1. Úvod
1.1. Všeobecný pohľad na jadrovú energetiku
Svetová spotreba energie a elektriny od začiatku industrializácie vo svete trvalo rastie. Svetová populácia 5,7 miliárd ľudí dnes spotrebuje ročne 8,6 Gtre (gigaton ropného ekvivalentu) komerčnej energie. Využívanie uhľovodíkových palív sa trvalo zvyšuje a teraz zabezpečuje 90% dodávok primárnej energie. Spaľovanie uhľovodíkových palív je zodpovedné za emisie 23,7 Gt oxidu uhličitého. 55% primárnej energie sa spotrebuje v krajinách OECD s podielom obyvateľstva iba 16%.
Výroba elektriny je najrýchlejšie rastúcim spotrebiteľom paliva vo finálnej spotrebe energie a teraz predstavuje 20% konečnej spotreby energie. Od začiatku 70. rokov sa spotreba elektriny vo svete zvýšila 2,5-krát. Medzi krajinami ešte stále existujú veľké rozdiely v celkovej spotrebe energie a elektriny na hlavu.
1.2. Súčasné predpovede spotreby energie na základe referenčných predpokladov
Vývoj spotreby a dodávky energie je spojený s veľkým množstvom neistôt. Ak však analyzujeme predpovede rôznych medzinárodných organizácií, ako je napr. Európska komisia, Medzinárodná agentúra pre energiu (IEA) a Svetová energetická rada (WEC), môžeme pozorovať, ako je uvedené v tab. 1.1, že za referenčných predpokladov:
· spotreba primárnej energie, elektriny a uhľovodíkových palív bude aj naďalej rásť vysokou rýchlosťou, a aj keď sa predpokladá pokles energetickej náročnosti trendom 1,4% ročne (EÚ, IEA) a 1,0% ročne (WEC/IIASA), svetová spotreba primárnej energie sa do polovice budúceho storočia zvýši 2-3 násobne,
· predpokladá sa, že v štruktúre dodávok energie budú o 50 rokov stále dominovať uhľovodíkové palivá,
· emisie oxidu uhličitého ako vedľajší produkt využívania uhľovodíkových palív sa výrazne zvýšia.
Dôsledkom tohto rozvoja bude dramatické zvýšenie koncentrácie skleníkových plynov s potenciálne drastickými účinkami na klímu. Niektoré z týchto dôsledkov sa prejavia zvýšením globálnej strednej teploty, zvýšením hladiny morí, zmenou klimatických zón a s tým spojeným rizikom katastrofických udalostí. Pre scenár B „stredného priebehu“ štúdia WEC/IIASA odhaduje, že stredná teplota sa do konca budúceho storočia zvýši o 1,3–3,5°C. Pre scenár A s vyšším rastom sa rozsah možného oteplenia posúva k ešte vyšším hodnotám.
Tab.1.1 Porovnanie
referenčných scenárov
|
Referencia |
|
Dnes |
IEA[1] |
EÚ[2] |
WEC/IIASA[3] |
WEC/IIASA[4] |
|
Kritérium / čas |
|
1996 |
2010 |
2020 |
2020 |
2020 |
Svetová populácia |
mld. |
5.7 |
7.0 |
|
7.9 |
10.1 |
|
Svetová primárna energia |
Gtre |
8.38 |
10.9 - 11.8 |
12.6 |
13.6 - 15.4 |
19.8 - 24.8 |
|
Podiel
uhľovodíkových palív |
% |
90.0 |
89.8 - 90.7 |
83.8 |
71.8 - 79.6 |
58.9 - 72.9 |
|
Svetová výroba elektriny |
TWh |
128524 |
18230-20907 |
21922 |
19120 - 22925 |
30952 - 41646 |
|
Z toho jadro |
% |
17.24 |
12.5 - 14.3 |
15 |
11.4 - 20.7 |
11.4 - 38.0 |
|
Emisie oxidu uhličitého |
Gt |
23.7 |
28.8 - 31.5 |
32.3 |
30.1 - 36.7 |
33.7 - 55.4 |
|
Podiel OECD na CO2 |
% |
51.9 |
41.1 - 42.2 |
42.8 |
36.6 - 39.3 |
21.7 - 28.5 |
Svetová výroba elektrickej energie porastie ešte rýchlejšie ako spotreba primárnej energie. Pre krajiny Európskeho spoločenstva sa predpokladá výrazné zvýšenie závislosti od dovozov tuhých palív z dnešných 37% na 65% v roku 2020, pre ropu z 85% na 94% a pre plyn z 40% na 65%. Osobitne plynárenský priemysel sa bude spoliehať na nenahraditeľné veľké dovozy z Ruska, čo je dodávateľ, ktorý nemusí byť považovaný za tak spoľahlivého ako sú krajiny OECD. Domáce zdroje energie, ako napr. jadro, sú teda veľmi dôležité pre zabezpečenie spoľahlivosti a bezpečnosti dodávok.
Aj keď sa v budúcom storočí neočakávajú ohraničenia absolútnym obmedzením zdrojov uhľovodíkových palív, môžu nastať dočasné a štrukturálne nedostatky energie. Hlavná časť rezerv ropy umiestnená v krajinách OPEC, zatiaľ čo krajiny OECD majú rezervy iba 10%. Pre zemný plyn je podiel rezerv v krajinách OECD tiež iba 10%, zatiaľ čo bývalý ZSSR a Irán vlastnia viac ako 50% preukázaných zásob. Politická nestabilita by mohla vyvolať ťažký nedostatok a hlbokú ekonomickú krízu, akú sme zažili v 70. a začiatkom 80. rokov. Úspešnou stratégiou pre zabránenie veľkému narušeniu dodávok bola diverzifikácia zdrojov energie. Jadrová energia je jedným z dôležitých kameňov v diverzifikovanej štruktúre dodávok.
Rezervy uránu môžu výrazne rozšíriť našu základňu energetických zdrojov a krajiny OECD ako Kanada a Austrália majú veľký podiel na známych ekonomických zásobách. Prakticky nekonečný zdroj môžu z jadrovej energie urobiť nekonvenčné zdroje, prepracovanie a rýchle množivé reaktory. Aj bez prepracovania a bez rýchlych reaktorov sa jadrová energia môže spoliehať na obrovskú základňu zdrojov, ktorá môže prispieť k dlhodobým dodávkam energie.
Analýza rôznych energetických výhľadov a scenárov jasne ukazuje, že samotné zlepšovanie energetickej účinnosti a dodatočné úsilie na rozvoj a využívanie obnoviteľných zdrojov energie nestačí na zabezpečenie trvalo udržateľného ekonomického rozvoja a na obmedzenie globálnych klimatických zmien.
1.3. Potenciálny prínos jadrovej energie
Jadrová energia je kľúčovým kameňom v dodávkach elektriny vo svete, lebo prispieva 18% k svetovej výrobe elektriny. Pre výrobu elektriny využíva jadrovú energiu 31 krajín sveta vrátane všetkých hlavných priemyselných krajín (vrátane USA, Japonska, Nemecka, Francúzska, Británie) a veľké rozvojové krajiny (napr. Čína, India, Brazília, Mexiko). V prevádzke je asi 444 jadrových energetických blokov, ktoré ročne produkujú 2300 TWh elektriny. S 39 blokmi vo výstavbe sa pre najbližšiu budúcnosť očakáva trvalý rast.
Počas viac ako 30 rokov komerčného využívania preukázala jadrová energia schopnosť dodávať energiu za konkurenčné ceny a pomoc pri znižovaní uhlíkovej náročnosti systémov dodávania energie. Súčasné predpovede výroby jadrovej elektriny dávajú široký rozpätia možných príspevkov. V porovnaní so súčasnými úrovňami produkcie najvyšší variant predpokladá zvýšenie výroby jadrovej energie z 2300 na 12000 TWh za rok. V druhej polovici budúceho storočia sa potenciál jadrovej produkcie môže ďalej zvýšiť štvornásobne. Existuje teda veľká možnosť, aby jadro ďalej prenikalo na trhy s elektrinou.
V kombinácii s nízkonákladovými obnoviteľnými zdrojmi (napr. voda) môže jadrová energia predstavovať bezuhlíkový alebo nízkouhlíkový systém dodávania elektriny, ktorý je technicky realizovateľný a má perspektívu, ktorú si bude môcť dovoliť veľa krajín vo svete. Elektrina sa tým stane stále atraktívnejším zdrojom pre koncovú spotrebu, ak sa očakávajú podstatné obmedzenia výpustí CO2. Výroba 10000 TWh jadrovej energie ročne zabráni vypúšťaniu 7600 miliónov ton oxidu uhličitého.
Obr.1.1. Perspektívy výroby jadrovej elektriny vo svete (Zdroj: IAEA
/NEA)
Okrem možnosti uplatnenia na trhoch s elektrinou by jadrová energia mohla mať ďalšie prínosy aj v nasledovných oblastiach:
· výroba tepla z jadra pre trhy s nízkopotenciálnym teplom
· výroba tepla a pary z jadra pre priemyselné aplikácie
· výroba vodíka pomocou jadrovej energie pre zásobovanie sektoru dopravy[5]
Jadrová energia by teda mohla hrať dôležitú úlohu vo všetkých oblastiach využívania energie, ktoré by boli veľmi zaujímavé v prípade výrazných požiadaviek na znižovanie CO2. Bude aj naďalej kľúčovým prvkom svetovej energetiky, pretože:
· Jadrová energia v minulosti prispievala k vyrovnanejšiemu energetickému súboru pre zníženie závislosti od uhľovodíkových palív.
· Jadrová energia bude aj naďalej kľúčovým prvkom svetovej energetiky s veľkým a nevyčerpateľným potenciálom dodávok.
· Súčasné extrapolácie emisií skleníkových plynov naznačujú, že svetový globálny klimatický systém bude výrazne škodlivo postihnutý zvyšujúcim používaním uhľovodíkových palív.
· Zlepšovanie účinnosti a ďalšie úsilie o rozvoj a využívanie obnoviteľných zdrojov energie samo osebe nestačí na zabezpečenie trvalo udržateľného ekonomického rozvoja a na obmedzenie globálnych klimatických zmien.
· Aj keď ekonomická stránka výberu energetických zdrojov sa v diskusiách často ignoruje, bude ekonomika energetických alternatív ohromne dôležitá pre trvalo udržateľný hospodársky rozvoj a pre zmierňovanie emisií skleníkových plynov.
· Jadrová energia je konkurencieschopnou formou výroby elektrickej energie v základnom zaťažení.
· Externé náklady jadrovej energie sú malé v porovnaní s jej výrobnými nákladmi a v porovnaní s uhľovodíkovými palivami.
· Odhady externých nákladov výroby elektriny na báze uhlia z hľadiska klimatických zmien naznačujú, že externé náklady môžu byť ešte vyššie ako výrobné.
· Jadrová energia je vysoko nákladovo účinný prostriedok pre kontrolu emisií CO2 z výroby elektriny.
· Jadrová energia kombinuje ekonomickú, klimatickú a environmentálnu príťažlivosť tým, že predstavuje systém dodávania elektriny s nízkou spotrebou uhlíka ako prakticky realizovateľný cieľ, ktorý si môže ekonomicky dovoliť veľký počet krajín vo svete. Môže teda predstavovať dôležitý príspevok k vyrovnanejšiemu súboru energetických zdrojov.
Veľa odpadov z palivových reťazcov výroby elektriny obsahuje rádioaktívne alebo nerádioaktívne (chemicky jedovaté) kontaminanty, ktoré by mohli mať škodlivé účinky na zdravie človeka a na životné prostredie. Veľa nejadrových odpadov obsahuje veľké množstvo rádioaktívnych materiálov vyskytujúcich sa v prírode s čiastočne vyššími koncentráciami rádionuklidov. Napr. popol z uhoľných elektrární má koncentráciu rádionuklidov 100-25 000 Bq/kg s veľkou intenzitou ich tvorby 61 mil ton za rok iba v samotných USA.
Jadrová energetika ponúka výrazné environmentálne výhody, lebo množstvo odpadov je malé v pomere k vyrobenej energii. Toto malé množstvo umožňuje použiť takú stratégiu separácie odpadov, keď je celý proces od jadrového štiepenia cez úpravu až po uloženie odpadov v podstate izolovaný od životného prostredia. Likvidácia odpadov z uhľovodíkových palív postupuje inou stratégiou - rozptylom - vzhľadom na veľké množstvá plynných a pevných odpadov, čo je v príkrom protiklade k jadrovým odpadom. Do životného prostredia sa uvoľňuje veľké množstvo odpadov so širokým rozsahom toxických prvkov, ktoré zostávajú jedovaté trvalo bez akejkoľvek praktickej alternatívy.
Ročný objem jadrových odpadov vyprodukovaných európskym jadrovým priemyslom predstavuje menej ako 1% priemyselných toxických odpadov a rádioaktivita týchto odpadov bude trvalo klesať. Približne 90% týchto odpadov sú nízkoaktívne, ich rádioaktivita do 300 rokov prakticky vymizne. Pre zvyšujúcich 8-10%, obsahujúcich hlavne vysokoaktívne materiály, sa veľká väčšina z rádioaktívnych nuklidov – produktov štiepenia – rozpadne počas niekoľko sto rokov a teda prakticky vymizne. Nakoniec budú mať konečné odpady podobný potenciálny účinok ako majú toxické priemyselné odpady, za predpokladu, že priemyselné odpady budú spracovávané rovnako starostlivým spôsobom ako jadrové odpady.
· Celkové emisie CO2 z jadrovej energie sú takmer nulové, čo preukazuje vynikajúce klimatické charakteristiky tejto technológie
· Atmosferické emisie iných škodlivín z jadra sú zanedbateľné v porovnaní s uhľovodíkovými technológiami
· Celkové materiálové požiadavky a celkové energetické požiadavky jadrovej energie ukazujú racionálne využívanie obmedzených zdrojov v porovnaní s inými elektrickými technológiami, osobitne s energiou vetra a z fotoelektrických článkov
· Odhady zdravotného rizika vrátane rizika z ťažkých havárií naznačujú, že jadrová energetika, ak je vybudovaná a prevádzkovaná podľa súčasných bezpečnostných štandardov, je spojená s veľmi malými zdravotnými účinkami, ktoré sú v spodnom rozsahu zdravotných rizík energetických systémov
· Jadrová energetika v celom svojom energetickom cykle od ťažby rudy až po konečné vyradenie produkuje iba malé environmentálne znečistenie a málo skleníkových plynov a má pozoruhodne obmedzené požiadavky na palivo a množstvo odpadov.