KOMENTARZ
Prof. nadzw. Andrzej Strupczewski
Narodowe Centrum Badań Jądrowych
W związku z komentarzami do wypowiedzi prof. dr hab. Krzysztofa Kurka, dyrektora NCBJ, zamieszczonymi na portalu Energetyka 24, przedstawiam poniżej kilka wyjaśnień. Na początek odpowiedź na pytania techniczne STUDENTa i MAC GAVERa. Otóż elektrownie jądrowe II generacji od wielu lat mogą pracować na zmiennej mocy, np. niemieckie reaktory typu KONVOI zmieniają w ciągu doby swą moc od 600 do 1400 MWe, a więc w granicach od 40% do 100%. Podobne możliwości mają reaktory we Francji, które dostarczają ponad 70% energii elektrycznej, a więc oczywiście muszą pracować w trybie nadążania za obciążeniem. Reaktory III generacji, budowane obecnie we Francji, w Finlandii, w USA, w Chinach, w Korei, w Zjednoczonych Emiratach Arabskich i w Rosji, a zakontraktowane już dla Wielkiej Brytanii, Węgier i innych krajów, mają jeszcze większe możliwości manewrowe.
I tak reaktory EPR, mogą zmieniać swą moc cyklicznie w granicach od 25% do 100%, reaktory AP1000 od 30% do 100%, a inne reaktory III generacji też posiadają podobną cechę. W przypadku reaktora EPR możliwości zmian mocy są następujące:
• Nadążanie za zmianami obciążenia w górnym zakresie mocy, od 60% do 100% mocy nominalnej z szybkością do 5% mocy nominalnej na minutę
• Nadążanie za zmianami obciążenia w średnim zakresie mocy, od 25 do 60% mocy nominalnej z szybkością do 2,5% mocy nominalnej na minutę[1] W przypadku reaktora AP1000 elektrownia jest zaprojektowana tak, by mogła skokowo zwiększać lub zmniejszać moc o 10% w zakresie od 25% do 100% mocy nominalnej bez awaryjnego wyłączenia reaktora ani uruchomienia układu zrzutu pary[2]
• Moc elektrowni można płynnie zmniejszać lub zwiększać z szybkością 5% mocy nominalnej na minutę nie powodując wyłączenia reaktora.
• Elektrownia może pracować w trybie nadążania za dziennymi zmianami obciążenia przez przynajmniej 90% czasu w cyklu paliwowym. Dzienne zmiany obciążenia są zdefiniowane jako cykl pracy przez 24 godziny na mocy 100 %, po czym moc zmienia się liniowo przez 2 godziny do 50% mocy, następnie EJ pracuje na 50% mocy i ostatecznie przez 2 godziny wraca na moc 100%. Czas utrzymywania mocy 50% można zmieniać w zakresie od 2 do 10 godzin.
• W czasie pracy w trybie nadążania za obciążeniem EJ może rutynowo zmieniać moc o 10% w tempie 2% na minutę w zakresie od 50% do 100 % mocy nominalnej by odpowiadać na zmiany częstotliwości w sieci.
Nie wymaga to zmian stężenia kwasu borowego w obiegu pierwotnym.
Jak widać, EJ III generacji mogą pracować w trybie nadążania za obciążeniem i wyrównywać wahania siły wiatru i natężenia promieniowania słonecznego.
Wątpliwości STUDENTa odnośnie zatrucia paliwa po zmianach obciążenia wynikają z jego niepełnych informacji o istocie tego zatrucia. Otóż w czasie normalnej pracy na stałej mocy wskutek reakcji rozszczepienia uranu powstaje radioaktywny jod I-135, który rozpada się z okresem połowicznego rozpadu 6,7 godzin, czyli połowa jego jąder po 6.7 godzinach ulega rozpadowi. Wskutek tych rozpadów powstaje ksenon Xe-135, który silnie pochłania neutrony.
Jądra ksenonu Xe-135 rozpadają się wskutek dwóch procesów: samorzutnego rozpadu z okresem połowicznego rozpadu 9,2 godzin, oraz wskutek pochłaniania neutronów, których strumień jest proporcjonalny do mocy reaktora. Gdy moc obniżamy do połowy, strumień neutronów maleje dwukrotnie i intensywność usuwania ksenonu maleje. Ale jod – który był wytworzony podczas pracy na stałej mocy – rozpada się nadal. Wskutek tego szybkość rodzenia się atomów Xe-135 jest większa, niż szybkość ich usuwania. Ilość ksenonu Xe 135 w rdzeniu rośnie. Mówimy, że zatrucie rdzenia ksenonem rośnie.
Kiedy to zatrucie zniknie? Albo po kilkudziesięciu godzinach, gdy zarówno jod I-135 jak i ksenon Xe-135 ulegną naturalnemu rozpadowi promieniotwórczemu, albo wkrótce po ponownym zwiększeniu mocy reaktora, gdy strumień neutronów w rdzeniu wzrośnie i jądra ksenonu Xe-135 ulegną rozpadowi wskutek wychwytów neutronów.
Tak więc nie występuje zjawisko kumulowania zatruć wskutek częstych zmian mocy reaktora. Powrót na pełną moc usuwa zatrucia powodowane przejściowym obniżaniem mocy. Ważne jest tylko, by reaktor miał dostateczny zapas reaktywności by nie uległ wyłączeniu po owym chwilowym obniżeniu mocy i wzroście zatrucia. Reaktory III generacji mają ten zapas reaktywności przez 90% czasu swej pracy. Dopiero w ostatnich tygodniach cyklu paliwowego, tuż przed wymianą paliwa, to jest gdy paliwo jest niemal całkowicie wypalone, możliwości obniżania mocy stają się ograniczone.
Inna sprawa to ekonomia, o której pisze MAC GAVER. Oczywiste jest, że opłacalność elektrowni jądrowej jest najwyższa, gdy pracuje ona na pełnej mocy, bo paliwo dla reaktora jest bardzo tanie. Im więcej godzin w roku elektrownia pracuje, tym krótszy jest czas potrzebny na zwrot jej wysokich nakładów inwestycyjnych. Obniżanie mocy elektrowni jądrowej w chwili, gdy akurat wieje wiatr lub świeci słońce, jest niepożądane. Ale obecność nieregularnie pracujących instalacji wiatrowych i słonecznych w systemie energetycznym wpływa niekorzystnie na pracę wszystkich elektrowni systemowych, nie tylko jądrowych ale i węglowych czy gazowych. Gdy moc elektrowni jest zmniejszana, aby system elektroenergetyczny mógł przyjąć moc z OZE, dochody elektrowni maleją i w skali roku może okazać się, że nie wystarczą na pokrycie wydatków bieżących i na amortyzację nakładów inwestycyjnych.
W przypadku elektrowni węglowych i gazowych częste obniżanie mocy wpływa też niekorzystnie na wskaźniki emisji, bo elektrownie te są zaprojektowane tak, by ich emisje były najmniejsze przy pracy na mocy nominalnej. Elektrownie jądrowe, w których system barier powstrzymujących uwolnienia radioaktywności działa zawsze jednakowo i bardzo skutecznie, mają więc dodatkowo tę zaletę, że w przeciwieństwie do elektrowni węglowych i gazowych ich praca na mocy obniżonej nie powoduje wzrostu wskaźnika emisji.
Wobec rosnącego udziału mocy OZE w systemie, wymuszone obniżanie mocy elektrowni systemowych jest coraz częstsze, co wpływa niekorzystnie na ekonomikę bloków systemowych. Dlatego współczesne obiektywne analizy przeprowadzane przez organizacje międzynarodowe takie jak OECD, Światowa Rada Energetyczna czy Stowarzyszenie Producentów Energii Elektrycznej wskazują, że obecność znacznych mocy wiatraków i paneli słonecznych w systemie energetycznym powoduje wielkie trudności w gospodarce sieciowej i wymaga wysokich wydatków na rezerwowe źródła energii. Wydatki te są porównywalne do kosztów samej produkcji energii i przekreślają twierdzenia o taniej energii ze źródeł odnawialnych.
Warto tu sprostować twierdzenia STUDENTa o cenie prądu z elektrowni jądrowych. Obecnie prąd z elektrowni jądrowych jest dużo tańszy niż z wiatru i słońca. Można się o tym przekonać bardzo łatwo, mianowicie sięgając do danych o cenach energii elektrycznej w różnych krajach publikowanych przez Eurostat. Mieszkańcy Francji, gdzie większość energii elektrycznej dostarczają elektrownie jądrowe, płacą 16 eurocentów za kWh, a mieszkańcy Niemiec i Danii rozwijających OZE płacą 30 eurocentów za kWh. To jest RZECZYWISTOŚĆ, NIE PROPAGANDA. Subsydia dla OZE w Niemczech wynoszą ponad 24 miliardy euro rocznie. Czteroosobowa rodzina niemiecka ponosi rocznie dodatkowe koszty związane z OZE wynoszące 1500 euro. Czy Polacy są gotowi płacić rocznie 6000 PLN od każdej rodziny dla deweloperów wiatraków?
A w przyszłości wcale nie będzie lepiej. W Niemczech po 2024 roku subsydia dla OZE będą powyżej 24 mld euro rocznie. A w Wielkiej Brytanii, gdzie budowane będą elektrownie jądrowe III generacji, ustalone dla nich ceny energii elektrycznej są NIŻSZE niż dla wiatru i słońca. W Polsce prognozowane przez ARE ceny energii elektrycznej z elektrowni jądrowych też będą niższe niż ceny energii elektrycznej z innych niskoemisyjnych źródeł.
