ale w jednej elektrowni zamiast jednego dużego, drogiego reaktora o mocy np. 1000 MW umieścić można kilka mniejszych, tańszych o porównywanej mocy sumarycznej. Nic też nie stoi na przeszkodzie, aby w ramach rosnących potrzeb rozbudowywać elektrownie o kolejne moduły SMR, tym bardziej że sama koncepcja ich budowy pozwala wykorzystywać te same, znormalizowane, modułowe elementy. Nowy reaktor będzie więc identyczny ze starym, nawet jeśli będzie miał inną moc, co dodatkowo obniży koszty utrzymania całej inwestycji.

Obecnie na świecie realizowanych jest ponad 70 projektów budowy małych reaktorów jądrowych typu SMR. Tą technologią jest zainteresowanych coraz więcej firm w Polsce. Wśród nich Enea, która analizuje rynkowe rozwiązania i nawiązuje współpracę z podmiotami wdrażającymi takie technologie.

– Grupa Enea potencjalnie będzie mogła wykorzystać technologię SMR do budowy własnych mocy wytwórczych, a także w przyszłości oferować rozwiązania dla przemysłu i ciepłownictwa na terenie Polski. Komercjalizacja rozwiązań SMR pozytywnie wpłynie na bezpieczeństwo energetyczne, środowisko, a także konkurencyjność polskiej gospodarki. Wejście Enei na rynek małych, modułowych reaktorów jądrowych pozwoli w przyszłości na rozwój nowych linii biznesowych – powiedział Paweł Majewski, prezes zarządu Enea S.A.
Technologie reaktorów
Jednostki BWR charakteryzują się dwoma obiegami czynnika roboczego (wody) – pierwotnym, parowo-wodnym i wtórnym (układ chłodzenia skraplacza). Koncepcja budowy takiego reaktora jest stosunkowo prosta. Podstawowym elementem jest zbiornik ciśnieniowy z wbudowanym koszem rdzenia, w którym umieszczane są kasety paliwowe. Składają się one z kilkuset prętów paliwowych z materiałem rozszczepialnym oraz prętów regulacyjnych z materiałem silnie pochłaniającym neutrony. Dzięki prętom regulacyjnym możliwe jest sterowanie szybkością reakcji jądrowej, a co za tym idzie – pracą reaktora. Podczas pracy z prętów paliwowych wydzielają się duże ilości ciepła. Ciepło to jest odbierane przez wodę krążącą w obiegu pierwotnym.

W reaktorach wodnych wrzących podgrzana w zbiorniku reaktora woda paruje, a powstała w ten sposób para porusza turbinę parową napędzającą generator prądu. Para jest następnie skraplana w skraplaczu przez wodę z obiegu wtórnego i wraca do reaktora.

Reaktor PWR charakteryzuje się nie dwoma, a trzema obiegami czynnika roboczego. Oprócz obiegu pierwotnego (obiegu reaktora) i wtórnego, parowo-wodnego, występuje tzw. obieg trójny, będący obiegiem układu chłodzenia skraplacza.

Działanie reaktorów BWR i PWR jest podobne. W wypadku reaktora PWR ogrzana w reaktorze woda z obiegu pierwotnego trafia do wytwornicy pary, zamieniając opływającą ją wodę obiegu wtórnego w parę pod wysokim ciśnieniem – woda z obu obiegów podobnie jak w reaktorach BWR nie miesza się, a zachodzi tu jedynie wymiana ciepła. Dopiero wytworzona w obiegu wtórnym para napędza turbinę generatora prądu. Obie technologie różni to, że w reaktorach BWR pręty regulacyjne są wsuwane od dołu reaktora, a w PWR – od góry.
 0

Czytaj także