Światowe analizy konkurencyjności EJ na tle innych technologii energetycznych

Poniżej prezentujemy fragmenty dwóch artykułów doc. dr. inż. Andrzeja Strupczewskiego: "Rola energetyki jądrowej w obniżaniu kosztów energii elektrycznej" oraz "Powód renesansu energetyki jądrowej" (opublikowany w piśmie Nowa Elektrotechnika, lipiec-sierpień 2009, nr 7-8 (59-60) str 9-14)

Rola energetyki jądrowej w obniżaniu kosztów energii elektrycznej

(fragment artykułu)

1. Ogólna charakterystyka ekonomiczna energetyki jądrowej

Energetyka jądrowa dokłada od pierwszej chwili budowy elektrowni wielkich starań by obniżać do minimum emisje w czasie normalnej pracy i by wyeliminować zagrożenia na wypadek awarii. Te starania przynoszą rezultaty, bo poza Czarnobylem, który był budowany w oparciu o rozwiązania reaktorów do produkcji plutonu do bomb i nie miał cech bezpieczeństwa występujących w reaktorach cywlinych, dotychczasowy bilans zdrowotny energetyki jądrowej jest znakomity. Ale wbudowanie układów bezpieczeństwa działających od pierwszej chwili pracy elektrowni do końca jej życia kosztuje dużo – i dlatego nakłady inwestycyjne na elektrownie jądrowe są wysokie, wyższe niż na inne gałęzie energetyki.

Pomimo wysokich nakładów inwestycyjnych energetyka jądrowa jest opłacalna, a nawet w obecnej sytuacji okazuje się najtańszym źródłem energii elektrycznej dzięki temu, że koszty paliwa są bardzo małe. Uwzględnienie kosztów zdrowotnych i środowiskowych związanych ze wszystkimi źródłami energii, wprowadzone przez Unię Europejską i coraz szerzej wymagane w krajach członkowskich, daje energetyce jądrowej dodatkową przewagę ekonomiczną. Energetyka jądrowa bowiem nie powoduje emisji CO2, nie powoduje zanieczyszczenia atmosfery emisjami SO2, NOx i pyłów, nie zanieczyszcza gleby i wody toksycznymi substancjami chemicznymi i jest jedyną gałęzią energetyki, która w pełni bierze odpowiedzialność za wszystkie swoje odpady i zapewnia ich unieszkodliwianie przez wszystkie przewidywalne okresy czasu.

Energetyka jądrowa produkuje najtańszą energię elektryczną w Europie, a i na świecie jest zaledwie kilka rejonów, jak Australia i środkowe stany USA, w których energetyka węglowa może konkurować z jądrową, bo węgiel kamienny można tam wydobywać metodą odkrywkową przy bardzo niskich kosztach. Gdy tylko węgiel trzeba dowozić, lub wydobywać w kopalniach podziemnych, energetyka jądrowa staje się najtańszym źródłem energii.

Ilustrują to zarówno analizy wykonane w ramach studiów porównawczych w OECD, jak i przeprowadzone w krajach takich jak Finlandia, Francja lub Wielka Brytania analizy, które służyły jako podstawa do decyzji rządowych o rozwijaniu programów energetyki jądrowej i budowie nowych elektrowni. Przegląd wyników tych studiów zaczniemy od studium fińskiego, ponieważ zostało ono wielokrotnie sprawdzone w toku dyskusji o wznowieniu programu rozbudowy energetyki jądrowej w Finlandii i jest stale aktualizowane. Wyniki podane poniżej pochodzą z najbardziej aktualnego opracowania z lutego 2008 roku.

2. Ocena ekonomiczna opracowana w Finlandii

Studium fińskie, oparte na szczegółowych analizach ekonomicznych uwzględniających aktualne osiągi elektrowni jądrowych na świecie i w Finlandii (Lappeenranta 2008) [1] przedstawia porównanie sześciu możliwych źródeł energii, mianowicie energii jądrowej (EJ), elektrowni węglowej kondensacyjnej (WK), elektrowni gazowej z obiegiem kombinowanym gazowo-parowym (Gaz), elektrowni opalanej torfem (Torf) lub drewnem (Drew) i elektrowni wiatrowej (Wiatr). Jako elektrownię odniesienia w cyklu węglowym przyjęto istniejącą w Finlandii elektrownię Meri-Pori o mocy 560 MWe opalaną pyłem węglowym, a w przypadku torfu rozpatrywano spalanie w złożu fluidalnym. Dane dla elektrowni gazowej przyjęto zgodnie z najnowszymi osiągnięciami technicznymi w praktyce międzynarodowej. Moce elektrowni węglowej i gazowej wybrano dostatecznie duże by zrealizować korzyści skali. Elektrownia węglowa byłaby zlokalizowana na wybrzeżu morskim. Wielkość elektrowni torfowej ograniczono do 150 MWe, ponieważ przy większej mocy transport paliwa stałby się zbyt dużym obciążeniem. Dla elektrowni wiatrowej założono, że system odbierze energię wiatru zawsze, kiedy tylko zostanie ona wytworzona i nie uwzględniano kosztów elektrowni rezerwowych. Innymi słowy, pominięto wszelkie koszty wynikające z dorywczej i nieprzewidywalnej pracy wiatraków. Przyjęto też dla niej czas pracy równy 25 lat, a więc dłuższy niż obecnie przewidywane czasy życia rzędu 20 lat.

Przy ocenie kosztów produkcji energii elektrycznej przyjęto stopę procentową 5% rocznie i ustalony poziom cen ze stycznia 2008 roku. Czas budowy elektrowni jądrowej przyjęto równy 5 lat. Wszystkie wydatki na gospodarkę odpadami radioaktywnymi (łącznie z paliwem wypalonym) i likwidację elektrowni są ujęte w zmiennych kosztach eksploatacji i napraw poprzez coroczne wpłaty do funduszu odpadów jądrowych.

Koszty wytwarzania energii elektrycznej przy pracy przez 8000 godzin /rok przy realnej stopie procentowej 5% wg studium fińskiego (Lappeenranta 2008)

Rys. 1. Koszty wytwarzania energii elektrycznej przy pracy przez 8000 godzin /rok przy realnej stopie procentowej 5% wg studium fińskiego (Lappeenranta 2008).

 

Elektrownia jądrowa wymaga wyższych nakładów inwestycyjnych niż elektrownia z paliwem organicznym [2], ale koszty paliwowe są znacznie niższe [3] i przy współczynniku obciążenia powyżej 70% energia jądrowa staje się najtańszym źródłem energii. Przy współczynniku wykorzystania mocy zainstalowanej równym 90% (co w Finlandii stanowi wartość odniesienia dla EJ) przewaga energii jądrowej wzrasta.

Koszty wytwarzania energii elektrycznej przy rocznej pracy przez 8000 godzin na pełnej mocy (co odpowiada współczynnikowi obciążenia 91%) pokazano na Rys. 1. Koszt energii elektrycznej wytwarzanej w elektrowni jądrowej wynosi 35 €/MWh, w elektrowni węglowej 64,4 €/MWh, w elektrowni gazowej 59,2 €/MWh, opalanej torfem 65,5 €/MWh a drewnem 73,6 €/MWh (drewno nie jest obciążone podatkiem od CO2). Elektrownie wiatrowe dostarczać mogą energię elektryczną po cenie 52,9 €/MWh przy założeniu, że pracują na pełnej mocy przez 2200 h w roku i nie ponoszą żadnych kosztów z powodu pracy nieciągłej. Dominującą składową kosztów w przypadku elektrowni jądrowej są nakłady inwestycyjne, natomiast koszt paliwa jądrowego jest niski. W przypadku innych źródeł energii dominującą składową stanowi koszt paliwa, za wyjątkiem elektrowni wiatrowych, dla których jednostkowe nakłady inwestycyjne na jednostkę mocy szczytowej są dwa razy niższe niż dla elektrowni jądrowych, ale na jednostkę mocy średniej w ciągu roku – znacznie wyższe.

Ta ostatnia informacja może wzbudzić zdziwienie w czytelniku przywykłym do sloganu, że energia z wiatraków jest za darmo, a wiatraki są małe, smukłe i tanie. W rzeczywistości wymagają one na jednostkę mocy znacznie więcej betonu i stali niż elektrownia jądrowa [4].

Wieża wiatraka o wysokości 100 m, na której znajduje się turbina o wielkości autobusu i trzy 50-metrowe łopaty wirnika tnące powietrze z prędkością ponad 150 km/h, wymaga oczywiście dużych i solidnych fundamentów. W przypadku wiatraka o mocy 1,5 MW waga turbiny wynosi ponad 56 ton, zestaw łopatek wirnika waży ponad 35 ton, a cała wieża waży ponad 160 ton [5]. Wg danych amerykańskich, podstawę każdej 100 metrowej wieży tworzy ośmiokąt o średnicy 13 m, który wypełnia 12 ton stali zbrojeniowej i 400 ton betonu. A pamiętajmy, że produkcja cementu jest jednym z poważnych źródeł emisji CO2 [6]. Dla farmy wiatrowej o mocy szczytowej 1000 MWe (średnia moc w ciągu roku 200 MWe) potrzeba więc 172 000 ton stali i 400 000 ton betonu. Dla EJ o mocy 1000 MWe (średnia moc w ciągu roku 900 MWe) potrzeby 60 000 ton stali i 370 000 ton betonu [7].

W analizie wykonanej przez Politechnikę w Szczecinie gdzie jako wielkość odniesienia przyjęto całkowitą ilość energii wytworzonej w ciągu życia elektrowni, ocenianego na 40 lat dla elektrowni jądrowej i 20 lat dla elektrowni wiatrowej, okazało się, że charakterystyczne wskaźniki dla obu typów elektrowni przedstawiają się następująco [8].

  • Zapotrzebowanie powierzchni jest ponad 28 razy większe dla elektrowni wiatrowej.
  • Emisja CO2, przy uwzględnieniu całego cyklu budowy i likwidacji elektrowni, jest dwukrotnie większa dla energii wiatrowej.
  • Zapotrzebowanie materiałowe odniesione do całkowitej ilości energii wytworzonej w trakcie cyklu życia w elektrowni jest ponad dwukrotnie większe dla elektrowni wiatrowej.
  • Stosunek całkowitej ilości energii wytworzonej w ciągu całego cyklu życia elektrowni do skumulowanych nakładów energetycznych poniesionych w fazie jej budowy jest 4,5 razy WIĘKSZY dla elektrowni jądrowej niż dla wiatrowej. Twierdzenie Greenpeace’u jakoby elektrownie wiatrowe dawały 2 razy więcej energii elektrycznej na jednostkę nakładów inwestycyjnych, jest sprzeczne z bezstronnymi ocenami polskiej politechniki, a także niemieckiego instytutu na uniwersytecie w Stuttgarcie, wyspecjalizowanego w analizach porównawczych w dziedzinie energetyki [9].

W studium fińskim przeprowadzono także badanie wpływu zmian w danych wejściowych na wyniki porównań. Za każdym razem zmieniano jeden parametr, podczas gdy inne dane pozostawały bez zmian w stosunku do wariantu bazowego. Zmieniano wartość kosztów inwestycyjnych, paliwowych, stopy procentowej i okresu użytecznej pracy elektrowni. Okazywało się systematycznie, że energia jądrowa przy pracy na obciążeniu podstawowym jest najtańsza.

3. Wyniki analiz OECD.

W studium przeprowadzonym przez OECD w 2005 r. (OECD/IEA 2005) uwzględniono dane ekonomiczne i charakterystyki techniczne elektrowni z 21 krajów, obejmujące ponad 130 bloków, w tym 27 elektrowni węglowych, 23 elektrownie gazowe, 13 elektrowni jądrowych, 35 elektrownie oparte na wykorzystaniu źródeł odnawialnych pracujących w sposób przerywany, 24 elektrociepłownie z różnymi rodzajami paliwa i 10 elektrowni opartych na innych rodzajach paliw i technologii.[10]

Oceny ekonomiczne oparto na integrowaniu wartości finansowych w ciągu życia elektrowni poprzez wprowadzenie stopy dyskonta. Uwzględniano dwie stopy dyskonta – 5 i 10%. Uwzględniano wszystkie koszty ponoszone przez producenta energii elektrycznej z wyjątkiem podatków. Nie uwzględniono kosztów zewnętrznych ponoszonych przez społeczeństwo i kosztów zezwoleń na emisję CO2, które jeszcze nie były w pełni określone w czasie wykonywania studium. Dla wszystkich bloków przyjęto czas użytecznej pracy 40 lat, a współczynnik obciążenia równy 85%.

Według danych przekazanych przez państwa uczestniczące w programie OECD, czas budowy bloków opalanych węglem wynosił około 4 lat, gazem – około 3 lat, a w przypadku energii jądrowej od 5 do 10 lat. Niemal we wszystkich krajach 90% nakładów inwestycyjnych na EJ przypadało na ostatnie lata budowy. Koszty likwidacji elektrowni wliczano do wydatków eksploatacyjnych, ponieważ fundusz na ten cel tworzony jest na drodze składek rocznych, włączonych do opłat za energię elektryczną. Wyniki tego najnowszego studium OECD okazały się korzystne dla EJ (Rys. 2).

Porównanie kosztu energii elektrycznej z elektrowni jądrowych (EJ), opalanych węglem (EW) i gazem ziemnym (EG), bez uwzględnienia kosztów zewnętrznyh i kosztów emisji CO2 wg studium OECD z 2005 roku

Rys. 2. Porównanie kosztu energii elektrycznej z elektrowni jądrowych (EJ), opalanych węglem (EW) i gazem ziemnym (EG), bez uwzględnienia kosztów zewnętrznyh i kosztów emisji CO2 wg studium OECD z 2005 roku [11].

 

Energia jądrowa jest tańsza niż węgiel w 7 krajach zarówno przy stopie dyskonta 5% jak i 9%, a tańsza niż gaz w 9 lub 8 krajach przy stopie dyskonta odpowiednio 5% i 10%.

Należy pamiętać, że dane cenowe do studium OECD zbierano w czasie, gdy przewidywano, że ceny gazu ziemnego będą do 2025 roku pozostawały na poziomie około 3,8 USD/MMBtu [12]. Tymczasem ceny te stale rosną. Od 1995 do końca 2008 r, cena gazu wzrosła ponad 3 razy , a od 2004 do końca 2008 o blisko 20% [13]. Biorąc pod uwagę silny wpływ cen gazu na ceny energii elektrycznej z elektrowni gazowych, konkurencyjność ekonomiczna energii jądrowej jest obecnie jeszcze lepsza. Ponadto uwzględnienie kosztów zewnętrznych, obejmujących koszty emisji CO2, a także koszty strat zdrowia społeczeństwa powodowane przez emisje zanieczyszczeń z elektrowni zapewnia energii jądrowej zdecydowanie wiodącą pozycję ekonomiczną.

Można też nie obawiać się wahań ceny rudy uranowej, bo mają one bardzo mały wpływ na cenę energii z elektrowni jądrowych.

Według firmy AREVA, wzrost ceny uranu o 100% powoduje wzrost ceny energii elektrycznej z EJ o 5%. Wg oświadczenia rządu brytyjskiego uzasadniającego decyzję budowy EJ w W. Brytanii, wpływ wzrostu ceny uranu na cenę energii elektrycznej z EJ jest jeszcze mniejszy (Energy Challenge 2006 [14]).

Dzięki temu raz zbudowana elektrownia jądrowa dostarcza energię elektryczną wytwarzaną przy niskich i stabilnych kosztach, niezależnie od wahań cen na światowym rynku surowcowym. Pomaga to w utrzymaniu stabilności cen energii, co sprzyja zrównoważonemu rozwojowi.

W przypadku węgla:

Nakłady inwestycyjne: od 1100 €/kW (AFBC) do 1350 €/kW (IGCC), ostatnie doniesienia wskazują jednak na znacznie wyższe koszty – zbliżające się do poziomu 2000 €/kW (wg. informacji Alstom Power Polska są one obecnie rzędu 1800-1900 €/kW z tendencją rosnącą, zaś dla nowej elektrowni na Śląsku, którą mają zbudować RWE i Kompania Węglowa nakłady szacuje się na 1875 €/kW) [15].

Koszty wytwarzania (EP Katowice 2007)[16]: od 270 zł/MWh (AFBC) do 354 zł/MWh (IGCC).

(...)

6. Konkurencyjność energetyki jądrowej na tle aktualnych cen w energetyce.


W 2008 roku wielkość nakładów inwestycyjnych w energetyce wzrosła w stosunku do poprzedniego roku, zarówno w energetyce jądrowej jak i w energetyce węglowej i wiatrowej.

W przypadku energetyki jądrowej, wg oceny francuskiej dla EJ Flamanville łączne nakłady inwestycyjne na blok nr 3 o mocy 1650 MWe wynoszą 4 miliardy euro, to jest 2424 €/kWe (euro o wartości z 2008 roku), co uwzględnia aktualne podwyżki cen i indeksowanie zawartych poprzednio kontraktów spowodowane wyższymi kosztami surowców, materiałów budowlanych i konstrukcyjnych. Suma ta nie obejmuje kosztów finansowania, to jest oprocentowania kapitału w czasie budowy. Koszty wytwarzania energii dla tego bloku z reaktorem EPR wyniosą 54€/MWh [24], w zwrot nakładów inwestycyjnych wraz z kosztami finansowania, składki na fundusz likwidacji elektrowni i unieszkodliwiania odpadów promieniotwórczych, opłaty na utrzymanie dozoru jądrowego (8,5 miliona euro rocznie) i podatki miejscowe (20 milionów euro od bloku Flamanville 3) i oczywiście opłaty za paliwo, utrzymanie ruchu i konserwację[25]. Należy przy tym brać pod uwagę, że jest to pierwszy blok tego typu budowany we Francji – oczekuje się, że nakłady inwestycyjne dla seryjnych bloków będą znacznie niższe.

Koszty wytwarzania energii obliczane dla bloku budowanego seryjnie mają być o niższe o 10 €/MWh. Przy obliczeniu kosztów inwestycyjnych przyjęto oprocentowanie kapitału w wysokości 8% rocznie i zwrot nakładów inwestycyjnych w ciągu 40 lat[26], co oznacza, że przez pozostałe 20 lat pracy elektrownia jądrowa będzie dostarczać energię elektryczną znacznie taniej.

Podobne oceny nakładów inwestycyjnych wynikają z najnowszych dokumentów firmy Kyushu Electric Power Company opisujących plany zbudowania do 2019 roku reaktora APWR o mocy 1590 MWe w EJ Sendai. Nakłady na ten reaktor wyniosą 540 mld ¥ [27] (5,9 mld $ = 4,27 mld euro), to jest 2,69 mld euro/GWe. Jest to nieco więcej niż dla EJ Flammanville 3, ale w Japonii zawsze nakłady inwestycyjne były wyższe niż w USA lub w Europie.

W przypadku elektrowni węglowych nakłady inwestycyjne przed rokiem były w przedziale od 1100 €/kW (AFBC) do 1350 €/kW (IGCC), ostatnie doniesienia wskazują jednak na znacznie wyższe koszty – zbliżające się do poziomu 2000 €/kW. Wg. informacji Alstom Power Polska[28] są one obecnie rzędu 1800-1900 €/kW z tendencją rosnącą, zaś dla nowej elektrowni na Śląsku, którą mają zbudować RWE i Kompania Węglowa nakłady szacuje się na 1875 €/kW[29]. Inny przykład z ostatnich miesięcy to ocena dla nowej elektrowni węglowej o mocy 800 MWe budowanej na terenie dawnej kopalni Czeczott. Koszty jej budowy to około 1,5 miliarda euro i to przy wykorzystaniu istniejącej już infrastruktury [30]. Koszty te nie uwzględniają instalacji CCS ani zapewnienia miejsca dla tej instalacji wymaganego przez dyrektywy Komisji Europejskiej. Przewidywane koszty energii elektrycznej w Polsce w czasie gdy ta elektrownia rozpocznie pracę ocenia się na więcej niż 220 zł/MWh, a z uwzględnieniem instalacji CCS – na dużo więcej. Wg oceny EP Katowice z 2007 roku[31] koszty wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach węglowych wynoszą od 270 zł/MWh (AFBC) do 354 zł/MWh (IGCC).

W przypadku elektrowni wiatrowych ceny za MWe mocy nominalnej, która w rzeczywistości pracuje przez około 17% czasu, są podobne jak w elektrowniach węglowych. Na przykład na Mazurach w Różynie pod Sępopolem austriacka firma buduje elektrownię o mocy 60 MWe za 100 mln euro, a więc nakłady jednostkowe wyniosą 1666 €/kWe [32]. Inna inwestycja to farma wiatrowa w Sławnie nad morzem, gdzie na 700 hektarach między miejscowościami Tychowo i Noskowo zostanie ustawionych 20 turbin wiatrowych firmy Nordex o wysokości 100 metrów i mocy 2,5 MW każda. Koszt tej farmy wyniesie 74 mln euro, czyli 1500 €/kWe [33]. Planowana produkcja energii rocznie to 96 000 MWh, czyli średnia moc to 11 MWe. Widać stąd, że energia oddawana przez farmę odpowiada pracy na pełnej mocy przez 22% czasu, co i tak jest optymistycznym założeniem, bo w Niemczech wiatraki pracują średnio krócej , przez 17%-20% czasu. Stąd nakłady inwestycyjne na jednostkę mocy średniej – a nie szczytowej – wynoszą 75 mln /11 MW = 6800 euro/MW. Do tego dochodzi koszt budowy elektrowni rezerwowej – potrzebnej gdy wiatr NIE wieje - oraz inne koszty.

Przy tak wysokich nakładach inwestycyjnych wiatraki pracujące w sposób przerywany i nieprzewidywalny opłacają się tylko dlatego, że odbiorcy płacą za nie dużo wyższe ceny hurtowe. Np. w 2007 roku cena za MWh z elektrowni systemowej wynosiła 128 zł/MWh, a z elektrowni wiatrowej – 128 + 240 (cena „zielonego certyfikatu”) = 368 zł/MWh.

Widać, że cena energii elektrycznej z elektrowni jądrowych, które nie powodują emisji CO2 ani zanieczyszczeń atmosfery, jest bardzo konkurencyjna wobec elektrowni węglowych i około dwukrotnie niższa od ceny energii z elektrowni wiatrowych.

W warunkach polskich trzeba liczyć się z tym, że nakłady inwestycyjne będą wyższe niż we Francji lub w Wielkiej Brytanii, ponieważ Polska nie ma doświadczenia w budowie elektrowni jądrowych i będzie musiała kupować pierwsze bloki w kontraktach „pod klucz”. Dlatego należy orientacyjnie przyjmować w Polsce jednostkowe nakłady inwestycyjne rzędu 3000 €/kWe. Ostateczne cena będzie oczywiście znana dopiero po przeprowadzeniu przetargu. Jednakże porównanie takich nakładów inwestycyjnych z nakładami na elektrownie węglowe wykazuje, że będą one około 50-60% wyższe niż na elektrownie węglowe. Na wykresie fińskim na Rys.1 nakłady inwestycyjne dla elektrowni jądrowej były dwukrotnie wyższe niż dla elektrowni węglowej, a mimo to energia jądrowa była znacznie tańsza niż energia ze spalania węgla. Porównanie to potwierdza, że elektrownie jądrowe będą konkurencyjne ekonomicznie wobec elektrowni węglowych. Wobec przewidywanego kosztu zezwoleń na emisję CO2, znacznie wyższego niż zakładali autorzy oceny fińskiej, opłacalność budowy elektrowni jądrowych w Polsce nie ulega wątpliwości.

 

Powód renesansu energetyki jądrowej

(fragment artykułu)

2. Energia jądrowa najtańszym źródłem energii

2.1. Wzrost niezawodności i dyspozycyjności

Czemu nastąpił tak wyraźny zwrot?

Zasadniczy powód jest prosty – energetyka jądrowa stała się tańsza od innych źródeł energii. Osiągnięto to przez ogromny wzrost niezawodności i dyspozycyjności – współczynniki wykorzystania mocy zainstalowanej doszły do wartości niespotykanych wśród innych źródeł energii. O ile przed 20 laty średni współczynnik obciążenia dla amerykańskich elektrowni jądrowych był niższy od 60%, o tyle obecnie wzrosł do ponad 91% i to nie dla jednej elektrowni lub wybranych elektrowni, ale dla wszystkich 104 elektrowni jądrowych pracujących w USA. W skali całego świata ten wspólczynnik wynosi 85%. Dla reaktorów III generacji, jakie mają pracować w Polsce, zakłada się ten współczynnik na poziomie 90%.

obciazenie_USA_male
Rys. 1 Wzrost średniego współczynnika obciążenia dla wszystkich 104 elektrowni jądrowych w USA

2.2. Zalety energetyki jądrowej dla otoczenia

Równolegle na konkurencyjność energetyki jądrowej wpłynęło ograniczenie nakładów inwestycyjnych mimo osiągnięcia znacznego wzrostu bezpieczeństwa, a także korzyści dla zdrowia człowieka i środowiska jakie zapewnia energetyka jądrowa - brak emisji tlenków siarki, azotu, pyłów, metali ciężkich i oczywiście brak emisji CO2. Wyniki programu UE ExternE wykazały, że EJ należą do źródeł energii o najmniejszych kosztach zewnętrznych, a brak emisji CO2 oznacza, że elektrownie jądrowe mogą produkować energię elektryczną nie płacąc kar za emisję.

Energetyka jądrowa bierze pełną odpowiedzialność za unieszkodliwianie odpadów i zapewnia fundusze na ich usuwanie z biosfery i na likwidację EJ.

2.3. Koszty paliwa uranowego

Ile kosztuje paliwo uranowe dla EJ o mocy 1000 MWe (produkcja 8 TWh rocznie)?

Na koszt 1 kg paliwa reaktorowego z uranu wzbogaconego w postaci UO2 składają się następujące pozycje:

  • Uran naturalny (cena maj 2009) w ilości 8.9 kg U3O8 x po 92 USD/kg = 819 USD
  • Konwersja U3O8 na UF6 (cena niezmieniona od 2007 r.) 7.5 kg U x 12 USD/kg = 90 USD
  • Wzbogacanie uranu w postaci UF6, przy pracy rozdzielczej równej 7.3 SWU i cenie 135 USD/SWU (cena niezmieniona od 2007 r.)= 985 USD
  • Produkcja paliwa (cena niezmieniona od 2007 r.)= 240 USD/kg
  • Suma =2134 USD/kg paliwa reaktorowego [21]

Przy wypaleniu 45,000 MWd/t otrzymujemy 360 MWh energii elektrycznej z kg, stąd koszt paliwa wynosi 5,9 USD/MWh, czyli 4,4 euro/MWh. W rzeczywistości w obecnych elektrowniach jądrowych osiąga się większe wypalenie, a nowe elektrownie III generacji projektowane są na wypalenie 60 000 MWd/t. Przyjmiemy jednak 45 000 MWd(t jako wielkość nie ulegającą dyskusji. Do kosztów paliwa doliczamy koszty unieszkodliwiania odpadów i likwidacji EJ. Wynoszą one łącznie 2 - 2,5 USD/MWh. W sumie można bezpiecznie przyjąć, że koszty paliwa wraz z unieszkodliwianiem odpadów i likwidacją elektrowni jądrowej wynoszą 7 €/MWh. Wielkość ta podawana jest jako pesymizacja przez World Nuclear Association, a także w lutym 2009 była podana przez OECD w ramach założeń do obliczeń porównawczych publikowanych co 2 lata dla elektrowni różnego typu. Rocznie trzeba więc wydać dla EJ o mocy 1000 MWe,

7 €/MWh x 8 TWh = 56 mln €/rok

2.4. Ile kosztuje spalanie węgla w elektrowni węglowej 1000 MWe produkującej 8 TWh rocznie?

Średni koszt węgla w 2008 r. wyniósł 223 zł/t, a w lutym 2009 roku 72 USD/tonę co odpowiada 230 zł/t. (Wg ocen NYMEXu z maja 2009, cena węgla oczekiwana na rynku futures wynosi 76 USD/t).

Do tego należy doliczyć 30 zł/t na transport – razem 260 zl/t. Pomijając jednak koszt transportu przyjmiemy cenę węgla 55 euro/t. Dla EW na parametry nadkrytyczne o sprawności 43% spalającej 3 mln ton na 8 TWh da to koszt paliwa 165 mln euro/rok.

Ponadto opłaty za emisję przy stawce 39 euro/tonę CO2 wyniosą przy produkcji 8 TWh około 248 mln euro/rok. Różnica kosztów paliwowych to 359 mln euro/rok na korzyść EJ.

2.5. Porównanie kosztów inwestycyjnych i paliwowych dla EW i EJ.

Razem koszt węgla i emisji CO2 wyniesie 413 mln euro/rok. Jest to wiele więcej niż dla elektrowni jądrowej, ale nakłady inwestycyjne na EJ są wyższe niż na elektrownie węglowe. Dla EJ Flamanville wynoszą one 2450 euro/kW czyli 3266 USD/kW. Trzeba dodać, że EJ Flamanville 3 budowana jest bez opóźnień i zgodnie z planowanym budżetem.

Dla 1. EJ w Polsce nakłady inwestycyjne mogą być wyższe niż dla obecnych elektrowni francuskich, ale do porównań dla wielu bloków należy przyjąć nakłady typowo przyjmowane na świecie. Wg najnowszych ocen OECD przyjmuje się 2,75 mld euro na 1000 MWe. Dla 2. i dalszych EJ w Polsce można uwzględnić pozytywny wpływ krzywej uczenia się przemysłu jądrowego i przyjąć nakłady inwestycyjne niższe niż obecnie, ale przyjmiemy pesymistycznie że będą one nawet wyższe niż podaje OECD i wyniosą jak w USA dla drugiego bloku EJ Florida równe 3220 €/kWe. Nakłady te są wyższe niż dla Flamanville 3, bo koszty inwestycyjne w USA są wyższe o około 20-30 % niż koszty w Europie, nie tylko dla energetyki jądrowej, ale i dla elektrowni węglowych [22]. Dlatego przyjęcie nakładów 3220 €/kWe oznacza duży margines bezpieczeństwa.

Dla elektrowni węglowej (EW) w Polsce ceny w 2008 wynosiły od 1800 €/kWe do 2000 €/kWe. Przyjmiemy koszt 1875 €/kWe jak dla projektowanej elektrowni o mocy w dawnej kopalni Czeczot[23] .

Różnica nakładów inwestycyjnych wynosi więc dla 2 i dalszych EJ w Polsce 1345 €/kWe.

Jest to równowartość różnicy kosztów paliwowych i opłat za emisję CO2, jakie trzeba byłoby ponieść w razie spalania importowanego węgla zamiast paliwa jądrowego w ciągu 4 lat.

Powyższe stwierdzenia nie stanowią oczywiście kompletnego rachunku ekonomicznego, a mają tylko służyć jako ilustracja do przedstawienia czytelnikowi jakie elementy wpływają w decydujący sposób na ostateczne koszty energii elektrycznej produkowanej w elektrowniach jądrowych i węglowych. Widać, że dzięki małym kosztom paliwa jądrowego mimo wysokich nakładów inwestycyjnych energetyka jądrowa jest opłacalna. Wyniki najnowszego pełnego studium ekonomicznego z wykazem założeń technicznych i ekonomicznych wykonanego przez cieszący się najwyższym uznaniem amerykański ośrodek uniwersytecki Massachussettes Institute of Technology (MIT) podajemy poniżej.

2.6. Założenia przyjęte w studium MIT 2009

W studium MIT przyjęto koszt uranu naturalnego równy 80 USD/kg U, koszt wzbogacania 160 USD/SWU [24], koszt konwersji z U3O8 na UF6 równy 6 USD/kg U oraz koszt produkcji paliwa z uranu wzbogaconego 250 USD/kg U. Autorzy studium MIT znaleźli optymalny próg odcięcia przy wzbogacaniu równy 0.24%, co dla początkowego wsadu uranowego 9.08 kgU odpowiada pracy rozdzielczej 6.99 SWU. Głębokość wypalenia paliwa reaktorowego przyjęto 50 MWd/kg U, co jest założeniem umiarkowanie ostrożnym, bo obecnie głębokość wypalenia podawana dla reaktorów III generacji wynosi 60 MWd/kg U. Wzrost kosztu paliwa uranowego z czasem przyjęto w wysokości 0.5% na rok, co daje średnią cenę w ciągu 40 lat równą 0.76 USD/GJ, lub 2,74 USD/MWh.

Koszt węgla przyjęto niższy niż obecnie obserwowany na rynku, mianowicie 65 USD/t, a eskalację 0,5% rocznie, stąd średnia cenę węgla przez 40 lat wynosi 2.94 USD/GJ lub 73,4 USD/t. Dla gazu przyjęto to samo tempo eskalacji otrzymując średnią cenę gazu przez 40 lat 7,9 USD/GJ.

Czas pracy dla wszystkich elektrowni – jądrowej EJ, węglowej EW i gazowej EG – przyjęto jednakowy to jest 40 lat, podobnie przyjęto jednakowy współczynnik obciążenia 0,85. Są to założenia niekorzystne dla EJ, bo już obecnie połowa elektrowni jądrowych w USA ma zezwolenie na pracę przez 60 lat, a EJ z reaktorami III generacji projektuje się z założenia na 60 lat przy współczynniku obciążenia 90%. Sprawność cieplną przyjęto dla EJ równą 0,33 (chociaż reaktor EPR ma sprawność 0,37), dla EW 0,385, a dla EG 0,50. Czas budowy przyjęto dla EJ równy 5 lat, dla EW 4 lata i dla EG 2 lata.

Udział kapitału z pożyczki bankowej przyjęto równy 60% a z kapitału akcyjnego 40%, z oprocentowaniem pożyczek 8% i oprocentowaniem kapitału akcyjnego 12%. Opłaty za emisję dwutlenku węgla przyjmowano w różnej wysokości. W przypadku opłat emisyjnych 40 USD/t CO2 otrzymano wyniki pokazane na rysunku 2.

studium_MIT_2009
Rys. 2 Koszty wytwarzania energii elektrycznej wg MIT z 2009 r. (nakłady inwestycyjne podano bez oprocentowania kapitału (overnight), oprac. własne dla opłat za emisję 40 USD/t CO2,)

3. Perspektywy energetyki jądrowej w warunkach obecnego kryzysu finansowego.

Z okazji spotkania ministrów energetyki grupy G-8 w maju 2009, Międzynarodowa Agencja Energii IEA opublikowała raport, w którym przewiduje możliwość opóźnień lub rezygnacji z budowy nowych elektrowni jądrowych na świecie. “Wysokie wymagania kapitałowe w połączeniu z ryzykiem wzrostu kosztów i niepewnością w zakresie wymagań bezpieczeństwa skłaniają inwestorów do wielkiej ostrożności, nawet gdy widać wyraźną potrzebę energetyki jądrowej” stwierdza ten raport[25]. Natomiast grupa ministrów G-8 ogłosiła komunikat o konieczności rozwijania nisko-emisyjnych technologii energetycznych obejmujących energetykę jądrową[26], a na konferencji prasowej zorganizowanej po spotkaniu grupy G-8 przez FORATOM p. Lambert de Diesbach, czołowy ekspert finansowy i kierownik ds badań firmy CM-CIC Securities przedstawił referat[27], w którym stwierdził, że obecny kryzys może spowolnić wzrost energetyki jądrowej, ale nie może go powstrzymać.

Według danych Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej w ciągu najbliższych 20 lat ma powstać od 400 do 700 reaktorów energetycznych dużej mocy. Co więcej, wiele krajów planuje przedłużenie okresu eksploatacji swych reaktorów. Zdaniem p. Diesbacha, za rozwojem energetyki jądrowej przemawiają trzy zasadnicze argumenty:

Po pierwsze energetyka jądrowa jest konkurencyjna ekonomicznie. Po uwzględnieniu wszystkich kosztów wytwarzania energii (nakłady inwestycyjne i koszty budowy, koszty eksploatacji i utrzymania ruchu, koszty paliwa, likwidacji elektrowni i unieszkodliwiania odpadów) dla różnych opcji energetycznych z uwzględnieniem opłat za emisję CO2 „energia jądrowa okazuje się najtańszym źródłem energii. Odnawialne źródła energii mogą przeżyć tylko przy specjalnych subsydiach i nakazach rządowych, bo same nie są w stanie konkurować ekonomicznie z energią jądrową.”

analiza_de_Diesbach_28_maja_2009_druga
Rys. 3 Koszty wytwarzania energii elektrycznej w zależności od źródła energii, (dane z referatu L. de Diesbacha, opracowanie własne.) Warianty oznaczone plusem + oznaczają warianty ze wzrostem kosztu paliwa o 20%.

Jak widać z rys. 3 energetyka jądrowa jest tańsza od technologii opartych na spalaniu paliw organicznych lub wykorzystaniu energii wiatru, a ewentualny wzrost cen paliwa o 20% powiększy jeszcze bardziej jej przewagę nad technologiami opartymi na spalaniu węgla i gazu. Najtańsza jest energia wodna, ale możliwości budowy hydroelektrowni są ograniczone i zostały już w większości krajów wykorzystane. Energia elektryczna jest potrzebna, i to energia niezawodnie dostarczana do sieci, czego nie gwarantują źródła odnawialne o przerywanym charakterze pracy. W szczególności instalowanie wiatraków oznacza konieczność zapewnienia źródeł rezerwowych, najlepiej w postaci hydroelektrowni, a w ich braku opartych na spalaniu gazu.

Tymczasem Unia Europejska staje się coraz bardziej uzależniona od importu gazu z Rosji i Algerii, a stosunki tych krajów z UE są coraz bardziej napięte, co grozi bezpieczeństwu energetycznemu Unii. UE oznajmiła ostatnio, że nie będzie finansować projektu Nabucco, który miał zapewnić alternatywną drogę rurociągu przez Iran zamiast Rosji, co oznacza odłożenie realizacji projektu. Z drugiej strony Algeria zmienia swój system zawierania kontraktów na dostawy gazu, przechodząc od kontraktów wieloletnich po cenach stalych do kontraktów elastycznych po cenach zmiennych. Celem jej jest umożliwienie producentom gazu dyktowania cen. W tej sytuacji Europa stoi wobec perspektywy dwóch dostawców monopolistycznych, którzy mogą przekręcić kurek lub podnieść ceny w dowolnym wybranym przez nich momencie. Jeżeli Europa chce zachować niezależność energetyczną, musi mieć alternatywne źródła stabilnej i niezawodnej energii. Kryzys gazowy jest główną przyczyną dlaczego budowa energetyki jądrowej nie będzie opóźniona przez obecny kryzys finansowy.

Energia jądrowa jest inwestycją długoterminową, bezpieczną i korzystną finansowo. Proces inwestycyjny trwa około 10 lat, ale za to elektrownia jądrowa pracuje potem przez 60 lat. Co więcej, przedłużenia okresu eksploatacji są znacznie korzystniejsze finansowo niż wyłączenia, dlatego zdaniem de Diesbacha “wyłączeń będzie dużo mniej niż przewidywano, a nowe bloki skompensują to z nadmiarem”. Energetyka jądrowa może nie być “dobrym rozwiązaniem, ale jest najlepszym, jakie jest dostępne obecnie”.

4. Koszty zewnętrzne

koszty_zewn_2
Rys. 4 Koszty zewnętrzne dla typowej lokalizacji w UE-15 dla różnych źródeł energii elektrycznej, wyniki EXTERNE. PFBC- spalanie w złożu usypanym pod ciśnieniem, CC- cykl kombinowany, PWR otw. – cykl paliwowy otwarty, PWR zamk. - cykl paliwowy zamknięty

Dodatkowym argumentem za energetyką jądrową są niskie koszty zewnętrzne, to jest straty na zdrowiu i szkody środowiskowe, których kosztu nie pokrywa producent, ale całe społeczeństwo. Jak wykazało wielkie studium Unii Europejskiej zwane EXTERNE, najniższymi kosztami zewnętrznymi charakteryzuje się energia jądrowa obok hydroenergii i energii wiatru. Te dwa ostatnie źródła są jednak droższe od energii jądrowej, dzięki czemu w łącznym rachunku kosztów płaconych przez odbiorcę i kosztów społecznych energia jądrowa okazuje się zwycięzcą.

Wyniki uzyskane w programie ExternE wywołały niezadowolenie organizacji Greenpeace, która w swej publikacji [28] pokazała tylko koszty zewnętrzne dla paliw organicznych tak jakby wiatr czy ogniwa fotowoltaiczne nie powodowały szkód środowiska i strat zdrowia, co jest oczywiście manipulacją nie mającą nic wspólnego z prawdą. Co więcej, Greenpeace twierdził, że w ExternE „nie uwzględniono żadnych ciężarów finansowych jakie w razie awarii może powodować energia jądrowa” co jest jaskrawo słprzczne zh fgaktami, bo w ExternE uwzględniono nawet najcięższe awarie możliwe w reaktorach cywilnych i przyjęto pesymistyczne założenia co do ich skutków i częstości [29].

Studium ExternE jest największym i najbardziej obiektywnym zestawem analiz prowadzonych przez wszystkie państwa Unii Europejskiej i uznanym przez Komisję Europejską za najbardziej miarodajną ocenę wpływu energetyki z różnych źródeł na środowisko i zdrowie człowieka. Fakt, że energia jądrowa zajęła jedno z najlepszych miejsc pod względem kosztów zewnętrznych, przy jednoczesnej konkurencyjności ekonomicznej i niezawodności dostaw energii, był przyczyną decyzji Parlamentu Europejskiego, który w październiku 2007 roku uznał energię jądrową za niezbędną dla energetyki europejskiej podkreślając jednocześnie jej znaczenie dla zachowania czystego powietrza i wody i pewności dostaw energii przez setki i tysiące lat [30].

5. Konkurencyjność ekonomiczna energetyki jądrowej po Fukuszimie

Po awarii wykonano w Japonii w sumie trzy niezależne analizy porównawcze kosztów wytwarzania w różnych typach elektrowni. Ich autorami były:

  1. Institute of Energy Economic of Japan (IEEJ)

  2. Japan Atomic Energy Commission (JAEC)

  3. Energy and Environment Council, działająca przy japońskim Ministerstwie Środowiska

Wszystkie analizy wykazały, że po uwzględnieniu kosztów awarii jądrowej (wliczając koszty ewakuacji, odszkodowań i likwidacji obiektu) elektrownie jądrowe są nadal najtańszym źródłem energii w Japonii.

Więcej informacji:

http://www.world-nuclear-news.org/EE-Nuclear_still_cost_competitive_in_Japan_study_says-0209114.html

http://www.world-nuclear-news.org/NP-Japan_France_consider_nuclear_power_costs-0811114.html

http://www.jaif.or.jp/english/news_images/pdf/ENGNEWS01_1324278240P.pdf

Awaria w Fukuszimie nie ma i nie będzie miała wiekszego wpływu na elektrownie z reaktorami III generacji, ponieważ ich projekty uwzględniają tego typu awarię (całkowity brak zasilania na potrzeby własne elektrowni, skutkujący osuszeniem rdzenia i jego stopieniem, a także zagrożenie wybuchem wodoru). Gdyby w Fukuszimie pracowały reaktory III generacji nie doszłoby do awarii lub miałaby ona skutki jedynie wewnątrz obiektu. Nawet w najgorszym przypadku nie byłoby potrzeby ewakuowania ludności.

 

Zobacz również: Niezależna ocena kosztów produkcji energii elektrycznej - ncbj.edu.pl

Przypisy

Rola energetyki jądrowej w obniżaniu kosztów energii elektrycznej:

[1] R. Tarjanne, A. Kivistö, Comparison of Electricity Generation Costs, Research Report, Lappeenranta University of Technology, 11 February 2008.

[2] W studium przyjęto pesymistycznie EJ 2750 euro/kWe, węgiel 1300, wiatr 1300, gaz 700 euro/kWe

[3] W studium przyjęto dla EJ 1,85 euro/MWh, węgiel 11, gaz 23,2 wiatr 0,0 euro/MWh

[4] J. Eliasz, A. Biwan: Analiza porównawcza siłowni jądrowej z siłownią wiatrową – przykład praktycznego zastosowania.“ Energetyka 2006” – Politechnika Wrocławska; 8 – 10 listopada 2006 r.

[5] http://www.aweo.org/ProblemWithWind.html.

[6] Eric Rosenbloom: A Problem With Wind Power, September 5, 2006 www.aweo.org/

[7] Dones R et al GABE: Environmental Inventories for future electricity supply systems for Switzerland, PSI report 96-07, February 1996

[8] Eric Rosenbloom: A Problem With Wind Power, September 5, 2006 www.aweo.org/

[9] T. Marheineke, W. Krewitt, J. Neubarth, R. Friedrich, A. Voß: Ganzheitliche Bilanzierung der Energie- und Stoffströme von Energieversorgungstechniken, Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung Band 74, August 2000.

[10] IEA and OECD-NEA (2005) - Projected Costs of Generating Electricity, http://www.nea.fr/html/pub/ret.cgi?div=NDD#5968

[11] ibid

[12] University of Chicago Study, The Economic Future of Nuclear Power, August 2004.

[13] http://www.oilnergy.com/1gnymex.htm#since30

[14] HM Government, BERR: Meeting the Energy Challenge, a White Paper on Nuclear Power, January 2008, para 3.23.

[15] Tomasz Głogowski: Na Śląsku powstanie nowa elektrownia. Gazeta Wyborcza. 2008-06-12. http://gospodarka.gazeta.pl/gospodarka/1,33181,5308216,Na_Slasku_powstanie_nowa_elektrownia.html?skad=rss

[16] Analiza warunków ekonomicznej opłacalności dla PSE/PGE uczestniczenia w budowie nowej elektrowni atomowej w Ignalinie i budowie połączenia elektroenergetycznego Polska-Litwa. BSPiR „Energoprojekt-Katowice” SA. sierpień 2007.

(...)

[24] EdF plans for future nuclear growth, WNN, 04 December 2008.

[25] Flammanville 3 A new station to secure future needs, EDF.

[26] G. Graillat: Nuclear energy at EDF, Assessment and prospect, EDF, 10.4.2008.

[27] Plans for third reactor at Sendai, http://www.world-nuclear-news.org/newsarticle.aspx?id=24274

[28] Przy budowie elektrowni nie może liczyć się tylko cena. Wywiad z Jakubem Radulskim, prezesem zarządu Alstom Power Polska. Gazeta Prawna. 2008-08-22. http://biznes.gazetaprawna.pl/wywiady/32169,przy_budowie_elektrowni_nie_moze_liczyc_sie_cena.html.

[29] Tomasz Głogowski: Na Śląsku powstanie nowa elektrownia. Gazeta Wyborcza. 2008-06-12. http://gospodarka.gazeta.pl/gospodarka/1,33181,5308216,Na_Slasku_powstanie_nowa_elektrownia.html?skad=rss

[30] http://gospodarka.gazeta.pl/gospodarka/1,33181,5308216,Na_Slasku_powstanie_nowa_elektrownia.html?skad=rss

[31] Analiza warunków ekonomicznej opłacalności dla PSE/PGE uczestniczenia w budowie nowej elektrowni atomowej w Ignalinie i budowie połączenia elektroenergetycznego Polska-Litwa. BSPiR „Energoprojekt-Katowice” SA. sierpień 2007.

[32] http://energetyka.wnp.pl/austriackie-wiatraki-wyrosna-na-mazurach,63123_1_0_0.html

[33] http://energetyka.wnp.pl/rusza-budowa-jednej-z-najwiekszych-farm-wiatrowych-w-polsce,54546_1_0_0.html

 

Powód renesansu energetyki jądrowej


[21] WNA, The Economics of Nuclear Power, January 2009

[22] WEO 2008 Power Generating Cost Assumptions, np. dla elektrowni węglowych na parametry nadkrytyczne średnie koszty inwestycyjne w Europie w 2008 roku wynosiły 2000 USD/kW a w USA 2700 USD/kW

[23] RWE i KW parafowały umowę zawiązania spółki, która wybuduje elektrownię za 1,5 mld euro, wnp.pl (Dariusz Ciepiela) - 15-04-2009 13:48, aktualizacja: 15-04-2009 19:45

[24] SWU – jednostka pracy rozdzielczej, dla uzyskania 1 kg uranu wzbogaconego potrzeba około 7 SWU

[25] http://www.iea.org/textbase/Papers/2009/G8_FinCrisis_Impact.pdf

[26] Joint Statement by the G8 Energy Ministers, May 2009, http://www.g8italia2009.it/static/G8_Allegato/Energia%202.pdf

[27] De Diesbach: Financing the nuclear expansion at a time of global financial crisis. FORATOM, Press Briefing 28 May 2009

[28] Greenpeace, European Renewable Energy Council – Future investment, July 2007

[29] ExternE 1998, Externalities of Energy, Vol. 1-10, published by European Commission, Directorate General XII, Science Research and Development, Luxembourg, 1998

[30] Rezolucja Parlamentu Europejskiego z dnia 24 października 2007 r. w sprawie konwencjonalnych źródeł energii i technologii wytwarzania energii (2007/2091(INI))

Gościmy

Odwiedza nas 95 gości oraz 0 użytkowników.

Energetyka jądrowa na Facebooku

SARI

Zwiedzanie EJ