Aktuální číslo:

2018/10

Téma měsíce:

Navigace

Potenciál jaderné energetiky k zajištění energetických potřeb

Příležitost pro rozvoj ekonomiky
 |  6. 11. 2008
 |  Vesmír 87, 794, 2008/11

Zvládnutí energie jádra pro vojenské účely, závody ve zbrojení a úsilí řady států osvojit si technologii jaderných zbraní – to vše vedlo amerického prezidenta Eisenhowera k projevu na Valném shromáždění OSN 8. prosince 1953, v němž vyzval k mírovému využívání jaderné energie, k zajištění dostatku elektrické energie pro všechny a k založení Mezinárodní agentury pro atomovou energii (MAAE). Zajištění energie stálo v roce 1955 též u počátků Evropské unie (viz Messinskou deklaraci). Vedlo k uzavření Eur atom Treaty – jedné ze dvou smluv, na jejichž základě je dnes EU založena.

Na výrobu elektřiny v jaderných reaktorech se pak soustředily armády světových mocností. Dnes jsou na jejich jaderných ponorkách a letadlových lodích stovky reaktorů. Tento typ reaktoru (chlazený lehkou vodou) též postupně zvítězil v ekonomické soutěži o uplatnění v civilní jaderné energetice.

Nyní stojí svět opět před problémem zajištění dostatku energie, tentokrát kvůli pokračující globalizaci a požadavku omezit emise skleníkových plynů. Bez renesance jaderné energetiky by byly dnešní požadavky energie těžko dosažitelné.

Jaderná energie

Rozdíl mezi jadernou a fosilní elektrárnou spočívá zejména v zařízení pro vývin tepla, jímž je v elektrárně na fosilní paliva spalovací kotel a v jaderné elektrárně jaderný reaktor. Zásadní rozdíl je – a to zdůrazněme – v objemech paliva, emisích skleníkových plynů, odpadech a odváděném teple.

Jaderným štěpením získáváme na jednotku hmoty 3 000 000krát více energie než spalováním fosilních paliv. K výrobě 100 GJ tepelné energie musíme rozštěpit asi 1 gram uranu nebo spálit přibližně 3 tuny uhlíku z uhlí. Plného využití přírodních zásob uranu však nelze dosáhnout v dnešních lehkovodních reaktorech, potřebujeme rychlé reaktory, kde produkované množství štěpného materiálu může být větší než množství spotřebované. Pro lehkovodní reaktory potřebujeme obvykle palivo s vyšší koncentrací štěpitelného uranu (asi 4 %), než má přírodní uran (asi 0,7 %). Proto musíme uran obohacovat, přičemž odpadem je ochuzený uran s menší koncentrací štěpitelného uranu (v závislosti na ekonomickém optimu 0,2–0,3 %). Vzhledem k tomu se využití přírodního uranu v současné době pohybuje kolem 0,5 %. V rychlých reaktorech lze využít 60–80 % (teoreticky až 100 %) přírodního uranu.

Vývoj jaderných elektráren generací II–IV

Od jaderných elektráren I. generace (které jsou dnes po dožití z provozu vyřazovány) přes elektrárny II. generace (ty jsou v provozu) až po jaderné elektrárny III. generace se jaderná bezpečnost zvýšila vždy o řád (viz obrázek tab. I). Bezpečnost jaderných elektráren III. generace dnes nevyžaduje zásadních vylepšení.

V roce 2007 bylo ve světě v provozu 439 bloků jaderných elektráren o celkovém instalovaném výkonu 372 GWe (obrázek tab. II), 5 bloků dlouhodobě odstavených a 34 bloků ve výstavbě. Výstavba dalších bloků v řadě zemí [3] je plánována.

Jaderné elektrárny vyrábějí významné množ ství elektřiny zejména v zemích OECD a EU (viz obrázek tab. II). Jaderná energetika představuje levný, spolehlivý a bezpečný zdroj energie neemitující skleníkové plyny. Provoz jaderných elektráren ovšem vyžaduje technickou infrastrukturu, bez které nelze zajistit jeho bezpečnost a spolehlivost.

Od samého počátku vývoje jaderných reaktorů se s nimi počítalo i pro jiné účely, vyvíjejí se další formy využití jaderných reaktorů III. a IV. generace, zejména spojení vysokoteplotního reaktoru s dodávkou průmyslového tepla, odsolováním mořské vody a výrobou vodíku.

Jaderná energetika může zajistit dostatek energie na tisíce let

K pochopení motivace a příležitosti, kterou nám nabízí jaderná energetika, porovnejme světovou energetiku a zásoby jednotlivých druhů paliv (obrázek tab. III) [4]:

S jadernými elektrárnami IV. generace s uzavřeným palivovým cyklem a dnešní spotřebou energie lze rozšířit využití známých zásob primárních zdrojů energie na více než 3000 let. Současné zásoby ochuzeného uranu a vyhořelého paliva již postačují na 300 let. Očekávaná spotřeba v roce 2030 vzroste o 70 % a úměrně tomu se tato doba zkrátí. Jaderná energie s reaktory IV. generace a uzavřeným palivovým cyklem může významně přispět k zajištění energetických potřeb v příštích stoletích (v případě nekonvenčních zásob uranu i tisíciletích). Zvládnutí technologie rychlých reaktorů s uzavřeným palivovým cyklem znamená energetickou nezávislost.

Jaderná energetika však může přispět k zajištění energetických potřeb pouze v dlouhodobém horizontu, a to za podmínky, že se k realizaci přistoupí neprodleně. Dlouhá doba výstavby jaderné elektrárny (pokud se dnes rozhodneme, že postavíme novou jadernou elektrárnu, začne tato elektrárna vyrábět elektřinu nejdříve v roce 2020), dlouhá doba životnosti klasických fosilních elektráren (uhelná elektrárna stavěná v současné době nemůže být z ekonomických důvodů nahrazena jadernou před rokem 2050–2060) a omezené výrobní i lidské kapacity umožňují postavit ve světě do roku 2050 jaderné elektrárny o instalovaném výkonu asi 1300 GWe. Z dnešního pohledu by to představovalo podíl na celosvětové výrobě elektřiny zhruba 56 %. Vzhledem k celkovému předpokládanému zdvojnásobení výroby elektřiny do roku 2050 to však bude jen 28 %. Dnes jsou na celém světě v provozu jaderné elektrárny o výkonu 370 GWe a podílejí se na výrobě elektřiny 16 %.

Mezinárodní spolupráce na využití potenciálu jaderné energetiky

Tak jako v padesátých letech chápou USA a EU i dnes potenciál jaderné energetiky k zajištění světových potřeb energie jako podmínku k mírovému harmonickému vývoji světa. Z toho důvodu byly iniciovány aktivity, jako jsou:

  • „Generation IV. International Forum (GIF)“ – pro vývoj jaderných elektráren IV. generace [5], [6].
  • „Global Nuclear Energy Partnership (GNEP)“ – cílem je zejména zajistit spolehlivý přístup k službám palivového cyklu, především v době přechodu na uzavřený palivový cyklus s rychlými reaktory.

Přístup EU k využívání jaderné energetiky

Evropa je dnes světovým lídrem v jaderné energetice, a nejen v jejím využívání, ale i v exportu a vývoji nových technologií. V současné době (podle údajů z r. 2007) je v 15 zemích EU 27 v provozu 146 jaderných reaktorů o celkovém instalovaném výkonu 131 957 MWe a další 4 reaktory o výkonu 5208 MWe jsou ve výstavbě [3]. K výstavbě nových reaktorů se chystá řada dalších zemí (Velká Británie, Itálie, Slovenská republika, Rumunsko, Litva, Slovinsko).

Emise CO2 v energetickém sektoru EU 27 v roce 2005 činily 1562,1 Mt a v sektoru dopravy 1231,5 Mt. Celková hrubá výroba elektřiny činila 3309 TWh, z čehož 1772,5 TWh bylo vyrobeno v konvenčních fosilních elektrárnách a 997,7 TWh v jaderných elektrárnách. Náhrada jaderných elektráren fosilními by vedla k navýšení emisí CO2 o 875 Mt.

Jaderná energetika se v EU 27 v roce 2005 podílela 30 % na výrobě elektrické energie a 15 % na celkové spotřebě energie.

S jadernou energetikou počítá i nová energetická politika EU. Evropská komise si je vědoma toho, že bez jaderné energetiky jako součásti energetického mixu není schopna naplnit své ambiciózní cíle pro léta 2020 a 2050.

Evropská komise proto připravila Strategický plán rozvoje energetických technologií [9] – plán výzkumu, vývoje a demonstrace klíčových technologií schopných přispět k dosažení cílů roku 2020 a 2050. Jaderná energetika je jeho nedílnou součástí.

Využití potenciálu jaderné energetiky je v rámci EU dále politicky založeno na třech klíčových iniciativách. Jsou to:

  • Iniciativa průmyslu a výzkumu sdruženého v „Sustainable Nuclear Energy Technology Platform“ (SNE TP) pro společný postup v oblasti vývoje nových technologií a podpory provozu.
  • Evropské jaderné energetické fórum „European Nuclear Energy Forum“ (ENEF) pro zlepšení politického klimatu a komunikace s veřejností. Zasedání ENEF se konají střídavě v Bratislavě a v Praze.
  • „High Level Group on Nuclear Safety and Waste Management“ pro harmonizaci dozorné činnosti.

EU si je vědoma, že v řadě případů je třeba účastnit se globálních iniciativ. Proto se:

  • EU prostřednictvím své organizace EURATOM zapojila do „Generation IV International Forum“ (GIF), jež směřuje k vývoji nových technologií,
  • převážná většina členských států EU se zapojila do iniciativy „Global Nuclear Energy Partnership“ (GNEP), jež směřuje k společnému zajištění přístupu k palivovému cyk lu a specifickým technologiím pro menší rozvojové země bez potřebné infrastruktury.

Jaderná energetika v ČR

V roce 2006 bylo v České republice vyrobeno celkem 84,361 TWh elektrické energie a z toho 31 % pochází z jaderných elektráren Dukovany (EDU) a Temelín (ETE). Jejich společný instalovaný výkon 3760 MWe představuje 21,5 % z celkového instalovaného výkonu v ČR. Jaderné elektrárny Dukovany a Temelín významným způsobem redukují potenciální emise skleníkových plynů v ČR (30 Mt CO2 oproti uhelným a 11 Mt CO2 oproti paroplynovým elektrárnám).

Kdybychom měli při výrobě elektřiny dosáhnout podílu jaderné energie jako Francie (56 000 MWe v JE s podílem na výrobě 75 %), znamenalo by to postavit další jaderné elektrárny s instalovaným výkonem 7000 MWe při naší současné spotřebě elektřiny, popřípadě s instalovaným výkonem 11 000 MWe při nárůstu spotřeby elektřiny o 50 % do roku 2050.

Na výstavbě a dodávkách komponent pro jaderné elektrárny v ČR, SR a zahraničí se významným způsobem podílel český průmysl. V důsledku zpoždění výstavby jaderných elektráren Mochovce a Temelín zůstala značná část těchto kapacit zachována a jejich revitalizace bude snazší než ve státech, které přerušily výstavbu na 20 či více let.

Jedinečná příležitost

Vysoké využití zásob přírodního uranu je možné s pomocí rychlých reaktorů. Z hlediska využitelných zásob uranu zvyšuje rychlý reaktor množství získávané energie z tuny uranu o dva řády, a navíc činí ekonomicky dostupnými další zásoby uranu s vyššími náklady na těžbu opět o několik řádů. Vzhledem k „spalování“ vysoce radioaktivních látek, jako je plutonium a další prvky, to navíc znamená snížení radiotoxicity odpadů, zkrácení doby potřebné na jejich izolaci od životního prostředí o několik řádů a významné zvýšení kapacity hlubinného úložiště. Přitom je třeba vést v patrnosti, že k nasazení rychlých reaktorů potřebujeme dostatek plutonia nahromaděného ve vyhořelém palivu lehkovodních reaktorů (pro spuštění rychlého reaktoru je zapotřebí plutonium z 50 let provozu lehkovodního reaktoru stejného výkonu). Z vyhořelého paliva z lehkovodních reaktorů se tak stává vzácná energetická surovina.

ČR má v současné době jedinečnou příležitost posunout a stabilizovat rozvoj své ekonomiky stabilizací energetických zdrojů na svém území a využitím dlouhodobých exportních příležitostí průmyslu. V případě jaderné energetiky to však není možné bez stabilní politické podpory a podpory potřebné infrastruktury, včetně výzkumu a vývoje a neprodleného započetí s výstavbou nových jaderných zdrojů, dokud jsou ještě dostupné dodavatelské kapacity.

Literatura

[1] F. Pazdera: Potenciální role jaderné energetiky – možnosti a překážky. Jaderná energie – útlum, nebo rozvoj, Centrum pro ekonomiku a politiku, Praha 5. 4. 2007
[2] F. Pazdera: Podrobná bilance jádra a související aspekty jaderné problematiky, seminář Liblice 9. 1. 2008
[3] IAEA PRIS Data Base 2007
[4] F. Pazdera: Postavíme Temelín 3 & 4? Aneb jádro v době své „renesance“, 7. výroční kongres energetického průmyslu v ČR, ČEPKON 2008 – Ve světle nové legislativy!, hotel Crowne Plaza, Praha 10.–11. června 2008
[5] Gen IV. International Forum, 2007 Annual Report
[6] Řež Group – Výzkum a vývoj nových technologií pro dlouhodobě udržitelnou jadernou energetiku, Scientific American, české vydání listopad–prosinec 2007/6
[7] Energy & Transport in Figures 2007, Part 2: Energy, European Commission, DG TREN ec.europa.eu/dgs/energy_transport/figures/pocketbook/doc/2007/2007_energy_en.pdf. > [8] World Energy Outlook 2006, OECD/IEA
[9] Communication from the Commission to the Council, the European Parliament, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions – A European strategic energy technology plan (SETplan); Towards a low carbon future – COM(2007) 723 final, 22. 11. 2007

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Energetika

O autorech

Lubor Žežula

František Pazdera

Doporučujeme

Vlaštovka extrémista

Vlaštovka extrémista

Jaroslav Cepák, Petr Klvaňa  |  10. 10. 2018
Díky satelitní telemetrii se podařilo odhalit vpravdě neuvěřitelné výkony některých ptačích druhů. Nejznámějším je zřejmě osmidenní nonstop let...
Velké umění astronavigace: Od astrolábu po sextant

Velké umění astronavigace: Od astrolábu po sextant

Petr Scheirich  |  1. 10. 2018
Staří mořeplavci prý určovali polohu své lodi podle hvězd. Tato rozšířená romantická představa je ale nesprávná. Metoda astronavigace nikdy nebyla...
Jak se neztratit na moři

Jak se neztratit na moři

Petr Scheirich  |  1. 10. 2018
Dle znamenitého pozorování Slunce a Měsíce shledávám naši zeměpisnou délku 178° 18' 30" západně od Greenwiche. Zeměpisná délka dle logu je 175°...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné