„Energetické hlavolamy aneb Bude nám horko?“ Dana Drábová Státní úřad pro jadernou bezpečnost Praha Žijeme v době, kdy emoce a pocity znamenají více než fakta.

Svět se rychle mění - 21. století bude stoletím boje o přírodní zdroje růst populace, urbanizace, požadavky na koncentraci a stabilitu dodávek energií, ceny energií, rozpor mezi zdroji a poptávkou ochrana životního prostředí rostoucí obavy o bezpečnost zdrojů i dodávek (safety × security) globalizace, nároky investorů

Úvodem několik čísel: V současné době žije na Zemi více než 6,3 miliard obyvatel s průměrným ročním přírůstkem 1,3%. Každých 12 let se počet obyvatel zvyšuje o 1 miliardu. 79% světové populace žije v méně vyvinutých zemích (Asie, Afrika, Latinská Amerika). Přírůstek této populace je 1,6% ročně, až polovina obyvatel v méně vyvinutých zemích je mladší 15 let nejméně 2 miliardy této populace nemá přístup k elektřině Při zachování současných trendů bude v roce 2030 stále 1.4 miliardy lidí bez elektřiny V Indii je bez přístupu k elektřině 600 miliónů lidí, na rozdíl od Číny, kde 98% lidí přístup k elektřině má 1,3 miliardy nemá přístup k nezávadné pitné vodě 2,4 miliardy používá biomasu pro vaření a vytápění 2,5 miliardy lidí zde žije za méně než 2US$/den.

Úvodem několik čísel: Roční světový HDP (543 biliónu USD) potřebuje 11 miliard tun ropného ekvivalentu Při současném hospodářském růstu roste spotřeba energie ročně téměř o roční spotřebu Afriky Při zachování současných trendů bude v roce 2030 stále 1.4 miliardy lidí bez elektřiny V Indii je bez přístupu k elektřině 600 miliónů lidí, na rozdíl od Číny, kde 98% lidí přístup k elektřině má

Úvodem několik čísel: Spotřeba primární energie je z 85% kryta fosilními zdroji třetinu tvoří ropa, zůstane nejdůležitějším palivem 2/3 nárůstu tvoří doprava Více než 80% emisí CO2 produkovaných člověkem je způsobeno spalováním fosilních paliv

Úvodem několik čísel: země OECD, Indie a Čína tvoří 80% ekonomických výstupů a spotřebovávají 70% energie, mají ale pouze 10% světových zásob ropy a plynu nejbohatší miliarda lidí spotřebovává 50% energie, ta nejchudší 5% USA spotřebovávají více než 20% světové ropy, třikrát více než druhý největší konzument, Čína, ale Čína odpovídá za třetinu ročního nárůstu spotřeba uhlí v USA a Číně (Gtoe každá) vytváří spojení výzev energetické bezpečnosti a změn klimatu

Jaké otázky si pokládat: Nedostatek energie; kdy, jak velký? Jak dlouho vydrží neobnovitelné zdroje? Jaké jsou možnosti obnovitelných zdrojů? Energeticky udržitelná ekonomika, možnosti úspor? Nové technologie; vodík, fúze, supravodiče? Jaká jsou skutečná rizika (havárií a pod.)? Riskuje EU vážné politické problémy, politickou závislost na dodavatelích energie? Riskuje EU vážné ekonomické problémy, jaké budou společenské dopady? Riskuje EU a zbytek světa vážné problémy vyvolané skleníkovým efektem? Co opravdu odkážeme budoucím generacím?

Energie se nachází v centru napětí Populace Technologie Odpovědnost

Světová populace zatím explozivně roste

Spotřeba primární energie, 2030

Lidé bez elektřiny

Vývoj světové poptávky po energii

Nárůst světové produkce primární energie (podle regionů)

Slabiny se potvrzují Nezávislost na vnějších zdrojích nedosažitelná Nedaří se stabilizovat výši spotřeby Výkyvy cen se rozšiřují na všechny komodity: ropa, plyn, uhlí, uran Neodvratný pokles konvenčních kapacit Rezervy ropy a zemního plynu v Severním moři klesají Restrukturalizace uhelného hornictví Ukončování jaderných programů Příliš pomalý růst obnovitelných zdrojů Rostoucí závislost na dováženém plynu Dosažení závazků z Kyota se jeví nemožným Vlivy na životní prostředí rostou

Ukazují se nová rizika Zranitelnost infrastruktury – terorismus Geopolitická nestabilita Středního Východu Potřeba nových investic Rozsáhlé výpadky Nároky rozvojových zemí Kyoto a jeho vliv na konkurenceschopnost

Vylučující kritéria: vysoké investiční náklady, vysoké provozní náklady, vysoké energetické a materiálové nároky nedostatečné roční využití, nízká výkonová hustota, vysoké externí náklady (včetně nákladů na ukončení provozu), technologická nezralost, ekologická nepřijatelnost, společenská nepřijatelnost, technologická nedostupnost, geopolitická nedostupnost a z ní plynoucí rizika, problémová bezpečnost a spolehlivost, nejistoty ve strategickém zajištění paliv, vyčerpání zdroje, problémy s odpady, životnost technologie, geopolitické hodnocení, sociální aspekty.

Zamyšlení Neexistuje vše řešící odpověď, není ideální zdroj energie. Každý zdroj od slunce po ropu, od uhlí po jádro, od větru po plyn, má své výhody a nevýhody. Každá země stojí před výzvou, jak vytvořit vyváženou energetickou politiku. Takovou, která se příliš nespoléhá nebo naopak úplně neignoruje jakýkoli možný zdroj (geografický, geologický, fyzikální). Naše vnímání pořadí čtyř základních požadavků na energetickou politiku – bezpečnost dodávek, ohleduplnost k životnímu prostředí, hospodárnost, společenská přijatelnost – se může čas od času měnit. Co se pravděpodobně nezmění, je základní výzva: dosáhnout udržitelný kompromis mezi těmito požadavky.

Tři výzvy pro energetiku bezpečnost dodávek změny klimatu energie pro chudé Jakou roli bude při řešení energetického hlavolamu, který před lidstvem stojí, hrát jaderná energetika?

Koncentrace energie 1 eV = 1.602 10-19 J 1 000 000 eV na částici -6 2020 1990 1700 1750 1800 1850 1900 1950 v molekule Počet obyvatel: 1,3 2,5 8 miliard 5,4 0,8 Obnovitelné zdroje Energie [eV] 1 000 000 eV na částici Jaderná energetika Feudální společnost Průmyslová revoluce 1 eV v molekule Těžba uhlí Fosilní paliva 1 eV = 1.602 10-19 J

Koncentrace energie v uranu: Štěpením uranu se produkuje zhruba třímilionkrát více tepelné energie na jednotku hmotnosti než spálením fosilních paliv . Rozštěpením 1 kg 235U se uvolní zhruba 25 GWh tepla. Jaderná elektrárna s instalovaným výkonem 1000 MW a faktorem využitelnosti 91% (8,000 hodin za rok na plném výkonu) s účinností 30% vyrobí 27 TWh tepla ročně, potřebuje tedy přibližně jednu tunu 235U. Uvážíme-li přítomnost dalších štěpných izotopů (239Pu, 241Pu a 233U) v použitém jaderném palivu, sníží se roční množství spotřebovaného 235U na zhruba 640 kg. To odpovídá zhruba 30 t obohaceného uranu obsahujícího 3% 235U (palivové soubory se vyměňují po spotřebování zhruba 2/3 235U) a zhruba 165 t přírodního uranu (0.7% 235U, 99.3% 238U). Máme-li uranovou rudu obsahující 2 ‰ uranu, potřebujeme vytěžit 80 000 t rudy. Pro srovnání: uhelná elektrárna s instalovaným výkonem 1000 MW a stejným faktorem využitelnosti potřebuje zhruba 3 milióny t uhlí.

Jak se vyvíjel počet reaktorů a instalovaná kapacita

Jaderná energetika - několik čísel   2005 2006 2007 Bloky v komerčním provozu 441 435 439 Instalovaný výkon, GW(e) 370 368 372 Počet provozujících zemí 31 30 Vyrobená elektřina, TWh 2626 (16%) 2658(16%) NA Provozní zkušenost, r-y 13000 Ve výstavbě 24 28 35 Plánováno 64 91 Uvažováno 158 228

Současný a budoucí stav jaderné energetiky v zemích G8 Stát Současný počet reaktorů Instalovaný výkon (MW) Podíl JE na celkové výrobě státu v r. 2005 Budoucnost jaderných elektráren v zemi USA 103 99 200 19 % plánováno 13 -30 nových reaktorů Rusko 31 21 700 16 % plánováno 5 - 50 nových reaktorů Francie 59 63 400 79 % plánován 1 nový reaktor + obnova stávajících Japonsko 56 47 800 29 % plánováno 12 nových reaktorů Anglie 23 11 900 20 % blíže nespecifikovaný rozvoj Kanada 15 12 600 zatím rozvoj neplánuje, plánuje náhradu „jádro za jádro“ Německo 17 20 300 31 % postupný útlum do roku 2021 Itálie 0 % možný návrat k jaderné energetice

Postupná změna názoru V poslední době veřejnost více rozlišuje mezi Černobylem a elektrárnami provozovanými v EU (projekt, dozor, kultura) jaderné elektrárny mají výborné statistiky bezpečnosti roste ekonomická výhodnost stávajících elektráren změny podnebí jsou zřetelnější ceny ropy lámou rekordy dynamická výstavba jaderných elektráren v Asii pokračuje bezpečnost dodávek elektřiny je velké téma politici opět začínají brát jádro na milost Jaderná energetika neposkytuje ideální a pohodlné řešení, ale může k řešení přispět a získat nám tím ČAS

Podíl jaderných elektráren na světové výrobě elektřiny

Faktory ovlivňující osud jaderné energetiky Ekonomické parametry Úroveň bezpečnosti Nakládání s vyhořelým palivem Možnost vojenského zneužití Veřejné mínění, přístup politiků Legislativní požadavky, předvídatelnost regulace

Silné a slabé stránky

Energetická náročnost různých zdrojů a energetická doba návratnosti (bez paliva) [kWh prim / kWhe] Energetická návratnost [měsíc] Černé uhlí 0,28 - 0,30 3,2 - 3,6 Hnědé uhlí 0,16 - 0,17 2,7 - 3,3 Zemní plyn 0,17 0,8 Jádro 0,07 - 0,08 2,9 - 3,4 Fotovoltaika 0,62 - 1,24 71 - 141 Vítr 0,05 - 0,15 4,6 - 13,7 Voda 0,03 - 0,05 8,2 - 13,7

Surovinová náročnost různých zdrojů Ocel [kg / GWhe] Měď Hliník Černé uhlí 1750 - 2310 2 16 - 20 Hnědé uhlí 2100 - 2170 7 - 8 18 - 19 Zemní plyn 1207 3 28 Jádro 420 - 490 6 - 7 27 - 30 Fotovoltaika 3690 - 24250 210 - 510 240 - 4620 Vítr 3700 - 11140 47 - 140 32 - 95 Voda 1560 - 2680 5 - 14 4 - 11

Zábor půdy pro elektrárnu o instalovaném výkonu 1000 MW Elektrárna Plocha [km2] Jaderná 0,25 – 4 Uhelná 0,85 – 1,5 Plynová 0,16 – 0,25 Fotovoltaická 20 – 50 Větrná 50 – 150 Biomasa 4000 - 6000 Poznámka: rozloha České republiky je 78 862 km2 výkon pro pokrytí zatížení České republiky je tč. cca 12 000 MW

Emise vybraných nox z německých elektráren

Světové emise CO2 (energetika)

Emise CO2 z JE jsou nízké, ale nejsou nulové

Emise CO2 při výrobě elektřiny

Vývoj emisí CO2 v EU-15

Stav závazků z Kyota v EU-15 (2004)

Stav závazků z Kyota v EU-10 (2004)

Omezení emisí CO2 - stabilizační trojúhelník

Šest možných klínků do trojúhleníku obnovitelné zdroje účinnost & úspory jaderná energetika lesy, zemědělství uhlí  plyn CCS

Nástroje již máme všechny uvedené technologie se již v nějaké míře komerčně využívají ani jedna z nich nevyřeší problém sama o sobě nemusí však být třeba úplně všechny dostupné technologie

Jak dospět ke konsensu? Je načase jednat Je brzy vybírat „vítěze“ Pro nastartování technologií jsou žádoucí subvence Později by měl nejlepší řešení určovat trh Nejlepší řešení pro jednu zemi nemusí být vhodné pro jinou Je třeba věnovat pozornost sociálním dopadům a vlivům na životní prostředí

Odpady ročně produkované různými typy elektráren

Kolik RAO vyprodukuje jaderná energetika? roční produkce odpadů v EU

Kolik RAO vyprodukuje jaderná energetika? 1000 MW reaktor potřebuje ročně 32 tun paliva obsahujícího 26 tun uranu vyprodukuje 7TWh elektřiny (80% load faktor) bez přepracování zůstane 32 tun použitého paliva (25 tun těžkých kovů, zejména uran, neptunium, plutonium, americium) pro skladování a uložení a příbližně 300 m3 nízko a středně aktivního odpadu

Co obsahuje vyhořelé palivo?

Průměrné roční ozáření z různých zdrojů

Vliv normálního provozu elektráren na zdraví obyvatel

Následky vážných havárií v energetickém sektoru v letech 1969 - 2000

Náklady na kWh

Praktické aspekty pro úvahy o novém bloku Lidé Dostupné technologie Náklady Způsoby financování Bezpečnost dodávek paliva Vyřazování z provozu

Čas Nový blok = dlouhodobý závazek Čtyři generace, cca 100 let Plánování Licenční proces Výstavba Provoz Vyřazování z provozu Čtyři generace, cca 100 let

Příprava nového jaderného bloku v ČR

Lidé Provozovatel Infrastruktura pro smluvní dodávky a podporu 200 až 1000 pracovníků na blok v širokém spektru specializací Jaderné inženýrství, I&C, elektrotechnika, strojní, chemie, radiační ochrana, krizový management, bezpečnostní analýzy Infrastruktura pro smluvní dodávky a podporu Školství Výzkum a vývoj Výrobci zařízení Údržbářské kapacity Státní dozor

Projekty připadající v úvahu v ČR

Generace IV - nová generace jaderných energetických systémů Vývoj se zaměřuje na dosažení následujících cílů: Efektivnější využití paliva (zejména zajištění alespoň jednoho typu množivého reaktoru umožňujícího využití 238U a 232Th Snížení množství jaderního odpadu (mimo jiné vyřešení transmutací aktinidů ve vyhořelém palivu) Další zlepšení bezpečnosti a spolehlivosti Další snížení míry pravděpodobnosti poškození aktivní zóny Odstranění potřeby evakuace okolí v případě havárie Nižší cena výroby el. energie v porovnání s jinými zdroji (podstatné snížení zejména investičních nákladů) Úroveň finančního rizika porovnatelná s jinými energetickými projekty Zvýšení resistence proti zneužití jaderných materiálů Projekt Generace IV je zásadně nový především v tom, že komplexně přistupuje nejen k vývoji nových reaktorů, ale snaží se řešit palivový cyklus jaderných elektráren jako celek. Není třeba zdůrazňovat, že cíle jsou velmi ambiciózní, otázkou zůstává, jak se je podaří naplnit.

Jak dlouho vydrží uran?

Klademe si správné otázky? Otázka nezní: „Líbí se nám jaderná energetika?“ Spíše bychom se měli ptát: „Máme za jádro v následujících nejméně 30-ti letech rozumnou náhradu?“ „Jaká je cena dalšího využívání jádra, jaká je cena jeho odmítnutí?“ „Jaké si máme stanovit požadavky pro další využívání jádra v případě, že cena za odmítnutí je příliš vysoká?“