Polski Atom

Materiał informacyjny
opracowany przez Departament Energii Jądrowej
Ministerstwa Klimatu i Środowiska
15 grudnia 2021 r.

PRZEGLĄD TYGODNIA W ENERGETYCE JĄDROWEJ NA ŚWIECIE

AKTUALNY STATUS ENERGETYKI JĄDROWEJ W JAPONII

Firma Shikoku Electric Power Company ponownie uruchomiła blok nr 3 w elektrowni jądrowej Ikata w prefekturze Ehime w południowo-zachodniej Japonii, zwiększając do ośmiu liczbę działających w tym kraju komercyjnych reaktorów energetycznych.

Reaktor wodny ciśnieniowy (PWR) o mocy 846 MWe – który był wyłączony od grudnia 2019 r. – zaczął dostarczać energię 6 grudnia i ma wznowić działalność komercyjną 4 stycznia. Dzięki temu w kraju obecnie działa osiem energetycznych bloków jądrowych: Genkai-3, Genkai-4, Ikata-3, Ohi-3, Ohi-4, Sendai-2, Takahama-3 i Takahama-4.

Dziewięć regionalnych zakładów energetycznych i Japan Atomic Power Company (Japco) dysponują obecnie 33 komercyjnymi reaktorami o sumarycznej mocy 31,7 GWe, które mogą zostać dopuszczone do dalszej eksploatacji spośród 54 reaktorów działających przed katastrofą w Fukushimie w marcu 2011 roku.

Niedawno wyłączono z powodu planowej konserwacji na okres do października 2022 r. reaktor jądrowy w bloku nr 3 elektrowni Mihama w zachodniej Japonii, należącej do Kansai Electric Power Company.

Blok Mihama-3 został wyłączony na przeprowadzenie planowych prac konserwacyjnych i modernizacyjnych wymaganych do spełnienia bardziej rygorystycznych przepisów antyterrorystycznych przyjętych po Fukushimie. Blok o mocy 780 MW wyłączono 25 października - przed upływem terminu nakazanego na wdrożenie nowoczesnych zabezpieczeń antyterrorystycznych. Prace mają potrwać około 13 miesięcy, a ponowne uruchomienie reaktora ma nastąpić w połowie października przyszłego roku.

W czerwcu Miahama-3 został dziesiątym komercyjnym blokiem jądrowym, który powrócił do eksploatacji w Japonii od czasu Fukushimy, ale trzy z tych jednostek, w tym Mihama-3, zostały od tego czasu wyłączone. Sendai-1 rozpoczął okresową kontrolę 17 października, a także w tym czasie firma Shikoku Electric Power Company odłożyła swój plan ponownego uruchomienia Ikata-3, prosząc o zgodę władz lokalnych po uprzednim przekroczeniu przepisów bezpieczeństwa.

Firma planowała ponowne uruchomienie obiektu 12 października, ale w lipcu poinformowała, że dowiedziała się o fakcie, iż były pracownik opuścił zakład bez pozwolenia podczas nocnej lub weekendowej zmiany, co spowodowało kilkakrotne naruszenie przepisów bezpieczeństwa w latach 2017-2019, ponieważ nie zapewniono wymaganej liczby personelu.

Decyzja o ponownym uruchomieniu Ikata-3 zapadła po tym, jak w marcu sąd najwyższy uchylił wyrok sądu niższej instancji, który nakazywał wstrzymanie pracy reaktora ciśnieniowego o mocy 846 MW przez ponad rok.

Wysoki Sąd Hiroszimy poparł apelację przedsiębiorstwa, usuwając tymczasowy nakaz, który uniemożliwił działanie elektrowni. Inny sędzia w tym samym sądzie wydał tymczasowy nakaz sądowy w sprawie elektrowni w styczniu 2020 r., stając po stronie powodów, którzy twierdzili, że krajowy organ regulacyjny nie ocenił właściwie zagrożenia ze strony wulkanów i trzęsień ziemi.

Przed wypadkiem w Fukushimie-Daiichi japońska flota jądrowa generowała około 30% energii elektrycznej w tym kraju. Według Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej liczba ta w 2020 r. wyniosła około 5,1%.

Japonia przyjęła nową politykę energetyczną, która promuje energię jądrową i odnawialne źródła energii jako źródła czystej energii, aby spełnić zobowiązanie kraju dotyczące osiągnięcia neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla w 2050 roku. Utrzymuje ona cel dla energetyki jądrowej na niezmienionym poziomie 20-22% i twierdzi, że ponowne uruchomienie pozostałych reaktorów jest kluczem do osiągnięcia celów w zakresie emisji. W raporcie z marca 2021 r. Międzynarodowa Agencja Energetyczna wezwała Japonię do przyspieszenia procesu ponownego uruchamiania reaktorów jako sposobu na wypełnienie krajowych zobowiązań klimatycznych.

CHIŃSCY NAUKOWCY OPRACOWUJĄ NOWY MATERIAŁ DO EKSTRAKCJI URANU Z WODY MORSKIEJ

Chińscy naukowcy opracowali nowy materiał – zainspirowany fraktalnymi sieciami naczyń krwionośnych – który, jak mówią, może wyekstrahować 20 razy więcej uranu z wody morskiej niż inne materiały.

W artykule opublikowanym w Nature Sustainability naukowcy stwierdzili, że oceany oferują praktycznie nieskończone źródło uranu i mogą podtrzymywać energetykę jądrową pod względem dostaw paliwa. Jednak obecne procesy wydobywania uranu z wody morskiej nie są ani opłacalne, ani wystarczająco wydajne, aby konkurować z kopalnictwem rud uranu.

Naukowcy już w latach 50. XX wieku dostrzegli potencjał wykorzystania uranu oceanicznego do zaopatrywania energetyki jądrowej w paliwo jądrowe, ale dopiero w latach 80. XX wieku japońscy naukowcy opracowali sposób na jego ekstrakcję – przy użyciu związku chemicznego zwanego amidoksymem do wiązania się z cząstkami uranu znajdującymi się w wodzie morskiej.

Nowe badania, prowadzone przez naukowców z Chińskiej Akademii Nauk, koncentrowały się na poprawie zdolności adsorpcyjnej tego związku. Naukowcy stworzyli porowatą membranę, wzorowaną na fraktalach występujących w naturze, jak naczynia krwionośne. Odkryli, że membrana – nasycona amidoksymem – była znacznie wydajniejsza w ekstrakcji uranu niż inne materiały stosowane wcześniej, z 20-krotnie wyższą zdolnością adsorpcji.

„Fraktale, takie jak naczynia krwionośne, są wszechobecne w układach biologicznych. Pozwalają na zoptymalizowaną wymianę i transformację substancji. To zainspirowało nas do projektowania nowych adsorbentów” – powiedział w oświadczeniu Yang Linsen, główny autor badania. W ciągu czterech tygodni zaobserwowano, że 1 gram membrany wyekstrahował do 9,03 miligramów uranu z naturalnej wody morskiej – jeden z najwyższych uzysków przy użyciu metody membranowej. „Nasza praca zapewnia uniwersalną metodę zwiększania możliwości zastosowania porowatych polimerów jako wydajnych sorbentów uranu na bazie membran” – czytamy w artykule.

W CHINACH URUCHOMIONO DRUGI REAKTOR HUALONG ONE

Reaktor jądrowy w bloku nr 6 w EJ Fuqing w prowincji Fujian we wschodnich Chinach, należącej do China National Nuclear Corp (CNNC), jako drugi w kraju wykorzystujący rodzimą technologię reaktora trzeciej generacji Hualong One, po raz pierwszy osiągnął stan krytyczny, co oznacza oficjalne rozpoczęcie jego eksploatacji.

Chińskie Stowarzyszenie Energii Jądrowej (CNEA) poinformowało, że stabilna, samopodtrzymująca się reakcja łańcuchowa rozszczepienia jądrowego została osiągnięta po raz pierwszy o godzinie 18:32 czasu lokalnego w dniu 11 grudnia 2021 r.

W październiku 2020 r. bliźniacza jednostka Fuqing-5 stała się pierwszym w historii reaktorem projektu Hualong One, który osiągnął stan pierwszej krytyczności. Jednostka rozpoczęła następnie działalność komercyjną w styczniu 2021 roku.

W elektrowni Fuqing znajduje się sześć bloków energetycznych - cztery CNP1000 i dwie jednostki Hualong One. Wszystkie działają komercyjnie, z wyjątkiem najnowszego Fuqing-6.

Chińscy eksperci stwierdzili, że blok zapewni czystą energię, pobudzi wysokiej jakości rozwój gospodarczy, zapewni dostawy energii i pomoże krajowi osiągnąć cele redukcji emisji dwutlenku węgla.

Uzyskanie stanu pierwszej krytyczność reaktora jest ważnym etapem rozruchu elektrowni jądrowej. Od tego momentu blok energetyczny rozpoczyna pracę jądrową i po serii testów nastąpi pierwsze przyłączenie turbozespołu do sieci elektroenergetycznej.

Hualong One (lub HPR1000) to rodzimy, trzypętlowy ciśnieniowy reaktor wodny o mocy 1100 MWe. Zawiera elementy projektów reaktorów China National Nuclear Corporation ACP1000 i China General Nuclear ACPR1000+. CNNC poinformowało, że po całkowitym ukończeniu budowy sześciu bloków, całkowita moc zainstalowana elektrowni jądrowej Fuqing osiągnie 6,678 mln kilowatów, przy rocznej zdolności produkcyjnej 50 mld kilowatogodzin.

Jako „wizytówka” chińskiego przemysłu jądrowego, Hualong One stał się jednym z najbardziej rozpoznawalnych modeli reaktorów jądrowej trzeciej generacji na rynku.

W maju 2015 r. w EJ Fuqing rozpoczęto budowę pierwszego projektu demonstracyjnego Hualong One. Blok nr 5 tej elektrowni 29 stycznia br. wszedł do komercyjnej eksploatacji jako pierwszy na świecie energetyczny blok jądrowy w technologii Hualong One. „Obecnie blok jądrowy Fuqing nr 5 pomyślnie zakończył pierwszy cykl bezpiecznej eksploatacji i po raz pierwszy rozpoczął operację przeładunku paliwa” – oświadczył CNNC.

Trwa również budowa dwóch demonstracyjnych jednostek Hualong One (HPR1000) w elektrowni Fangchenggang w Regionie Autonomicznym Guangxi, należącej do China General Nuclear (CGN). Oczekuje się, że jednostki te zostaną uruchomione w 2022 r. CNNC rozpoczęło również budowę dwóch jednostek Hualong One w elektrowni Zhangzhou w prowincji Fujian oraz pierwszej z dwóch jednostek w EJ Taipingling w Guangdong.

Dzięki temu Chiny znajdują się w światowej czołówce technologii jądrowej trzeciej generacji, obok krajów takich jak Stany Zjednoczone, Francja i Rosja, podała agencja informacyjna Xinhua, powołując się na prezesa CNNC Yu Jianfenga.

Jedna jednostka HPR1000 budowana jest w pakistańskiej elektrowni jądrowej Karaczi. Budowa bloku nr 2 w Karaczi rozpoczęła się w 2015 r., a bloku nr 3 w 2016 r.; Karachi 2 po zakończeniu testów rozruchowych w marcu został podłączony do sieci i w maju rozpoczął już pracę komercyjną. Karaczi-3 w listopadzie ukończył testy funkcjonalne na gorąco i wszedł w etap załadunku paliwa.

Według CNNC, każda jednostka Hualong One wygeneruje około 10 gigawatogodzin (GWh) energii elektrycznej, wystarczającej na zaspokojenie potrzeb 1 miliona mieszkańców, co pogłębi strategiczne partnerstwo chińsko-pakistańskie i będzie promować współpracę w zakresie energii jądrowej.

„Hualong One posiada w pełni niezależne prawa własności intelektualnej oparte na ponad 30-letnim doświadczeniu w projektowaniu, produkcji i eksploatacji reaktorów jądrowych, co nie tylko przyniesie korzyści niezależnemu rozwojowi energetyki jądrowej w Chinach, ale także przyczyni się do rozwoju czystej energii na świecie, zwłaszcza krajów i regionów wzdłuż Inicjatywy Pasa i Drogi (Belt and Road Initiative, BRI),” – powiedział dla Global Times Han Xiaoping, główny analityk na stronie internetowej poświęconej branży energetycznej china5e.com.

Chiny przyspieszyły wdrażanie energetyki jądrowej i utrzymują wysoki poziom bezpieczeństwa pracy bloków jądrowych. Jak wynika z oficjalnych danych z ubiegłego miesiąca, od stycznia do października elektrownie jądrowe w tym kraju wyprodukowały 336,6 miliarda kilowatogodzin energii elektrycznej, co stanowi wzrost o 12,7 procent w porównaniu z tym samym okresem w roku 2020.

OPINIE

Zaawansowane projekty energetyki jądrowej potykają się pomimo wsparcia Białego Domu

12 grudnia 2021, Forbes

Ken Silverstein

Podczas konferencji klimatycznej COP26 amerykańska sekretarz ds. energii Jennifer Granholm powiedziała, że Stany Zjednoczone są zdeterminowane w kwestii energii jądrowej – jako że dostarcza ona 20% energii elektrycznej w kraju i ponad połowę energii bezemisyjnej. Powiedziała, że administracja prezydenta Bidena skoncentruje swoje ograniczone zasoby na zachowaniu istniejącej floty reaktorów jądrowych i rozwoju małych reaktorów modułowych.

Biały Dom wspiera rozbudowę wszystkich reaktorów jądrowych nowej generacji – obiekty, które są bezpieczniejsze i wydajniejsze niż obecne projekty. Chce też zbudować „reaktor testowy”, który mógłby przyspieszyć komercjalizację tych najnowocześniejszych technologii, ale jak dotąd ustawodawcy są bojaźliwi pod tym względem.

„Jedną z kluczowych zalet zaawansowanej energetyki jądrowej jest to, że naszym zdaniem może ona mieć niższe koszty”, stwierdziła Judi Greenwald, dyrektor wykonawcza The Nuclear Innovation Alliance na konferencji zorganizowanej w ubiegłym tygodniu przez Global America Business Institute. „Może być również rozbudowywana mniejszymi porcjami, dopasowanymi do wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną. To znacznie ułatwia finansowanie”.

Według think-tanku Third Way całkowite zużycie energii elektrycznej może się podwoić w ciągu 30 lat. Większość tego popytu będzie pochodzić z krajów wschodzących. Think tank twierdzi, że zaawansowana, futurystyczna energetyka jądrowa może pokryć 16% zapotrzebowania na energię elektryczną do 2050 roku.

Obecnie elektrownie jądrowe działają w trzydziestu dwóch krajach. Dostarczają one 10% światowej energii elektrycznej i ponad jedną czwartą całej niskoemisyjnej energii elektrycznej, stwierdza Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej. Dodaje, że wykorzystanie energii jądrowej musiałoby się podwoić do 2050 r., aby osiągnąć cele poprzednich konferencji klimatycznych – aby utrzymać wzrost temperatury do nie więcej niż 1,5 stopnia Celsjusza w porównaniu z poziomem sprzed epoki przemysłowej.

Wszystko to dzieje się w kontekście działań Izby Reprezentantów i Senatu USA, w których prawodawcy „wyzerowali” finansowanie reaktora badawczego Versatile Test Reactor (VTR) w Idaho National Laboratories. Ten ośrodek badawczy może przyspieszyć wprowadzanie usprawnień, przy jednoczesnym ograniczaniu ilości odpadów promieniotwórczych. Dzięki takim badaniom i rozwojowi udało się na przykład zwiększyć współczynnik wykorzystania mocy floty reaktorów z 60% 50 lat temu do obecnych 90%.

„Zakłady energetyczne mogą unikać budowy 1000-megawatowych obiektów jądrowych”, mówił podczas konferencji Jackie Toth, starszy doradca Good Energy Collective. „Ale dzięki nowemu zestawowi zaawansowanych reaktorów przyjrzą się im ponownie. Mogą obniżyć koszty, zwiększyć bezpieczeństwo i wydajniej wykorzystywać paliwo… VTR ma korzystne wsparcie finansowe. Ale musimy uderzyć w bęben. Odzyskamy naszą inwestycję. Sprawy posuwają się naprzód w zakresie inżynierii i projektowania”.

Chaotyczna polityka

Małe reaktory modułowe – od 50 do 300 megawatów – mogą również wykorzystywać te zaawansowane projekty jądrowe. Dzisiejsze większe reaktory jądrowe są instalacjami drugiej generacji z lekką wodą, które działają ze zbliżoną mocą. Nadejdą jednak reaktory lekkowodne trzeciej generacji, a w dalszej kolejności reaktory czwartej generacji.

Bloki jądrowe trzeciej generacji mają ulepszone protokoły bezpieczeństwa, wykorzystując wodę jako chłodziwo i uran jako paliwo. Czwarta generacja, znana jako reaktory bardzo wysokotemperaturowe, może wykorzystywać stopione sole jako chłodziwo oraz różne rodzaje paliwa. Osiągają doskonałą wydajność cieplną z większym potencjałem do zastosowań przemysłowych, takich jak produkcja stali i wodoru.

Na razie Rosja jest jedynym krajem dysponującym reaktorem badawczym podobnym do VTR – takim, który może symulować warunki panujące w obiektach komercyjnych, aby usprawnić pracę przyszłych elektrowni. Biorąc pod uwagę obecne różnice geopolityczne między Stanami Zjednoczonymi a Rosją, nie ma powodu by sądzić, że oba kraje miałyby formalną umowę o współpracy. Nawet wtedy w interesie Stanów Zjednoczonych jest przewodzenie wysiłkom i eksportowanie najnowocześniejszych technologii jądrowych.

Warto zauważyć, że koszt VTR może wynieść nawet 6 miliardów dolarów w ciągu sześciu lat – biorąc pod uwagę fakt, iż budżet Departamentu Energii w tym roku wynosi prawie 40 miliardów dolarów, mówi Jennifer Gordon, starszy pracownik Global Energy Center w Atlantic Council. Dodaje, że przemysł jądrowy w Rosji ma gwarantowane przez państwo źródło finansowania. W przeciwieństwie do tego, prywatny model Stanów Zjednoczonych wymaga, aby inwestorzy byli zaangażowani finansowo – nie wspominając o decydentach wybranych w systemie demokratycznym.

„Nie chcesz być firmą, która wdraża wersję beta max, która jest pierwsza, ale potem staje się mniej innowacyjna”, mówi Gordon podczas dyskusji i odnosząc się do potrzeby budowy obiektu do testów jądrowych lub VTR. „Istnieje potrzeba innowacji jądrowych” – wynik globalnego przywództwa i pasji rozwiązywania kryzysu klimatycznego.

Większa innowacyjność

Jasnym jest, że projekt demonstracyjny i obiekt testowy to różne twory. Na przykład TerraPower i PacifiCorp powiedziały w czerwcu, że zbudują reaktor jądrowy odpowiedniej wielkości w Wyoming, gdzie kiedyś była zlokalizowana elektrownia węglowa. Ich projekt Natrium, założony przez Billa Gatesa, jest reaktorem wytwarzającym energię elektryczną, który otrzymuje wsparcie Departamentu Energii w wysokości 80 milionów dolarów, co stanowi niewielką część całkowitego kosztu. Celem jest uruchomienie go do 2030 roku.

VTR nie będzie produkować prądu dla konsumentów. Jest to obiekt testowy, który może na przykład przewidzieć długoterminowe zużycie reaktorów za pomocą modelowania. Proces taki może być kwestią zaledwie kilku tygodni. Projektanci mogą zatem opracować bardziej innowacyjny projekt – godny nagrody Golden Mousetrap Award.

Ale niektórzy eksperci twierdzą, że VTR jest zbyt kosztowny, a zaawansowane reaktory jądrowe są niesprawdzone. Union of Concerned Scientists twierdzi, że jury wciąż zastanawia się, czy te jednostki pozwolą obniżyć koszty, ograniczyć ilość odpadów jądrowych, wydajniej spalać uran i wzmocnić bezpieczeństwo.

„Pomimo szumu panującego wokół nich, żaden z reaktorów innych niż lekkowodne, które przejrzeliśmy na desce kreślarskiej, nie spełnia wszystkich tych wymagań”, mówi dr Edwin Lyman, fizyk i dyrektor ds. bezpieczeństwa energii jądrowej. „Reaktory wysokotemperaturowe chłodzone gazem mogą potencjalnie być bezpieczniejsze, ale pozostaje to nieudowodnione, a podczas ostatnich testów bezpieczeństwa paliw pojawiły się problemy”.

Te punkty są jednak odrzucane przez Teda Nordhausa, dyrektora wykonawczego Breakthrough Institute. W felietonie napisanym dla The Hill pisze on, że recenzje naukowe zaprzeczają analizie dr Lymana. Ponadto Nordhaus rozróżnia VTR, który jest finansowany ze środków publicznych i wspiera innowacje, od projektu Natrium, prywatnego obiektu, który będzie wytwarzał energię elektryczną.

„Zarówno VTR, jak i reaktor Natrium to mądre inwestycje w krytyczną technologię, której prawdopodobnie będziemy potrzebować”.

Administracja Bidena rozumie, że globalne cele klimatyczne będą trudne do osiągnięcia bez bezemisyjnej energii jądrowej, która może działać 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu – zwłaszcza w celu zaspokojenia oczekiwanego apetytu na energię ze strony wschodzących państw. Stany Zjednoczone mają szansę nie tylko przewodzić, ale także eksportować te technologie nowej generacji – jest to powód, dla którego powinny wznowić finansowanie bieżących projektów.

Ken Silverstein
Od późnych lat 90. Zajmuje się energią, poczynając od wzlotów i upadków Enronu – najpierw jako piszący dla magazynu, a potem felietonista i redaktor. Od 10 lat jest felietonistą Forbesa, skupiając się na paliwach kopalnych, odnawialnych źródłach energii i energii jądrowej, jednocześnie rozszerzając swoje zainteresowania o nowe technologie i sprawy środowiskowe. Jego opinie pojawiały się i były cytowane w dziesiątkach publikacji i audycji; artykuły i felietony również zdobyły kilka krajowych nagród.
Twitter: @Ken_Silverstein. E-mail: ken@silversteinedittorial.com

Opracowano w DEJ na podstawie: WNN, NucNet, Forbes