Wpływ energetyki jądrowej na bilans energetyczny i jej rola w redukcji emisji CO2

II Szkoła Energetyki Jądrowej

4.11.2009 Warszawa

II Szkoła Energetyki Jądrowej

4.11.2009 Warszawa

BILANS ENERGETYCZNY ENERGETYKI

JĄDROWEJ I JEJ ROLA W REDUKCJI

EMISJI CO

₂

Doc. dr inż. A. Strupczewski

Plany rozwoju energetyki jądrowej w Polsce

Plany rozwoju energetyki jądrowej w Polsce

Postulat: zbudować 2 EJ po 3 000 MWe, pierwszy blok w 2020 r. Oznacza to bardzo ambitny i trudny harmonogram. Ale nawet przy

przesunięciu czasowym - i tak EJ warto budować.

Energetyka jądrowa zwiększa bezpieczeństwo energetyczne, bo (i) wytwarza elektryczność przy niskiej emisji CO2

(ii) zwiększa różnorodność źródeł,

(iii) zmniejsza podatność na gwałtowne zmiany cen paliw

Energetyka jądrowa jest obecnie najtańszym źródłem energii (opinia Finlandii, Francji, W. Brytanii, Włoch, Parlamentu UE)

Energetyka jądrowa pozwala zachować cenne surowce organiczne (gaz, węgiel) dla przyszłych pokoleń

Czy Polska się nie uzależni energetycznie kupując

paliwo od innych krajów?

Czy Polska się nie uzależni energetycznie kupując

paliwo od innych krajów?

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.

Ilość potrzebnego uranu to 162 t U nat. rocznie na 1000 MWe, a więc na 6000 MWe przez 60 lat 58 000 ton U nat

Do elektrowni węglowej o tej samej moc potrzeba byłoby rocznie 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

Postulat: zbudować 2 EJ po 3 000

MWe, pierwszy blok w 2020 r.

Bloki uruchomione w latach 2020 – 2030 będą pracować do 2090 r. Uranu musi więc wystarczyć do końca

XXI wieku. .

Zasoby uranu na świecie 24% 17% 9% 7% 7% 6% 6% 5% 4%2% 2% 2% 1%1% 6% Australia Kazachstan Kanada USA RPA Namibia Brazylia Niger Rosja. Uzbekistan Ukraina Jordan Indie Chiny Inne

Jakie mamy zasoby uranu opłacalne do

wydobycia po cenie do 130 USD/kg(U)?

EJ dostarcza energię elektryczną po stałej cenie, niezależnie od wahań cen na światowym rynku surowcowym. Pomaga to w

utrzymaniu stabilności cen energii, co sprzyja

zrównoważonemu rozwojowi.

Kategoria zasobów Zidentyfi - kowane Wszystkie konwencjo nalne Konwencjonalne i niekonwencjona lne, (fosfaty) Reaktory LWR/ Obecny cykl otwarty.

100 lat 300 lat 1690 lat Prędkie reakt.

powielające. recykling Pu.

3070 lat 8990 lat 56 680 lat Prędkie reaktory powielające, recykling uranu i aktynowców. 24 000 lat 71 000 lat 472 000 lat

Uran wydobywany jest w krajach stabilnych politycznie. Nie

grozi nam szantaż ze strony Australii czy Kanady

Uran wydobywany jest w krajach stabilnych politycznie. Nie

grozi nam szantaż ze strony Australii czy Kanady

Ile mamy na świecie uranu w złożach o różnej zawartości

U3O8?

Ile mamy na świecie uranu w złożach o różnej zawartości

U3O8?

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+05 2.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

ml

n ton

Dalsza eksploracja i wyższe ceny spowodują wzrost znanych zasobów w miarę

zużywania obecnie rozpoznanych złóż. W miarę jak rozpatrujemy coraz uboższe złoża, ilość uranu możliwego do wydobycia rośnie.

W granicach od 1% do 0,0001% U3O8 przy obniżeniu zawartości uranu w rudzie 10 razy ilość łączna jego zasobów rośnie średnio o 2 rzędy wielkości.

Kluczową sprawą dla oceny zasobów uranu jest więc stwierdzenie, przy jakiej zawartości uranu w rudzie opłaca się go jeszcze wydobywać

Przeciwnicy EJ twierdzą, że z rud ubogich nie można

uzyskać energii netto.

Przeciwnicy EJ twierdzą, że z rud ubogich nie można

uzyskać energii netto.

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.

Energia uzyskiwana w EJ

Energia uzyskiwana w EJ

 EJ o mocy 1000 MWe, współczynnik obciążenia 82%, okres 40 lat, -to

przyjmują SLS .

 To odpowiada parametrom sprzed 20 lat, przy głębokości wypalenia

paliwa rzędu 30 000 MWd/t(U). Obecnie głębokość wypalenia wzrosła i np. w reaktorze AP 1000 przyjęta jest równa 60 000 MWd/t(U).

 Przyjęcie tych wartości - to duża pesymizacja.

 SLS podają, że reaktor taki zużywa rocznie 162.35 tony uranu

naturalnego i daje energię elektryczną brutto

 Egross = 25 860 TJ(el)/rok = 7.183•TWh/rok  Lub w jednostkach energii cieplnej TJ(t)

Energia uzyskiwana w EJ

478 TJ(t)/t (Unat)

Nakłady energetyczne w jądrowym cyklu paliwowym

-energia na pozyskanie uranu jest małą częścią bilansu

Nakłady energetyczne w jądrowym cyklu paliwowym

-energia na pozyskanie uranu jest małą częścią bilansu

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) 4.69 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)

Bilans energetyczny dla kopalni Ranger,

koncentracja uranu 0.234% U w rudzie

Bilans energetyczny dla kopalni Ranger,

koncentracja uranu 0.234% U w rudzie

Produkcja roczna U

O

w kopalni Ranger wyniosła 5910 ton.

Wg WNA, energia zużywana lokalnie (w kopalni i na terenie wokoło

kopalni, w tym na produkcję kwasu siarkowego, ale bez

uwzględnienia energii w materiałach zakupywanych z zewnątrz)

Energia potrzebna na wydobycie i

oczyszczenie tony uranu w Ranger

Energia potrzebna na wydobycie i

oczyszczenie tony uranu w Ranger



Energia potrzebna na tonę U

O

wyniosła więc (przeliczając energię

elektryczną na równoważną energię cieplną)



(101 x 3 + 1699) TJ(t)/5910 ton(U

O

) = 338 GJ(t)/t(U

O

)



W sumie zapotrzebowanie energii zużytej lokalnie i zawartej w

sprowadzonych materiałach 165 + 338 =

503 GJ(T)/t(U

O

),



Po uwzględnieniu współczynnika przeliczeniowego zawartości uranu

w U

O

równego 0,848 t(U)/t(U

O

)



503 GJ(T)/t(U

O

) / 0,848 t(U)/t(U

O

) = 593 GJ(t)/t(U)



Ale skoro rozpatrujemy pełny cykl życiowy – od kolebki do grobu

Jakie są wymagania odnośnie rekultywacji

kopalni uranu?

Jakie są wymagania odnośnie rekultywacji

kopalni uranu?

 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.

Bezpieczeństwo w kopalniach węgla w

Polsce i uranu w Rossing w Afryce

Bezpieczeństwo w kopalniach węgla w

Polsce i uranu w Rossing w Afryce

Do końca sierpnia 2009 w Polsce w branży górniczej 2232 wypadków, z czego 1765 zdarzyło się w kopalniach węgla kamiennego.

Śmierć przy pracy w tej branży w okresie od stycznia do września 2009 poniosły już 33 osoby, z czego 31 w kopalniach węgla kamiennego.

W Namibii - Rossing – 4 wypadki powodujące stratę czasu pracy w 2003 r, 1 taki wypadek w 2004 r.

W 2008 r. zero nowych przypadków pylicy płuc, zapalenia skóry, utraty słuchu, chronicznego bronchitu

Wydobycie 4108 ton U3O8, tj dosyc dla EJ o mocy 25 GWe produkujących 200 TWh rocznie – więcej niż cała produkcja energii elektrycznej w

Polsce.

Liczba osób napromieniowanych w Rossing powyżej 20 mSv/rok – zero od 2004 do 2008 roku.

Małe narażenie

radiacyjne

pracowników

kopalni uranu

Małe narażenie

radiacyjne

pracowników

kopalni uranu

Dawki promieniowania dla pracowników kopalni

Ranger są dużo mniejsze od dozwolonych i stale maleją. „Designated workers” to ludzie mogący potencjalnie otrzymywać dawki roczne powyżej 5 mSv.

Dla pozostałych

pracowników maks. dawka w 2005 r., wyniosła 0.9 mSv. Tło promieniowania to 2-3 mSv/a.

Bezpieczeństwo pracy w kopalniach uranu,

przykład Rossing, Namibia - Afryka

Bezpieczeństwo pracy w kopalniach uranu,

przykład Rossing, Namibia - Afryka

21 ₁₈ 23 15 ₁₂ 14 14 8 14 12 18 9 9 _{5 6} 4 _{1 0 0} 200 191 173 136 129 120 94 97 83 83 85 70 45 35 29 31 34 0 50 100 150 200 250 Li czb a w yp ad kó w , roczn ie

Wypadki w kopalni uranu Rossing, Namibia

Wypadki powodujące utratę czasu pracy Wypadki nie powodujące utraty czasu pracy

Narażenie radiacyjne podczas normalnej

pracy i po rekultywacji kopalni jest małe.

Narażenie radiacyjne podczas normalnej

pracy i po rekultywacji kopalni jest małe.

Około 95% radioaktywności rudy pochodzi od łańcucha rozpadu U-238, co dla rudy 0.3 U3O8 daje 450 kBq/kg rudy np. kopalnia Ranger. Po usunięciu U-238. dwa izotopy krótkożycioweTh-234 i Pa-krótkożycioweTh-234 zanikają, tak że po kilku miesiącach aktywność rudy maleje do 70%. Izotopem

regulującym aktywność staje się Th-230, o okresie połowicznego rozpadu 77,000 lat, z którego powstaje Ra-226 a następnie radon Rn-222.

Podczas normalnej pracy kopalni materiał w

zbiorniku odpadów jest zwykle przykryty warstwą wody dla zredukowania radioaktywności

powierzchniowej i uwolnień radonu (chociaż przy rudzie ubogiej nie powoduje to zagrożenia).

Po zakończeniu eksploatacji złóż zwykle pokrywa się odpady dwoma metrami gliny i glebą dla

obniżenia radioaktywności do normalnego poziomu w otoczeniu.

Energia na rekultywację kopalni

Ranger

Energia na rekultywację kopalni

Ranger

W kopalni Ranger skała płonna i odpady z procesu oczyszczania

uranu zostaną umieszczone w wyrobiskach pozostałych po

wydobyciu rudy i przykryte warstwą gleby, na której zostanie

posiana trawa i posadzone będą drzewa. Zabezpieczy to przed

procesami erozji na powierzchni rekultywowanego terenu.

Przyjmiemy

z zapasem

wartość 195 GJ/t(U) charakteryzującą

koszty energetyczne w kopalni Ranger podczas wydobywania

uranu.

Wg SLS, dla s = 10 km, wkład energii na wydobycie 1 tony skały

(rudy lub nadkładu) wynosi E(transport) = 66.0 MJ(t)/t.

Przy stosunku masy nadkładu do masy rudy S = 3 i koncentracji

uranu 0.234 %U otrzymujemy wg SLS nakład energii na tonę

uranu równy 66 MJ(t)/t(skały) x (3+1) /0.00234 t(U)/t(skały) =

Porównania dla kopalni Ranger – dane

rzeczywiste i szacunki przeciwników

Porównania dla kopalni Ranger – dane

rzeczywiste i szacunki przeciwników

Ostatecznie, łącznie nakłady energetyczne na wydobycie i

oczyszczanie uranu wraz z uwzględnieniem rekultywacji terenu kopalni z dużym marginesem zapasu wyniosą

593 GJ(t)/t(U) + 195 GJ(t)/tU = 788 GJ(t)/t(U)

Jest to zaledwie 0,0016, tzn. 0,16% energii uzyskiwanej z 1 tony uranu

naturalnego równej 478 TJ(t)/t(U).

Natomiast wg SLS, energia potrzebna na wydobycie i oczyszczenie

uranu w kopalni Ranger wynosi 1080 GJ(t)/t(U).

Ponadto, energia „potrzebna na rekultywację oceniana jest na

czterokrotnie większą od energii potrzebnej na wydobycie jednostki masy z pokładów w kopalni”, równej (wg SLS) E(wydobycie) = 1.06 GJ(t)/t rudy.

Masę odpadów, włączając w to wapień i bentonit, które zdaniem SL winny być dodane dla ustabilizowania odpadów, ocenia SLS na „dwukrotnie

większą od masy wydobytej rudy.”

Wynik: energia potrzebna do rekultywacji jest 8 razy większa od energii

Wyniki SLS dla kopalni Ranger

Wyniki SLS dla kopalni Ranger

 Dla kopalni Ranger, gdzie wydobywana masa rudy wnosi 2293 000

t/a, energia potrzebna wg SLS na rekultywację byłaby równa

 2293 000 t/a x 2 x 4.2 GJ(t)/t = 19.26 106 GJ(t)/a

 W przeliczeniu na masę uranu energia potrzebna na rekultywację wg

SLS byłaby

 E(rekult) = 19.26 106 GJ(t)/a / 5910 t(U₃O₈) = 3260 GJ(t)/t(U₃O₈) =

3840 GJ/t(U)

 Razem z energią potrzebną wg SLS na wydobycie i oczyszczenie

uranu dałoby to 4920 GJ(t)/t(U).

 Jest to wartość znacznie większa niż wielkość 788 GJ(t)/t(U), którą

określiliśmy powyżej. Jak widać, już dla rudy o zawartości uranu 0,234% oceny SLS są ponad 6 razy większe niż dane rzeczywiste.

Kopalnia Rossing – zawartość uranu poniżej 0,03%

0.0276%U w rudzie

Kopalnia Rossing – zawartość uranu poniżej 0,03%

0.0276%U w rudzie



W 2006 r. kopalnia Rossing wyprodukowała 3 617 ton U

O

, a

zużycie energii na terenie kopalni wyniosło 1366 TJ(t).

Jednostkowe zużycie energii na tonę rudy wyniosło 113.7 MJ/t.

Odpowiada to zużyciu energii cieplnej na tonę uranu równemu

113.6 MJ(t)/t(rudy)/0.000276 t(U)/t(rudy) = 411 GJ/t(U).



Jest to 2x więcej niż w Ranger, Dlaczego nie 10 razy więcej,

mimo 10-krotnego obniżenia zawartości uranu w rudzie?



Wielkość potrzebnej energii zależy silnie od lokalnych

warunków,



Stosunek masy nadkładu do masy rudy w Ranger S =3.



W Rossing 0.7 do 1,43, a w 2006 roku wyniósł 0.71.



Ale wg SLS zużycie energii cieplnej w Rossing powinno być

Oceny wg SLS dla kopalni Rossing

Oceny wg SLS dla kopalni Rossing

 Gdyby tak było, to przy produkcji

rocznej 3 617 ton U₃O₈ kopalnia Rossing zużywałaby energię 3617 x 0,848 x 17 TJ/t(U) = 52142 TJ/a.

 Przy cenie $1 za litr paliwa, przy

wartości energetycznej 43 MJ/kg i gęstości ropy 0,848 kg/litr, cena

 1 USD za 43 x 0.848 = 36 MJ.  Energia potrzebna dla Rossing

kosztowałaby więc 472 000 USD/T(U).

 Gdyby SLS mieli rację, to przy

cenie uranu wynoszącej przez szereg lat około 40 000 USD/t(U) wydobycie każdej tony uranu

przynosiłoby kopalni Rossing straty w wysokości 430 000 USD!

Wg SLS energia potrzebna na wydobycie i oczyszczanie uranu (bez rekultywacji kopalni) z rudy o zawartości 0,023% wynosi 17 TJ/t(U).

Czy można otrzymać dodatni bilans energii przy rudzie

zawierającej 0.013% Uranu?

Kopalnia Trekkopje w Namibii, 0.0126% U3O8

Czy można otrzymać dodatni bilans energii przy rudzie

zawierającej 0.013% Uranu?

Kopalnia Trekkopje w Namibii, 0.0126% U3O8

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

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

Schemat wymywania uranu z rudy w Trekkopje

a) rura natryskowa, b) drobno pokruszona ruda, c) warstwa drenażowa, d) geo-membrana polietylenowa o wysokiej gęstości (HDPE), e) warstwa gliny, f) pompa, g) rów zbierania roztworu

Z rudy zawierającej 0.013% Uranu otrzymuje się 275 razy

więcej energii niż zużywamy na jej wydobycie i oczyszczenie

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)/a

Energia 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)/a

Skoro 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.

Czy Trekkoppje może zużywać tak dużo

energii jak twierdzą SLS?

Czy Trekkoppje może zużywać tak dużo

energii jak twierdzą SLS?

 Wg wzorów SLS zużycie energii na wydoycie rudy uranowej o

zawartożści 0,013 % uranu to

 E(0,013)= 29,3 TJ/tU

 Gdyby uzyskanie jednej tony U₃O₈ z rudy ubogiej (0,01% U3O8)

rzeczywiście wymagało 29,3 TJ/t(U), to przy wydajności kopalni Trekkopje, której roczne wydobycie uranu wyniesie 4884 t(U)/rok trzeba byłoby zużyć energię 29,3 TJ(t)/t(U) x 4884 t(U) = 143 PJ(t) .

 Ale całe zużycie energii elektrycznej w Namibii ze wszystkimi

kopalniami uranu i innych minerałów wynosi 2.77 mld kWh = 9.97 PJ, a całkowite zużycie elektrycznej i cieplnej (ropa naftowa i jej przetwory) na cały kraj - 0.0566 quadów = 59,7 PJ(t)

 Postulowane przez SLS zużycie energii dla Trekkopje jest więc

2-krotnie większe niż rzeczywiste zużycie energii dla całego kraju!

Źródła błędu SLS: przestarzałe dane i błąd w

rozumowaniu

Źródła błędu SLS: przestarzałe dane i błąd w

rozumowaniu

SLS wzięli dane z 1975 r. dla bogatej rudy w piaskowcach w USA,

zawierającej 0,22% U₃O₈. Nie uwzględnili postępu technicznego, jaki nastąpił w ciągu ostatnich 40 lat.

Np. Kistemaker (1976) r. zaobserwował w RPA, duże straty przy

ekstrakcji z rudy poniżej 0,02% U₃O_8. Kopalnie uranu w Valencia i Trekkopje wykazują, jak bardzo to twierdzenie się zdezaktualizowało Prawidłowy wzór winien mieć postać E (wydobycie) = C_s (1+S) /G

 C_s - wskaźnik energii potrzebnej na wydobycie tony skały lub rudy,  S - stosunek masy skały płonnej do rudy

SLS uznali, że wartość S = 50 występująca w USA przed 30 laty jest wielkością typową dla wszystkich pokładów rudy uranowej. W ich

wzorze, zamiast zmiennej wielkości C_s (1+S) zależnej od stosunku S masy nadkładu do masy rudy przyjęto stałą C określoną dla S = 50. Gdy S jest mniejsze od 50, wzór SLS daje wyniki zawyżone. Gdy w

Sprawdzenie finansowe prawdziwości

twierdzeń SLS

Sprawdzenie finansowe prawdziwości

twierdzeń SLS

Gdyby twierdzenia SLS były słuszne,

to i kopalnia Rossing i Trekkopje przynosiłyby ogromne straty.

Gdyby rozpatrywać najtańsze źródło

energii w postaci ropy do silników diesla, to przy cenie $1 za litr paliwa, przy wartości energetycznej 43

MJ(t)/kg i gęstości ropy 0,848 kg/litr, za 1 USD można byłoby uzyskać energię 36 MJ(t). Energia potrzebna dla

Trekkopje równa według wzoru SLS 29,3 TJ(t)/t(U) kosztowałaby 810 000 USD/t(U).

Zakładając, że kopalnia Trekkopje

będzie pracowała przy cenie uranu 130 USD/kg (U) , każda tona przynosiłaby stratę 680 000 USD! Kto chciałby

budować taką kopalnię?

Zmiany cen uranu i ropy w okresie 1994-2009

Ranger, Rossing, Trekkopje, Valencia: wszystkie te kopalnie

przynosiłyby straty, gdyby twierdzenia SLS były prawdziwe!

Wykorzystywanie błędnych twierdzeń SLS

przez przeciwników energetyki jądrowej

Wykorzystywanie błędnych twierdzeń SLS

przez przeciwników energetyki jądrowej

 Wojownicy antynuklearni już bez „zbędnych” refleksji cytują wniosek

SLS, że przy zawartości uranu w rudzie poniżej 0.013% cały jądrowy cykl paliwowy powoduje stratę, a nie zysk energii.

 John Busby “Przy zawartości uranu w rudzie poniżej 0.01% dla

miękkiej rudy i 0.02% dla rudy twardej cykl paliwowy pochłania więcej energii niż można z niego uzyskać”

 Friends of the Earth (Nuclear power not a solution for global warming),

Jim Green (Global warming: Nuclear power no solution) “Zasoby

uranu będą wyczerpane za około 50 lat”,

 Oxford Research Group “niemożliwe jest uzyskanie energii netto z

rudy uranowej o zawartości uranu poniżej około 0.02-0.01% U₃O_8”.

 Energy Watch Group „Pełne obliczenie ...wykazuje, że dla rudy

poniżej 0.02–0.01% uranu bilans energii netto jest ujemny”

0.01 0.05 0.10 0.50 1.00 2.00 5.00 10.00

Zawartosc U3O8 w rudzie, G%

20 60 100 140 0 40 80 120 160 E n er g ia T J/ tU SLS Ch.D

Suma energii cieplnej i elektrycznej wg twierdzen SLS

Dane dla kopalni Trekkopje Razem z rekultywacja 2,4 TJt/tU Wydobycie i oczyszczenie 1.76 TJ/tU przy G = 0,0126% X Krzywe wg SLS Dane realne X Porownanie twierdzen SLS z danymi realnymi 0.0126% Razem Rekultywacja Wydobycie i oczyszczenie uranu Wg SLS 55.4 TJ/tu 154 TJt/tU 98.7 TJt/tU Razem 2,4 TJ/tU Wyd + ocz 1,76 TJt/tU

Dane realne są dziesiątki razy niższe od danych wg twierdzeń SLS.

SLS podawali wielkość potrzebnej energii jako sumę energii cieplnej i elektrycznej dodawanej

bezpośrednio bez uwzględnienia, że energia elektryczna jest zwykle mnożona przez 3 by uzyskać

równoważna energię cieplną. Wielkość energii dla kopalni Trekkopje uwzględnia wszystkie rodzaje energii i przelicznik E= E(t) + 3 E(el).

Mimo to jest ona 50 - krotnie

niższa od liczb podawanych przez SLS

Dane z rzeczywistych kopalni udowodniają, że zużycie

energii na wydobycie uranu jest małe – można

Zasoby uranu w Polsce - obecnie wydobycie

nieopłacalne, bo uran jest tani, ale są!

Zasoby uranu w Polsce - obecnie wydobycie

nieopłacalne, bo uran jest tani, ale są!

 Złoża rudy uranowej w Polsce zawierają od 250 do 1100 ppm uranu,

podczas gdy bardzo dochodowe kopalnie wykorzystują rudę o zawartości 300 ppm (np. Rossing w Namibii), a nawet 126 ppm (Trekkopje w Namibii). Złoża uranu eksploatowane w latach 50-tych zawierały typowo około 2000 ppm.

 Wg przedstawionego w październiku 2008 referatu szwajcarskiego prof.

Prassera, w skali całej Polski łączne zasoby rozpoznane i prawdopodobne to około 100 000 ton uranu naturalnego, a więc dość dla każdego

przewidywalnego programu nuklearnego w naszym kraju. Łącznie zasoby zidentyfikowane wynoszą:

 Σ = 7270 t U co wystarczy na ponad 45 lat pracy reaktorów LWR o mocy

1000 MWe,

 a zasoby prognozowane to Σ ~ 100’000 t U co wystarczy na ponad 625 lat

Region w Polsce Zasoby zidentyfikowane [ton Unat.] Zawartość uranu w rudzie [ppm] Zasoby prognozowane [ton Unat.] Rajsk (Podlasie) 5320 250 88 850 Synklina przybałtycka 10 000 Okrzeszyn (niecka Wałbrzyska Sudety) 940 500-1100 Grzmiąca w Głuszycy Dolnej (Sudety) 790 500 Wambierzyce (Sudety) 220 236 2000

Nasze złoża należą wprawdzie do ubogich, ale niektóre z nich (Wambierzyce, Grzmiąca,

Okrzeszyn) mają szczególną zaletę. Są to złoża pokładowe, o w miarę jednolitym charakterze, co umożliwia ich w miarę regularną eksploatację przez dziesiątki lat

Wielkość składowej uranowej w cenie elektryczności z EJ jest mała, około 0,15 centa/kWh, a więc 0,5 grosza/kWh, przy koszcie wytwarzania energii elektrycznej ok. 15 gr/kWh.

Nawet podwojenie czy potrojenie kosztu uranu nie spowoduje więc zauważalnego wzrostu ceny energii elektrycznej pochodzenia nuklearnego

Ponadto uran można uzyskiwać jako produkt

uboczny przy wydobyciu innych minerałów

Ponadto uran można uzyskiwać jako produkt

uboczny przy wydobyciu innych minerałów

Największa na świecie kopalnia uranu to Olympic Dam w Australii, gdzie uran jest domieszką do złóż miedzi o zawartości 0,02%w rudzie, to jest 200 ppm.

W Polsce także możliwy jest odzysk uranu występującego jako domieszka do pokładów miedzi w rejonie Lubin-Sieroszowice. Zawartość uranu w rudzie wynosi tam ~ 60 ppm, przy zawartości

miedzi 2%. Całkowite zasoby rudy to 2400 mln ton, miedzi 48 mln ton, a uranu 144 000 ton. Stanowi to ekwiwalent ~ 900 GWe-lat, które

można uzyskać z tych zasobów w elektrowniach jądrowych, przy wkładzie energii mniejszym niż 5% energii uzyskiwanej w tych elektrowniach.

Obecna roczna produkcja w zagłębiu Lubin Sieroszowice wynosi ~

569 000 ton Cu, a ilość uranu zrzucana na hałdy to ~ 1 700 t/a. Jest to rocznie ekwiwalent paliwa dla EJ o łącznej mocy 10 000 MWe.

Energia jądrowa kluczem do trwałego rozwoju

Energia jądrowa kluczem do trwałego rozwoju

Twierdzenia przeciwników energetyki jądrowej są tak jaskrawo sprzeczne z

rzeczywistością, że np. we wrześniu 2008 roku komitet naukowy szwajcarskiego sympozjum Physor 08 odrzucił referat zawierający podobne twierdzenia jako sprzeczny z wiedzą naukową i faktami i nie zgodził się na umieszczenie go w programie sympozjum.

Swiat ma duże zasoby rudy uranowej.Można też 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, ... do tysięcy lat”

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

podejrzewać o ambicje mocarstwowości. Po prostu kraje te inwestują w swoją własną przyszłość.

Metody oceny potrzebnych nakładów

energetycznych

Metody oceny potrzebnych nakładów

energetycznych

Metody ocen w całym cyklu życia (Life cycle assessment – LCA)

Metoda analizy łańcucha procesów (process chain analysis - PCA) to technika sumowania od dołu do góry emisji powodowanych przez określone procesy przemysłowe i operacje potrzebne do wytworzenia produktu

analizowanego metodą PCA. Jest to metoda dokładna, ale wymagająca dużego nakładu pracy.

PCA jest wykonywana dla określonych granic systemu, zwykle dobieranych tak by emisje poza dolną i górną granicą tego obszaru były pomijalnie małe Metoda nakładów i efektów (input/output I/O) polega na podejściu

statystycznym z oceną prowadzoną z góry na dół. W metodzie I/O dzieli się całą gospodarkę krajową na określone sektory.

W oparciu o ekonomiczne nakłady i efekty gospodarcze w poszczególnych

sektorach metoda I/O wytwarza strumienie energii i związane z nimi emisje CO2

Aktualna literatura techniczna w zakresie

bilansu energetycznego i emisji CO2 dla EJ

Aktualna literatura techniczna w zakresie

bilansu energetycznego i emisji CO2 dla EJ

Vattenfall (2004; 2005). Studium LCA dla Deklaracji Wpływu EJ na Środowisko opracowanej wg wymagań prawa szwedzkiego i

kontrolowanej przez niezależne agencje. Emisja gazów cieplarnianych dla szwedzkich reaktorów wodnych PWR i BWR z uwzględnieniem pozyskiwania uranu, jego wzbogacania, likwidacji EJ i

unieszkodliwiania odpadów prom. wynosi 4 g (CO₂-eq)/kWh

.

BE (2005): Studium LCA dla Deklaracji Wpływu EJ na Środowisko dwóch bloków z reaktorami AGR w EJ Torness, 5 g(CO₂)/kWh

Dones (2003; et al. 2005) [15]: Studia LCA dla reaktorów LWR w UE; Zakres dla LWR to 5-12 g(CO₂-eq)/kWh (najniższa wartość dla wzbogacania wirówkowego, najwyższa - dla dyfuzyjnego.

Fthenakis i Kim (2007) : Studia LCA dla ogniw fotowoltaicznych i EJ w specyficznych warunkach USA, zakres dla LWR wynosi od 16-55

g(CO₂-eq)/kWh, wartości wyższe –dla dyfuzyjnej metody wzbogacania uranu

Energia potrzebna do wzbogacania w

układzie dyfuzyjnym i wirówkowym

Energia potrzebna do wzbogacania w

układzie dyfuzyjnym i wirówkowym

Izotopy uranu mają takie same własności chemiczne, wzbogacanie następuje w drodze wykorzystania ich różnicy masowej.

W metodzie dyfuzji gazowej wykorzystujemy fakt, że cięższy izotop U-238 dyfunduje wolniej niż lżejszy U-235. Wzbogacenie od 0.7% do 3% U-235 wymaga około 1,000 kolejnych stopni separacji kaskadowej.

Proces dyfuzyjny : w USA i we Francji. Jego udział maleje.

Przy wzbogacaniu w wirówkach gazowych ciśnienie cząstkowe dwóch gazów zawartych w mieszaninie gazowej wirującej w obracającym się cylindrze zależy od ich masy.

Siły odśrodkowe powodują występowanie gradientu koncentracji w kierunku promieniowym, przy czym cięższy izotop skoncentrowany jest w warstwie zewnętrznej, a lżejszy w środku cylindra.

Wzbogacenie od 0.7% do 3% U-235 - wymaga 10 kolejnych kaskad. Zużycie energii mniejsze, udział wzbogacania wirówkowego rośnie,

Energia potrzebna na wzbogacanie

wirówkowe dużo mniejsza niż na dyfuzyjne

Energia potrzebna na wzbogacanie

wirówkowe dużo mniejsza niż na dyfuzyjne

Dla wzbogacenia paliwa ładowanego corocznie do reaktora wodnego LWR (light water reactor) o mocy 1000 MWe potrzeba około 100-120 tys. SWU. Koszty wzbogacania zależą silnie od ilości zużytej przy tym energii elektrycznej.

Proces dyfuzji gazowej zużywa około 2500 kWh (9 GJ) na SWU, natomiast nowoczesne zakłady wzbogacania wirówkowego

potrzebują tylko 50 kWh (180 MJ) na SWU (a wg Donesa 40 kWh) Zapotrzebowanie U nat = 7,49 kg U nat/kg U wzbog., co oznacza wagę

uranu wzbogaconego w paliwie równą 21,7 ton rocznie. Praca przy wzbogacaniu wynosi więc wg Donesa

162 500 kg U nat/a / (7,49 kg U nat/kg U wzbog.) x 4,52 SWU/kg U wzbog. x 40 kWh/(SWU x 40 lat = 157 GWh = 0.565 PJ(el)

Nakłady energetyczne na budowę EJ wg

metody bezpośredniej (PCA) lub pośredniej I/O

Nakłady energetyczne na budowę EJ wg

metody bezpośredniej (PCA) lub pośredniej I/O

Metodę I/O zastosowano w pracy Rombough i Koena, przyjmując całkowity koszt średni dla EJ budowanych w styczniu 1971 roku (212 mln USD na 1000 MWe) i współczynnik przeliczeniowy w USA dla sektora

budowlanego, przemysłowego i energetycznego z 1970 roku równy 68,2 MJ(t)/USD z 1970 r.

Dało to energię potrzebną na budowę EJ = 14.7 PJ(t). Jednakże metoda I/O jest krytykowana nawet przez przeciwników energetyki jądrowej jako dająca wyniki zbytnio zawyżone.

Proces budowy i likwidacji EJ obejmuje wielkie koszty związane z uzyskaniem lokalizacji i opłatą za teren, prowadzeniem przewodów sądowych,

uzyskiwaniem zatwierdzeń, licencjonowaniem, opóźnieniami, opłatami, podatkami, ubezpieczeniem, oprocentowaniem kapitału i zdalną rozbiórką EJ przy jej likwidacji.

Zapewnienie jakości też kosztuje wiele, a nie wymaga dużo energii.

Bilans energetyczny dla EJ Forsmark

Bilans energetyczny dla EJ Forsmark

Źródło energii Udział masowy Równoważnik

energetyczny Wkład energii

Węgiel 0.467 gram 0.00676 kWh/gram 0.0031 kWh Ropa 0.32 gram 0.011 k Wh/gram 0.0035 kWh Węgiel brun. 0.234 gram 0.0038 kWh/gram 0.00089 kWh

Gaz ziemny 0.115 gram 0.015 kWh/gram 0.00173 kWh Hydroelektr. 0.00146 kWh 1 0.00146 kWh

Drewno 0.041 gram 0.0042 kWh/gram 0.00017

Suma 0.0107 kWh

Źródła i ilości energii potrzebnej do wyprodukowania

1 kWh z EJ Forsmark

Dla wytworzenia 1 kWh potrzeba ponadto 0.026 grama uranu, który ulega rozszczepieniu dla wytworzenia energii potrzebnej we francuskich zakładach wzbogacania uranu i dla wytworzenia ciepła w EJ Forsmark

Energia potrzebna dla EJ Forsmark to mniej

niż 0,8% energii produkowanej przez 40 lat.

Energia potrzebna dla EJ Forsmark to mniej

niż 0,8% energii produkowanej przez 40 lat.

EJ Forsmark wytwarza 93 razy więcej energii niż wynosi suma

wkładów energetycznych w całym cyklu jądrowym.

Nakład energii ze źródeł innych niż jądrowe potrzebny do pracy EJ

przez 40 lat zwraca się w ciągu 5 miesięcy.

Po normalizacji do 1 GWe mocy elektrycznej, energia użyta na

zbudowanie i zlikwidowanie elektrowni jądrowej wynosi 4 PJ, i

zwraca się w ciągu 1.5 miesiąca.

Energia użyta na unieszkodliwienie odpadów radiacyjnych wynosi

także 4 PJ i zwraca się w ciągu 1.5 miesiąca.

W sumie jest to mniej niż 0,8% całej energii elektrycznej

wytwarzanej przez EJ. Jest to bilans dla EJ pracującej w cyklu

otwartym, bez przerobu paliwa wypalonego,

Energia potrzebna na budowę i likwidację EJ

wg. Donesa wynosi 7.6 PJ(t) /Gwe

Energia potrzebna na budowę i likwidację EJ

wg. Donesa wynosi 7.6 PJ(t) /Gwe

Materiał PWR 1000a) AP 600, moc 600 MWeb) t kg/GWh t kg/GWh Stal Elementy 21 911 80,8 13 000 47,9 Konstrukcje 5570 20,6 3500 12,6 Stal zbrojeniowa 33 680 124,2 15 700 56,5 Miedź 1472 5,4 600 2,2 Aluminium 200 0,8 140 0.5 Beton 2,2 t/m3 372 000 1372 175 000 630 Cement 5300 19,5 3700 13,7 Ropa 200 0,8 160 0,6 Drewno 0,5 t/m3 3360 12,4 2600 9,7 Suma 1636,5 775,5

WNA przedstawia pięć liczb

opisujących nakłady

energetyczne na likwidację

EJ, w przedziale od 4.3 PJ

do 6.2 PJ.

Zakres emisji CO

dla EJ

5-12 g(CO

-eq)/kWh Dones

Studium belgijskie w

Twierdzenia SLS a rzeczywistość

Twierdzenia SLS a rzeczywistość



SLS stosują systematycznie podejście oparte na metodzie I/O.

SLS: nakłady na budowę EJ powodują emisję 2500-7500 ton CO2.



Dane techniczne (Vattenfall) dla EJ o mocy 1 GWe pracującej

przy współczynniku obciążenia 0.85 przez 40 lat 150 ton CO2.



150 mln g CO2/ 34 mln kWh = 4,5 g CO2/kWh

Twierdzenie SLS: waga materiałów użytych w EJ o mocy 1000

MWe wzrosła w stosunku do 800-1400 ton w końcu lat 90-tych.



Rzeczywistość: EJ Goesgen 1636,5 kg/GWh, waga całej EJ

Likwidacja elektrowni jądrowej

Likwidacja elektrowni jądrowej

W ciągu życia i likwidacji typowej EJ trzeba usunąć

1000 ton paliwa wypalonego (99% aktywności)

10,000 ton średnio aktywnych odpadów prom.,

10,000 ton odpadów nisko aktywnych i

100,000 ton materiałów nieaktywnych

Nakład energii na likwidację EJ (pesymistycznie, WNA) 4.3 PJ do

6.2 PJ

SLS założyli nakłady energii na budowę rzędu 15 PJ i wskaźnik

200% kosztów budowy. Razem 30 PJ na likwidację EJ.

Energia na unieszkodliwianie odpadów

radioaktywnych

Energia na unieszkodliwianie odpadów

radioaktywnych

SLS twierdzili, że w deklaracji firmy Vattenfall brakuje liczb określających nakłady energii potrzebnej do realizacji procesów, które jeszcze nie są realizowane, np. głębokie składowanie odpadów radioaktywnych.

Twierdzenie nieprawdziwe, Szwecja opracowała projekt głębokiego składowiska odpadów radioaktywnych, będący owocem 20 lat pracy. Szwajcaria również, wyniki zbieżne.

Dones: 92 GJt/t odpadów wysokoaktywnych na przechowywanie paliwa,

przechowywanie i transport 5700 m3 odpadów wysokoaktywnych i 28300 m3 odpadów o średniej i niskiej aktywności, przy czym objętości te zawierają już pojemniki do przechowywania odpadów.

SLS postulują 1300 GJ(t)/t odpadów wysokoaktywnych Unieszkodliwianie odpadów średnio aktywnych

SLS postulują energię równą 4300 GJ(t)/m3, Dones podaje 22 GJ(t)/m3.

Unieszkodliwianie odpadów wysokoaktywnych : SLS 5000 GJ(t)/m3 odpadów wysokoaktywnych, Dones 260 GJ(t)/m3

Układ barier izolujących paliwo wypalone w

szwedzkim składowisku w Oskarhamn

Układ barier izolujących paliwo wypalone w

szwedzkim składowisku w Oskarhamn

A) Stos pastylek paliwowych z UO2 w koszulce. B) Pojemnik miedziany z wkładką z żeliwa, zawierający wypalone elementy paliwowe, C) Skała, w której wykonano

PODSUMOWANIE: ENERGIA POTRZEBNA

DO BUDOWY I LIKWIDACJI EJ

PODSUMOWANIE: ENERGIA POTRZEBNA

DO BUDOWY I LIKWIDACJI EJ

SLS szacują, że budowa i likwidacja EJ pochłonie ogromne ilości

energii – w przypadku EJ o mocy 1000 MWe ma to być 80

PJ(t) na samą budowę, a 240 PJ w sumie dla budowy i

likwidacji EJ.

Dla średniej masy EJ równej 516 tys. ton, po zastosowaniu

współczynników zawartości energii dla każdego z materiałów

EJ otrzymuje się dla budowy całej EJ tylko 3,3 PJ(t), a więc

około 25 razy mniej niż wartość podaną przez SLS

Vattenfall całkowitą energią do budowy i likwidacji EJ= 8 PJ(t)

Dones 7,6 do 9 PJ energii pierwotnej dla budowy i likwidacji EJ z

PWR.

Dones 2006 energia do budowy i likwidacji EPR 1600 MWe .

wynosi 11 PJ energii pierwotnej

Nakłady energii na budowę, eksploatację

dostawy paliwa i likwidację EJ Forsmark

Nakłady energii na budowę, eksploatację

dostawy paliwa i likwidację EJ Forsmark

Nakłady energii na cykl jądrowy, EJ Forsmark

5.533 4.08 23.117 1.199 1.07 4.057 4.016 0.315 43.387 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Wyd. Konw. Wzb. Prod. Eksp. B-Lik Odp. Skład Suma

P J (t )/ G W e 

Bilans energetyczny dla EJ Forsmark

Bilans energetyczny dla EJ Forsmark

EJ pozwala uniknąć emisji 2 mld ton CO2/a.

22 tony U nat to oszczędność mln ton CO2 ze spalenia węgla

EJ pozwala uniknąć emisji 2 mld ton CO2/a.

22 tony U nat to oszczędność mln ton CO2 ze spalenia węgla

1,2 0,23 0,6 0,13 0,22 0,54 0,37 0,09 0,1 3,48 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Wyd. Konw. Wzb. Prod. Eksp. B-Lik Odp. Skład Dystr Suma

g

(ekw)

CO2/kW

EJ w UE pozwalają uniknąć emisji 700 mln ton

CO2 = emisja 200 mln aut osobowych w UE.

EJ w UE pozwalają uniknąć emisji 700 mln ton

CO2 = emisja 200 mln aut osobowych w UE.

Emisja gazów cieplarnianych

w g. Comparison of energy systems using life-cycle assessment, Special Report,

World Energy Council, London, 2004

5 15 7 3 1372 1026 187 774 469 245 104 ₉₀ 49 ₂₂ 40 13 1062 834 657 398 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 W.B. W.K. W.K. Sek

Ropa Gaz Gaz

Sek Foto w olt Hydro Bio masa Wiatr EJ to n C O 2 /G W h Emisja min Emisja max

Parlament Europejski , uchwała z 24.10.2007

Parlament Europejski , uchwała z 24.10.2007

energetyka jądrowa jest

dla Unii Europejskiej