Jak działa elektrownia atomowa? Wyjaśniamy

Jak działa elektrownia atomowa?

Zasadniczym elementem każdej elektrowni jądrowej jest reaktor. W zależności od przebiegu reakcji rozszczepienia reaktory jądrowe dzieli się na termiczne, epitermiczne i prędkie. Szczególnie często wykorzystywanym reaktorem jądrowym jest PWR (ang. Pressurized Water Reactor). Jego zasadę działania można przedstawić w kilku krokach:

1. w wyniku rozszczepienia jąder atomowych powstają duże ilości ciepła, które są odbierane przez czynnik roboczy – zwykle jest nim woda pod wysokim ciśnieniem. Jądro atomowe dzieli się na lżejsze fragmenty, zaś uwolnione neutrony powodują rozszczepianie kolejnych jąder;
2. woda z obiegu pierwotnego trafia do wytwornicy pary, gdzie oddaje ciepło wodzie z obiegu wtórnego i pod niższym ciśnieniem, sama natomiast powraca do reaktora;
3. para z obiegu wtórnego jest osuszana, a następnie trafia do turbiny, którą napędza;
4. turbina połączona jest z generatorem prądu elektrycznego.

Z technicznego punktu widzenia w elektrowni atomowej prąd wytwarza więc turbina, a nie sama reakcja jądrowa. Niemniej jednak rozszczepianie jąder atomów jest niezbędne, aby zachować odpowiednio wysoką wydajność całego procesu. W przypadkach reaktorów PWR typowym paliwem jest izotop uranu U235, a dokładniej dwutlenek uranu. Fizycznie ma on postać kapsułek zamykanych w koszulkach tworzących pręty paliwowe. Pręty grupowane są w zestawy po 250 sztuk. Do zasilenia reaktora jądrowego wymagane jest zwykle około 200 zestawów¹.

Elektrownia atomowa w Polsce – historia i plany

Obecnie w Polsce nie ma elektrowni jądrowej, choć pierwsze plany w tym zakresie powstały jeszcze na początku lat 70. ubiegłego wieku. Już wtedy rządy PRL i ZSRR podpisały ze sobą umowę dotyczącą współpracy przy budowie reaktora atomowego, który miał być zlokalizowany w Żarnowcu. Ostatecznie w 1990 r. podjęto decyzję o likwidacji „EJ Żarnowiec” pomimo zaawansowanego etapu prac.

Przez wiele lat udział energetyki jądrowej w krajowym systemie energetycznym był pomijany milczeniem. Kolejnym krokiem było dopiero uchwalenie w 2005 r. Polityki energetycznej Polski do 2025 r., gdzie wskazano na zasadność wykorzystania potencjału drzemiącego w elektrowniach atomowych. Najnowsze założenia Polityki Energetycznej Polski 2040² przewidują utworzenie sześciu bloków. Pierwszy blok pierwszej elektrowni jądrowej ma zostać uruchomiony w 2033 roku, zaś kolejne w odstępie 2-3 lat. Trzeba pamiętać, że z uwagi na brak wcześniejszych doświadczeń praktycznych z energetyką jądrową, konieczne staje się dostosowanie zaplecza administracyjnego, prawnego, przeszkolenie kadr, jak i opracowanie modelu cyberbezpieczeństwa i finansowania całej inwestycji. To czasochłonny i kosztowny proces.

Gdzie powstanie pierwsza elektrownia atomowa w Polsce?

Pierwsza elektrownia atomowa ma powstać w nadmorskiej gminie Choczewo (lokalizacja Lubiatowo-Kopalino). Wybór nie był jednak prosty. Pod uwagę brano ponad 90 miejsc, które zostały szczegółowo przeanalizowane pod kątem właściwości terenu, dostępności wody chłodzącej, możliwości dalszej rozbudowy infrastruktury, a także bliskości terenów objętych formami ochrony przyrody.

Kiedy Polska uruchomi swoją pierwszą elektrownię jądrową?

Obecnie inwestycja znajduje się na bardzo wczesnym etapie. We wrześniu 2023 roku udało się uzyskać decyzję o środowiskowych uwarunkowaniach. Oznacza to, że do faktycznego rozpoczęcia budowy konieczne jest załatwienie wielu formalności. Uruchomienie pierwszej elektrowni zaplanowano na 2033 rok przy założeniu, że uda się na bieżąco realizować założenia PEP2040.

Druga elektrownia atomowa w Polsce – lokalizacja i harmonogram

Polska energetyka jądrowa przewiduje wybudowanie również drugiej elektrowni atomowej. Obecnie jej lokalizacja nie została ostatecznie zatwierdzona, choć według doniesień z Ministerstwa Przemysłu ma być to Konin położony w centralnej Polsce. Łączna moc obu elektrowni jądrowych docelowo ma sięgnąć 9 MW. Cała infrastruktura będzie zarządzana w pełni przez spółkę Skarbu Państwa – Polskie Elektrownie Jądrowe S.A.

O ile pierwszą elektrownię ma wybudować amerykański koncern Westinghouse Electric Company, druga inwestycja najprawdopodobniej zostanie powierzona japońskim wykonawcom. Wstępny protokół ustaleń został podpisany pod koniec ubiegłego roku. Obecnie nie są jednak znane bliższe szczegóły inwestycji. Wiadomo jedynie, że rozważa się utworzenie łączonego wykonawcy z takich firm, jak Hitachi, ICHI oraz Eneos Holdings.

Ile kosztuje budowa elektrowni atomowej?

Rząd szacuje koszty budowy elektrowni jądrowej na około 150 miliardów złotych. Z tej astronomicznej wręcz sumy około 115 miliardów ma być przeznaczone na prace techniczne obejmujące roboty budowlane oraz wdrożenie technologii. Pozostałe 35 miliardów złotych to wydatki na inwestycje towarzyszące i koszty działalności spółki. Ostatecznie obecnie nie da się jednoznacznie potwierdzić wysokości kosztów inwestycji. Będą one znane dopiero po oddaniu elektrowni do użytku.

Czy koszt energii jądrowej należy w takim razie ocenić jako wysoki, czy niski w porównaniu z innymi źródłami energii? W porównaniu z cenami energetyki węglowej lub gazowej te koszty są bardzo wysokie. W przeliczeniu na megawat jest to koszt nawet 43 milionów złotych. Szacuje się, że jeden megawat energii produkowanej z węgla kosztuje od 4,6 do 13 miliona złotych. Z kolei gaz jest jeszcze tańszy – jeden megawat potrafi kosztować niespełna 3,5 miliona złotych.

Na wysoką cenę nakłada się dodatkowo długi czas budowy elektrowni jądrowych. O ile elektrownie gazowe powstają w ciągu 2-4 lat, infrastruktura atomowa może być projektowana i stawiana nawet kilkanaście lat. Jak pokazuje przypadek chociażby fińskiej elektrowni Olkiluoto 3 czas budowy wydłużył się z kilku lat do 17 lat³. Problemem może być praktycznie każdy, nawet najmniejszy błąd projektowy, a także, zaburzenia w dostawach surowców, czy wreszcie nieporozumienia natury politycznej. Nadal energetyka jądrowa budzi spore kontrowersje wśród lokalnych społeczności.

Czy energia jądrowa to przyszłość Polski?

Dywagacje na temat tego, czy Polska potrzebuje energii atomowej, można prowadzić w nieskończoność. Nie ulega jednak wątpliwości, że z atomu korzysta już większość, jeśli nie wszystkie spośród państw liczących się gospodarczo na arenie międzynarodowej. Elektrownia jądrowa to większe bezpieczeństwo energetyczne dla wszystkich obywateli, stabilne ceny prądu, ale też dodatkowe miejsca pracy dla wysoko wykwalifikowanej kadry.

Warto pamiętać, że elektrownie jądrowe nie eksploatują i nie zanieczyszczają środowiska tak, jak robią to elektrownie węglowe, pomagają więc chronić środowisko naturalne. Są też całkowicie bezpieczne dla otoczenia, wbrew często powtarzanym sloganom. Obecny poziom rozwoju energetyki jądrowej jest już na tyle wysoki, że nawet w razie awarii niemal na pewno nie dojdzie do tragedii na miarę Czarnobyla.

Na zakończenie wypada wspomnieć, że nowoczesne elektrownie jądrowe są w stanie działać przez 60, a przy odpowiednim użytkowaniu nawet 80 lat generując cały czas równie efektywną energię. Dla przedsiębiorstw zobowiązanych do wdrożenia ESG podpisanie umowy PPA na dostawy zrównoważonej energii może być kamieniem milowym w rozwoju. Wiele wskazuje na to, że energia pozyskiwana z atomów jest przyszłością nie tylko Polski, ale i całego świata.