Energetyka jądrowa – szanse i wyzwania

Dla uzyskania poziomu rozwoju gospodarczego przynajmniej na poziomie średniej unijnej konieczny jest dalszy i szybki wzrost gospodarczy. Jednocześnie kolejne dwa procesy nałożą się na siebie w czasie: konieczność zmiany miksu energetycznego przy jednoczesnym wzroście zapotrzebowania na energię elektryczną, wynikającym z elektryfikacji wielu gałęzi polskiej gospodarki. Przez zmianę miksu energetycznego należy rozumieć odchodzenie od wykorzystania emisyjnych paliw kopalnych w kierunku źródeł nisko- i zeroemisyjnych.

Dla uniknięcia sektorowych barier dalszego wzrostu gospodarczego konieczne jest i będzie utrzymanie stabilnych dostaw energii elektrycznej w wymaganych ilościach i po akceptowalnych cenach.

Produkcja energii elektrycznej z elektrowni jądrowej, charakteryzująca się niskimi kosztami operacyjnymi oraz stabilnością, może stanowić istotne wsparcie w zakresie zapewnienia ciągłości dostaw energii elektrycznej po konkurencyjnej cenie dla polskiej gospodarki.

Jak działają elektrownie jądrowe? Jak powstaje energia jądrowa?

Zasada działania elektrowni jądrowych jest bardzo podobna do elektrowni konwencjonalnych opartych na paliwach kopalnych. Różnica występuje w procesie wytwarzania ciepła – zamiast spalania węgla w kotle energetycznym dochodzi do rozszczepienia jądra atomu (najczęściej uranu-235) w reaktorze jądrowym.

Sama reakcja rozszczepienia jest możliwa, gdy neutron uderza w jądro atomu uranu (lub innego materiału rozszczepialnego), co skutkuje uwolnieniem ogromnej ilości energii cieplnej oraz dodatkowych neutronów, które mogą rozszczepić kolejne jądra atomów. W ten sposób wywoływana jest reakcja łańcuchowa. Aby zapewnić kontrolę nad tą reakcją i uniknąć jej samowzmacniania, a jednocześnie umożliwić sterowanie reaktorem jądrowym, wykorzystuje się pręty kontrolne, które pochłaniają nadmiar uwolnionych neutronów.

Najpowszechniej wykorzystywanymi technologiami reaktorowymi na świecie są technologie:

• PWR (reaktory wodne ciśnieniowe, takie jak np. AP1000, które zostaną dostarczone do pierwszej polskiej elektrowni jądrowej w Choczewie),
• BWR (reaktory wodne wrzące, takie jak np. BWRX-300, czyli typ reaktora, który w Polsce planuje budować Orlen Synthos Green Energy).

W zależności od technologii reaktora wytworzone ciepło w postaci gorącej wody może być następnie wykorzystywane w wytwornicy pary (w przypadku technologii PWR), w której wytwarza się para wodna, która następnie jest podawana na turbinę. W technologii BWR para wodna wytwarzana w reaktorze jest z kolei bezpośrednio podawana na turbinę. Turbiny są połączone z generatorami, które przekształcają energię mechaniczną turbin w energię elektryczną (tak samo jak w przypadku elektrowni konwencjonalnych).

W całym procesie wytwarzania energii jądrowej kluczowe jest utrzymanie bezpieczeństwa jądrowego oraz ochrony radiologicznej. Z tego względu elektrownie jądrowe są wyposażone w zaawansowane systemy bezpieczeństwa, które mają za zadanie zapobiegać uwolnieniu substancji promieniotwórczych do środowiska oraz zapewnić chłodzenie rdzenia reaktora – nawet w przypadku wystąpienia awarii.

Bezpieczeństwo przede wszystkim: zapewnianie bezpieczeństwa jądrowego poprzez minimalizację ryzyka

Sektor jądrowy rozumiany jako sektor, w którym prowadzona jest działalność związana z narażeniem na promieniowanie jonizujące, podlega restrykcyjnym regulacjom, ponieważ ryzyka, jakie ze sobą niesie, są bardzo specyficzne. Zapewnienie bezpieczeństwa jądrowego na etapie budowy, rozruchu oraz eksploatacji elektrowni jądrowej jest kluczowym aspektem każdego projektu jądrowego.

Fundamentem bezpieczeństwa jądrowego jest tzw. „obrona w głąb”, czyli sekwencja poziomów bezpieczeństwa, zgodnie z którą bezpieczeństwo zapewnia się przez wiele różnych barier, środków technicznych i przedsięwzięć organizacyjnych. Do tych rozwiązań należą m.in. specjalnie dedykowane systemy bezpieczeństwa czy nadzór pracy elektrowni przez jej systemy oraz personel.

To właśnie od zbudowania tzw. kultury bezpieczeństwa (zbudowania podstawowych wartości i zachowań zarówno wśród samych pracowników elektrowni, jak i wszystkich osób zaangażowanych w proces projektowania, budowy i rozruchu elektrowni jądrowej) zależy w głównej mierze zapewnienie wysokiego poziomu bezpieczeństwa jądrowego. Zaangażowane osoby muszą przestrzegać określonych procedur postępowania i zwracać szczególną uwagę na wszelkie uchybienia w tym zakresie oraz być wyczulone na jakiekolwiek nieprawidłowości w pracy urządzeń czy pracowników.

Ekonomiczne aspekty funkcjonowania elektrowni jądrowych

Realizacja projektów budowy elektrowni jądrowych jest przedsięwzięciem bardzo złożonym, czasochłonnym i kapitałochłonnym. Obarczona jest wieloma ryzykami, co ma bezpośrednie przełożenie na wysoki poziom kosztów finansowania inwestycji, odpowiednio do ponoszonego ryzyka. Stanowi to bardzo często główny powód żywych dyskusji i analizowania opłacalności poszczególnych inwestycji.

Cechą charakterystyczną projektów jądrowych jest konieczność poniesienia wysokich nakładów inwestycyjnych już na etapie budowy elektrowni jądrowej. To generuje ryzyka w zakresie pozyskania odpowiedniego kapitału (z długim okresem zwrotu, ponad standardowy na rynkach finansowych) na początku cyklu życia projektu jądrowego.

Podstawowym „driverem” kosztu produkcji energii elektrycznej w elektrowni jądrowej jest koszt kapitału obcego i kapitału własnego, wynikający ze specyficznych ryzyk realizacji projektu budowy elektrowni jądrowej i długoterminowego charakteru projektu jądrowego.

• Koszt kapitału – jest to zwrot zainwestowanego kapitału wraz z oczekiwanym zyskiem akcjonariuszy projektu i dostawców finansowania dłużnego, który stanowi ok. 60–70% kosztu produkcji energii elektrycznej.
• Koszty zmienne – koszty operacyjne elektrowni proporcjonalne do wielkości produkcji energii elektrycznej (np. koszty paliwa jądrowego czy opłaty na rzecz funduszu w zakresie gospodarki odpadami promieniotwórczymi, wypalonym paliwem jądrowym oraz na potrzeby końcowej likwidacji elektrowni jądrowej), które stanowią ok. 15–20% kosztu produkcji energii elektrycznej.
• Koszty stałe – koszty operacyjne elektrowni niezależne od wielkości produkcji energii elektrycznej (np. wynagrodzenia pracowników elektrowni), które stanowią ok. 15–20% kosztu produkcji energii elektrycznej.

W tym kontekście sprostanie wyzwaniu w postaci zapewnienia rentowności projektu jądrowego będzie wymagać podjęcia działań w zakresie m.in. przygotowania odpowiedniego modelu finansowego uwzględniającego dedykowany system wsparcia, taki jak CfD czy rynek mocy. Systemy wsparcia mogą umożliwić redukcję ryzyk projektowych, co przełoży się na zmniejszenie kosztu kapitału oraz w efekcie na zmniejszenie kosztu produkcji energii elektrycznej w elektrowni jądrowej.

Więcej o wyzwaniach sektora energetycznego przeczytasz w artykule: Siedem wyzwań dla sektora energetycznego. 

Akceptacja społeczna energetyki jądrowej

W Polsce akceptacja społeczna dla energetyki jądrowej utrzymywała się przez ostatnią dekadę na wysokim poziomie, a po wybuchu wojny w Ukrainie i kryzysie energetycznym wzrosła do niespotykanego wcześniej poziomu 86% [1].

Energetyka jądrowa na świecie i w Unii Europejskiej

Od początku XXI w. poziom mocy zainstalowanej w elektrowniach jądrowych na świecie jest na relatywnie stałym poziomie (w kwietniu 2024 r. globalny poziom mocy wyniósł 376 GW). Produkcja energii elektrycznej okresowo spadała, z uwagi na bezprecedensowe wydarzenia na świecie takie jak awaria w elektrowni jądrowej Fukushima czy wystąpienie pandemii COVID-19. Niemniej energetyka jądrowa na świecie nadal dostarcza ok. 10% [2] zapotrzebowania na energię elektryczną, a dodatkowo prognozowane jest praktycznie podwojenie mocy w elektrowniach jądrowych do 2050 r. [3].

Na poziomie Unii Europejskiej energetyka jądrowa odgrywa ważną rolę, dostarczając prawie 25% produkowanej energii elektrycznej. Jednocześnie obserwowane są istotne trendy, które będą mieć bezpośrednie przełożenie na rozwój energetyki jądrowej w UE, takie jak ambitne cele polityki klimatycznej (Unia Europejska zobowiązała się do podjęcia ambitnych działań w dziedzinie zmniejszenia śladu węglowego państw członkowskich) czy uwzględnienie energetyki jądrowej w regulacjach i dokumentach strategicznych UE (takich jak Taksonomia, EMD czy Net-Zero Industry Act).

Energetyka jądrowa w Polsce

Geneza rozwoju energetyki jądrowej w Polsce sięga lat 70. Jednakże w wyniku transformacji ustrojowej oraz sprzeciwu społecznego wywołanego awarią elektrowni w Czarnobylu prace nad budową elektrowni jądrowej w Żarnowcu zostały zatrzymane na początku lat 90.

Powrót do tematu energetyki jądrowej na początku XXI w. i prace nad ramami prawnymi z nią związanymi poskutkowały stworzeniem Polskiego Programu Energetyki Jądrowej (PPEJ) w 2014 r., stanowiącego potwierdzenie poparcia politycznego rozwoju energetyki jądrowej. Obecna wersja PPEJ zakłada powstanie od 6 do 9 GW mocy w wielkoskalowych elektrowniach. Jednocześnie równolegle do programu rządowego realizowane są projekty z udziałem podmiotów prywatnych, zarówno w zakresie wielkoskalowej energetyki jądrowej, jak i SMR. Liczba planowanych inwestycji w tym obszarze dynamicznie rośnie.

Należy także podkreślić, że Polska ma już doświadczenie w zakresie budowy i eksploatacji badawczych reaktorów jądrowych. W Polsce funkcjonuje reaktor badawczy „Maria” o mocy cieplnej 30 MW w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Otwocku koło Warszawy.