Svět energie Dana Drábová Státní úřad pro jadernou bezpečnost Praha
To je náš svět. A jiný nemáme...
Několik čísel: V současné době žije na Zemi více než 6,3 miliard obyvatel s průměrným ročním přírůstkem 1,3%. Každých 12 let se počet obyvatel zvyšuje o 1 miliardu. 79% světové populace žije v méně vyvinutých zemích (Asie, Afrika, Latinská Amerika). Přírůstek této populace je 1,6% ročně, až polovina obyvatel v méně vyvinutých zemích je mladší 15 let nejméně 2 miliardy této populace nemá přístup k elektřině – Při zachování současných trendů bude v roce 2030 stále 1.4 miliardy lidí bez elektřiny – V Indii je bez přístupu k elektřině 600 miliónů lidí, na rozdíl od Číny, kde 98% lidí přístup k elektřině má
1,3 miliardy nemá přístup k nezávadné pitné vodě 2,4 miliardy používá biomasu pro vaření a vytápění 2,5 miliardy lidí zde žije za méně než 2US$/den.
Dimenze udržitelnosti
Naše společnost existuje díky energii
V zemích, jako je naše, energie nebyla v posledních letech předmětem velkého zájmu. Koneckonců, nezažívali jsme žádné významnější výpadky nebo přerušení dodávek …
Výpadek dodávky elektřiny ve státě New York
Energie je vzácný zdroj Moderní energie vytvořila prosperitu Bez energie přestane být dostupné prakticky všechno, co dnes považujeme za běžnou součást života, někdy dokonce za přirozené právo: – Pitná voda – Zemědělství, dostatek potravin – Hromadná doprava – Elektřina – Zdravotní péče …
1GJ = 277,8 kWh
Je svět spravedlivý?
Karáčí 400 kWh/obyv.
Oslo 25 000 kWh/obyv.
60 x více Svět bude spravedlivý, až všichni budou mít stejné možnosti včetně přístupu k elektrické energii
Lidé bez elektřiny
Svět se rychle mění - 21. století bude stoletím boje o přírodní zdroje růst populace, urbanizace, požadavky na koncentraci a stabilitu dodávek energií, ceny energií, rozpor mezi zdroji a poptávkou ochrana životního prostředí
Energie se nachází v centru napětí Populace
Technologie
Odpovědnost
Světová populace zatím explozivně roste
+ 200 tisíc lidí za den, průměrná spotřeba energie 50 kWh/den, potřebuji výkon 2kW
Vývoj světové poptávky po energii
Prognóza vývoje obnovitelných zdrojů
Co máme k dispozici? Jádro
Uhlí
Zemní plyn
SOFC
Voda
Geothermal
Vítr
Bioplyn
SNG
PV
ZHODNOCENÍ RŮZNÝCH PALIVOVÝCH MOŽNOSTÍ
Jaderná energie
Hnědé/ černé uhlí
Výhoda
Nevýhoda
Charakteristika
• Ekonomické,
• Politicky kontroverzní
• Vhodné na základní zatížení
• Vysoké emise CO2
• Vhodné na základní zatížení
stabilita dodávek
• Ekonomické, stabilita dodávek
• Flexibilita výroby
• Ekologická
• Minimální emise a politicky přijatelná
• Nulové emise Vítr
• Ekonomická (a potenciálně
• Výstavba velkých vodních elektráren ekologicky a politicky kontroverzní
Voda
Biomasa
není ideální z hlediska všech kritérií politická) závislost na Rusku; vysoké náklady
Plyn
• Žádné palivo
• Logistická a skladovací náročnost limituje velikost elektráren na biomasu
• Negativní vliv na krajinu a nestabilita dodávek; v ČR tolik nefouká
• Výhodný na vykrytí výkyvů (např. balancování větrných elektráren)
• V ČR ideální pro systémové služby; má již ale pouze omezený potenciál
• Doplňkový, ale nejistý zdroj, dlouhodobě neověřený
• Nutné pokrytí instalované kapacity flexibilním zdrojem
• Je třeba najít vhodný mix – Ekologie – Sociální přijatelnost – Ekonomika – Bezpečnost dodávek – Politická závislost na Rusku
Tři výzvy pro energetiku bezpečnost dodávek změny klimatu energie pro chudé Jakou roli bude při řešení energetického hlavolamu, který před lidstvem stojí, hrát jaderná energetika?
Koncentrace energie 10 6
Energie [eV]
10 0
1 000 000 eV na částici
Jaderná energetika
1 eV v molekule
Fosilní paliva Těžba uhlí
0,000 001 eV 10
Obnovitelné zdroje
v molekule
-6
1700
1750
1800
Feudální společnost
Počet obyvatel:
0,8
1 eV = 1.602 10-19 J
1850
1900
1950 1990 2020
Průmyslová revoluce
1,3
2,5
5,4
8
miliard
Koncentrace energie v uranu: Štěpením uranu se produkuje zhruba třímilionkrát více tepelné energie na jednotku hmotnosti než spálením fosilních paliv . Rozštěpením 1 kg 235U se uvolní zhruba 25 GWh tepla. Jaderná elektrárna s instalovaným výkonem 1000 MW a faktorem využitelnosti 91% (8,000 hodin za rok na plném výkonu) s účinností 30% vyrobí 27 TWh tepla ročně, potřebuje tedy přibližně jednu tunu 235U. Uvážíme-li přítomnost dalších štěpných izotopů (239Pu, 241Pu a 233U) v použitém jaderném palivu, sníží se roční množství spotřebovaného 235U na zhruba 640 kg. To odpovídá zhruba 30 t obohaceného uranu obsahujícího 3% 235U (palivové soubory se vyměňují po spotřebování zhruba 2/3 235U) a zhruba 165 t přírodního uranu (0.7% 235U, 99.3% 238U). Máme-li uranovou rudu obsahující 2 ‰ uranu, potřebujeme vytěžit 80 000 t rudy. Pro srovnání: uhelná elektrárna s instalovaným výkonem 1000 MW a stejným faktorem využitelnosti potřebuje zhruba 3 milióny t uhlí.
Historie jaderné energie v kostce 1932 – objev neutronu 1939 – objev štěpné reakce (Hahn + Strassmann) 1942 (2.prosince) v Chicagu první kontrolovaná jaderná reakce (Enrico Fermi, SCRAM = safety control rod axe man) 1951 – Idaho Falls (USA) – první výroba el. proudu ve výzkumném reaktoru, EBR-1 1954 – Obninsk (SSSR) – první elektrárna dodávající do veřejné sítě (5MWe) 1956 – podepsána smlouva o výstavbě A1 v Jaslovských Bohunicích (150 MWe) 1985 – spuštěna elektrárna Dukovany 2000 – spuštěna elektrárna Temelín
Experimental Breeder Reactor I (1951)
Jaderná energetika - několik čísel Bloky v komerčním provozu Instalovaný výkon, GW(e) Počet provozujících zemí
2005
2006
2007
2008
441
435
439
438
370
368
372
371
31
31
30
30
15.8%
15.5%
15%
35 91 228
44 108 266
2626 TWh Vyrobená elektřina, (16%) Provozní zkušenost, r-y
Ve výstavbě Plánováno Uvažováno
13000
24 NA NA
28 64 158
Jaderné elektrárny ve světě: 439 bloků ve 31 zemích
Počet obyvatel v plánujících zemích = 1 miliarda
Provozují (30)
Zvažují (43)
Zajímají se (25)
Alžírsko, Bangladéš, Bělorusko, Čile, Egypt, Indonésie, Irán, Jordánsko, Kazachstán, Malajsie, Maroko, Nigerie, Polsko, Saudská Arábie, Spojené Arabské Emiráty, Thajsko, Tunis, Turecko, Uruguay, Vietnam …
Jaderné elektrárny u nás Dukovany 4x440 MWe
V provozu od roku 2004 Celková produkce 80
TWh
Temelín 2x1000 MWe V provozu od roku 1985 Celková produkce
280 TWh
Uran je třeba vytěžit a zpracovat
Uranová ruda Hexafluorid Plynná forma pro obohacení Pevné skupenství
Obohacování zvyšuje koncentraci U-235
Uranové pelety
Palivový článek
Palivové proutky naplněné peletami jsou poskládány do palivových článků
Olkiluoto 3
Rozestavěný třetí blok jaderné elektrárny Flamanville ve Francii
Závěr Jaderné elektrárny nejsou samospasitelným řešením ale mohou být výrazným příspěvkem k energetickým zdrojům. Výhodou je kompaktnost, stabilita dodávek, velmi malý objem paliva, relativně levná produkce (větší cena výstavby vykoupena levným provozem). Hodí se jako větší nebo velké zdroje, jejich provozování dlouhodobě ověřeno. V současnosti jsou nejmodernějším typem reaktory III. generace – typy EPR, AP1000, ABWR – spolehlivé, kompaktní a efektivní
