20 aspekty ekonomiczne energetyki jądrowej, Energia jądrowa i jej wykorzystanie
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
ROZDZIAŁ XX. ASPEKTY EKONOMICZNE ENERGETYKI JĄDROWEJ
Materiały przedstawione w poprzednich wykładach wykazały, że energia jądrowa jest
bezpieczna, że nie ma powodu obawiać się promieniowania podczas jej normalnej pracy a
środki techniczne i konstrukcje oparte na zjawiskach naturalnych pozwalają wyeliminować
ryzyko awarii. Nawet problem gospodarki odpadami radioaktywnymi można uważać za
rozwiązany. Ale - czy to wszystko nam się opłaca? Może koszty energii elektrycznej z
elektrowni jądrowych są tak wysokie jak z ogniw słonecznych i nikt nie chce ich budować bez
dotacji państwowych? Może te wszystkie kraje, które budują elektrownie jądrowe, robią to ze
względów prestiżowych i militarnych? Czy elektrownie jądrowe są konkurencyjne
ekonomicznie?
20.1. Renesans rozwoju energetyki jądrowej.
Konkurencyjność ekonomiczna zawsze była zasadniczym powodem wyboru opcji
elektroenergetycznych, a od czasu wprowadzenia wolnego rynku jej znaczenie jeszcze
bardziej wzrosło. Ocena konkurencyjności ekonomicznej jest zasadniczym elementem
polityki zarówno na poziomie rządów jak i na poziomie inwestorów prywatnych.
Ostatnie lata przyniosły renesans w rozwoju energetyki jądrowej. Wielkie kraje takie jak
Rosja, Ukraina, Japonia, Chiny, i Indie prowadzą intensywną rozbudowę energetyki jądrowej,
Francja i Finlandia budują nowe elektrownie jądrowe dużej mocy, a wznowienie rozwoju
energetyki jądrowej zapowiedziały już USA, W. Brytania, Czechy, Słowacja, Rumunia,
Bułgaria i wiele innych krajów.
Obecnie pracujące elektrownie jądrowe produkują więcej energii niż przed kilku laty. W roku
2000 łączna energia elektryczna wytworzona przez elektrownie jądrowe wyniosła 2447
miliardy kWh, co stanowiło wzrost o 15% w stosunku do stanu sprzed 6 lat. Wzrost
wyprodukowanej energii o 317 TWh równy jest produkcji z ponad 30 reaktorów dużej mocy,
chociaż w latach 1995-2000 liczba reaktorów wzrosła tylko o pięć bloków, a łączna moc
elektrowni jądrowych o 3%. Reszta przyrostu produkcji energii wynikła z polepszenia
parametrów eksploatacyjnych istniejących reaktorów energetycznych.
Głębokość wypalenia paliwa w reaktorach PWR wzrosła o 50% (na bazie cieplnej, nie
elektrycznej), z 30 MWd/kg U w 1974 roku do 45 MWd/kg U w 1998 roku i nadal rośnie. W
przypadku reaktorów z wodą wrzącą (BWR) wypalenie wzrosło w tym samym okresie z 23
do 40 MWd/kg U, a fizyczna niezawodność paliwa również została zwiększona.
Współczynniki obciążenia (a więc ilość energii wyprodukowanej w stosunku do nominalnych
możliwości elektrowni pracującej przy 100%. wykorzystaniu czasu) elektrowni jądrowych
przekraczają 75% w dwóch trzecich elektrowni poza Rosją i Ukrainą, w porównaniu z tylko
39% elektrowniami osiągającymi ten poziom w 1990 r. W ciągu ostatnich 15 lat fińskie
reaktory energetyczne znajdowały się na szczycie tablicy osiągów eksploatacyjnych, a
obecnie ich skumulowane (od chwili rozpoczęcia pracy do momentu oceny) współczynniki
obciążenia wynoszą około 92%. Reaktory w Belgii, Czechach, Japonii, Niemczech,
Południowej Korei, Hiszpanii, Szwajcarii, na Węgrzech, w USA i na Taiwanie mają
współczynniki obciążenia od 92 do 80 %.
1
Amerykańskie elektrownie jądrowe wykazują stałą poprawę dyspozycyjności w ciągu
ostatniej dekady. Średni współczynnik obciążenia, który w 1990 roku wynosił 65%, wzrósł w
2000 r do 85%. Dla nowych elektrowni jądrowych przyjmuje się obecnie jako punkt
odniesienia współczynnik obciążenia równy 90%, co odpowiada aktualnym osiągom
energetyki jądrowej na świecie
1
. Już od kilku lat nie ulega wątpliwości, że budowa elektrowni
jądrowych jest przedsięwzięciem gwarantującym długotrwałe dostawy taniej energii
elektrycznej, a obecne podwyżki cen ropy i gazu ziemnego podnoszą jeszcze bardziej
atrakcyjność ekonomiczną energii jądrowej.
Porównania dokonywane w ostatnich latach XX wieku wskazywały, że konkurencyjność
energii jądrowej zależy od stopy oprocentowania kapitału. W krajach, gdzie stopa ta wynosiła
5% rocznie, elektrownie jądrowe były najtańszym źródłem energii elektrycznej, zaś w krajach
o wysokiej stopie procentowanej- rzędu 10 % - tańsze były elektrownie gazowe lub opalane
ropą, dla których nakłady inwestycyjne były stosunkowo dużo mniejsze, a czas zamrożenia
kapitału podczas budowy znacznie krótszy. Jednakże po polepszeniu parametrów
eksploatacyjnych elektrowni jądrowych w ciągu ostatniej dekady sytuacja zmieniła się
zdecydowanie na ich korzyść. Co więcej, firmy reaktorowe opracowały nowe udoskonalone
typy reaktorów, takie jak reaktor AP 600 lub AP 1000 w USA lub EPR w Unii Europejskiej.
Dzięki starannemu przygotowaniu budowy i wprowadzeniu systemu prefabrykacji elementów
elektrowni jądrowej, czas jej budowy może być znacznie skrócony, np. do 36 miesięcy w
przypadku reaktora AP 1000. Jednocześnie znacznie zmniejszono ilość potrzebnych tu
układów bezpieczeństwa i ich składników, a dzięki wykorzystaniu sił naturalnych takich jak
siła grawitacji lub konwekcja naturalna wyeliminowano kosztowne układy zasilania
awaryjnego, np. generatory diesla i ich układy pomocnicze zaopatrujące te generatory w
wodę, paliwo i smary.
Wątpliwości co do konkurencyjności ekonomicznej elektrowni jądrowych rozwiały się po
opublikowaniu wyników szeregu wielkich studiów przeprowadzonych na początku XXI
wieku. W 2000 r. Finlandia przeprowadziła analizę porównawczą kosztów wytwarzania
energii elektrycznej w nowych elektrowniach
2
, a w następnych latach wykonano takie analizy
w USA
3
, w W. Brytanii
4
a ostatnio w krajach OECD
5,6
. Dały one podobne wyniki,
wskazujące, że energia jądrowa jest najtańszym źródłem energii elektrycznej z nowych
elektrowni. Wyniki tych analiz omówimy poniżej, szczególną uwagę poświęcając studium
fińskiemu, które posłużyło za podstawę do zamówienia elektrowni jądrowej dla Finlandii, a
także przyczyniło się niewątpliwie do tego, że parlament fiński podjął słynną uchwałę
mówiącą, że „
energetyka jądrowa jest rozwijana w Finlandii dla dobra społeczeństwa
”.
1
The Long Term Sustainability of Nuclear Energy, WNA Submission to UK Energy Review,
nuclear.org/wgs/wnasubs/energyrevieqw/index.htm
2
Tarjanne R, Rissanen S, :Nuclear Power: Least Cost Option for Baseload Electricity in Finland, The Uranium
Institute, 25-th Annual Internat. Symp. 2000
3
Massachusetts Institute of Technology. The Future of Nuclear Power - An Interdisciplinary Study, 2003.
4
The Royal Academy of Engineering. The Costs of Generating Electricity, March 2004
5
OECD: Projected Costs of Generating Electricity, 2004
6
OECD Projected Costs of Generating Electricity (2005 Update)
2
20.2. Ocena ekonomiczna opracowana w Finlandii
Studium fińskie, oparte na szczegółowych analizach ekonomicznych uwzględniających
aktualne osiągi elektrowni jądrowych na świecie i w Finlandii
2
, przedstawia porównanie
czterech możliwych źródeł energii, mianowicie energii jądrowej (EJ), elektrowni węglowej
kondensacyjnej (EW), elektrowni gazowej (EG) i elektrowni opalanej torfem (ET). 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 EW i EG wybrano
dostatecznie duże aby móc dokonać rzetelnych porównań. 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.
Przy ocenie kosztów produkcji energii elektrycznej przyjęto stopę procentową 5% rocznie i
ustalony poziom cen z lutego 2000 roku. Czas budowy EJ 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, 8000 godz/rok [Tarjanne, Rissanen]
35
Koszty paliwowe
Zmienne koszty eksploatacji i napraw
Roczne koszty stałe
Koszty inwestycyjne
30
25
15.49
20
2.86
10.26
3.41
19.88
15
3.3
3.1
10
4.92
3.01
2.04
0.31
12.74
5
1.07
9.67
7.22
5.07
0
EJ
EW
E. Gaz
E torf
Rys. 20.2.1 Koszty wytwarzania energii elektrycznej przy pracy przez 8000 godzin /rok
wg studium fińskiego
2
Koszty wytwarzania energii elektrycznej przy rocznej pracy przez 8000 godzin na pełnej
mocy (co odpowiada współczynnikowi obciążenia 91%) pokazano na rys. 20.2.1. Koszt
energii elektrycznej wytwarzanej w elektrowni jądrowej wynosi 22,3 €/MWh, w elektrowni
węglowej 24,4 €/MWh, a w elektrowni gazowej 26,3 €/MWh
2
. 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.
3
Elektrownia jądrowa wymaga znacznie wyższych nakładów inwestycyjnych niż pozostałe
źródła energii – 1749 €/kW łącznie z kosztem pierwszego wsadu paliwowego do rdzenia,
składającemu się na jednostkowe nakłady inwestycyjne, które są trzykrotnie wyższe niż dla
elektrowni gazowej. Ale koszty paliwowe są znacznie niższe i przy współczynniku obciążenia
powyżej 70% energia jądrowa staje się najtańszym źródłem energii, patrz rys. 20.2.2, na
którym pokazano koszty wytwarzania energii dla czterech wybranych źródeł energii w funkcji
rocznego czasu pracy elektrowni na pełnej mocy. Przy współczynniku obciążenia 80% koszty
paliwowe wynoszą dla cyklu jądrowego 2,36 c€/kWh, dla węgla 2,54, dla gazu 2,69 i dla
torfu 3,26 c€/kWh. Przy współczynniku wykorzystania mocy zainstalowanej równym 90%
(co w Finlandii stanowi wartość odniesienia dla EJ) przewaga energii jądrowej wzrasta, bo
koszty paliwa jądrowego wynoszą tylko 2,15 c€/kWh, podczas gdy dla węgla są one równe
2,41 i dla gazu 2,61 c/kWh. Gaz jest najtańszy tylko przy współczynnikach obciążenia
poniżej 55%
1
.
Koszty wytwarzania energii elektrycznej w funkcji czasu pracy, studium
fińskie, [Tarjanne, Rissanen]
45
40
35
30
25
20
15
EJ
EW
E ga z
E torf
10
5
0
5000
6000
7000
8000
8400
godz/rok
Rys. 20.2.2 Koszty wytwarzania energii elektrycznej dla czterech podstawowych źródeł
energii w funkcji liczby godzin pracy na pełnej mocy rocznie
2
Wpływ zmian w danych wejściowych na ocenę kosztów produkcji energii elektrycznej
badano w ramach analizy czułości. Za każdym razem zmieniano jeden parametr, podczas gdy
inne dane pozostawały bez zmian w stosunku do wariantu bazowego, z 8000 godzin pracy na
pełnej mocy rocznie. Zmieniano wartość kosztów inwestycyjnych, paliwowych, stopy
procentowej i okresu użytecznej pracy elektrowni. Zmiana kosztów wytwarzania energii
elektrycznej w przypadku zmiany nakładów inwestycyjnych o 10% jest mniej więcej taka
sama dla wszystkich czterech typów elektrowni (ok. 1 Euro/MWh): trochę większy dla
energii jądrowej niż dla węgla i gazu. Jednakże nawet duża zmiana nakładów inwestycyjnych
nie zmienia pozycji energii jądrowej jako najtańszego źródła energii.
Dodatkowym czynnikiem przemawiającym na korzyść energii jądrowej jest brak emisji CO
2
.
Przy mocy nowej EJ równej 1500 MWe i produkcji 12 TWh rocznie można uniknąć emisji 10
milionów ton CO
2
w stosunku do elektrowni węglowej. W stosunku do elektrowni gazowej,
4
EJ pozwala zaoszczędzić 4.4 mln ton CO
2
. Oznacza to istotny wkład w realizację
postanowień układu z Kyoto.
20.2.1 Koszty uranu
Wobec wznowienia rozbudowy energetyki jądrowej aktualne staje się pytanie, na jak długo
wystarczy paliwa dla elektrowni jądrowych i jakie będą konsekwencje wyczerpywania
zasobów rudy uranowej.
Ruda uranowa to z definicji minerały, z których można odzyskać metal przy kosztach
opłacalnych ekonomicznie. Definicja rudy jest więc zależna od kosztów uzyskania uranu i
jego ceny rynkowej. W chwili obecnej wydobycie uranu nie jest opłacalne ani z wody
morskiej ani z granitu, ale może stać się opłacalne, jeżeli cena uranu wystarczająco wzrośnie.
Obecnie opłacalne do wydobycia zasoby uranu na świecie wynoszą 3 miliony ton U
3
O
8
, z
czego w Australii znajduje się 27%, w Kazachstanie 17%, i w Kanadzie 15%
7
. Z
nane zasoby
uranu w najniższej kategorii kosztów i wykorzystywane tylko w reaktorach
konwencjonalnych (bez recyklizacji plutonu) wystarczą na ponad 45 lat pracy energetyki
jądrowej. Jest to poziom zasobów wyższy niż zwykle spotykany dla większości minerałów.
Dalsze poszukiwania i wzrost cen z pewnością pozwolą wykryć dalsze zasoby w miarę
wyczerpywania obecnie istniejących. Podwojenie ceny uranu w stosunku do obecnego
poziomu może przynieść dziesięciokrotny wzrost zasobów uranu.
Wpływ wzrostu cen rudy uranowej prowadzi do wzrostu cen paliwa jądrowego, aczkolwiek
cena paliwa rośnie wolniej niż cena rudy, bo na koszt paliwa składa się także koszt wielu
procesów technologicznych następujących już po wydobyciu rudy uranowej.
Zależność kosztów wytwarzania energii elektrycznej od zmian cen paliwa
[Tarjanne, Rrissanen]
45
40
35
30
25
20
15
EJ
EW
EGaz
E torf
10
-25%
0%
25%
50%
Zmiana cen paliwa
Rys. 20.2.3 Wpływ kosztów paliwowych na koszty wytwarzania energii elektrycznej
2
7
University of Chicago Study, The Economic Future of Nuclear Power, August 2004
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl charloteee.keep.pl
ROZDZIAŁ XX. ASPEKTY EKONOMICZNE ENERGETYKI JĄDROWEJ
Materiały przedstawione w poprzednich wykładach wykazały, że energia jądrowa jest
bezpieczna, że nie ma powodu obawiać się promieniowania podczas jej normalnej pracy a
środki techniczne i konstrukcje oparte na zjawiskach naturalnych pozwalają wyeliminować
ryzyko awarii. Nawet problem gospodarki odpadami radioaktywnymi można uważać za
rozwiązany. Ale - czy to wszystko nam się opłaca? Może koszty energii elektrycznej z
elektrowni jądrowych są tak wysokie jak z ogniw słonecznych i nikt nie chce ich budować bez
dotacji państwowych? Może te wszystkie kraje, które budują elektrownie jądrowe, robią to ze
względów prestiżowych i militarnych? Czy elektrownie jądrowe są konkurencyjne
ekonomicznie?
20.1. Renesans rozwoju energetyki jądrowej.
Konkurencyjność ekonomiczna zawsze była zasadniczym powodem wyboru opcji
elektroenergetycznych, a od czasu wprowadzenia wolnego rynku jej znaczenie jeszcze
bardziej wzrosło. Ocena konkurencyjności ekonomicznej jest zasadniczym elementem
polityki zarówno na poziomie rządów jak i na poziomie inwestorów prywatnych.
Ostatnie lata przyniosły renesans w rozwoju energetyki jądrowej. Wielkie kraje takie jak
Rosja, Ukraina, Japonia, Chiny, i Indie prowadzą intensywną rozbudowę energetyki jądrowej,
Francja i Finlandia budują nowe elektrownie jądrowe dużej mocy, a wznowienie rozwoju
energetyki jądrowej zapowiedziały już USA, W. Brytania, Czechy, Słowacja, Rumunia,
Bułgaria i wiele innych krajów.
Obecnie pracujące elektrownie jądrowe produkują więcej energii niż przed kilku laty. W roku
2000 łączna energia elektryczna wytworzona przez elektrownie jądrowe wyniosła 2447
miliardy kWh, co stanowiło wzrost o 15% w stosunku do stanu sprzed 6 lat. Wzrost
wyprodukowanej energii o 317 TWh równy jest produkcji z ponad 30 reaktorów dużej mocy,
chociaż w latach 1995-2000 liczba reaktorów wzrosła tylko o pięć bloków, a łączna moc
elektrowni jądrowych o 3%. Reszta przyrostu produkcji energii wynikła z polepszenia
parametrów eksploatacyjnych istniejących reaktorów energetycznych.
Głębokość wypalenia paliwa w reaktorach PWR wzrosła o 50% (na bazie cieplnej, nie
elektrycznej), z 30 MWd/kg U w 1974 roku do 45 MWd/kg U w 1998 roku i nadal rośnie. W
przypadku reaktorów z wodą wrzącą (BWR) wypalenie wzrosło w tym samym okresie z 23
do 40 MWd/kg U, a fizyczna niezawodność paliwa również została zwiększona.
Współczynniki obciążenia (a więc ilość energii wyprodukowanej w stosunku do nominalnych
możliwości elektrowni pracującej przy 100%. wykorzystaniu czasu) elektrowni jądrowych
przekraczają 75% w dwóch trzecich elektrowni poza Rosją i Ukrainą, w porównaniu z tylko
39% elektrowniami osiągającymi ten poziom w 1990 r. W ciągu ostatnich 15 lat fińskie
reaktory energetyczne znajdowały się na szczycie tablicy osiągów eksploatacyjnych, a
obecnie ich skumulowane (od chwili rozpoczęcia pracy do momentu oceny) współczynniki
obciążenia wynoszą około 92%. Reaktory w Belgii, Czechach, Japonii, Niemczech,
Południowej Korei, Hiszpanii, Szwajcarii, na Węgrzech, w USA i na Taiwanie mają
współczynniki obciążenia od 92 do 80 %.
1
Amerykańskie elektrownie jądrowe wykazują stałą poprawę dyspozycyjności w ciągu
ostatniej dekady. Średni współczynnik obciążenia, który w 1990 roku wynosił 65%, wzrósł w
2000 r do 85%. Dla nowych elektrowni jądrowych przyjmuje się obecnie jako punkt
odniesienia współczynnik obciążenia równy 90%, co odpowiada aktualnym osiągom
energetyki jądrowej na świecie
1
. Już od kilku lat nie ulega wątpliwości, że budowa elektrowni
jądrowych jest przedsięwzięciem gwarantującym długotrwałe dostawy taniej energii
elektrycznej, a obecne podwyżki cen ropy i gazu ziemnego podnoszą jeszcze bardziej
atrakcyjność ekonomiczną energii jądrowej.
Porównania dokonywane w ostatnich latach XX wieku wskazywały, że konkurencyjność
energii jądrowej zależy od stopy oprocentowania kapitału. W krajach, gdzie stopa ta wynosiła
5% rocznie, elektrownie jądrowe były najtańszym źródłem energii elektrycznej, zaś w krajach
o wysokiej stopie procentowanej- rzędu 10 % - tańsze były elektrownie gazowe lub opalane
ropą, dla których nakłady inwestycyjne były stosunkowo dużo mniejsze, a czas zamrożenia
kapitału podczas budowy znacznie krótszy. Jednakże po polepszeniu parametrów
eksploatacyjnych elektrowni jądrowych w ciągu ostatniej dekady sytuacja zmieniła się
zdecydowanie na ich korzyść. Co więcej, firmy reaktorowe opracowały nowe udoskonalone
typy reaktorów, takie jak reaktor AP 600 lub AP 1000 w USA lub EPR w Unii Europejskiej.
Dzięki starannemu przygotowaniu budowy i wprowadzeniu systemu prefabrykacji elementów
elektrowni jądrowej, czas jej budowy może być znacznie skrócony, np. do 36 miesięcy w
przypadku reaktora AP 1000. Jednocześnie znacznie zmniejszono ilość potrzebnych tu
układów bezpieczeństwa i ich składników, a dzięki wykorzystaniu sił naturalnych takich jak
siła grawitacji lub konwekcja naturalna wyeliminowano kosztowne układy zasilania
awaryjnego, np. generatory diesla i ich układy pomocnicze zaopatrujące te generatory w
wodę, paliwo i smary.
Wątpliwości co do konkurencyjności ekonomicznej elektrowni jądrowych rozwiały się po
opublikowaniu wyników szeregu wielkich studiów przeprowadzonych na początku XXI
wieku. W 2000 r. Finlandia przeprowadziła analizę porównawczą kosztów wytwarzania
energii elektrycznej w nowych elektrowniach
2
, a w następnych latach wykonano takie analizy
w USA
3
, w W. Brytanii
4
a ostatnio w krajach OECD
5,6
. Dały one podobne wyniki,
wskazujące, że energia jądrowa jest najtańszym źródłem energii elektrycznej z nowych
elektrowni. Wyniki tych analiz omówimy poniżej, szczególną uwagę poświęcając studium
fińskiemu, które posłużyło za podstawę do zamówienia elektrowni jądrowej dla Finlandii, a
także przyczyniło się niewątpliwie do tego, że parlament fiński podjął słynną uchwałę
mówiącą, że „
energetyka jądrowa jest rozwijana w Finlandii dla dobra społeczeństwa
”.
1
The Long Term Sustainability of Nuclear Energy, WNA Submission to UK Energy Review,
nuclear.org/wgs/wnasubs/energyrevieqw/index.htm
2
Tarjanne R, Rissanen S, :Nuclear Power: Least Cost Option for Baseload Electricity in Finland, The Uranium
Institute, 25-th Annual Internat. Symp. 2000
3
Massachusetts Institute of Technology. The Future of Nuclear Power - An Interdisciplinary Study, 2003.
4
The Royal Academy of Engineering. The Costs of Generating Electricity, March 2004
5
OECD: Projected Costs of Generating Electricity, 2004
6
OECD Projected Costs of Generating Electricity (2005 Update)
2
20.2. Ocena ekonomiczna opracowana w Finlandii
Studium fińskie, oparte na szczegółowych analizach ekonomicznych uwzględniających
aktualne osiągi elektrowni jądrowych na świecie i w Finlandii
2
, przedstawia porównanie
czterech możliwych źródeł energii, mianowicie energii jądrowej (EJ), elektrowni węglowej
kondensacyjnej (EW), elektrowni gazowej (EG) i elektrowni opalanej torfem (ET). 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 EW i EG wybrano
dostatecznie duże aby móc dokonać rzetelnych porównań. 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.
Przy ocenie kosztów produkcji energii elektrycznej przyjęto stopę procentową 5% rocznie i
ustalony poziom cen z lutego 2000 roku. Czas budowy EJ 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, 8000 godz/rok [Tarjanne, Rissanen]
35
Koszty paliwowe
Zmienne koszty eksploatacji i napraw
Roczne koszty stałe
Koszty inwestycyjne
30
25
15.49
20
2.86
10.26
3.41
19.88
15
3.3
3.1
10
4.92
3.01
2.04
0.31
12.74
5
1.07
9.67
7.22
5.07
0
EJ
EW
E. Gaz
E torf
Rys. 20.2.1 Koszty wytwarzania energii elektrycznej przy pracy przez 8000 godzin /rok
wg studium fińskiego
2
Koszty wytwarzania energii elektrycznej przy rocznej pracy przez 8000 godzin na pełnej
mocy (co odpowiada współczynnikowi obciążenia 91%) pokazano na rys. 20.2.1. Koszt
energii elektrycznej wytwarzanej w elektrowni jądrowej wynosi 22,3 €/MWh, w elektrowni
węglowej 24,4 €/MWh, a w elektrowni gazowej 26,3 €/MWh
2
. 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.
3
Elektrownia jądrowa wymaga znacznie wyższych nakładów inwestycyjnych niż pozostałe
źródła energii – 1749 €/kW łącznie z kosztem pierwszego wsadu paliwowego do rdzenia,
składającemu się na jednostkowe nakłady inwestycyjne, które są trzykrotnie wyższe niż dla
elektrowni gazowej. Ale koszty paliwowe są znacznie niższe i przy współczynniku obciążenia
powyżej 70% energia jądrowa staje się najtańszym źródłem energii, patrz rys. 20.2.2, na
którym pokazano koszty wytwarzania energii dla czterech wybranych źródeł energii w funkcji
rocznego czasu pracy elektrowni na pełnej mocy. Przy współczynniku obciążenia 80% koszty
paliwowe wynoszą dla cyklu jądrowego 2,36 c€/kWh, dla węgla 2,54, dla gazu 2,69 i dla
torfu 3,26 c€/kWh. Przy współczynniku wykorzystania mocy zainstalowanej równym 90%
(co w Finlandii stanowi wartość odniesienia dla EJ) przewaga energii jądrowej wzrasta, bo
koszty paliwa jądrowego wynoszą tylko 2,15 c€/kWh, podczas gdy dla węgla są one równe
2,41 i dla gazu 2,61 c/kWh. Gaz jest najtańszy tylko przy współczynnikach obciążenia
poniżej 55%
1
.
Koszty wytwarzania energii elektrycznej w funkcji czasu pracy, studium
fińskie, [Tarjanne, Rissanen]
45
40
35
30
25
20
15
EJ
EW
E ga z
E torf
10
5
0
5000
6000
7000
8000
8400
godz/rok
Rys. 20.2.2 Koszty wytwarzania energii elektrycznej dla czterech podstawowych źródeł
energii w funkcji liczby godzin pracy na pełnej mocy rocznie
2
Wpływ zmian w danych wejściowych na ocenę kosztów produkcji energii elektrycznej
badano w ramach analizy czułości. Za każdym razem zmieniano jeden parametr, podczas gdy
inne dane pozostawały bez zmian w stosunku do wariantu bazowego, z 8000 godzin pracy na
pełnej mocy rocznie. Zmieniano wartość kosztów inwestycyjnych, paliwowych, stopy
procentowej i okresu użytecznej pracy elektrowni. Zmiana kosztów wytwarzania energii
elektrycznej w przypadku zmiany nakładów inwestycyjnych o 10% jest mniej więcej taka
sama dla wszystkich czterech typów elektrowni (ok. 1 Euro/MWh): trochę większy dla
energii jądrowej niż dla węgla i gazu. Jednakże nawet duża zmiana nakładów inwestycyjnych
nie zmienia pozycji energii jądrowej jako najtańszego źródła energii.
Dodatkowym czynnikiem przemawiającym na korzyść energii jądrowej jest brak emisji CO
2
.
Przy mocy nowej EJ równej 1500 MWe i produkcji 12 TWh rocznie można uniknąć emisji 10
milionów ton CO
2
w stosunku do elektrowni węglowej. W stosunku do elektrowni gazowej,
4
EJ pozwala zaoszczędzić 4.4 mln ton CO
2
. Oznacza to istotny wkład w realizację
postanowień układu z Kyoto.
20.2.1 Koszty uranu
Wobec wznowienia rozbudowy energetyki jądrowej aktualne staje się pytanie, na jak długo
wystarczy paliwa dla elektrowni jądrowych i jakie będą konsekwencje wyczerpywania
zasobów rudy uranowej.
Ruda uranowa to z definicji minerały, z których można odzyskać metal przy kosztach
opłacalnych ekonomicznie. Definicja rudy jest więc zależna od kosztów uzyskania uranu i
jego ceny rynkowej. W chwili obecnej wydobycie uranu nie jest opłacalne ani z wody
morskiej ani z granitu, ale może stać się opłacalne, jeżeli cena uranu wystarczająco wzrośnie.
Obecnie opłacalne do wydobycia zasoby uranu na świecie wynoszą 3 miliony ton U
3
O
8
, z
czego w Australii znajduje się 27%, w Kazachstanie 17%, i w Kanadzie 15%
7
. Z
nane zasoby
uranu w najniższej kategorii kosztów i wykorzystywane tylko w reaktorach
konwencjonalnych (bez recyklizacji plutonu) wystarczą na ponad 45 lat pracy energetyki
jądrowej. Jest to poziom zasobów wyższy niż zwykle spotykany dla większości minerałów.
Dalsze poszukiwania i wzrost cen z pewnością pozwolą wykryć dalsze zasoby w miarę
wyczerpywania obecnie istniejących. Podwojenie ceny uranu w stosunku do obecnego
poziomu może przynieść dziesięciokrotny wzrost zasobów uranu.
Wpływ wzrostu cen rudy uranowej prowadzi do wzrostu cen paliwa jądrowego, aczkolwiek
cena paliwa rośnie wolniej niż cena rudy, bo na koszt paliwa składa się także koszt wielu
procesów technologicznych następujących już po wydobyciu rudy uranowej.
Zależność kosztów wytwarzania energii elektrycznej od zmian cen paliwa
[Tarjanne, Rrissanen]
45
40
35
30
25
20
15
EJ
EW
EGaz
E torf
10
-25%
0%
25%
50%
Zmiana cen paliwa
Rys. 20.2.3 Wpływ kosztów paliwowych na koszty wytwarzania energii elektrycznej
2
7
University of Chicago Study, The Economic Future of Nuclear Power, August 2004
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]