Odpowiedzi na pytania uczniów XXIII LO

Dr inż. A. StrupczewskiPrzewodniczący Komisji Bezpieczeństwa

JądrowegoInstytut Energii Atomowej, Swierk

A.Strupczewski@cyf.gov.pl

VII Sesja Naukowa im. Rolanda Maze, XXIII LO Łódź, 1. luty 2008

Lista pytań1.Jaki jest koszt paliwa jądrowego i skąd je brać?2. Czy Polska się nie uzależni energetycznie kupując paliwo od kogoś?3. Światowe zasoby paliwa do elektrowni jądrowych są ograniczone. Energia

potrzebna na otrzymanie paliwa z ubogich rud będzie tańsza czy droższa od energii, która można wytworzyć w elektrowni jądrowej? Na jak długo wystarczą zasoby uranu?

4. Czy produkcja paliwa uranowego jest bezpieczna dla środowiska?5. Ile elektrowni atomowych potrzebuje Polska, żeby zastąpić elektrownie

węglowe?6. Gdzie ewentualnie może powstać elektrownia atomowa?7. Czy prąd z elektrowni atomowych będzie droższy czy tańszy niż tradycyjnie?8. Czy budowa elektrowni jest dofinansowywana przez UE, czy też Polska

będzie musiała sfinansować je sama?9 Jaki powinien być procent energii ze źródeł odnawialnych, jaki z elektrowni

atomowych a jaki z konwencjonalnych, aby zachować równowagę energetyczno-ekologiczną?

10. Co się robi z odpadami? Ile ich jest? Gdzie się je składuje?11-Na ile bezpieczny jest transportu paliwa uranowego i odpadów?12.Jak długo wypalone paliwo jest groźne i promieniotwórcze?

1a. Jaki jest koszt paliwa jądrowego i skąd je brać?

1b. Jaki jest koszt paliwa jądrowego i skąd je brać?

2. Czy Polska się nie uzależni energetycznie kupując paliwo od kogoś?

Ilość paliwa dla EJ jest mała,

640 kg of U-235 , co odpowiada paliwu o wadze około 25 ton

tzn około 1 ciężarówka na rok do EJ 1000 MWe.

• Do elektrowni węglowej o tej samej moc potrzeba byłoby 3 000 000 ton węgla.

• Tak małe ilości paliwa jądrowego można łatwo składować na kilka lat.

• Producentów paliwa jest wielu. Można też dostawcę zmieniać, jak to zrobili np. Czesi dla EJ Temelin

• Uran wydobywany jest w krajach stabilnych politycznie. Nie grozi nam szantaż ze strony Australii czy Kanady.

3a. Światowe zasoby paliwa do elektrowni jądrowych są ograniczone. Energia potrzebna na otrzymanie paliwa z ubogich rud będzie tańsza

czy droższa od energii, która można wytworzyć w elektrowni jądrowej? Na jak długo wystarczą zasoby uranu

Szacowane zasoby uranu, mln ton

2.E-01

2.E+00

8.E+01 1.E+02

2.E+03

2.E+04

8.E+052.E+06

3.E+07

6.E+06

8.E+05

2.E+04

2.E+00

1.E-01

1.E+01

1.E+03

1.E+05

1.E+07

1.E+09

10000 2000 1000 200 100 20 10 3 1 0.2 0.1 0.001 0.0001

Zawartość uranu w rudzie, ppm

mln

to

n

Obecne zużycie uranu na świecie wynosi około 66 500 tU/rok. Udokumentowane zasoby uranu dostępne w cenie 130 USD/kg U3O8 (4,7 miliona ton) i wykorzystywane tylko w reaktorach z cyklem otwartym wystarczyłyby na 70 lat. Jest to większy wskaźnik zapasu niż przyjmuje się zwykle dla większości minerałów. Dalsza eksploracja i wyższe ceny spowodują z pewnością wzrost znanych zasobów w miarę zużywania obecnie rozpoznanych złóż.

3b. Światowe zasoby paliwa do elektrowni jądrowych są ograniczone. Energia potrzebna na otrzymanie paliwa z ubogich rud będzie tańsza

czy droższa od energii, która można wytworzyć w elektrowni jądrowej? Na jak długo wystarczą zasoby uranu

Ekstrapolacja energii netto z cyklu jądrowego przy użyciu bardzo ubogiej rud uranowej Teza przeciwników: z rudy zawierającej mniej niż 0.013% Uranu nie można otrzymać energii netto. (odpowiada to stosunkowi masy skały płonnej do rudy powyżej 100)Rzeczywistość: szereg kopalni wydobywa uran przy 100 razy mniejszych nakładach energii niż twierdzą przeciwnicy.

a) Stosunek masy składy płonnej do rudy, b) Zawartość uranu w rudzie

a)

b)

3c. Światowe zasoby paliwa do elektrowni jądrowych są ograniczone. Energia potrzebna na otrzymanie paliwa z ubogich rud będzie tańsza

czy droższa od energii, która można wytworzyć w elektrowni jądrowej? Na jak długo wystarczą zasoby uranu

Logiczne jest, że w miarę zużycia uranu trzeba będzie sięgać do rud o coraz niższej koncentracji uranu, co spowoduje wzrost kosztów wydobycia i wzrost energii potrzebnej do wydzielenia uranu z rudy. Jak wielki będzie ten wzrost?

Storm van Leeuwen i Smith (SLS), twierdzą „...nie można osiągnąć wytwarzania energii netto z uranu przy zawartości uranu w rudzie od 0,02 do 0,01% U3O8. Limit ten nie zależy od stanu technologii ani od założeń, na jakich oparta jest analiza

Wniosek ten opierają oni na ekstrapolacji danych z 1976 roku uzyskanych w USA dla rud o wysokiej zawartości uranu, wydobywane z kopalni o dużym stosunku masy skały płonnej do rudy, przy czym nie rozpatrują zupełnie możliwości wydobycia uranu z kopalni o odmiennych parametrach ani nie uwzględniają zaistniałego w ciągu 40 lat postępu technicznego.

3d Nakłady energetyczne w jądrowym cyklu paliwowym

Wydobycie i oczyszczenie rudy - 230 t/yr U3O8 w kopalni Ranger 1.56 PJ (th)

Konwersja (dane firmy ConverDyn z 2000 r) 9.24 PJ (th)Wzbogacanie: wirówki @ 63 kWh/SWU 3.26 PJ (th)Produkcja paliwa (ERDA 76/1) 5.76 PJ (th) Budowa i eksploatacja EJ (ERDA 76/1) 24.69 PJ (th)Przechowywanie paliwa, przechowywanie I transport

odpadów promieniotwórczych (ERDA 76/1, Perry 1977, Sweden 2002) 1.5 PJ (th)

Likwidacja EJ (dane firmy Ontario) 6.0 PJ (th) Łącznie (wzbogacanie wirówkowe) 52 PJ (th) Produkcja energii elektrycznej: 7 TWh/rok 3020 PJ (th)

Łącznie (energia włożona do otrzymanej) 1.7%

3e Czy można otrzymać dodatni bilans energii przy rudzie zawierającej 0.013% Uranu?

Kopalnia Trekkopje w Namibii, średnią zawartość U3O8 0.0126%. Według SLS wydobycie takiej rudy przynosić ma ujemny bilans energii - a więc oczywiście i straty finansowe. Jak jest naprawdę?

• Wydobycie rudy 100 000 ton dziennie. • Średni stosunek nadkładu do rudy wynosi 0.3:1. • W skali rocznej wydobycie rudy 36 mln ton, nakładu 11 mln ton. • Po wymywaniu uzyskuje się 16 ton U3O8 dziennie Energia elektryczna potrzebna dla kopalni, do tłoczenia wody oraz dla zakładu

odsalania wody morskiej bo firma górnicza dostarcza dodatkowo 25 mln m3 wody dla okolicznych mieszkańców.

• Łączne zużycie energii wynosi: • Energia elektryczna 1040 TJ(el)/a• Energia cieplna w paliwie do silników Diesla 408 TJ/(t)/a • Energia zawarta w materiałach wybuchowych 788 TJ(t) /a.• Energia zawarta w materiałach chemicznych 4 262 TJ(t)/a• W sumie w przeliczeniu na energię cieplną 8578.4 TJ(th)/a

3f Z rudy zawierającej 0.013% Uranu otrzymuje się 275 razy więcej energii niż zużywamy na jej wydobycie i

oczyszczenie

Roczna produkcja uranu z kopalni w Trekkopje wyniesie • 5760 t(U3O8)/a 0.848 = 4884 t(U)/aEnergia z 1 tony uranu naturalnego 161 TJ(el)/t(U).Energia z rocznej produkcji kopalni • 4884 t(U)/a x 161 TJ(el) /t(U) = 786 324 TJ(el)/a• Równoważne energii cieplnej 2 358 872 TJ(t)/aSkoro energia potrzebna na wydobycie i oczyszczenie uranu wyniosła

8578.4 TJ(th)/a, to stosunek energii włożonej do otrzymanej wynosi 8 578.4/ 2 358 872 = 0.0036.

A więc otrzymujemy 275 razy więcej energii niż potrzeba na wydobycie i oczyszczenie uranu o zawartości 0.013 % w rudzie.

Jeśli nawet na rekultywację kopalni potrzeba będzie drugie tyle energii – a jest to mocno zawyżone – to i tak bilans jest niewątpliwie dodatni. Ubogie rudy można wykorzystywać.

3g Energia jądrowa kluczem do trwałego rozwoju

• Poza tym, że mamy duże zasoby rudy uranowej, a możemy wykorzystywać nawet rudę ubogą, można oczekiwać wprowadzenia prędkich reaktorów powielających, które dają więcej paliwa niż zużywają .

• Dlatego Parlament Europejski 24,10.2007 stwierdził, że „znane światowe zasoby uranu wystarczą według szacunków na ponad 200 lat” oraz że „energia jądrowa ma długą przyszłość, ponieważ opiera się ona na wykorzystaniu zasobów, które wydłużą okres ewentualnego stosowania energii jądrowej do tysięcy lat”

• Tego samego zdania są rządy USA, Rosji, Francji, W. Brytanii, Japonii, Chin, Indii, a także takich krajów jak Finlandia czy Czechy, których nie można podejrzewać o ambicje mocarstwowości.

• Po prostu kraje te inwestują w swoją własną przyszłość.

4. Czy produkcja paliwa uranowego jest bezpieczna dla środowiska?

• Przy produkcji paliwa nie ma znaczących ilości odpadów. • Rekultywacji wymagają kopalnie odkrywkowe, bo tam wydobywamy

miliony ton skały, ale radioaktywność tej skały z której usunęliśmy uran jest mniejsza niż była pierwotnie, przed wydobyciem uranu.

• Wystarczyłoby więc skałę płonną umieścić ponownie w wyrobiskach by przywrócić warunki pierwotne.

• Jednakże ze względu na obecność ciężkich metali w skale, a także chemikaliów stosowanych w procesie wymywania uranu, zakres prac przy rekultywacji jest znacznie większy.

• Wydobywanie uranu jest dozwolone tylko przy ścisłym przestrzeganiu bardzo ostrych wymagań ochrony środowiska. W Australii istnieje zbiór aż 53 praw określających te wymagania.

• Rekultywacja kopalni obejmuje drenaż, nawiezienie warstwy gleby, posadzenie drzew i trawy. Natężenie promieniowania jest mniejsze niż przed rozpoczęciem wydobywania uranu.

5. Ile elektrowni atomowych potrzebuje Polska, żeby zastąpić elektrownie węglowe?

• Według dokumentu „Polityka Energetyczna Polski do roku 2030”, zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrośnie w Polsce do 2030 roku o około 100%.w stosunku do zapotrzebowania w 2005 roku.

• Zasoby taniego węgla w Polsce ulegną za 303-40 lat wyczerpaniu

• Limity spalania węgla ustalane przez Unię uniemożliwią nam wykorzystanie nawet tych zasobów które mamy.

• Zgodne oceny PSE i Energoprojektu wskazują, że pierwsza EJ powinna zacząć pracę około 2021 roku, a do 2030 r. powinniśmy wybudować dalszych 7 EJ o mocy 1000 MWe każda.

6a. Gdzie ewentualnie może powstać elektrownia atomowa?

W rejonach potencjalnych lokalizacji 2-ch pierwszych elektrowni jądrowych (EJ) „Żarnowiec” (nad Jez. Żarnowieckim na Pomorzu) i „Warta” (Klempicz w Wielkopolsce) istnieje stosunkowo dobrze rozwinięta infrastruktura przesyłowa, a ponadto aktualnie prowadzona jest lub planowana jej rozbudowa lub modernizacja.

Ograniczenia przesyłowe w KSP w 2003 r. Ograniczenia przesyłowe w KSP w 2008 r

6b. Gdzie ewentualnie może powstać elektrownia atomowa?

• Żarnowiec- współpraca z elektrownią wodno-pompową, energia dla Trójmiasta

• Teren zbadany, stabilny sejsmicznie, zbudowana infrastruktura.

• Klempicz – chłodzenie w chłodniach kominowych, teren zbadany, stabilny

7. Czy prąd z elektrowni atomowych będzie droższy czy tańszy niż tradycyjnie?

9a Jaki powinien być procent energii ze źródeł odnawialnych, jaki z elektrowni atomowych a jaki z konwencjonalnych, aby zachować

równowagę energetyczno-ekologiczną?

Zapotrzebowanie i moc wiatru, Dania zach. 11-17.08.2002

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 9 18 27 36 45 54 63 72 81 90 99 108

117

126

135

144

153

162

godziny

Mo

c, M

W

zapotrzebowanieMoc wiatru

Moc wiatraków, Dania zachodnia, 18-21.11.2002

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 43 46 50 54 58 62 66 70

godziny

Mo

c (M

W)

Ceny elektrycznosci UE 2007, odbiorcy indyw.

0

5

10

15

20

25

30

Lit

RO

Slve CZ

Fin PL

Fra

EU-27

Nor

Niem

Hol

Dan

Eu

ro/1

00

kW VAT

podatkipodst

0

10

20

30

40

MEURO/TWh

Wiatr ląd Cape Cod EJ

Koszty inwestycyjne na jednostkę energii

9b Jaki powinien być procent energii ze źródeł odnawialnych, jaki z elektrowni atomowych a jaki z konwencjonalnych, aby zachować

równowagę energetyczno-ekologiczną?

• Koszt OZE jest o 200% większy.

• W Polsce dodatkowo wiatry są słabsze niż w Danii – 5 m/s w Łebie, a nie 7 czy 11 m/s.

• Wiatraki wymagają niemal 100% mocy rezerwowej w sieci

• Obszary upraw energetycznych są ograniczone.

• 15% z OZE będzie bardzo

trudno osiągnąć w Polsce.

Roczne średnie prędkości wiatru

0

1

2

3

4

5

6

7

66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

m/s

10. Co się robi z odpadami? Ile ich jest? Gdzie się je składuje?

Ilości odpadów z EJ z reaktorem PWR

Aktywność odpadów:Wysoka 3 m3/GWe-rok

Średnia 22 m3/GWe-rok

Niska 155 m3/GWe-rok

Objętość odpadów radioaktwnych (zeszkliwionych), 1 osoba / życie.

Odpady radioaktywne są zamykane szczelnie i trwale oddzielane od otoczenia człowieka

Radioaktywność odpadów maleje z czasem do zera

11a-Na ile bezpieczny jest transportu paliwa uranowego i odpadów?

• Transport odpadów radioaktywnych jest bezpieczny• Materiały radioaktywne przewozi się już ponad 50 lat. • Co roku przewozi się na świecie 300 milionów ładunków materiałów

radioaktywnych• Większość ładunków przeznaczona jest do szpitali, inne do

przemysłu, laboratoriów naukowych i EJ. Około 1% to materiały wysokoaktywne.

• Nikt nie stracił życia ani zdrowia wskutek uwolnień lub promieniowania przewożonych materiałów radioaktywnych.

• Inne rodzaje transportu mogą czerpać wzór z bezpieczeństwa przewozu odpadów i materiałów radioaktywnych.

Do transportu wypalonego paliwa stosuje się pojemniki typu B – odporne nawet na najcięższe awarie

Testy dla pojemników typu B obejmują zderzenia pociągów, upadek z 9 m, uderzenie w żelazny pręt, pożar przez 30 minut, zatopienie w wodzie - wszystkie przy parametrach ekstremalnych, cięższych niż możliwe w praktyce.

I po tych wszystkich kolejnych próbach pojemniki muszą pozostać szczelne i zapewniać dobrą osłonę.

Skutki testu zderzenia pociągów

• Skutki zderzenia- pociąg zniszczony, ale pojemnik zachował szczelność i kształt, odkształcenia są niewielkie. A przecież pociągi z paliwem wypalonym jadą znacznie wolniej- w Polsce max. 60 km/h.

Skutki zderzenia- pociąg zniszczony, ale pojemnik zachował szczelność i kształt, odkształcenia są niewielkie. A przecież pociągi z paliwem wypalonym jadą znacznie wolniej - w Polsce max. 60 km/h.

Testy zderzeń wykonuje się także dla transportu samochodowego

Inne testy pojemników do przewozu odpadów radioaktywnych

Test pożaru - pojemnik musi wytrzymać pożar 30 minut bez utraty szczelności. Test wykonuje się przez 90 minut. Temperatura powierzchni pojemnika - 750 oC. Ale temperatura wewnątrz pojemnika – poniżej 150 oC, pręty paliwowe pozostają nienaruszone.

Pojemnik musi też wytrzymać upadek z 9 m. i test dziurawienia – wbicie żelaznego pręta w bok pojemnika

Na zdjęciu z prawej widać skutki upadku modelu pojemnika z wysokości 9 m na twardą powierzchnię.

Pojemnik jest odkształcony, ale nadal szczelny. Na zakończenie wykonuje się test zatopienia pod wodą.

Test dziurawienia siłą 4 mln N można porównać ze zderzeniem pociągów w 1997 r. koło Della, Kansas, USA. Waga jednego z pociągów wynosiła 5347 ton, długość 2 km, waga drugiego 3925 ton, długość 1800 m. Zderzenie spowodowało śmierć jednego maszynisty i rany drugiego, pożar i ewakuację 1500 ludzi. Siła zderzenia – 2 mln N.

Click to view picture

Skutki zderzenia pociągów w 1997 r. koło Della, Kansas, USA

12. Jak długo wypalone paliwo jest groźne i promieniotwórcze?

10 100 1000 10000 100000Czas przechowywania, lat

0.01

0.10

1.00

10.00

100.00

1000.00

10000.00

WZ

R, k

m3

H2O

/GW

.a

Paliwo wypalone

W K m ax

W K m in

Odpady po przerobiepaliwa EJ

Ruda uranowa

W ZRodp,grf

12. Czy umiemy przechować paliwo przez 1000 lat - 10 000 lat

Vasa – najpotężniejszy okręt wojenny na Bałtyku. Co pozostało po 333 latach pod wodą ?

Wśród obiektów wydobytych były między wielu innymi baryłki piwa, ciągle jeszcze zawierające piwo!

+2.25

+4.1

+.6.33

-2.85

+1.1

12250

R 3250

R 2250

-2.85

Komoragorąca

Zestawy paliwowew kanałach technologicznych

Basen technologiczny

Śluza

Wypalone paliwo

Reaktor

Reaktor MARIA z basenem technologicznym i wypalonym paliwem.

Basen z wypalonym paliwem w reaktorze MARIA. Szczelność paliwa kontroluje się systematycznie zasysając wodę z nad zestawów paliwowych.Po ostudzeniu w basenie wodnym (3 lata) paliwo jest kapsułowane i przechowywane w powietrzu na sucho.

Technologię kapsułowania opracował Instytut Energii Atomowej w Swierku

Zestaw paliwowy wkładany do kapsuły Spawanie kapsuły wypełnionej helem

Kapsuła z zestawem paliwowym

Zamykanie wypalonych i ostudzonych zestawów paliwowych reaktora MARIA w szczelne kapsuły w atmosferze helowej do długotrwałego przechowywania w powietrzuZamknięto już 144 zestawy (około 50% ) i połowę z nich wywieziono do przechowalnika paliwa 19A

1400

33

00

BETON

RUROCIĄGWENTYLACYJNY

Wypalone

paliwo

5850 mm

2500 mm

Komora 3 Komora 4

Komora 1 Komora 2

1400 mm

1340 mm

2690

mm

500

mm

BE

TO

N

WYPALONE PALIWO

Hala operacyjna Pojemnik transportowy

Pomieszczenie pomocnicze

Zbiornik Nr 2 Wypalone paliwo

BETON

Zbiornik Nr 1

3 m 5,5 m

Wózek transportowy

BETON

Przekrój pionowy przechowalnika wypalonego paliwa Ek-10 (obiekt Nr 19

Przekrój pionowy komory przechowawczej wypalonego paliwa

w obiekcie 19.

Rozmieszczenie komór przechowawczych wypalonego paliwa w obiekcie

Przekrój pionowy przechowalnika wypalonego paliwa WWR-SM i WWR-M2 (obiekt 19A).

Czy potrafimy?

• Tak!• Mamy za sobą 40 lat pracy reaktorów badawczych z 8 rodzajami

paliwa, demontaż reaktora EWA po 35 latach pracy, udane kapsułowanie i składowanie na sucho paliwa o bardzo wysokim obciążeniu cieplnym, pomyślną produkcję izotopów przez 40 lat, pomyślne transporty i składowanie odpadów radioaktywnych w Różanie...

• Nasz przemysł już przed 20 laty produkował ciężkie wyposażenie dla EJ, układy elektroniczne, sterowanie, układy dozymetryczne, elementy konstrukcyjne...

• Nasi eksperci są cenieni w Unii Europejskiej. Potrzebujemy decyzji parlamentu i możemy zapewnić, że nowa EJ będzie bezpieczna, da tani prąd i pozwoli zachować czyste niebo.