Wójtowicz: Syndrom Fukushimski, czyli miejsce atomu w nowym japońskim miksie energetycznym (ANALIZA)
Dnia 11 marca 2011 roku trzęsienie ziemi o magnitudzie 9.0 u wschodnich wybrzeży Japonii wywołało falę tsunami o wysokości 14 m, która uderzyła m.in. w Elektrownię Fukushima-Daichii nr 1 i nr 2. Wydawało się, że zaprojektowane wielowarstwowe systemy bezpieczeństwa powinny zapewnić zasilanie systemom kontroli chłodzenia. Niestety, ale trzęsienie ziemi w połączeniu z historycznie wysoką falą tsunami spowodowały wielowarstwowe uszkodzenia infrastrukturalne zarówno w sieci energetycznej, jak i przekładające się na działanie systemów zabezpieczających. W rezultacie, doskonale przygotowany zestaw narzędzi zawiódł – pisze Bolesław Wójtowicz z Instytutu Nowej Europy.
W obawie przed kolejnymi awariami, wszystkie elektrownie jądrowe w Japonii zostały wyłączone w celu przeprowadzenia kontroli bezpieczeństwa. W dniu katastrofy, Japonia dysponowała w przeważającej większości nowoczesną flotą działających 54 reaktorów oraz trzech dalszych w budowie. Zgodnie z nowymi standardami regulacyjnymi wprowadzonymi w 2013 roku i zawierającymi dalsze wytyczne dotyczące bezpieczeństwa, zdecydowano o wyłączeniu na stałe 21 jednostek. Pozostała flota 33 reaktorów typu BWR i PWR w okresie 2011-2014 roku pozostała wyłączona z sieci energetycznej. Po dziś dzień zrestartowano 10 z nich, a przyszłość pozostałych pozostaje niepewna. Choć Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej wciąż klasyfikuje je, jako „operacyjne”. W rezultacie, podczas gdy w 2010 roku udział energii jądrowej w krajowej produkcji energii elektrycznej wynosił prawie 30 procent, w 2011 roku został zredukowany do 14 procent, a w okresie 2013-2015 roku nawet do 0,5 procent. Ostatnimi laty poziom ten oscyluje w obszarze 5-7 procent.
Zarysowany udział energetyki jądrowej współgrał z poparciem społecznym. To, w wyniku zarysowanej katastrofy najpierw drastycznie spadło, a następnie powoli odbudowuje się w długotrwałym procesie. Po masowych protestach będących bezpośrednim następstwem katastrofy, rząd Japonii pod przewodnictwem ówczesnego premiera Noda Yoshihiko ogłosił plany uwolnienia kraju od energii jądrowej do 2030 roku, a także rezygnacji z odbudowy uszkodzonych reaktorów. Jego następca – Shinzo Abe – próbował podkreślać zalety energii jądrowej, która jest neutralna pod względem emisji dwutlenku węgla, ale nie udało mu się przywrócić w pełni japońskiego zaufania społecznego ani japońskiego potencjału jądrowego do poziomu sprzed Fukushimy.
Powyższe traktować należy jako cios dla tokijskich planów, przewidujących przed katastrofą udział 60 procent atomu we własnym miksie energetycznym do 2100 roku. Wdrażany plan „Cool Earth 50” miał docelowo ograniczyć emisję CO2 o 54 procent do 2050 roku i o 90 procent do 2100 roku. Było to długoterminowe ambitne założenie, ale w pełni możliwe do wykonania, bo do 2030 roku udział atomu w japońskim miksie miał wynosić już 40 procent. Japonia to jeden z nielicznych krajów w świecie posiadający własną technologię budowy reaktorów jądrowych III/III+ generacji. Pozostaje również jednym z liderów technologicznych prowadzących zaawansowane prace nad reaktorami modułowymi (SMR) i IV generacji. Jest ona również jednym z nielicznych krajów posiadających technologię wzbogacania uranu i produkcji paliwa. Oznacza to, że po zapewnieniu sobie dostaw surowca, lokalny sektor energetyki nuklearnej jest właściwie samowystarczalny.
Tymczasem w wyniku wydarzeń opisanych, niezależność energetyczna Japonii od źródeł zewnętrznych spadła. W 2010 roku wynosiła ona 20,2 procent, a aktualnie 12,1 procent, choć w 2014 roku było to zaledwie 6,3 procent.
Syndrom Fukushimski, czyli węglowodorowy miks energetyczny
Wyłączenie elektrowni jądrowych po katastrofie doprowadziło do okresu ciągłych przerw w dostawach prądu. Uwypukliło to słabość krajowego systemu energetycznego o monopolistycznej strukturze faworyzującej duże przedsiębiorstwa. Powstała post-nuklearna luka energetyczna, która spowodowała konieczność wypełnienia jej innymi źródłami energii.
Japonia zmuszona była zatem zwiększyć przejściowo udział węglowodorów w gospodarce energetycznej kraju do 88 procent. Aby wypełnić energetyczną lukę, należało zrestartować liczne elektrownie węglowe, a także wybudować przynajmniej 20 nowych tego typu obiektów. W ogromnej większości odbywało się to w oparciu o dawne plany i istniejącą już częściowo infrastrukturę. W rezultacie, w 2019 roku węgiel odpowiedzialny był za generację 26 procent japońskiej energii. Jednocześnie należy zaznaczyć, że Japonia zmuszona jest importować praktycznie 100 procent tego surowca. W 2020 roku 75 procent pochodziło z Australii i Indonezji, a dalsze 12,5 procent z Rosji. Co ciekawe, Tokio nie zdecydowało się na zawieszenie protokołów z Kyoto, uznając ich nadrzędność.
Zwiększając udział węgla w miksie energetycznym, jednocześnie udało się zmniejszyć silny udział ropy. To zjawisko szło w tandemie ze skokowym zwiększeniem roli gazu LNG. Poza już zakontraktowanymi wolumenami, Tokio zdecydowane było czasowo kupować każde wolne wolumeny na rynkach po cenie spotowej. Efektem było czasowe wybicie azjatyckich cen gazu ziemnego w górę i zwiększone koszta zakupów. W rezultacie, japońskie władze podjęły decyzję o restarcie starych elektrowni opalanych olejem, a to zmniejszyło naciski popytowy na rynki LNG.
Praktycznie 100 procent ropy zużywanej w japońskim miksie energetycznym musi być importowane. W 90 procent ma to miejsce z krajów Zatoki Perskiej. Z kolei dla gazu ziemnego, poziom zależności od dostaw zagranicznych wynosi 97,7 procent, z czego 2/3 pochodzi z krajów Azji Południowo-Wschodniej. Dlatego też japońscy giganci rynkowi jak Mitsui i Mitsubiishi podjęli w 2012 roku decyzję o dokonaniu inwestycji w australijskie firmy sektora gazowego, celem pozyskania surowca.
Piwot na paliwa kopalne zaowocował wytworzeniem negatywnego bilansu handlowego w latach 2011-2015, który w szczytowym momencie wyniósł około 120 mld dolarów rocznie.
Gwałtowny przyrost importu paliw ostatecznie ustabilizował się wraz ze stopniowym restartem kolejnych bloków. W 2020 roku ropa stanowiła 6,6 procent japońskiego importu o wartości 38.4 mld dolarów a gaz 5,41 procent o wartości 31,4 mld dolarów. Były to jednostkowo dwie największe kategorie importowe kraju. Po dodaniu do nich 2,44 procent węgla i 1,8 procent paliw oraz pozostałych okaże się, że import paliw stanowi 16,4 procent całkowitego importu japońskiego.
Efektem gwałtownego zwrotu na węglowodory było pogorszenia się, jakości lokalnego powietrza. Podczas gdy “rozbijanie atomu” generowało minimalne bądź żadne zanieczyszczenia do atmosfery, zastąpienie go paliwami spalanymi znacząco wpłynęło na długoterminowe wskaźniki śmiertelności i zachorowalności powiązane z chorobami górnych dróg oddechowych. W 2010 roku, przed awarią emisje dla kraju wynosiły 429 g CO2 na kilowatogodzinę, w 2013 roku osiągnęły najwyższy poziom 572 g, a w 2017 roku wyniosły 496 g.
Liczne oddolne głosy protestu domagały się przy tym zamknięcia elektrowni działających na paliwach kopalnych. Zwiększenie ich roli w japońskim miksie energetycznym przyczyniło się do wzrostów cen elektryczności. Co interesujące, wyższe ceny przyczyniły się do nieznacznej redukcji konsumpcji energetycznej, ale tylko podczas sezonów zimowych, kiedy to zużycie jest największe. Jednostkowe myślenie obywatelskie podyktowane budżetem domowym spowodowało w rezultacie zwiększenie wskaźników śmiertelności spowodowanej wyziębieniem organizmu, w szczególności pośród starszych wiekiem obywateli.
Tokio musiało podjąć decyzję o ponownym uruchomieniu części bloków jądrowych, co rozpoczęto gradacyjnie od 2015 roku. Spowodowało to zelżenie nacisku na japoński sektor generacji energetycznej, przy jednoczesnej silnej niepewności co do jego dalszego kierunku rozwoju. W 2019 roku 37,1 procent japońskiej elektryczności pochodziło z ropy a 25,3 procent z węgla – razem stanowiło to 62,4 procent. Kolejne 22,4 procent generowane było ze spalania gazu ziemnego. Choć należy zaznaczyć, że dostępne dane różnią się z zależności od źródła. Tu widoczny jest interesujący rozłam lokalny dotyczący traktowania gazu ziemnego. Podczas gdy EU uznaje go za zero-emisyjne źródło energetyczne, Japonia ma na ten temat zupełnie odmienne zdanie. Poza czynnikami rządowymi, dała temu wyraz ostatnimi czasy najważniejsza gazeta biznesowa kraju – Nikkei. Podążając za nomenklaturą japońską, należy zatem dodać LNG do puli paliw kopalnych, co zwiększy ich udział w miksie do 84,8 procent w 2019 roku.
Atom i zeroemisyjna przyszłość po japońsku
Od wielu lat, Japonia mierzy się z problemem w postaci długoterminowych planów zmiany profilu energetycznego kraju. Zgodnie z założeniami Protokołów z Kyoto, rząd obrał długoterminowy kierunek na energię odnawialną. Oryginalnie transformacja zero-emisyjna miała odbywać się przy znaczącym stosowaniu mocy nuklearnych. Trwający jednak od 2011 roku „Syndrom Fukushimski” sprawił, że Tokio cierpiało na problemy związane z decyzyjnością dotyczącą atomu. Dopiero w 5-tym „Basic Energy Plan” opublikowanym w 2018 roku, określono atom jako „ważne źródło energii (…) przyczyniające się do stabilności długoterminowej struktury podaży energii i popytu na nią”. Powyższe zostało potwierdzone w 2021 roku przez „Plan for Electricity Generation to 2030”, który podlegał konsultacjom publicznym.
Oryginalnie Japonia zobowiązała się zredukować swój poziom emisji o 26 procent do 2030 roku, zwiększając przy tym udział energii generowanej ze źródeł odnawialnych początkowo do ponad 22-25 procent. W tym okresie udział LNG miał wynieść około 20 procent. Jednak poziomy generacji energii już w 2019 roku wskazywały, iż 18 procent elektryczności zostało wyprodukowane w Japonii ze źródeł odnawialnych. W ich skład wchodzą źródła wodne (7,8 procent), solarne (6,7 procent), biomasa (2,6 procent), wiatrowe (0,7 procent) i geotermalne (0,3 procent). Ponieważ Japonia ostatecznie spełniła założone cele na dekadę przed ustaloną datą, a presja międzynarodowa na zero-emisyjność pozostaje silna, podjęto decyzję o podwyższeniu celów założonych do poziomu 36-38 procent. To potwierdzone zostało we wspomnianym „Plan for Electricity Generation to 2030” z 2021 roku. Ponownie potwierdzono udział atomu w miksie energetycznym, tym razem na poziomie 20-22 procent.
Istnieją przy tym silne naciski korporacyjne, chociażby ze strony koalicji przemysłowej zrzeszonej w ramach Japan Climate Leader’ Partnership. Powyższa reprezentuje najważniejsze korporacje międzynarodowe, ich japońskie oddziały oraz część generycznie japońskich gigantów przemysłowych. Lobbuje ono silnie za przyspieszeniem udziału energetyki odnawialnej w miksie.
Powyższe założenia wydają się w perspektywie makroekonomicznej mieszanką dobrych pomysłów, ale jednocześnie wyzwań. Wymagają przy tym ogromnych nakładów inwestycyjnych oraz często rządowego subsydiowania.
Pierwszym zauważalnym problemem dla Japonii jest znaczna cena kosztów dla energii solarnej, spowodowana wysokimi cenami ziemi w tym małym i gęsto zaludnionym kraju, który dodatkowo posiada w swojej szerokości geograficznej limitowaną ilość dostępnego słońca. Wyspiarski kraj jest górzysty i zalesiony, istnieje przy tym silny opór przed wylesianiem. Na dodatek Japonia jest w stanie wytworzyć niewiele paneli solarnych w porównaniu do Chin, a i to głównie dla gospodarstw domowych. Chiny zdominowały branżę globalnie, a napięcia geopolityczne, silna konkurencyjność i zależność surowcowa Kraju Kwitnącej Wiśni nie sprzyjają jej w próbie podważenia dominacji Pekinu. Pomimo powyższego, Japonia może obwieścić na solarnym polu sukces, ponieważ osiągnęła już ponad 70 GW, praktycznie z poziomu zerowego w 2011 roku. Jednak wysokie dotacje zniechęcały deweloperów do obniżania kosztów, co przyczyniło się do tego, że japońskie solarne odnawialne źródła energii są jednymi z najdroższych na świecie.
Za perspektywiczny i innowacyjny pomysł uznaje się promowanie i rozwój technologii amoniakowo-wodorowych, które znajdują już miejsce w niektórych modelach aut produkowanych przez japoński sektor samochodowy. Japonia jest tu jednym z technologicznych pionierów i liderów na skalę globalną. Istnieje przy tym rosnący silnie rynek stacjonarnych wodorowych ogniw paliwowych Ene-Farm liczących aktualnie ponad 500 tys. jednostek w całej Japonii.
Jednocześnie bardzo silnie wzrosła w Japonii liczba stacjonarnych litowo-jonowych systemy kumulowania zebranej energii. W 2020 roku było to blisko 500 tys. jednostek. Problemem jest, że przy aktualnie stosowanej technologii litowo-jonowej czy litowo-metalowej, nadal następuje długotrwała utrata zachowanych mocy energetycznych. Dotychczasowe rozwiązania technologiczne są również ograniczone przez ograniczony czas życia baterii a recycling litu jest nadal zjawiskiem trudnym i nieefektywnym. Choć trzeba zaznaczyć że sektor należy do najsilniej rozwijających się w świecie i największe przełomy są nadal przed nami. Ponownie, należy zaznaczyć wagę surowców w powyższych rozwiązaniach. Japonia nie produkuje litu, kobaltu ani niklu i zmuszona jest importować 100 procent swojego zapotrzebowania. Należy to postrzegać jako problematyczne w dobie postępującej de-globalizacji i problemach logistycznych.
W planie zaznaczono także wagę wyłapywania i recyclingu CO2 z atmosfery. Casus australijskiego projektu Gorgon LNG wskazuje jednak wyraźnie, że założone dla tego typu jednostek cele są nieosiągalne. Jedynymi beneficjentami w tym konkretnym przykładzie, są właściciele obiektu, czyli joint-venture Chevrona, Shella i Exxon Mobil silnie subsydiowane przez Canberrę.
Sugerowana jest również konsolidacja dotychczas podzielonych sieci energetycznych, tak aby móc przygotować się na wypadek trzęsień ziemi czy dostosować ją do zmiennych przepływów energii wygenerowanej ze źródeł odnawialnych. Dzięki temu, przynajmniej teoretycznie możliwe będzie zwiększenie udziału OZE w koszyku energetycznym.
Rola atomu w nowym miksie energetycznym
W 2020 roku świat inwestorów sektora atomowego obiegła informacja o podpisaniu wartego miliard dolarów kontraktu pomiędzy rządem japońskim a jednym z czołowych globalnie producentów uranu – Uzbekistanem. Uznano to za bardzo pozytywny sygnał w szczególności iż Tokio spędziło większość ostatniej dekady w atomowym rozkroku. Ostatecznie potwierdzono, że energia atomowa ma pełnić funkcję wspierającą przemianę profilu energetycznego kraju.
Istnieją liczne głosy, czy to z Międzynarodowej Agencji Energetycznej, czy też od jednego z japońskich operatorów sieci energetycznej – TEPCO – dotyczące konieczności użycia zawieszonego aktualnie potencjału energetyki nuklearnej. Do powyższych głosów dołącza się od dawna Masakazu Toyoda – przewodniczący japońskiego Institute of Energy Economics – wskazując na efektywność i oszczędności związane z użyciem atomu. Wskazuje on jednocześnie na przewagi energii nuklearnej, jako stałego i stabilnego źródła energetycznego, w przeciwieństwie do zmiennej energii wiatrowej czy solarnej. Casus zimowych blackoutów w amerykańskim stanie Teksas czy aktualnych problemów związanych ze znacznym zapotrzebowaniem energetycznym w okresie letnim, zdają się udowadniać, że zbyt duży udział OZE i gazu ziemnego w miksie, powoduje destabilizację zasilania. Dodatkowo pan Toyoda wskazuje na korzyści płynące z użycia gazu, ale jednocześnie na silny potencjał do niestabilności popytowo-podażowej. Widoczne jest to w szczególności w obliczu rosyjskiej inwazji na Ukrainę.
Dla kraju, w którym brakuje zasobów naturalnych, a który był jednym z liderów w technologii nuklearnej, wytwarzanie energii z rozbicia atomowego wydaje się być logiczną koniecznością. W przypadku Japonii, zapewni ono stabilne dostawy energii elektrycznej, obniży jej koszty, a także pomoże w ograniczeniu emisji gazów cieplarnianych.
Zakres docelowych 20-22 procent oznacza jednak, że nie wszystkie elektrownie jądrowe mogą liczyć na restart. A aby można było je uruchomić ponownie, muszą one spełniać zaostrzone wymagania prawne, w których priorytetem jest bezpieczeństwo. Te określane są przez powstałą w miejsce starych organów Nuclear Regulation Authority (NRA), która stworzyła restrykcyjny zestaw wytycznych.
Pełny restart japońskiego atomu powinien spowodować zelżenie choć trochę nacisku na m.in. globalne rynki LNG, choć odbywać będzie się to lokalnie – na rynkach azjatyckich. Jednak w sytuacji embarga węglowodorowego na Rosję i niemożności zatkania dziury popytowej aktualnymi poziomami produkcji, każde uwolnione wolumeny są ważne.
Jednocześnie, globalne zjawiska i ich wpływ na rynki energetyczne potwierdzają trojaką konieczność, do zastosowania chociażby dla Polski:
– Posiadania własnych, niezależnych od czynników zewnętrznych źródeł generacji energetycznej,
– Niepodważalną rolę energetyki atomowej w nie-emisyjnym miksie energetycznym,
– Konieczność długoterminowego udziału w procesie badań nad technologiami wodorowymi czy systemów zachowania energii. Tym bardziej że choćby na gruncie technologii atomowych Polska ma otwarte drzwi do współpracy z naukowcami japońskimi i koreańskimi.
Po latach radzenia sobie z „Syndromem Fukushimskim”, Tokio potwierdza konieczność utrzymania silnej niezależności energetycznej kraju w obliczu wielkich zmian o zakresie globalnym. Nowy kierunek energetyczny uznaje przy tym konieczność stosowania energii atomowej w miksie. A Japonia kolejny raz pokazała, że potrafi sobie poradzić z najcięższym nawet szokiem pourazowym.
Źródło: Instytut Nowej Europy
