Jakie są alternatywy dla energii jądrowej?

PKB Polski wynosi około 3% Unii Europejskiej. Niestety, by to osiągnąć, nasza gospodarka zużywa aż 5% europejskiej energii. Świadczy to o niskiej efektywności energetycznej oraz wskazuje, że na drodze do wyrównania poziomu życia z krajami zachodnimi nieunikniony będzie wzrost konsumpcji energii.

Nadchodzące dwie dekady będą bardzo wymagające dla polskich koncernów energetycznych. Z racji wysłużenia, większość dzisiejszych mocy będzie musiała zostać odtworzona (patrz rysunek 1). Stan infrastruktury sieciowej wygląda podobnie, a straty na drodze z elektrowni do gniazdka sięgają 25 %. Ponadto system będzie musiał sprostać stale rosnącemu zapotrzebowaniu na energię elektryczną. Szacuje się, że inwestycje w nowe moce oraz sieci przesyłowe powinny wynosić 10 mld zł rocznie przez kolejne 15–20 lat.

Rys. 1. Wiek turbin w polskich elektrowniach [Agencja Rynku Energii, stan na koniec 2011]

Rys. 1. Wiek turbin w polskich elektrowniach [Agencja Rynku Energii, stan na koniec 2011]

Teraz zastanówmy się nad głównymi czynnikami, które będą kształtować polską energetykę przez następne dekady. Po wejściu do struktur Unii Europejskiej Polska przyjęła na siebie szereg zobowiązań związanych zarówno z ochroną środowiska naturalnego, jak i zasad konkurencji. Kluczowe zagadnienia w zakresie rodzimej energetyki to:

  • zwiększanie udziału OZE w produkcji energii elektrycznej do 15 % w 2020 roku,
  • podniesienie efektywności energetycznej poprzez obniżenie zużycia energii o 20 % w 2020 roku w stosunku do prognoz,
  • dekarbonizację przemysłu poprzez obniżenie emisji CO2 o 20 % do 2020 roku, a w perspektywie 2050 nawet o 95 %,
  • zaostrzenie norm emisji zanieczyszczeń oraz wprowadzenie podatku od każdej emitowanej tony CO2 przez przemysł.

W wydanym w 2006 roku dokumencie Polityka Energetyczna Polski do 2030 roku pojawia się energetyka jądrowa. Jej wprowadzenie argumentuje się koniecznością wypełnienia zobowiązań unijnych w zakresie ochrony środowiska, zastąpienia starych elektrowni, dywersyfikacji tzw. „miksu energetycznego” oraz zapewnienia bezpieczeństwa dostaw energii elektrycznej. Przy założeniu uruchomienia trzech bloków jądrowych po 1 500 MW każdy do 2030 roku, struktura wytwarzania energii elektrycznej w Polsce powinna się zmienić jak na rysunku 2.

Rys. 2. Struktura wytwarzania energii elektrycznej w Polsce

Rys. 2. Struktura wytwarzania energii elektrycznej w Polsce

Jednak po hucznych zapowiedziach, brak jest zdecydowanych działań rządu i inwestora związanych z realizacją programu jądrowego. Kolejne etapy programu są sukcesywnie odkładane w czasie, nie widać również chęci zdobycia doświadczenia przez przyszłego operatora, który wycofał się z udziału w litewskim projekcie. Ciągle nierozwiązane pozostają kwestie finansowania inwestycji oraz społecznej akceptacji. Najczęściej poruszanymi problemami są: zagrożenie promieniowaniem, składowanie odpadów radioaktywnych oraz upadek sąsiadujących z elektrownią jądrową kurortów turystycznych.

Co zrobić jeśli sprzeciw społeczny okaże się silniejszy? Czym zastąpiona zostanie powstała w ten sposób luka w systemie elektroenergetycznym? Możliwości jest oczywiście cały wachlarz.

O dawna wiadomo, że Polska węglem stoi. Zasobów krajowych na własny użytek wystarczy nam jeszcze na sto lat. W całej Europie planuje się budowę co najmniej 70 dużych bloków węglowych, które będą pracować minimum do 2055 roku. Nadal wydaje się ogromne pieniądze na badania i rozwój technologii węglowych: CCS (wychwytywanie i składowanie CO2), zgazowanie podziemne, spalanie w czystym tlenie oraz śrubowanie parametrów pary. Absolutnie nie można mówić o zmierzchu węgla.

W dobie taniejącego węgla kamiennego z importu, zaczęły się pojawiać wątpliwości, czy nie zdominuje on polskich elektrowni. Byłby to straszny cios dla 120 tys. górników i ich rodzin. Na szczęście przykład prywatnej kopalni w Czechowicach-Dziedzicach pokazuje, że można skutecznie obniżyć koszty oraz zwiększyć rentowność i wydobycie, a przepowiednie o zamykaniu kopalni są przedwczesne.

W przypadku węgla brunatnego, mamy w zapasie złoża w Gubinie i Legnicy, w okolicy których mogą powstać elektrownie porównywalne z Bełchatowem i Turowem.

Węgiel ma jednak to do siebie, że tylko pozornie jest najtańszym źródłem energii. Studium ExternE zajmuje się szacowaniem tzw. kosztów zewnętrznych wytwarzania energii elektrycznej, czyli takich, których nie ponosi operator. Są to koszty leczenia chorób wywołanych złą jakością powietrza, straconych dni pracy na zwolnieniach lekarskich, czy rekultywacji szkód wyrządzonych środowisku naturalnemu. Rysunek 3 przedstawia koszty zewnętrzne w przeliczeniu na jednostkę wyprodukowanej energii elektrycznej. Na czerwono uwzględnione zostały etapy wydobycia, obróbki i transportu paliw oraz etap konstrukcji elektrowni. Dla porównania średnia cena energii na rynku hurtowym nie przekracza 200 zł/MWh. Ponadto węgiel jest najbardziej wrażliwy na zmiany cen opłat za emisję CO2.

Rys. 3. Zewnętrzne koszty wytwarzania energii elektrycznej w zależności od technologii [Ari Rabl, Externalities of Energy: Extension of accounting framework and Policy Applications, version 2, August 2005; średni kurs euro w 2005 roku 4zł]

Rys. 3. Zewnętrzne koszty wytwarzania energii elektrycznej w zależności od technologii [Ari Rabl, Externalities of Energy: Extension of accounting framework and Policy Applications, version 2, August 2005; średni kurs euro w 2005 roku 4zł]

W ciągu ostatnich paru lat w Europie panuje moda na elektrownie gazowe. Charakteryzują się one znacznie lepszą zdolnością do szybkich zmian obciążenia, dlatego idealnie nadają się do współpracy z mniej przewidywalną energetyką odnawialną. Emisja CO2 w przeliczeniu na jednostkę energii elektrycznej jest ponad dwu krotnie niższa niż w przypadku węgla. Barierą nie do pokonania pozostaje dotychczas wysoka cena surowca.

Aktualnie wydobywamy 5 mld m3 gazu ziemnego ze złóż konwencjonalnych, kolejne 10 importujemy z Rosji. Dzięki złożom krajowym cena gazu jest niższa niż importowanego, dlatego każdy wzrost popytu przyniesie podwyżkę cen. Gazoport LNG w Świnoujściu o wydajności 5 mld m3 ma być oddany w połowie 2014 roku. Pozwoli on nie tylko na pokrycie zwiększonego zapotrzebowania, ale również na obniżenie jego ceny. Wzmocni to pozycję negocjacyjną przy kolejnych kontraktach z Gazpromem, pozwoli na zakup gazu po niższej cenie, zwiększy bezpieczeństwo energetyczne poprzez dywersyfikację oraz pozwoli na łatwą zmianę dostawcy.

Szansą dla elektrowni gazowych w Polsce są również krajowe, niekonwencjonalne złoża tego surowca, czyli słynne łupki. Zastosowanie nowych metod wydobywczych oznacza niezależność gazową na około 50 lat. Niestety trudne warunki eksploatacji nowych złóż mogą podważyć ich ekonomiczny sens. Brak jest również spójnej polityki Unii Europejskiej w tej sprawie.

Na szczęście światowe zasoby gazu ziemnego stale rosną. Dzieje się tak nie tylko za sprawą gazu łupkowego, którego złoża są odkrywane we wszystkich rejonach świata. Wielokrotnie większy potencjał kryją w sobie tzw. hydraty metanu, czyli uwodniony, zestalony metan ukryty na dnie oceanów.

Kolejną opcją zastąpienia atomu są oczywiście odnawialne źródła energii (OZE). Pod tym pojęciem kryje się energia wody, wiatru, słońca i biomasy. Większość potencjału energetyki wodnej w Polsce została już wykorzystana, nie planuje się większych inwestycji w tym sektorze. Największy, niewykorzystany potencjał zdecydowanie w tkwi w wietrze i Słońcu. Wiatraki są domeną dużej energetyki w postaci farm wiatrowych, natomiast panele słoneczne w Polsce będą raczej stosowane w skali domowej.

Wiatraki oraz panele fotowoltaiczne instaluje się bardzo szybko, z gotowych elementów. Jednak ich mocy zainstalowanej nie należy porównywać wprost z elektrowniami systemowymi, które potrafią nieustannie pracować z pełną mocą. Wzrost takich mocy powoduję większą zmienność obciążeń elektrowni konwencjonalnych. Obniża to ich sprawność i paradoksalnie może zwiększyć emisję CO2. Problem ten mogą w przyszłości rozwiązać nowe metody magazynowania energii.

Farmy wiatrowe są oskarżane o obniżanie wartości ziemi i nieruchomości, nieprzespane noce z powodu hałasu, a nawet brak mleka od krów. Z drugiej strony farmy wiatrowe są mniejsze niż elektrownie, dlatego więcej gmin może czerpać z nich korzyści. Jest to jedyna energetyka, która płaci wprost obywatelom (właścicielom ziemi).

Biomasa jest dzisiaj głównie współspalana z węglem w dużych elektrowniach. Jednak mimo specjalnych modyfikacji w postaci oddzielnych młynów i palników, sprawia ona wiele problemów, m. in. obniża sprawność i przyspiesza zużycie kotłów. Należy również pamiętać, że jej udział nie może rosnąć w nieskończoność, bo zacznie konkurować z produkcją żywności, mebli i innych produktów.

Na szczęście nie trzeba mieć milionów euro, aby samemu móc czerpać energię z natury. Nowe zmiany w prawie dają zielone światło każdemu, kto chciałby produkować prąd na własny użytek. Prosumenci, czyli producenci i konsumenci energii elektrycznej mogą w ciągu kilku najbliższych lat odciążyć sieć z kilku gigawatów, a przy wykorzystaniu inteligentnych sieci mogą w przyszłości stworzyć kilka wirtualnych elektrowni.

Najczystszą energią jest ta, której nie wyprodukujemy. Dlatego jednym z głównych celów polityki energetycznej Unii Europejskiej jest podnoszenie efektywności energetycznej. Istnieje wiele rozwiązań pozwalających obniżyć zapotrzebowanie zarówno na paliwa jak i energię elektryczną.

Pierwszym krokiem może być wykorzystanie darmowej energii. Nie chodzi tu tylko o OZE, w Polsce ponad 90% odpadów nie podlega powtórnemu wykorzystaniu. Tworzywa sztuczne są wysokoenergetycznymi produktami ropopochodnymi, dlatego brak ich wykorzystania np. w zakładach termicznej utylizacji jest jak wylewanie benzyny do ścieków. W podobny sposób należy traktować metan, który wydobywa się z kopalni węgla kamiennego.

Jedna z unijnych dyrektyw wprowadza obowiązek stosowania najlepszych dostępnych technologii (ang. BAT – Best Available Technology). Zastąpienie starych, nieefektywnych bloków przez wysokosprawne jednostki obniżą zużycie paliw oraz emisję zanieczyszczeń i CO2. Dodatkowo  należy wprowadzać, tam gdzie to tylko możliwe, produkcję ciepła w skojarzeniu, tzw. kogeneracja.

Stara, niemodernizowana infrastruktura jest źródłem strat energii elektrycznej i ciepła. Dlatego prowadzone są inwestycje infrastrukturalne mające je ograniczyć do minimum. Zmniejszyć zużycie energii można również poprzez modernizację urządzeń końcowych, np. oświetlenia. W tym celu wprowadzono klasy energetyczne informujące użytkowników o kosztach utrzymania urządzeń takich jak lodówka, czy pralka.

Ważna jest również edukacja użytkowników. Poprzez zmianę zachowań można oszczędzać nie tylko energię, ale dzięki inteligentnym urządzeniom również i pieniądze. W tym celu należy uświadomić ludzi, w jakich sytuacjach niepotrzebnie zużywają energię, np. niewyłączony na noc komputer, światło, czy gotowanie bez pokrywki.

Dla efektywnego wykorzystania elektrowni oprócz zużywanej energii ważny jest również godzinowy rozkład jej zużycia. Jak pokazuje rysunek 4, zmiany zapotrzebowania na moc w ciągu doby są znaczące. Dzięki stosowaniu zmieniającej się w ciągu dnia ceny energii elektrycznej i dobrze zaprogramowanym urządzeniom można np. prać w nocy, wychłodzić biurowiec w nocy, czy nawet przenieść produkcję energochłonną na godziny nocne. W ten sposób można zrezygnować z budowy nawet kilku elektrowni.

Rys. 4. Dobowe zmiany zapotrzebowania mocy w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym [PSE-Operator]

Rys. 4. Dobowe zmiany zapotrzebowania mocy w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym [PSE-Operator]

Niestety rynek technologii energetycznych i paliw jest globalny. 11 listopada w Warszawie odbędzie się kolejna konferencja klimatyczna. Należy wykorzystać tę szanse i wypracować światowe porozumienie w sprawie redukcji emisji CO2. Europa ma drogą energię w porównaniu z USA i drogą siłę roboczą w porównaniu z Azją. Nie należy obciążać tylko siebie dodatkowymi kosztami, w sytuacji gdy każdy kraj jest odpowiedzialny za globalne ocieplenie.

Wszystkie zaprezentowane technologie produkcji energii elektrycznej, mają pewne miejsce w polskim miksie energetycznym. Jak ich udział będzie się kształtował w stosunku do przedstawionej prognozy zadecyduje rynek, który na szczęście dla nas wybierze najefektywniejszą kosztowo opcję. Ostatnia wersja Polityki Energetycznej Polski do 2030 roku pochodzi z 10 listopada 2009. Według zaleceń powinna być aktualizowana co 3 lata, jednak do dzisiaj nowa wersja nie została opublikowana.

Aleksander Denis

inż. Aleksander Denis – student V roku energetyki o specjalności energetyka jądrowa na Politechnice Warszawskiej.

Skomentuj

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *