VYSOKÁ ŠKOLA EKONOMICKÁ V PRAZE FAKULTA MEZINÁRODNÍCH VZTAHŮ DIPLOMOVÁ PRÁCE Štěpán Špringl

VYSOKÁ ŠKOLA EKONOMICKÁ V PRAZE FAKULTA MEZINÁRODNÍCH VZTAHŮ

DIPLOMOVÁ PRÁCE

2011

Štěpán Špringl I

VYSOKÁ ŠKOLA EKONOMICKÁ V PRAZE Fakulta mezinárodních vztahů Hlavní specializace: Mezinárodní obchod

Výroba elektřiny ve světě se zaměřením na využití jádra

Diplomová práce Vypracoval: Štěpán Špringl Vedoucí diplomové práce: doc. PaedDr. Milan Vošta, Ph.D. I

Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma „Výroba elektřiny ve světě se zaměřením na využití jádra“ vypracoval samostatně. Veškerou použitou literaturu a podkladové materiály uvádím v přiloženém seznamu literatury.

V Praze dne 12. 12. 2011

………………….. Podpis

II

Poděkování Rád bych poděkoval doc. PaedDr. Milanu Voštovi, Ph.D. za laskavý přístup, rady a podnětné nápady při tvorbě této diplomové práce. Dále bych rád poděkoval svým rodičům za podporu během celého studia.

III

Obsah

Seznam použitých zkratek ..................................................................................................VI Seznam tabulek .................................................................................................................VII Seznam obrázků ...............................................................................................................VIII Seznam grafů ...................................................................................................................... IX Úvod ................................................................................................................................... 1 1

Globální pohled na výrobu elektřiny ............................................................................. 4 1.1

1.1.1

Objev elektřiny a etymologie .......................................................................................... 4

1.1.2

Původ energie.................................................................................................................. 5

1.2

2

Výroba elektřiny, historie a současnost ................................................................. 6

1.2.1

Historický vývoj ............................................................................................................... 6

1.2.2

Přístup k elektřině ........................................................................................................... 9

1.2.3

Výroba a spotřeba elektřiny ve světě .............................................................................. 9

Výroba elektřiny v jednotlivých typech elektráren ..................................................... 14 2.1

Jednotlivé druhy elektráren ................................................................................. 14

2.1.1

Tepelné elektrárny ........................................................................................................ 14

2.1.2

Jaderné elektrárny ......................................................................................................... 21

2.1.3

Vodní elektrárny ............................................................................................................ 22

2.1.4

Větrné elektrárny .......................................................................................................... 30

2.1.5

Sluneční elektrárny ........................................................................................................ 36

2.1.6

Geotermální elektrárna ................................................................................................. 41

2.2

3

Elektřina ................................................................................................................ 4

Ekonomická efektivita výroby elektřiny, porovnání a důsledky ........................... 44

2.2.1

Srovnání jednotlivých druhů elektráren dle nákladů na kWh ....................................... 44

2.2.2

Škodlivé emise ............................................................................................................... 46

Jaderná energetika ve světě ....................................................................................... 49 3.1

Historie ................................................................................................................ 49

3.2

Principy fungování jaderné elektrárny ................................................................. 50

3.2.1

Principy štěpení jádra atomu ........................................................................................ 50

IV

3.2.2

Princip fungování jaderné elektrárny ............................................................................ 52

3.2.3

Druhy reaktorů jaderných reaktorů .............................................................................. 53

3.3

3.3.1

Historický vývoj ............................................................................................................. 57

3.3.2

Současná produkce ....................................................................................................... 58

3.4

Skladba ložisek uranu na světě...................................................................................... 59

3.4.1

Těžba uranu ve světě ..................................................................................................... 62

Výhody a rizika jaderných elektráren ................................................................... 64

3.5.1

Výhody a přínosy ........................................................................................................... 64

3.5.2

Rizika a nebezpečí ......................................................................................................... 68

3.5.3

Mezinárodní stupnice pro hodnocení jaderných událostí ............................................ 72

3.5.4

Havárie jaderných elektráren z minulosti ..................................................................... 76

Budoucí trendy ve výrobě elektřiny ............................................................................ 82 4.1

Jaderná energie v budoucnu ................................................................................ 82

4.1.1

Nechtěná jaderná energie ............................................................................................. 82

4.1.2

Důsledky nejaderného scénáře na příkladu Německa .................................................. 84

4.1.3

Veřejné mínění .............................................................................................................. 86

4.2 5

Těžba uranu ......................................................................................................... 59

3.4.1

3.5

4

Jaderná energie ve světě ..................................................................................... 57

Trendy ostatních druhů elektrických energií ........................................................ 88

Závěr .......................................................................................................................... 92

Seznam použité literatury ................................................................................................. 95 Přílohy ............................................................................................................................. 105

V

Seznam použitých zkratek CANDU

Canada Deuterium Uranium Kanadský těžkovodní uranový reaktor

CO2

Oxid uhličitý

EPIA

European Photovoltaic Industry Association Evropská asociace fotovoltaického průmyslu

EPR

European water Pressurized Reactor Evropský tlakovodní reaktor

EU

Evropská unie

GWEC

Global wind energy council Světová rada pro větrnou energii

IAEA

International Atomic Energy Agency Mezinárodní agentura pro atomovou energii

IEA

International Energy Agency Mezinárodní agentura pro energii

JE

Jaderná elektrárna/Jaderná energetika

MZR

Možná zdravotní rizika

OECD

Organization for Economic Cooperaton and Development Organizace pro ekonomickou spolupráci a rozvoj

OSN

Organizace spojených národů

OZE

Obnovitelné zdroje energie

PWR

Pressurized Water Reactor Tlakovodní reaktor

RBMK

Reactor bolšoj moščnosti kanalnyj Kanálový reaktor vysokého výkonu

VVER (WWER)

Vodo‐Vodjanoj Energetičeskij Reaktor Vodo‐vodní energetický reaktor

WNA

World nuclear association Světová jaderná asociace

VI

Seznam tabulek Tabulka 1: Spotřeba energie od historie po současnost (osoba/kcal) ............................................................... 7 Tabulka 2: Světová produkce elektřiny z uhlí, 2009 ........................................................................................ 19 Tabulka 3: Světová produkce elektřiny z ropy, 2009 ....................................................................................... 19 Tabulka 4: Světová produkce elektřiny ze zemního plynu, 2009 .................................................................... 20 Tabulka 5: Světová produkce elektřiny z vody dle státu, 2009 ....................................................................... 28 Tabulka 6: Instalovaná kapacita vodních elektráren ve vybraných zemích, 2009 ........................................... 29 Tabulka 7: Podíl vodní energie na výrobě elektřiny ve vybraných zemích, 2009 ............................................ 29 Tabulka 8: Instalovaná kapacita větrných elektráren ve světě, 2010 .............................................................. 36 Tabulka 9: Hodnocení ekologického vlivu ....................................................................................................... 47 Tabulka 10: Produkce elektřiny z jádra v r. 2009 ............................................................................................. 58 Tabulka 11: Podíl jaderná energie na výrobě elektřiny ve vybraných zemích, 2009 ....................................... 59 Tabulka 12: Propočet odhadovaných světových zásob uranu (roky) .............................................................. 60 Tabulka 13: Zásoby ekonomicky získatelného uranu dle státu ....................................................................... 61 Tabulka 14: Podíl vybraných druhů dobývání uranu na světové produkci, 2010 ............................................ 63 Tabulka 15: Produkce uranu ve světě (tuny) ................................................................................................... 64 Tabulka 16: Porovnání investičních nákladů a doby výstavby u vybraných typů elektráren .......................... 68 Tabulka 17: Možná rizika ohrožující zdraví ...................................................................................................... 69 Tabulka 18: Případný počet úmrtí způsobených odpady z výroby elektrického výkonu 1000 MWe .............. 69 Tabulka 19: Počet úložišť jaderného odpadu a počet reaktorů v jednotlivých zemích ................................... 70 Tabulka 20: Přírůstek instalované kapacity v r. 2010 dle regionu ................................................................... 89

VII

Seznam obrázků Obrázek 1: Primární zdroje energie využívané k výrobě elektřiny .................................................................... 6 Obrázek 2: Druhy a kvalita uhlí ........................................................................................................................ 16 Obrázek 3: Efektivita kombinované výroby elektřiny a tepla .......................................................................... 17 Obrázek 4: Větrná mapa světa ........................................................................................................................ 33 Obrázek 5: Sluneční mapa světa ...................................................................................................................... 39 Obrázek 6: Geotermální elektrárna ................................................................................................................. 43 Obrázek 7: Štěpení jádra ................................................................................................................................. 51 Obrázek 8: Schéma jaderné elektrárny s tlakovodním reaktorem .................................................................. 53 Obrázek 9: Generace jaderných reaktorů ....................................................................................................... 57 Obrázek 10: Mezinárodní stupnice pro hodnocení jaderných událostí ‐ INES ................................................ 73

VIII

Seznam grafů Graf 1: Podíl jednotlivých zdrojů spotřeby energie v r. 1973 ............................................................................ 8 Graf 2: Podíl jednotlivých zdrojů spotřeby energie v r. 2009 ............................................................................ 8 Graf 3: Populace ve vybraných regionech podle přístupu k elektřině, 2006 ..................................................... 9 Graf 4: Světový výroba elektřiny dle zdroje od r. 1971 po r. 2009 .................................................................. 10 Graf 5: Historický vývoj podílů jednotlivých zdrojů energie na konečné spotřebě ......................................... 11 Graf 6: Podíl jednotlivých zdrojů na výrobě elektřiny v r. 2009 ...................................................................... 12 Graf 7: Distribuce primárních energie k jednotlivým zdrojům ........................................................................ 13 Graf 8: Vývoj kumulované instalované kapacity větrných elektráren ve světě, 1996 ‐ 2010 .......................... 35 Graf 9: Skladba instalovaného výkonu fotovoltaických systémů ve světě dle regionu, 2000 ‐ 2009 .............. 40 Graf 10: Celkové náklady výroby elektřiny na 1 kWh ...................................................................................... 45 Graf 11: Původce emisí CO2 dle energetického zdroje .................................................................................... 46 Graf 12:Historický vývoj výroby elektřiny z jádra dle regionu, 1971 ‐ 2009 .................................................... 58 Graf 13: Vývoj emisí oxidu uhličitého od r. 1800 dle původu .......................................................................... 83 Graf 14: Úroveň znalostí a vnímání rizika jaderné energie (2010, ještě před havárií ve Fukušimě) ............... 87 Graf 15: Predikce vývoje instalované kapacity fotovoltaických systému do roku 2014 dle regionu ............... 89 Graf 16: Roční přírůstek instalované kapacity větrných elektráren ve světě .................................................. 89 Graf 17: Roční přírůstky instalované kapacity větrných elektráren dle regionu, 2010 ‐ 2015 ....................... 91

IX

Úvod Energetika je nedílnou součástí našeho života, je to nepostradatelná a výrazná součást světové ekonomiky. Otázka energetiky, postihující koloběh transformace různých forem energie a energetických zdrojů, jejich těžby a distribuce, je v současnosti nezbytně aktuální. Celosvětová ekonomika, ač v posledních letech sužovaná krizemi, si žádá stále větší energetické příděly, stejně tak jako samotní koncoví spotřebitelé. Spotřeba energie i elektřiny každým rokem stoupají a společnost, stále více si zakládající na udržitelných hodnotách současného světa, se snaží implementovat nejrůznější metody, které by tyto hodnoty podporovaly a zároveň však nijak neomezovaly současnou energetickou spotřebu vy smyslu omezení komfortu. Omezené množství nerostných surovin, ze kterých je v současnosti velká část elektrické energie vyráběna, a další sekundární negativní efekty (jako např. škodlivé emise, jimž je dáváno za vinu globální oteplování) tlačí na změnu. Výsledná opatření leží většinou na průsečíku všech zainteresovaných stran, tj. vlád a neziskových organizací, energetických korporací a v menší míře snad i obyvatel této planety. Globalizace a mediální svět podávají informace v takové formě, ve které je dennodenně vídáme – zpracované, zkreslené a často neúplné, v tom horším případě i zcela nepravdivé. Tato práce si klade za cíl aspekty výroby elektrické energie objektivně zanalyzovat. Cílem této práce je tak podrobněji zanalyzovat a zmapovat současný energetický mix (i ve vztahu k historii), upozornit na výhody a nevýhody jednotlivých zdrojů elektrické energie a zařízení, ve kterých se příslušná elektrická energie vyrábí. Z důvodu objektivního posouzení jsou výhody i nevýhody hodnoceny nejen ve smyslu ekonomickém, ale i v ekologických, politických a dalších kontextech. Tato práce si taktéž klade za cíl detailněji zmapovat proces výroby elektrické energie z jádra se všemi pozitivy i negativy, které z ní vyplývají. K zodpovězení těchto otázek slouží logické řazení jednotlivých kapitol, kdy jsou v jednotlivých oddílech postupně kladeny z kontextu vyplývající otázky, které jsou následně vysvětlovány a zdůvodňovány. První kapitola se zabývá energií a elektřinou jako takovou, popisuje samotný vznik energetických zdrojů na planetě Zemi až ke kořenům a kouká na energii jako celek, který mnoho lidí nevidí. Dále jsou v této kapitole stručně popsány počátky objevování elektrické 1

energie. V první kapitole je taktéž popsán světový energetický mix v současnosti i se zohledněním historického vývoje spolu s vysvětlením jeho skladby a postupných změn v čase. Kapitola také popisuje spotřebu elektřiny ve světě (opět v historických souvislostech). Druhá kapitola se již podrobně věnuje jednotlivým druhům energií, respektive příslušným zařízením, ve kterých je vyráběna elektrická energie. Vybrány jsou v současnosti nejběžnější typy elektráren – tepelné, jaderné, vodní, větrné, sluneční a geotermální. Každá z podkapitol sumarizuje jednotlivé odvětví, nejprve je definován druh energie jako takový, posléze jsou rozebrána technologická řešení jednotlivých elektráren (palivo, samotný princip fungování elektrárny atp.). Technologická řešení úzce souvisí s výhodami a nevýhodami jednotlivých elektráren a jsou nutná k úspěšnému pochopení všech aspektů popisovaných elektráren. Výhody a nevýhody jednotlivých elektráren pak jdou ruku v ruce s ekonomickou užitečností/efektivností jednotlivých elektráren a z investiční stránky významně ovlivňují stranu nákladů a posléze i výnosů potenciálního investora. V jednotlivých podkapitolách se taktéž věnuji nejvýznamnějším produkcím dané energie dle jednotlivých světových regionů a zemí. Konec samotné kapitoly je věnován souhrnnému porovnání ekonomické efektivnosti jednotlivých elektráren především v kontextu ceny na jednotku kWh a škodlivých emisí. Kapitola třetí je již plně zaměřena na jadernou energii. Stručně je popsáno objevování jaderné energie, respektive jaderného štěpení. Poté již následuje popsání principu štěpné reakce a samotné fungování jaderné elektrárny, bližší pozornost je věnována obzvláště jednotlivým generacím jaderných reaktorů s ohledem na historii a budoucnost. Kapitola pokračuje rozborem jaderného paliva, analýzou světových zásob a největších světových produkcí uranu, důraz je kladen na hospodárnou cenu uranu při jeho těžení a možné alternativy pro budoucnost. Detailně popsány jsou výhody a nevýhody (rizika) jaderných elektráren, přičemž je zohledněna i ekonomická udržitelnost jaderné energie v porovnání s jinými zdroji energie (investiční náklady, náklady provozu, ale i často opomíjené negativní externality). V kapitole je v rámci jaderných rizik jaderných elektráren popsána i Mezinárodní stupnice pro hodnocení jaderných událostí INES, s ohledem na tuto stupnic jsou zmíněny dvě nejzávažnější havárie jaderných elektráren s příčinami a důsledky, kde byl původcem havárie člověk. Čtvrtá kapitola se zabývá budoucími trendy ve výrobě elektřiny v kontextu dění ve světě v nedávné době. V kapitole je analyzován postoj k jednotlivým druhům energie s ohledem na energii jadernou, spolu s příčinami a důsledky, které z tohoto stanoviska vyplývají. Jako praktický příklad je uvedena situace v Německu po jaderné havárii v Japonsku, jež dost 2

pravděpodobně výrazně ovlivní budoucí globální vývoj jaderné energetiky. Podkapitola pracuje s teorií „bezjaderného“ Německa a analyzuje možné důsledky. Následuje text popisující veřejné mínění o jaderné energii ve světě. Kapitola je zakončena popisem možných budoucích trendů u ostatních energií a jejich využívání, především energie větrné a sluneční.

3

1 Globální pohled na výrobu elektřiny 1.1 Elektřina Energie je potřebná k životu. V současnosti žijeme lépe než naši předci a to právě díky lepšímu využívání energie. Využíváme více energie k práci, k výrobě tepla i k přesouvání lidí a zboží. Energie jako taková může existovat v různých podobách, např. chemická, mechanická, elektrická atp. Transformace energie z jedné formy do druhé je tím základním procesem, který nám umožňuje využít část energie pro naše vlastní využití.1 1.1.1 Objev elektřiny a etymologie Již 6. stol. př. n. l. objevil Thales Mílétský zajímavé vlastnosti jantaru, jantarový nástroj používaný při předení lnu vykazoval zajímavé vlastnosti – přitahoval drobná tělíska, avšak vlákna lnu odpuzoval. Dnes již víme, že jantar při tření získává elektrický náboj.2 V 2. polovině 16. století se lékař anglické královny Alžběty začal zabývat opětovně zkoumáním jantaru. Všímal si taktéž toho, že jantar je schopen přitahovat lehká tělesa a tuto sílu nazval „elektricitas“ podle řeckého jména jantaru. Z tohoto označení následně vzniklo i české názvosloví.3 Příští dvě století se pokusy s elektrickou energií staly velmi populární, což podpořilo její výzkum a rozvoj. Pod významnými objevy v minulosti jsou napsána jména jako Benjamin Franklin, Prokop Diviš, Charles Auguste de Coulomb či Luigi Galvani.4 Bez elektřiny by současný svět nemohl fungovat tak, jak funguje. Výroba elektřiny je nezaměnitelnou součástí fungování dnešního moderního světa a již od dob objevení Voltova článku v roce 1800 se její efektivita zdokonaluje a vyvíjí. Alessandro Volta sestrojil první trvalý zdroj elektrického proudu a navždy tak změnil současný i budoucí svět, jeho vynález znamenal zásadní průlom ve využívání elektrické energie. Volta použil dvojici zinkových a měděných elektrod, které proložil ve slané vodě namočeným

1

NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, str. 1‐5. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9 2 Kusala J., Miniencyklopedie Elektřina, Součást vzdělávacího programu SVĚT ENERGIE, 2003. [online], [cit. 2011‐10‐27]. URL: 3 Josef Jungmann zaznamenal i starší názvosloví – električina. Lidově se elektřině říká elektrika. 4 Kusala J., Miniencyklopedie Elektřina, Součást vzdělávacího programu SVĚT ENERGIE, 2003. [online], [cit. 2011‐10‐27]. URL:

4

flanelem a naskládal do tvaru sloupu. Jednalo se vlastně o primitivní galvanický článek, jenž další vynálezci stále zdokonalovali a jehož obdobu vlastně lidstvo používá dodnes.5 6 7 Jedním z nich byl o pár desítek let (v roce 1867) Enrst Werner von Siemens, který zkonstruoval dynamo – poprvé tak bylo možné vyrobit elektrický proud točivým pohybem. Již o 15 let později byla v New Yorku poprvé spuštěna první komerční elektrická síť.8 Událo se tomu 5 let poté, co Edison pronesl následující slova: „Uděláme elektřinu tak levnou, že jen bohatí budou svítit svíčkami“ – a třeba vzpomenout, že v tomto se vskutku nemýlil. 1.1.2 Původ energie Téměř všechny zdroje energie, které známe, pochází kromě nukleární a geotermální energie z energie sluneční. Můžeme tak de facto říci, že i fosilní paliva, která v současné době využíváme (např. uhlí, ropa, zemní plyn), mají svůj původ ve sluneční energii. Tato paliva jsou totiž svým způsobem přetransformované živé organismy (především mořský plankton), jejichž růst byl před stovkami miliónů let způsoben právě slunečními paprsky, jež dopadaly na planetu Zemi. Obnovitelné zdroje energie hojně využívané v dnešní době (vodní energie, větrné energie, biomasa atd.) jsou taktéž částečně derivovány ze sluneční energie. Sama solární energie je považována za obnovitelnou, i když tomu tak ve skutečnosti není. Prakticky je však nevyčerpatelná, uvažujeme‐li v reálném horizontu, životnost Slunce se totiž odhaduje na 15 miliard let. Jak bylo již uvedeno výše, jaderná energie nepochází primárně ze Slunce. Jaderná (nebo taktéž nukleární) energie je získávána z jader uranu, která se nachází v zemi. Uran byl vytvořen v těžkých hvězdách a rozptýlen do prostoru poté, co příslušené hvězdy zanikly.9 Je třeba dále rozlišovat primární a sekundární zdroje energie. Primární zdroje energie jsou takové, které existují ještě před jakoukoliv úpravou člověkem. To se týká zejména paliv 5

Tamtéž. Carboni G., Fun Science Gallery: EXPERIMENTS IN ELECTROCHEMISTRY ‐ THE VOLTA'S PILE, 1998. [online], [cit. 2011‐10‐28]. URL: 7 Rubin J., Following the Path of Discovery: The Invention of the Voltaic Pile (The First Electric Battery) [online], [cit. 2011‐10‐28]. URL: 8 Škorpík J., Člověk a energie, vybrané pojmy z energetiky, Transformační technologie, ISSN 1804–8293, 2006. [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: 9 NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, str. 1‐10. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9 6

5

extrahovaných ze země (uhlí, surová ropa, zemní plyn aj.) nebo energií uschovaných či zachycených v přírodních zdrojích (sluneční záření, vítr, biomasa aj.). Sekundární zdroje energie jsou pak takové, které jsou vytvořeny transformací primárních zdrojů energie, jedná se tedy např. o benzín, naftu či dřevěné uhlí.10 Obrázek 1: Primární zdroje energie využívané k výrobě elektřiny

Zdroj: Vlastní zpracování, data z Our Energy Future

Dělit lze energetické zdroje i na obnovitelné a neobnovitelné, blíže se k tomuto tématu vyjadřuji v kapitole 2.1, která je věnována elektrárnám. Příloha 1 dále zobrazuje jednotky a čísla, jež se v energetice nejčastěji používají.

1.2 Výroba elektřiny, historie a současnost 1.2.1 Historický vývoj Energie jako taková pomáhá člověku žít, její efektivní využívání pomáhá lidem zlepšovat život. V průběhu historie lidé hledali stále efektivnější zdroje energie a používali ji pořád více. Využití energie v historii lidstva ukazuje následující tabulka.

10

Tamtéž.

6

Tabulka 1: Spotřeba energie od historie po současnost (osoba/kcal)

Spotřeba energie v historii (osoba/kcal) Primitivní člověk Lovec a sběrač Člověk zemědělský Člověk zemědělsky pokročilý Člověk industriální Člověk technologický 0 Jídlo

50

Domov a obchod

100

150

Průmysl a zemědělství

200

250

300

Transport


Energie v tabulce je zastoupena tím, co člověk v danou chvíli používal. Primitivní člověk například využíval výhradně energii z jídla. Až později, když se člověk naučil používat oheň, stoupla spotřeba energii zhruba 2,5x, oheň se totiž používal na vaření a vytápění. A takto lze pokračovat až do současnosti, kdy technologický pokrok neustále přidával do spotřeby energie nové a nové položky. Je odhadováno, že od té doby, co na Zemi žije druh Homo sapiens sapiens, se na této planetě vystřídalo přes 80 miliard lidí. Od počátku 20. století je pak nárůst populace (a tím i spotřebovávané energie) značný. Každý den na Zemi přibude 200 000 nových lidí. Zajímavý je fakt, že 1 miliarda lidí dnes spotřebovává 66 % veškerého jídla a spálí 12x více ropy než je tomu u obyvatel rozvojových zemí.11 Je samozřejmé, že všechny zdroje energie, ať už primární či sekundární, nejsou používány rovnoměrně a neslouží pouze k výrobě elektřiny. Následující grafy zobrazují celkovou finální spotřebu dle druhu v letech 1973 a 2009.

11

NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, str. 10. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9

7

Graf 1: Podíl jednotlivých zdrojů spotřeby energie v r. 197312

1973 Uhlí/rašelina 13.7%

Ostatní 1.6% Elektřina 9.4%

Ropa 48.1%

Zemní plyn 14.0%

Biopaliva a odpady 13.2%

Zdroj: Vlastní zpracování, data z IEA: Key World Energy STATISTICS 2011 Graf 2: Podíl jednotlivých zdrojů spotřeby energie v r. 200913

Uhlí/rašelina 10.0% Ostatní 3.3%

2009 Ropa 41.3%

Elektřina 17.3%

Zemní plyn 15.2% Biopaliva a odpady 12.9%

Zdroj: Vlastní zpracování, data z IEA: Key World Energy STATISTICS 2011

Jak lze vidět z předchozích grafů, za posledních 30 let se podíl elektřiny téměř zdvojnásobil, což dokazuje, že Thomas Alva Edison se nemýlil. Do budoucna lze počítat s dalším nárůstem tohoto podílu, mnoho automobilek i energetických společností připravuje nejrůznější koncepty e‐mobility. Pokud by elektřina začala nahrazovat ropu a její produkty i co se týče pohonných hmot, měnily by se tyto podíly velmi výrazně.

12 13

Položka „Ostatní“ zahrnuje: geotermální energii, sluneční energii, větrnou energii a teplo Položka „Ostatní“ zahrnuje: geotermální energii, sluneční energii, větrnou energii a teplo

8

1.2.2 Přístup k elektřině Elektřina není zdroj energie, je to pohodlná a flexibilní cesta, jak elektřinu transportovat. Současný svět si nelze představit bez elektřiny, v současnosti existuje tolik elektrických zařízení, že moderní život bez elektřiny v podstatě není možný. Elektřinu ale nemá stále k dispozici každý, na světě je 1,6 miliardy lidí, kteří se ve svém dennodenním životě bez elektřiny musí obejít. Často se jedná o stejnou skupinu lidí, která nemá rovněž přístup k pitné vodě, dostatku jídla a podobným základním lidským potřebám. Vybrané regiony s přístupem k elektřině a bez přístupu k elektřině zobrazuje následující graf. Graf 3: Populace ve vybraných regionech podle přístupu k elektřině, 2006

Populace ve vybraných regionech podle přístupu k elektřině (miliony lidí) Jižní Asie Subsaharská Afrika Čína a Východní Asie Severní Afrika a Blízký východ Latinská Amerika 0

200

400

600

Populace s přístupem k elektřině

800

1000 1200 1400 1600 1800 2000 Populace bez elektřiny

Zdroj: Vlastní zpracování, data z IEA: World Energy Outlook, 2006

Problém z hlediska rozvoje těchto oblastí je především takový, že školou povinné děti nemohou bez přístupu k elektřině studovat poté, co zapadne slunce. Jedná se především o jižnější regiony, kde jsou po celý rok den i noc o stejné délce.14 1.2.3 Výroba a spotřeba elektřiny ve světě Spotřeba, a tím pádem i výroba elektřiny, každým rokem stoupá. V roce 2009 se na světě vyrobilo celkem 20 055 TWh elektrické energie. Jak lze vidět z následujícího grafu, výroba elektrické energie od počátku 70. let 20. století vzrostla více než trojnásobně.

14

NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, str. 269. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9

9

Graf 4: Světový výroba elektřiny dle zdroje od r. 1971 po r. 200915


Dále je možné si všimnout faktu, že v průběhu druhé poloviny století je vcelku stálé rozdělení jednotlivých druhů elektrické energie. Tomu tak je především proto, že technologické postupy byly již vymyšleny, postupně se pouze zdokonalovaly a tím pádem nejsou pozorovatelné žádné výraznější výkyvy (které však přesto existovaly, např. během války v Perském zálivu jsou ve statistikách pozorovatelné výkyvy ohledně spotřeby ropy). Lze se ohlédnout i hlouběji do historie na spotřebu primárních zdrojů energie (zde se samozřejmě nejedná pouze o výrobu elektřiny ale i o jiné použití spotřebované energie). V následujícím grafu je jasně vidět, jak bylo uhlí vystřídáno ropou a zemním plynem, posléze i dalšími zdroji finální spotřeby včetně elektřiny. Spotřeba uhlí dosáhla vrcholu v první čtvrtině 20. století a poté klesala, nicméně v posledních desítkách let lze pozorovat snahy o jeho zvýšené používání z jednoho praktického důvodu – zásob uhlí je na Zemi mnohem více než právě ropy a zemního plynu.

15

Položka „Ostatní“ zahrnuje: geotermální energii, sluneční energii, větrnou energii a teplo

10

Graf 5: Historický vývoj podílů jednotlivých zdrojů energie na konečné spotřebě


Položka „Others“ zde symbolizuje de facto výhradně obnovitelné zdroje, které se před nástupem průmyslové revoluce a uhlí hojně používaly. V současném energetickém mixu mají obnovitelné zdroje podíl minoritní, nicméně nejen klimatologové volají po jejich opětovném používání a v horizontu příštích desetiletí lze očekávat jejich nárůst. Jak je vidět z následujícího grafu, současná spotřeba elektřiny závisí stále převážně na neobnovitelných zdrojích, především na uhlí. To je dáno především jeho cenou – uhlí je levné a relativně jednoduché na zpracování.

11

Graf 6: Podíl jednotlivých zdrojů na výrobě elektřiny v r. 2009

Podíl jednotlivých zdrojů na výrobě elektřiny v r. 2009 (%) Ropa 5.1% Zemní plyn 21.4%

Uhlí/rašelina 40.6%

Jádro 13.4% Voda 16.2% Ostatní 3.3%


Kromě elektřiny jsou energetické zdroje používány k výrobě tepla transportu. Jak již bylo napsáno výše, elektřina není zdroj elektrické energie, alebrž prostředek, jak energii přenést z jednoho místa na druhé, je to vlastně energetický vektor. Prakticky jde o transport z místa výroby do místa spotřeby. V posledních letech je růst spotřeby elektřiny vyšší než růst celkové energetické spotřeby. Elektřinu lze produkovat z jakéhokoliv zdroje energie, proto je pro lidstvo tak užitečná. Toto není u energií zcela běžný jev, například pomocí vodní energie se jen velmi těžko a neefektivně vyrábí teplo. Mnohem efektivnější je využít vodní energii k výrobě elektřiny a tu až poté použít k výrobě tepla, např. pomocí elektrického ohřívače. To samé u větrné energie, jinak je tomu však u energie jaderné. Při výrobě 1 kWh elektřiny z jádra uniká do okolí 2 kWh energie ve formě tepla. Toto teplo se až na výjimky nepoužívá (je to běžné spíše u elektráren spalujících fosilní paliva, více o tomto tématu lze nalézt v kapitole 2.1.1 o tepelných elektrárnách). A ač byly v předchozím odstavci jako nejvýraznější položky, mající podíl na spotřebě energie, uvedeny transport a teplo, je zde jedna položka, která je velmi důležitá. Při výrobě elektřiny či pouhém spotřebovávání energie (např. jízda autem) vznikají ztráty. Tyto ztráty nejsou minoritní a jak je vidno z následujícího grafu, zaujímají zhruba 40 % celkové distribuce 12

primární energie. Výraznou snahou současného energetického vývoje je kromě eliminace škodlivých emisí i zefektivnění transformačního procesu energie a zařízení, která energii využívají. Graf 7: Distribuce primárních energie k jednotlivým zdrojům

Distribuce primárních energie k jednotlivým zdrojům (%) Teplo 30%

Ztráty 40%

Transport 20%

Elektřina 10%


13

2 Výroba elektřiny v jednotlivých typech elektráren 2.1 Jednotlivé druhy elektráren Elektrárny můžeme dělit dle několika kritérií, nicméně zdaleka nejčastěji se lze setkat s rozdělením na elektrárny pracující s obnovitelnými či neobnovitelnými zdroji energie. Dle směrnice Evropského parlamentu a Rady Evropy 2001/77/ES i definic Mezinárodní agentury pro energii jsou obnovitelnými zdroji energie myšleny takové zdroje, které jsou nefosilní, tzn. větrné, solární, geotermální, vlnové, biomasa, bioplyn atp., přičemž základní charakteristikou je fakt, že jsou schopny se při postupném spotřebovávání schopny zčásti nebo úplně obnovovat, ať už samy nebo s přispěním člověka. Nutno bohužel připomenout, že evropská směrnice nabízí výčet podporovaných obnovitelných zdrojů energie, nicméně nijak nevysvětluje, proč do zmiňovaných obnovitelných zdrojů není zahrnuta i energie jaderná, která tuto definici spíše splňuje, nicméně ve výčtu na evropské či české úrovni chybí. A ačkoliv se nabízí otázka, zda jádro zahrnout či nezahrnout do skupiny obnovitelných zdrojů energie, pakliže splňuje danou definici, není důvod, proč ho odtamtud vyjmout.16 17 18 19 Za posledních 30 let výroba energie zcela zásadně nezměnila, změnily se technologie, vylepšily se jednotlivé postupy. Zdokonalila se přeměna paliva na elektrickou energii a zvýšila se efektivita elektráren starých i nových. Nové elektrárny jsou stavěny, staré jsou modernizovány a rozšiřovány. Energetická spotřeba lidstva roste a tím rostou instalované výkony stavěných elektráren. V současnosti jsou nejběžnější klasické tepelné elektrárny, pracující na principu palivo – teplo – elektřina.20 2.1.1 Tepelné elektrárny Tepelná elektrárna je nejrozšířenějším typem zařízení na výrobu elektrické energie, zpravidla mezi tepelné elektrárny řadíme takové, jež splňují definici „kondenzační parní elektrárna“, to

16

Burket D., Lidovky.cz – Neviditelný pes: EKOLOGIE: Jaderná energie je obnovitelným zdrojem. [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: 17 Špringl Š., Alternativní a tradiční zdroje energie – bude budoucnost světa veskrze „zelená“?, VŠE, 2008 18 International Energy Agency: Combustible Renewables and Waste. [online], [cit. 2011‐11‐01]. URL: 19 Cassie R., The Epoch Times: Nuclear Power: How Green Is It? [online], [cit. 2011‐11‐01]. URL: 20 Tomášek R., DD World.cz: Typy elektráren – kde se bere elektřina? [online], [cit. 2011‐11‐01] URL:

14

znamená, že využívají energie k ohřevu vody, ze které vzniká pára. Ta je posléze vedena do turbíny turbogenerátoru, v němž je generována elektřina. Mezi tepelné elektrárny můžeme zahrnout i elektrárny plynové, paroplynové a ropné. Do jisté míry by do této kategorie spadala i elektrárna jaderná, nicméně ta se ve většině případů z této kategorie vyjímá. Energie je totiž obvykle získávána chemickým procesem spalování, ve většině případů se jedná o fosilní paliva, především uhlí, ale lze použít i jiné zdroje – rašelinu, ropu, zemní plyn, biomasu atp. Nejdéle používaným zdrojem bylo uhlí, jež si udrželo na tomto poli dominantní postavení dodnes, nicméně probíhají snahy o snížení podílu na celkové produkci elektřiny. Na druhou stranu je třeba připomenout, že klesající zásoby ropy a obsáhlejší ložiska uhlí tlačí na to, aby se uhlí využívalo více. Palivo

Jak již bylo uvedeno výše, jako palivo do klasických tepelných elektráren, které fungují na bázi spalování, lze použít více zdrojů. Ve většině případů je pro spalování použité uhlí. Samotné uhlí je ve většině případů využíváno právě pro účely výroby elektrické energie, nicméně své využití nalézá i ve výrobním průmyslu – např. při výrobě textilu, umělých vláken či hnojiv, zároveň je však nezbytnou součástí pro průmysl ocelářský (na 1000 kg vyrobené oceli je totiž potřeba 600 kg uhlí). Tak jako je tomu u většiny surovin, i uhlí dělíme dle kvality a jakosti. Nejkvalitnější druh uhlí, antracit, se vyznačuje nízkým obsahem těkavých hořlavých látek (kolem 10 % hmotnosti) a vysokým obsahem uhlíku (až 98 %).21 Naopak uhlí hnědé, též zvané lignit, je geologicky mladší a obsahuje velké množství příměsí – především různých popelovin a síry, obvykle i větší množství vody. Na druhé straně pomyslné osy je rašelina, která má oproti antracitu vody nejvíce a obsahuje relativně nejméně energie na jednotku hmotnosti. Rašelina je nahromaděný, částečně rozložený rostlinný materiál, obsahuje organické látky a organické kyseliny. Rašelina pokrývá 2% zemského povrchu, jedná se celkem o 4 triliony m3. Pro zajímavost uveďme, že celkem je v zásobách rašeliny na Zemi skryto 8 miliard TJ energie.22 23

21

Stefanenko R., Coal Mining Technology: Theory and Practice. Society for Mining Metallurgy, 1998. ISBN 0895204045 22 World Energy Council: 2007 Survey of Energy Resources Executive Summary. [online], [cit. 2011‐11‐01] URL: 23 Peat Resources Limited: Peat fuel. [online], [cit. 2011‐11‐01] URL:

15

Obrázek 2: Druhy a kvalita uhlí

Zdroj: Our Energy Future

Rozdíly mezi jednotlivými druhy uhlí nejsou bezvýznamné, 1 tuna klasického černého uhlí v sobě skýtá energie 0,56 toe, kdežto lignit (hnědé uhlí) pouze 0,21 toe – a to je více než dvojnásobný rozdíl. Princip fungování

Jak již bylo uvedeno výše, uhelná elektrárna je jednou z koncepčně nejstarších, za léta však prošla řadou vývojových kroků, které její funkčnost ještě zdokonalily. Na počátku řetězce výroby elektrické energie z uhlí je pásový dopravník, nepřetržitě plnící zásobník uhlí. Z toho je uhlí sypáno do mlecího zařízení, které rozemele uhlí na jemný prášek. Ten je foukáním ventilátorů vháněn do kotle, kde je pomocí hořáků spalován – jedná se o teplotu 1300‐1700 °C (dle typu paliva). Na vrcholu kotle se nalézá několik potrubních okruhů, přičemž nejdůležitější je ten, který přivádí páru do turbíny, která je hřídelí napojena na elektrický generátor, jenž se stará o výrobu elektrického proudu. Důležité jsou ale i sekundární okruhy, např. kondenzátor páry, různá čerpadla či ventilátory. Z vizuálního hlediska je pak na uhelné elektrárně nejdominantnější komín, jehož úkolem je odvod spalin do ovzduší. Komín je dutý horizontální válec, vytvářející na základě rozdílu hustoty okolního vzduchu a hustoty ohřátých spalin vztlak. Tento vztlak s pomocí spalinového ventilátoru žene ohřáté spaliny do ovzduší. Spaliny mají u ústí komínu (ten dosahuje zpravidla výšky kolem 60‐300 metrů) teplotu až 140 °C. Nutno dále uvést, že klasické elektrárny se dělí na kondenzační a na teplárny. Kondenzační elektrárny slouží pouze k výrobě elektřiny, pára je po vykonání práce v turbogenerátoru odváděna do kondenzátoru, kde kondenzuje a je přiváděna zpět do parního bubnu, kde se opětovně přeměňuje na páru a cyklus tak začíná znovu. Na rozdíl od klasických kondenzačních 16

tepelných elektráren, teplárny dodávají kromě elektrické energie i energii tepelnou na vytápění, ohřev vody atp. Z turbogenerátoru tak pára neputuje do kondenzátoru, ale k tepelným spotřebičům. Rozdíly mezi oběma typy jsou patrné – teplárna je hospodárnější, protože nemusí ochlazovat „použitou“ páru, ale může ji vést rovnou do tepelné sítě. Na druhou stranu poptávka po teple je nárazová a je nutná okamžitá spotřeba, proto se teplárny dosti často staví v městských aglomeracích, kde není problém páru ihned tepelnými spotřebiči využít. Výroba tepla touto kombinovanou formou tak není výrobou samou o sobě, ale je to de facto snížení nákladů, kdy se využívá odpadní produkt (zde v podobě páry). 24 25 Obrázek 3: Efektivita kombinované výroby elektřiny a tepla

Zdroj: Internetové energetické konzultační a informační středisko

Výhody a nevýhody uhelných elektráren

Velkou výhodou uhelných elektráren je poměrně flexibilní regulace výkonu, a to i přesto, že „najíždění“ pozastaveného bloku může trvat až několik hodin. Na druhou stranu, odstavení bloku lze realizovat téměř okamžitě (ač je to neekonomické). Nespornou výhodou je potom i fakt, že elektrárnu lze postavit téměř kdekoliv, tzn. klidně v blízkosti naleziště uhlí či jiné suroviny, potřebné pro spalování – tím lze ušetřit náklady za dopravu, což je konkrétně v případě uhlí znatelná položka. Pro představu uveďme, že uhelná elektrárna o instalovaném

24

Vodní a tepelné elektrárny: Princip tepelné elektrárny. [online], [cit. 2011‐11‐01] URL: 25 Internetové energetické a konzultační informační středisko: Kombinovaná výroba elektřiny a tepla. [online], [cit. 2011‐11‐04] URL:

17

výkonu 1000 MWe spotřebuje za jediný rok 2 000 000 tun černého uhlí, případně 4 000 000 – 6 000 000 uhlí hnědého. V kontrastu s 35 tunami paliva, které potřebuje jaderná elektrárna o stejném instalovaném výkonu, je toto číslo nesrovnatelně vyšší a logistická stránka paliva znamená v případě uhelných elektráren znatelnou nákladovou položku.26 Z investičního hlediska je uhelná elektrárna atraktivní i proto, že má relativně krátkou dobu výstavby (kolem 4‐6 let) a únosné investiční náklady na jednotku kW.27 Hlavní nevýhodou uhelných elektráren je samozřejmě dopad na životní prostředí – především se jedná o škodlivé emise CO2, NOx a SO2; v potaz však musíme brát i pevné odpady, které při spalování vznikají. Zmiňovaná uhelná elektrárna o výkonu 1000 MWe za jeden rok vyprodukuje téměř 7 000 000 tun CO2. 28 Právě produkce skleníkových plynů je v současnosti v hledáčku většiny organizací, zajímajících se o změnu klimatu a globální oteplování na Zemi. Dlouhodobým trendem je tak snaha o snižování zařízení, která skleníkové plyny produkují – ať už je to prosazováním šetrnější výroby elektrické energie (přechod na obnovitelné zdroje) či např. odsiřováním již existujících uhelných elektráren. Pro představu uveďme, že v České republice investovala do odsiřování společnost ČEZ v 90. letech minulého století přes 50 miliard Kč, efektivita odsiřování se pohybuje kolem 95 %). Jednalo se o nejrozsáhlejší a nejrychlejší ekologický program v Evropě (jednalo se o konstrukci 28 odsiřovacích jednotek a 7 fluidních kotlů v klasických elektrárnách, rekonstrukci odlučovačů popílku a modernizaci řídicích systémů elektráren).29 Zásadní globální snahou o snížení emisí na celém světě byl Kjótský protokol z roku 1997, který vyprší v roce 2012.30

26

EnergyWeb.cz: Emise škodlivin. [online], [cit. 2011‐11‐04] URL: 27 Externalities of Energy. A Research Project of the European Commission. [online], [cit. 2011‐11‐04] URL: 28 Skupina ČEZ: Uhelné elektrárny skupiny ČEZ [online], [cit. 2011‐09‐10] URL: <www.cez.cz/edee/content/micrositesutf/odpovednost/content/pdf/cez_group_and_coal_power_plants.p df> 29 Vodní a tepelné elektrárny: Jaderná elektrárna versus elektrárna uhelná. [online], [cit. 2011‐09‐10] URL: < http://www.vodni‐tepelne‐elektrarny.cz/jaderna‐uhelna‐elektrarna.htm> 30 Ministerstvo životního prostředí: KJÓTSKÝ PROTOKOL K RÁMCOVÉ ÚMLUVĚ ORGANIZACE SPOJENÝCH NÁRODŮ O ZMĚNĚ KLIMATU. [online], [cit. 2011‐09‐10] URL:

18

Produkce elektřiny z fosilních paliv ve světě

Celkově se za rok 2009 na světě vyprodukovalo 8119 TWh elektrické energie spalováním uhlí. Největší, takřka 35% podíl na tomto čísle má Čína, která vyrobila 2913 TWh elektrické energie právě spalováním tohoto fosilního paliva. Tento objem elektřiny uhlí je jednou z příčin, proč Čína produkuje téměř čtvrtina světových emisí CO2. Druhou příčku obsazují Spojené státy americké s 1893 TWh vyrobené elektřiny. Tyto dvě velmoci se tak celosvětově postarají o více než 60% podíl na výrobě elektřiny pomocí spalovaného uhlí. Další v pořadí jsou pak Indie (617 TWh), Japonsko (279 TWh), Německo (257 TWh) a JAR (232 TWh). Tabulka 2: Světová produkce elektřiny z uhlí, 2009

Země Čína USA Indie Japonsko Německo JAR J. Korea Austrálie Rusko Polsko Zbytek světa Svět celkem

Produkce (TWh) 2913 1893 617 279 257 232 209 203 164 135 1217 8119


Výrazně odlišná je poté situace ve spalování ropy za účelem výroby elektřiny, vzhledem k nalezištím a dostupnosti ropy je skladba následujícího žebříčku logická. Tabulce vévodí Saudská Arábie, která za rok vyrobí 120 TWh elektrické energie z ropy, dále Japonsko (92 TWh) a Írán (52 TWh). Celkově se na světě v roce 2009 vyprodukovalo 1027 TWh elektrické energie z ropy, což je přibližně osmina toho, co z uhlí. Tabulka 3: Světová produkce elektřiny z ropy, 2009

Země Saudská Arábie Japonsko Írán USA Mexiko

Produkce (TWh) 120 92 52 50 46

19

Irák Kuvajt Pakistán Indonésie Egypt Zbytek světa Svět celkem

43 38 36 35 30 485 1027

Zdroj: Vlastní zpracování, data z IEA: Key World Energy STATISTICS 2011 K výrobě elektrické energie slouží velmi často i zemní plyn, v současné době velmi atraktivní z hlediska nenáročnosti na investice, rychlé výstavbě a jednoduché obsluze. Celosvětově se za rok 2009 vyprodukovalo elektřiny ze zemního plynu 4301 TWh, přičemž na téměř čtvrtině této produkce mají zásluhu Spojené státy americké s 950 TWh. Poloviční produkce dosáhlo Rusko (469 TWh) a Japonsko (285 TWh). Tabulka 4: Světová produkce elektřiny ze zemního plynu, 2009

Země USA Rusko Japonsko Velká Británie Itálie Írán Mexiko Indie Španělsko Thajsko Zbytek světa Svět celkem

Produkce (TWh) 950 469 285 165 147 143 138 111 107 105 1681 4301


Nevýhodou fosilních paliv je mimo výše zmiňované vlastnosti i cenová nestabilita. Ceny fosilních paliv se rády mění dle politické situace, napětí v oblasti a dalších geopolitických předpokladů.

20

2.1.2 Jaderné elektrárny Jaderná elektrárna je elektrárna, která využívá vazebnou energii jader těžkých prvků k přeměně na elektrickou energii. Jak již bylo řečeno v kapitole 2.1.1, jaderná elektrárna je de facto elektrárnou tepelnou/parní, protože jaderná energie je nejdříve přeměněná na teplo, posléze je pomocí turbíny a alternátoru přeměňována na požadovanou elektrickou energii. Jaderná elektrárna je občas nazývána atomovou, nicméně tento název je chybný, neboť z energie atomů se vyrábí elektřina i při spalovacím procesu fosilních paliv.31 Palivo

Jako palivo je v současnosti nejvíce používán obohacený uran. Aspektům paliva používaného v jaderných elektrárnách se věnuje kapitola 3.3. Výstavba jaderné elektrárny

Doba výstavby jaderné elektrárny se pohybuje od 6 let výše, nezřídka může dosáhnout i 15 let. Pomalá výstavba je zapříčiněna dlouhým projektováním a získáváním jednotlivých povolení pro výstavbu a provoz elektrárny. Velký vliv má i celková náročnost výstavby, ke konstrukci jaderné elektrárny (a především nových generací jaderných reaktorů) je třeba precizní technologie práce s betonem i železem a prvotřídní kvalita zhotoveného díla. Mnoho firem není schopno těmto požadavkům dostát a jsou tak z výběrů eliminovány.32 Životnost

Životnost jaderných elektráren se pohybuje většinou kolem až 40 – 60 let, pro prodloužení životnosti je třeba získat příslušnou licenci. Trend prodlužování životností jaderných elektráren je v současnosti velmi rozšířený a nyní probíhají přípravy na prodlužování licencí životnosti až na 80 let. Limitujícím prvkem pro rozšíření životnosti je dobrý stav materiálu tlakových reaktorů.33 34 35 Další informace ohledně životnosti jaderných elektráren jsou uvedeny v 3. kapitole této práce.

31

NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, str. 225. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9 32 Tamtéž. 33 Skupina ČEZ: Rozvoj jaderné energetiky ve světě. [online], [cit. 2011‐09‐10] URL: 34 Skupina ČEZ: Realita a mýty o jaderné energii. [online], [cit. 2011‐09‐10] URL:

21

Ekologické aspekty

Jaderné elektrárny mají na životní prostředí obecně menší vliv, než je tomu u jiných majoritních produkcí elektrické energie, např. uhelných elektráren. Jaderná elektrárna neprodukuje skleníkové plyny a nevyužívá takové zdroje, které by šlo využít efektivněji. Všechny jaderné elektrárny v Evropské unii uspoří výrobou elektrické energie bez emisí skleníkových plynů přes 700 milionů tun CO2 ročně – tedy zhruba takové množství, které ročně vypustí do ovzduší všechna soukromá auta obyvatel všech členských států.36 Důrazným argumentem většiny ekologů je vyhořelé jaderné palivo, kterého jaderná elektrárna o kapacitě 1000 MWe vypotřebuje za jeden rok kolem 35 tun. Tento odpad lze však bez problémů uskladnit, nicméně již od 40. století jsou známé postupy přepracování vyhořelého paliva na palivo nové, případně jeho transmutace na látky se střednědobým či krátkodobým poločasem rozpadu a neaktivní nuklidy. Věnuje se tomu technologie ADTT, tj. Accelerator‐Driven Transmutation. Výhodou tohoto postupu je kladná energetická bilance, to znamená, že při této operace bude stále vyráběna energie, tudíž se získá více energie, než se do této operace vloží. Na podobném principu fungují i nejnovější vyvíjené reaktory IV. generace, které jsou popsány v 3. kapitole této práce.37 38 39 2.1.3 Vodní elektrárny Jakkoliv patří jaderná energetika mezi mladé obory, vodní energie patří k nejstarším energetickým zdrojům, které lidstvo používalo. Vodní kola, ať již horizontální či později vertikální, se používají už několik tisíciletí. Nejprve byla využívána pouze mechanická síla vody, ve starém Egyptě voda poháněla zavlažovací čerpadla, ve středověku pak kola mlýnů, pil či hamrů.40 První dílo, jež by se dalo nazvat přímo vodní elektrárnou, sestrojil na konci 19. století Thomas Alva Edison v Appletonu a další krátce nato přímo pod Niagarskými vodopády. Hnacím motorem vodní energie je sluneční energie, díky níž probíhá na Zemi neustálý

35

Vodní a tepelné elektrárny: Jaderná elektrárna versus elektrárna uhelná. [online], [cit. 2011‐09‐10] URL: < http://www.vodni‐tepelne‐elektrarny.cz/jaderna‐uhelna‐elektrarna.htm> 36 Skupina ČEZ: Realita a mýty o jaderné energii. [online], [cit. 2011‐09‐10] URL: 37 Tamtéž 38 Jaderný odpad: Zpětné využití jaderného odpadu [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: 39 Vokál A., Marková L., Laciok A., Vesmír.cz: Co s vyhořelým jaderným palivem? [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: < http://www.vesmir.cz/clanek/co‐s‐vyhorelym‐jadernym‐palivem> 40 Nazeleno.cz: Malá vodní elektrárna: Kolik elektřiny vyrobí? Vyplatí se? [online], [cit. 2011‐09‐12] URL:

22

koloběh obrovského množství vody.41 Téměř 22 % solární energie, která dopadá na zemský povrch, slouží k vypařování vody. Voda, odpařující se především z moří, ale i řek, jezer, vegetace atp., formuje postupně mraky, které jsou větrem poháněny po nebi. Za příslušných podmínek pak voda ve formě deště, sněhu či krup padá zpět na zem. Vodní energie je významný obnovitelný zdroj energie, jenž je používán na Zemi k výrobě elektřiny. V současnosti je přes 16 % světově elektřiny vyprodukováno právě s pomocí vodní energie. Princip fungování a druhy klasických vodních elektráren

Vodní elektrárny používají jako hlavní zdroj vodu, respektive využívají její potenciální a později kinetické energie. Většinou se tak vodní elektrárny staví tam, kde je tok prudký a dostatečný spád vody. Obecný princip fungování popisuje tato definice: „K využití energie proudící vody jsou používány rovnotlaké vodní stroje založené na rotačním principu. Jinou možností je využití potenciální energie vyvolané gravitací působící na vodu. Pomocí vodního díla je vytvořen výškový rozdíl mezi hladinou pod a nad vodní zádrží. Výškový rozdíl obou hladin vytváří ve vhodném přivaděči dostatečný tlak k roztočení rotoru přetlakového vodního stroje.“42 Vodní elektrárny můžeme dělit dle několika kritérií, jedno z nich je výkon samotného vodního díla. Rozlišujeme malé vodní elektrárny (MVE) s instalovanou kapacitou do 10 MWe a velké nad 100 MWe, nicméně tyto klasifikace se dle regionu výrazně liší. Ve Spojených státech amerických se jako MVE klasifikuje elektrárna s výkonem do 30MW, v Číně dokonce do 50MW. Velké vodní elektrárny však vyžadují specifické podmínky a v neposlední řadě i mnohem vyšší investice. Cena precizně vyrobené turbíny roste exponenciálně s každým centimetrem průměru navíc. Malé vodní elektrárny jsou tak investičně přijatelnější, kdežto náklady na vybudování obří vodní elektrárny mohou dosahovat až astronomických částek (i několikanásobku běžné jaderné elektrárny). Dalším kritériem dělení vodních elektráren může být způsob jejich provozu, zde dělíme elektrárny na průtokové a akumulační. Průtokové pracují v základní části diagramu zatížení a

41

Česká agentura pro obnovitelné zdroje energie: Vodní energie. [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: 42 Tamtéž.

23

využívají přirozeného průtoku, kdežto akumulační využívají řízený odběr vody z akumulační nádrže. Akumulační vodní elektrárny pokrývají špičkovou část diagramu zatížení.43 Kritérium systému soustředění měrné energie a přívodu vody k turbíně dělí vodní elektrárny na přehradní či jezové, derivační a přečerpávací. První kategorie využívá tzv. vzdouvacího zařízení, u menších typů to bývá jez, u větších zpravidla přehrada. Derivační vodní elektrárny využívají k odvodu vody do turbíny přivaděč, zpravidla se jedná o kanál, štolu či potrubí. Přečerpávací vodní elektrárny fungují na rozdílném principu než předchozí typy, tento druh elektráren slouží ke skladování elektrické energie pomocí potenciální energie vody. „Umožňuje řešit problém rozdílné spotřeby elektrické energie během pracovního dne, kdy ráno a vpodvečer bývají v odběru elektrické energie z elektrorozvodné sítě výkonové spotřební špičky, kdežto v noci je odběr elektrické energie malý. Podobné rozdíly existují i mezi pracovními dny a dny pracovního klidu a volna. Jedná se o doposud jediný technicky proveditelný způsob, jehož pomocí lze vyrobenou elektrickou energii ve velkém měřítku po delší dobu skladovat.“ 44 45 46 Princip fungování vodní elektrárny je vcelku jednoduchý, stačí přívodní kanál/přivaděč (ať už je konstruován jakkoliv), který je chráněn na začátku česlemi, jež mají zamezit vniku větších nečistot do turbíny (mohly by ji poškodit). Přivaděče koncentrují spád do místa instalace vodní turbíny, česle jsou ve většině případů mříž z ocelové pásoviny a obvykle jsou před turbínou nejméně dvoje: hrubé a jemné, často s automatickým čištěním. Před turbínou se většinou nachází uzávěr, jenž povoluje či zamezuje přítoku vody a funguje tak jako zapínací či vypínací tlačítko celé elektrárny. Turbína je nejdůležitější součást vodní elektrárny, existuje několik druhů, lišících se v závislosti na spádu a průtoku: Kaplanova, Francisova, Bánkiho, Peltonova, Reiffesteinova a další.47

43

Svět fyziky SOUE Plzeň: Vodní energie [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: 44 Tamtéž. 45 Skupina ČEZ: Využívání vodní energie v ČR. [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: <www.cez.cz/cs/vyroba‐ elektriny/obnovitelne‐zdroje/voda/informace‐o‐vodni‐energetice.html> 46 West Virginia University: Small Hydroelectric Plants. [online], [cit. 2011‐09‐13] URL: 47 Skupina ČEZ: Princip fungování vodních elektráren. [online], [cit. 2011‐09‐12] URL:

24

Výhody a nevýhody klasických vodních elektráren

Výhody vodních elektráren jsou očividné – jedná se o obnovitelný zdroj, který je nevyčerpatelný a dokud bude fungovat Slunce, bude zde i využitelný koloběh vody. I vodní elektrárny mají pozitivní a negativní dopady na životní prostředí. Malé vodní elektrárny mají většinou samá pozitiva, u větších vodních elektráren bývá situace ale složitější. Vodní elektrárny neprodukují při svém provozu CO2, avšak čím větší elektrárna, tím větší nepřímé emise. Spočteme‐li však tyto emise při výstavbě a výrobě potřebného materiálu a započteme‐ li je do celkové životnosti elektrárny (která bývá často odhadována i na 100 a i více let), vychází emise na 3,6‐11,6 g CO2/kWh jako několikanásobně nižší, než je tomu u fosilních paliv. 48

Jak již bylo ale uvedeno v předchozím odstavci, dopad velkých vodních elektráren a s tím většinou souvisejících přehrad není zanedbatelný, jako hlavní negativa se udávají především zmiňované emise, prach, hluk, nehodovost atd., často může stavba přehrady ohrozit i sediment, výstavba přehrady změní říční ekosystém za ekosystém jezerní, což s sebou nese nemalá rizika (úhyn fauny, vegetace atp.49), nicméně často jsou sekundární dopady mnohem kontroverznější. Pro největší vodní elektrárnu s přehradou Tři soutěsky (Three Gorges Dam) v Číně bylo nutné přesídlit přes 2 miliony obyvatel. Na ploše 1084 km2 byly zaplaveny stovky měst a vesnic, na stavbu bylo použito 27 x 106 m3 betonu. Elektrárna má instalovaný výkon přesahující 18 000 MW, její výstavba však bývá pokládána za ekologický a sociální zločin, realizovatelný pouze v komunistické Číně.50 Vize přepokládala pokrytí 10 % čínské energetické spotřeby, nicméně od neprojektování energetická spotřeba Číny výrazně vzrostla a tak elektrárna pokrývá „pouze“ 3 % celkové energetické spotřeby Číny.51 52 53 54 48

NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, str. 130‐ 133. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9 49 Pro příklad uvádím případ ze stavby brazilské vodní elektrárny Tucurui Dam. Při výstavbě přehrady a jejím následném napouštění byla zaplavena nemalá část okolní krajiny. Stromy a ostatní rostliny začaly pod vodou hnít, to mělo za následek klesání koncentrace kyslíku ve vodě. To mělo za následek úhyn veškeré fauny i flóry. 50 Nazeleno.cz: Malá vodní elektrárna: Kolik elektřiny vyrobí? Vyplatí se? [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: 51 China Three Gorges Corporation: History of Three Gorges Project. [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: 52 Hvistendahl M., Scientific American: China's Three Gorges Dam: An Environmental Catastrophe? [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: 53 Bosshard P., InternationalRivers.org: Three Gorges Dam. [online], [cit. 2011‐09‐12] URL:

25

Další výhodou vodních elektráren je jejich nenáročnost na obsluhu a údržbu, není ani problém tyto elektrárny ovládat na dálku. Mezi silné stránky patří i téměř okamžitá možnost zapnutí výroby elektrické energie či odstavení, není‐li energie potřeba (nejen u přečerpávacích elektráren). Dalšími minoritními výhodami přehrad bývá ochrana před povodněmi, nicméně spíše se jedná o ty menší, větší povodně totiž přehrada znatelně ovlivnit nedokáže. Zaplavená plocha, odhlédneme‐li od negativ uvedených ohledně vodního díla Tři soutěsky v Číně, může zároveň sloužit i k rekreačním účelům, jako zdroj pitné/užitkové vody či pro říční rybolov. Častou nevýhodou bývají náklady na vybudování elektrárny. Ačkoliv se později náklady na jednotku vyrobené elektřiny vracejí, samotné náklady mohou dosahovat od 1 000 €/KW až po 6 000 €/KW, maximální suma tohoto intervalu bývá však častá spíše pro menší vodní díla, náročná na konstrukci, úpravu terénu atp. Velká vodní díla využívají úspor z rozsahu a ceny výstavby na KW instalovaného výkonu bývají v porovnání s MVE až poloviční.55 56 Další nevýhodou je pak samotná přehrada, která brání nejen lodní dopravě, ale i migrujícím rybám (většinou lososům). Lodní doprava se řeší systémem plavebních komor a zdymadel, pohyb ryb buď systémem „rybích žebříků“ či dokonce transportem pomocí lodí. 57 58 Nepřehlédnutelným rizikem je pak možnost havárie. Ačkoliv během 20. století selhalo pouze 0,6 % všech přehrad, následky bývají často fatální a stojí stovky či tisíce životů, pokud se přehrada protrhne. Tímto způsobem přišlo mezi léty 1959 až 1989 o život přes 18 000 tisíc lidí.59 60

54

PROBE international: Three Gorges Probe. [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: < http://journal.probeinternational.org/three‐gorges‐probe/> 55 Williams R., Small HydroPower Handbook: A Guide to Understanding and Constructing Your Own Small Hydro Project. [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: 56 Morgan J., Nuclear Fissionary: Comparing Energy Costs of Nuclear, Coal, Gas, Wind and Solar, 2010. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: < http://nuclearfissionary.com/2010/04/02/comparing‐energy‐costs‐of‐ nuclear‐coal‐gas‐wind‐and‐solar/> 57 Vodní‐elektrárny.cz: Vodní elektrárny, 2010. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: 58 Vodní‐elektrárny.com: Vodní elektrárny ‐ informace. [online], [cit. 2011‐10‐20] 59 Vajont.info: THE VAJONT'S TOPICAL SITUATION. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: 60 Vajont.info: "Almost a greek tragedy". [online], [cit. 2011‐10‐20] URL:

26

Energie z oceánu

Určitě by byla chyba neuvést specifický druh vodní energie, který sice není v současné době příliš využívaný, nicméně o to větší potenciál skrývá do budoucna. Oceán se svou plochou 360 x 106 km2 pokrývá 71 % zemského povrchu a objemově zastupuje 97 % veškerých vodních zásob na Zemi. Za jeden rok absorbuje oceán 4,3 x108 TWh energie ze Slunce. Tato energie zůstává z enormní části nevyužitá, alespoň co se týče výroby elektřiny. Pro zajímavost slouží fakt, že celá desetina této energie se podílí na transferu tepla z tropických do polárních oblastí za pomoci mořských proudů, např. proudu Golfského.61 Energie jen skryta v oceánu v mnoha podobách, v současnosti je využívána především energie vln a energie přílivu, nicméně mezi možné alternativy patří i zužitkování mořských proudů, osmotické energie či teploty vody. Větrná energie na pobřežích oceánů je zahrnuta do další kapitoly (2.1.4), která se věnuje právě větrné energii. Energii z mořských vln lze na elektřinu převést několika způsoby. Vertikálně orientované bójky nebo horizontální tubusy pohybují přímo magnety proti cívkám, čímž se indukuje elektrický proud, nebo (častěji) se jejich pohyb hydraulicky přenáší na turbínu rotačního elektrického generátoru. Tato zařízení je nejlépe instalovat tam, kde moře dosahuje hloubky kolem 40 až 100 metrů, tam je energie vln největší.62 63 Vodní energetika ve světě

Výroba elektřiny z vodní energie se na světě velmi liší, především dle jednotlivých regionů a v druhé řadě i dle rozvinuté infrastruktury a celkové vyspělosti země. Za posledních 30 let se podíl výroby elektřiny z vodní energie zvýšil i v ostatních regionech. V roce 1979 se v zemích OECD produkovalo přes 70 % celkové světové výroby elektřiny z vodní energie. V roce 2009 měly země OECD podíl bezmála o 30 % nižší. Nárůst zaznamenaly především Latinská Amerika (zvýšení o 14 %) a Čína (zvýšení o 15 %). Za rok 2009 se na světě vyrobilo celkem 3329 TWh elektrické energie z vody, největší podíl měla Čína s 18,5 % (616 TWh) na celosvětové produkci. O největší vodní elektrárně na světě 61

NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, str. 134‐ 142. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9 62 Svět fyziky SOUE Plzeň: Vodní energie [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: 63 Horčík J., Ekologické bydlení: Skotsko vybuduje první přílivové elektrárny [online], [cit. 2011‐10‐20] URL:

27

již byla řeč, nicméně do žebříčku deseti největších vodních elektráren na světě se vejde ještě Hydroelektrárna Longtan na řece Hongshui. Dokončena byla v roce 2009 a instalovaná kapacita dosahovala 4900 MW, přičemž se plánuje až 6426 MW. Celková instalovaná kapacita vodních elektráren v Číně přesahuje 168 GW, což je téměř 17 % světové instalované kapacity vodních elektráren. Druhou největší produkcí vodní energie na světě je Brazílie, jež za rok 2009 vyrobila celkem 391 TWh elektrické energie z vody (téměř 12 % celosvětové produkce). Třetí příčku zaujímá Kanada (10,9 % světové produkce, 364 TWh), dále Spojené státy americké (298 %) a Rusko (176 TWh). Šestou pozici zaujímá nevelké Norsko se 127 TWh vyrobené elektřiny z vody. Norsko získává z vody většinu vyrobené elektřiny. Tabulka 5: Světová produkce elektřiny z vody dle státu, 2009

Země

Produkce (TWh)

Čína Brazílie Kanada USA Rusko Norsko Indie Venezuela Japonsko Švédsko Zbytek světa Svět celkem

616 391 364 298 176 127 107 90 82 66 1 012 3 329

Podíl na celosvětové produkci 18,5 % 11,7 % 10,9 % 9,0 % 5,3 % 3,8 % 3,2 % 2,7 % 2,5 % 2,0 % 30,4 % 100 %


Celková instalovaná kapacita vodních elektráren ve světě dosahovala v roce 2008 přes 952 GW. Největší podíl na tomto žebříčku má již zmiňovaná Čína (168 GW), Spojené státy americké (100 GW), Brazílie (78 GW), Kanada (75 GW) a další země. Deset zemí s největší instalovanou kapacitou se podílí na celosvětové instalované kapacitě bezmála dvěma třetinami. To jen dokládá důležitost příhodných podmínek pro využívání vodní energie. V posledních desetiletích se po světě rozmáhají masivní vodní díla, mimo elektrárny Tři soutěsky v Číně jsou to např. brazilské vodní elektrárny Itaipu (instalovaný výkon 14 000 MW) či Tucuruí (8370 MW), venezuelská hydroelektrárna Guri (10 700 MW) či vodní elektrárna

28

Grand Coulee (6809 MW) ve Spojených státech amerických. Další velké vodní elektrárny se nachází v Kanadě a v Rusku.64 Tabulka 6: Instalovaná kapacita vodních elektráren ve vybraných zemích, 2009

Země

Instalovaná kapacita (GW)

Čína USA Brazílie Kanada Japonsko Rusko Indie Norsko Francie Itálie Zbytek světa Svět celkem

168 100 78 75 47 47 37 30 25 21 324 952


Na produkci elektřiny z vody se lze podívat i relativně, konkrétně dle podílu vyrobené elektřiny v jednotlivých zemích. Zde první příčku zaujímá Norsko s téměř 96 % vyrobené elektřiny z vody, na druhém místě se pak nachází Brazílie s 84% podílem na výrobě elektrické energie, dále Venezuela (73 %), Kanada (60 %) a Švédsko (48 %). Tabulka 7: Podíl vodní energie na výrobě elektřiny ve vybraných zemích, 2009

Země

Podíl na výrobě elektřiny 95,7 % 83,8 % 72,8 % 60,3 % 48,3 % 17,8 % 16,7 % 11,9 % 7,8 % 7,1 % 13,9 %

Norsko Brazálie Venezuela Kanada Švédsko Rusko Čína Indie Japonsko USA Zbytek světa

64

Vinšová M., Nazeleno.cz: 10 největších vodních elektráren světa. [online], [cit. 2011‐11‐10] URL:

29

Svět celkem

16,5 %


2.1.4 Větrné elektrárny Teplotní rozdíly mezi jednotlivými oblastmi na zemském povrchu a zároveň v rozdílných nadmořských výškách mají za následek vznik diferenciaci tlaku v atmosféře. Tento tlak způsobuje vzdušné proudění, které je známo jako vítr. Jak již bylo zmíněno v úvodu, je to opět energie ze slunce, jež má za následek rozdílné ohřívání zemského povrchu. Energie větru byla používána hojně v historii, nicméně současný růst instalované kapacity větrných elektráren (v posledních letech se průměr blíží až k 30% nárůstu za rok) je jedním z nejrychleji rostoucích ze všech zdrojů energie. 75 % instalované kapacity větrných elektráren se v současnosti nachází v Evropě, nicméně původ prvních primitivních zařízení, využívajících větrnou energii, sahá až několik tisíciletí př. n. l., zdroje se často rozchází, zda se jednalo o Egypt, Čínu či jinou zemi.65 66 Větrná energie byla nejdříve využívána mechanicky, jako lodní pohon. Později se na území Asie objevily první primitivní větrné mlýny, používané nejčastěji jako pohon k zavlažovacím pumpám.67 Zařízení využívající větrnou energii se postupně měnila, zdokonalovala a kolem 11. století se začala používat v Evropě k mletí obilí. Zajímavým faktem je, že na konci roku 1820 se odhaduje počet větrných mlýnu v Evropě na více než 100 000, využití bylo však stále stejné – pohon zavlažovacích pump a mletí obilí. Koncem 18. století se ale světový energetický mix začal výrazně měnit, nástup parního válce a jiných strojů, založených na termodynamickém procesu, možnost spalování fosilních paliv a další industriální změny vedli k úpadku zájmu o větrnou energii.68 Princip fungování větrné elektrárny

Technologie využívání byla neustále zdokonalována, nicméně jeden z nejdůležitějších objevů udělal při svém výzkumu Albert Betz, který formuloval tzv. Betzovo pravidlo. To říkalo, jaké 65

The Solar Guide: Wind Energy History. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: 66 NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, str. 211‐ 214. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9 67 Sathyajith M., Wind Energy: Fundamentals, Resource Analysis and Economics. Springer Science+Business Media, Springer Berlin Heidelberg, 2006. str. 1–9. ISBN 978‐3‐540‐30905‐5. 68 NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment,211‐224. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9

30

maximální množství energie lze získat pomocí rotoru z média, které se pohybuje určitou rychlostí. Toto pravidlo tak ovlivňuje i větrnou turbínu. Betzovo pravidlo říká, že tzv. součinitel výkonnosti je 59,3 % a toto číslo není možné žádným způsobem překonat. Naopak, toto číslo je ovlivněno dalšími působeními a vznikají tak další znatelné energetické ztráty. Klasická moderní větrná elektrárna se skládá ze tří částí – hlavy rotoru, gondoly a tubusu. Z hlavy rotoru vybíhají listy (lopatky) vrtule, zpravidla 2 nebo 3 (lze ale i pouze 1 list s protizávažím či listů více), jsou duté a vyrobené nejčastěji ze sklolaminátu či nověji z karbonu. Průměr vrtule dosahuje až 130 metrů.69 V gondole je uschována veškerá strojová část větrné elektrárny – hřídel, generátor, zpravidla i převodovka (ta však není nutností) a další pomocné součásti. Tubus bývá dutý, musí být dostatečně vysoký, aby vyzvedl hlavu rotoru s gondolou nad pásmo přízemních větrných turbulencí. Zároveň však musí být dostatečně silný, aby unesl hmotnost celého soustrojí a odolal náporům větru.70 71 72 Obecně platí, že čím větší větrná elektrárna, tím je efektivnější, to v praxi znamená, že její energetické ztráty jsou menší. Započítá‐li se Betzovo pravidlo (59,3 %), vychází, že efektivita malých větrných elektráren a jejich turbín (pod 100 kW) se pohybuje mezi 20 – 40 %, u větších turbín se potom efektivita pohybuje kolem 40 – 50 %. Dále platí, že výkon rotoru větrné elektrárny roste s druhou mocninou průměru rotoru a třetí mocninou rychlosti větru.73 74 75 Existují ještě další sekundární energetické ztráty, jež mají na výkon elektrárny vliv. Samotná převodovka taktéž snižuje efektivitu získávání elektrické energie, především záleží na tom, jak rychle se vrtule točí a tím pádem jak moc musí převodovka měnit zpracovávanou rychlost. Kroutivý pohyb hřídele se pak zpracovává na elektrickou energii, což je opět doprovázeno 69

Škorpík J., Člověk a energie, vybrané pojmy z energetiky, Transformační technologie, ISSN 1804–8293, 2006. [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: 70 Tamtéž 71 NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, str. 213. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9 72 Existují i turbíny s vertikální osou otáčení, jsou sice méně účinné než klasické elektrárny s horizontálním uspořádáním, ale mají jednu obrovskou výhodu. Mohou být umístěny velmi blízko sebe (u klasických větrných elektráren musí být díky vznikajícím turbulencím „rozestupy“ mezi elektrárnami desítky až stovky metrů). Tímto způsobem můžeme údajně dostat ze stejné plochy až 10 x více elektrické energie. Zdroj: Grohman J., Ekologické bydlení: Nová koncepce využívaní větrné energie [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: 73 4‐construction: Větrná energie – teorie. [online], [cit. 2011‐10‐23] URL: 74 Škorpík J., Člověk a energie, vybrané pojmy z energetiky, Transformační technologie, ISSN 1804–8293, 2006. [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: 75 Tamtéž.

31

energetickými ztrátami. Po sečtení všech energetických ztrát se celková efektivita menších větrných elektráren pohybuje kolem 20 – 25 %, u větších elektráren pak efektivita mírně stoupá. Nezáleží ale pouze konstrukci samotné elektrárny, jedním z nejvýraznějších faktorů je samozřejmě rychlost a stálost větru, veličiny, ze které se posléze počítá zmíněná celková efektivita. Větrná turbína může produkovat elektřinu již od rychlosti větru kolem 3,6 m/s, nicméně aby byl provoz ekonomicky udržitelný, je třeba minimálně rychlosti větru 5 m/s. Při konstrukci větrné elektrárny se lokalita volí dle dostupných větrných map a stabilního podnebí. Samotná volba druhu elektrárny pak záleží na specifických podmínkách dané lokality, např. odolnost elektrárny proti silným nárazovým větrům, bouřkám atp.76 77 Větrná elektrárna je plně aktivní průměrně 2000 – 3000 hodin za rok, což odpovídá pouze 20 – 35 % celkového času.78

76

NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, str. 224. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9 77 OtherPower.com: Wind Power. [online], [cit. 2011‐10‐23] URL: <www.otherpower.com/otherpower_wind.shtml> 78 Česká agentura pro obnovitelné zdroje energie: Energie větru. [online], [cit. 2011‐10‐23] URL:

32

Obrázek 4: Větrná mapa světa

Zdroj: Electrical Engineering Portal

Výhody a nevýhody větrných elektráren

Jedním z nejsilnějších argumentů je fakt, že při využívání energie větru se neuvolňují do atmosféry žádné skleníkové plyny. Mnoho zastánců zelené energie však často přehlíží externality při výrobě, instalaci či údržbě větrné elektrárny, které však nejsou zanedbatelné. Výhodou větru je, že je zdarma a je ho dostatek. Přeměna jeho energie na elektrickou energii sice není nejlevnější, nicméně mnohé zdroje toto přičítají za vinu nízké ceně energie z fosilních paliv, do které často nejsou započítávány negativní externality. To by se mohlo v budoucím horizontu měnit díky docházejícím zásobám fosilních paliv, nicméně velkou nevýhodou je stagnace technologického vývoje větrných elektráren. Mnoho zdrojů hovoří v tom smyslu, že vývoj přeměny větrné energie na energii elektrickou je na svém vrcholu a zkrátka nelze žádným, byť inovativním, konstrukčním řešením zvýšit efektivitu této přeměny (i kvůli Betzovu limitu).79 80

79

E.ON Česká republika: Využití větrné energie v ČR: Dlouhá tradice, nejistá budoucnost. [online], [cit. 2011‐ 10‐23] URL: 80 NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, 213‐224. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9

33

Nespornou nevýhodou větrné energie je právě nestálost větru jako takového, avšak tato nevýhoda se dá z větší části eliminovat, protože v krátkodobém horizontu lze výkon větrných elektráren snadno předpovědět. Nepravidelnosti nenastávají u všech elektráren najednou, díky jejich vysokém počtu je tak výkon diverzifikovaný mezi více jednotek – samozřejmě pouze v tom případě, nejsou‐li všechny elektrárny na jednom místě v jedné větrné farmě. Hlavní negativní efekt větrných elektráren spočívá v porušení krajinného rázu – až 200 metrů vysoké větrné elektrárny s lopatkami o délce několika desítek metrů nejsou velmi populárním doplňkem krajiny. Mnohem závažnější dopad však má větrná elektrárna na obydlené oblasti, především se jedná o hluk a odlesky/stíny od slunce. Hluk je způsobován několika způsoby – pískání generátorů, zvuk ventilačního chlazení či převodovky, prvopočátečním zdrojem hluku však jsou neodstranitelné aerodynamické hluky, způsobené obtékáním dříku konstrukce a gondoly v kombinaci se svistem listů rotoru.81 82 Mnoho organizací, prosazujících obnovitelné zdroje energie, uvádí jako výhodu větrných elektráren to, že větrná elektrárna upozorňuje na ekologický přístup obyvatel a zájem na zemském klimatu a šetrnému přístupu k němu. Dle mého názoru tyto argumenty neobstojí, neboť často právě obyvatelé oblastí, kde tyto elektrárny jsou postaveny, patří nezřídka k jejich odpůrcům a často výstavbu elektrárny ani nijak neovlivnili, respektive ovlivnit nemohli. S odlesky a stíny se musí počítat již při projektování větrné elektrárny, protože těmto efektům nelze žádným účinným způsobem úplně zabránit.83 Minimalizovat tyto nepříznivé efekty lze matným nátěrem lopatek vrtule či konstrukcí elektráren dále od obydlené oblasti.84 85 Větrná elektrárna je sama o sobě velmi bezpečná, v případě havárie nehrozí větší než lokální škody. Na druhou stranu v zimním období hrozí odletování zmrzlých kusů ledu z otáčejících se listů vrtule.86 Tyto kusy mohou odlétávat desítky až stovky metrů a mohou být i 2 metry

81

Větrná‐energie.cz: 10 častých otázek ‐ Jak hlučné jsou větrné elektrárny? [online], [cit. 2011‐10‐23] URL: <www.vetrna‐energie.cz/faq‐10‐castych‐otazek/jak‐hlucne‐jsou‐vetrne‐elektrarny‐_1> 82 Calla: Větrné elektrárny a životní prostředí. [online], [cit. 2011‐10‐23] URL: <www.calla.cz/data/energetika/ostatni/VitraZP.pdf> 83 Burket D., Lidovky.cz – Neviditelný pes: EKOLOGIE: Větrné elektrárny v české kotlině. [online], [cit. 2011‐ 10‐29]. URL: 84 Česká agentura pro obnovitelné zdroje energie: Energie větru. [online], [cit. 2011‐10‐23] URL: 85 Skupina ČEZ, portál pro‐vetrniky.cz: Mýty a argumenty o větrných elektrárnách. [online], [cit. 2011‐10‐ 29]. URL: <www.pro‐vetrniky.cz/cs/myty‐a‐argumenty‐o‐vetrnych‐elektrarnach.html> 86 Balistika.cz: Větrné elektrárny ‐ odlétávající led. [online], [cit. 2011‐10‐29]. <www.balistika.cz/elektrarna.html>

34

dlouhé.87 Dalším negativem je nebezpečnost větrných elektráren pro ptactvo, elektrárny tak je třeba stavět mimo trasy tažných stěhovavých ptáků. Dle Americké asociace pro větrnou energii zabijí větrné elektrárny na území Spojených států amerických ročně přes 30 000 ptáků – a to není malé číslo.88 89 90 Stavba větrné elektrárny či větrného parku není levnou záležitostí. Ačkoliv je vítr zdarma a údržba nenákladná, cena výkonu 1 kWe se pohybuje mezi 1000 a 1100 €.91 Investičně mohou větrné elektrárny být na stejné úrovni jako jaderné, nicméně třeba zmínit, že fungující jaderné elektrárna pracuje až 7000 hodin ročně, což je v porovnání s větrnou elektrárnou markantní rozdíl.92 93 Větrná energetika ve světě

Instalovaný výkon všech větrných elektráren na světě dosahoval v roce 2010 téměř 200 GW, což je několikanásobný nárůst oproti době před deseti lety, kdy byl instalovaný větrný výkon méně než desetinový. Graf 8: Vývoj kumulované instalované kapacity větrných elektráren ve světě, 1996 ‐ 2010

Zdroj: GWEC ‐ Global Wind Energy Coucil

87

Stop Větrníkům: Pochybnosti o ekologické a enkonomické výhodnosti větrných elektráren. [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: 88 Layton J., HowStuffWorks: Do wind turbines kill birds? [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: <science.howstuffworks.com/environmental/green‐science/wind‐turbine‐kill‐birds.htm> 89 American Wind Energy Association: FACTS ABOUT WIND ENERGY & BIRDS [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: 90 Burket D., Lidovky.cz – Neviditelný pes: EKOLOGIE: Větrné elektrárny v české kotlině. [online], [cit. 2011‐ 10‐29]. URL: 91 Český svaz vědeckotechnologických společností: Větrné elektrárny ‐ mnoho otazníků. [online], [cit. 2011‐ 10‐29]. URL: 92 Tamtéž 93 ziskejdotaci.cz: Větrné elektrárny [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL:

35

Největšími uživateli větrné energie jsou Čína (44,7 GW, 22,7 %) a Spojené státy americké (40,2 GW, 20,4 %), na jejichž území je téměř polovina veškeré instalované kapacity na světě. Výraznými hráči na trhu jsou ještě Německo (27,2 GW, 13,4 %), Španělsko (20,7 GW, 10,5 %) a Indie (13,1 GW, 6,6 %). Tabulka 8: Instalovaná kapacita větrných elektráren ve světě, 2010

Země

Instalovaná kapacita (GW) 44,7 40,2 27,2 20,7 13,1 5,8 5,7 5,2 4,0 3,8 26,7 197,0

Čína USA Německo Španělsko Indie Itálie Francie Velká Británie Kanada Dánsko Zbytek světa Svět celkem

Zdroj: GWEC ‐ Global Wind Energy Coucil

Díky velmi dynamickému růstu trhu větrné energie v Číně se výrazně mění situace na trhu globálním. Čína se v roce 2010 stala „větrnou velmocí“ a s téměř 19 GW nově instalované kapacity větrných elektráren i výrazně ovlivňuje tamní průmysl. Zvýšená poptávka měla příznivý vývoj na trh a Čína tak začala produkovat velmi kvalitní větrné turbíny a ostatního vybavení a stala se tak nově největším producentem veškerého vybavení, potřebného k postavení větrné elektrárny, na světě. Zároveň se trh dostal do fáze, kdy jsou čínské výrobky srovnatelné s těmi zavedenými. Více o globálním vývoji větrné energetiky je uvedeno v kapitole 4. 2.1.5 Sluneční elektrárny Ročně na Zemi putuje 342W/m2 energie ve formě slunečního záření. 77W/m2 se odrazí od atmosféry a 68W/m2 atmosféra absorbuje. Na zemský povrch tak dopadá průměrně 197W/m2. Všechna tato energie, která na Zemi dopadá, není více než jedna miliardtina toho, kolik Slunce svým záření vysílá. I tak tato miliardtina více než 10 000x převyšuje roční energetickou spotřebu lidstva na celé planetě. Toto sluneční záření může být využíváno 36

k získávání tepla nebo elektrické energie. Pokud by lidstvo zachytávalo sluneční energie na 5 % všech pouštních oblastí na Zemi, pokrylo by to veškerou současnou energetickou potřebu lidstva.94 95 Pokud se sluneční energie používá k výrobě tepla, jedná se většinou o malé provozy, sloužící např. k ohřevu vody, vytápění atp. Zdaleka významnější, a i ve velkých formátech snadno realizovatelné využívání slunečního záření, je přeměna na elektrickou energii. Toho lze docílit přímou či nepřímou cestou. Přímou cestou se rozumí užití fotovoltaického jevu, při kterém se v určité látce vlivem světla uvolňují elektrony. Nepřímá cesta pak probíhá přes zisk tepla.96 Princip fungování fotovoltaického článku

K získávání elektrické energie jsou používány sluneční/fotovoltaické články, které jsou zpravidla tvořeny z tenké destičky z monokrystalu křemíku (lze ale použít i polykrystalický materiál). Z jedné strany je destička obohacena trojmocným prvkem (např. bórem), ze strany druhé prvkem pětimocným (např. arzenem). V samotném článku poté probíhá fotoelektrický jev, kdy po dopadu světla na destičku vzniká elektrické napětí. Princip je podobný jako u běžné baterie, jen je třeba, aby na zařízení neustále svítilo světlo.97 98 Fotovoltaické systémy dělíme dle kritéria, zda jsou nebo nejsou připojeny do veřejné rozvodné sítě. Tzv. autonomní (grid‐off) fotovoltaické systémy nejsou zapojeny do rozvodné sítě, vyrobená elektřina je buď ihned spotřebovávána, nebo ukládána do zabudovaných akumulátorů. Tato uskladněná elektřina pak může být použita ve chvíli, kde je elektřina potřeba. K provozu autonomního fotovoltaického systému je třeba ještě regulátor, jenž má na starost správné nabíjení a vybíjení akumulátoru. Výhodou autonomních fotovoltaických systémů je jejich kompaktnost a dokonce i přenositelnost, využívají se tak např. k provozu

94

NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, str. 174. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9 95 Global Energy Network Institute (GENI)A Study of Very Large Solar Desert Systems with the Requirements and Benefits to those Nations Having High Solar Irradiation Potenial. [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: 96 Skupina ČEZ: Jak funguje sluneční elektrárna. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: 97 Zemánek R., Fotovoltaika: Fotovoltaický článek. [online], [cit. 2011‐10‐30]. URL: 98 NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, 185‐189. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9

37

pokusných solárních vozidel, zahradních svítidel, elektrických spotřebičů v horských chatách, k napájení měřicích přístrojů v meteorologických stanicích apod.99 100 Fotovoltaické systémy, napojené na rozvodnou síť (grid‐on), se mírně liší svými konstrukčními vlastnostmi. Z fotovoltaického modulu teče proud do měniče, jenž mění stejnosměrné elektrické napětí na střídavé napětí 230V/50Hz. Výhodou těchto systémů je možnost jak odběru elektrického proudu do veřejné rozvodné sítě, tak i odběr. V praxi to funguje tak, že na rodinném domku může být nainstalovaný fotovoltaický systém, přes den jsou domácí spotřebiče napájeny z fotovoltaického modulu, pokud není dostatek světla, napájí se z rozvodné sítě. Jsou třeba dva elektroměry, ty měří elektrickou energii ze sítě odebranou, tak i energii do sítě „odevzdanou“.101 Výhody a nevýhody fotovoltaických systémů

Konstrukce solárních elektráren (parků) je velmi nákladná, nicméně během posledních let lze (nejen v České republice) pozorovat fotovoltaický boom, který má za následek mnohonásobné zvyšování produkovaných objemů a tím pádem i výrazný pokles cen výroby. V současnosti se ceny ve Spojených státech amerických pohybují kolem 3 USD za 1 W, v Evropě je cena 2 USD za 1 W – to je dáno především podporou fotovoltaické energetiky ze strany státních subjektů a Evropské unie.102 Dle studie společnosti Ernst & Young by mohla cena v roce 2013 klesnout až na 1 USD/W, což by mělo způsobit, že fotovoltaická energetika bude konkurenceschopnou vzhledem ke stoupajícím cenám fosilních paliv (a to i bez státních podpůrných programů).103 104 Nespornou výhodou zůstává fakt, že sluneční energie je dostupná všude na planetě Zemi, nevýhodou pak je, že intenzita a počet slunných dní se výrazně liší dle zeměpisné lokality a času/ročního období. 99

Skupina ČEZ: Solární (fotovoltaické) články [online], [cit. 2011‐10‐30]. URL: 100 Wholesale Solar: Learn More About Off‐grid Power Systems. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: 101 Skupina ČEZ: Solární (fotovoltaické) články [online], [cit. 2011‐10‐30]. URL: 102 Solar Cells Update: Solar panels price will drop faster, soon one dollar for 1 W. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: 103 The Guardian: Price of solar panels to drop to $1 by 2013, report forecasts. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: 104 Popular Mechanics: Solar Panel Drops to $1 per Watt: Is this a Milestone or the Bottom for Silicon‐Based Panels?. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL:

38

Obrázek 5: Sluneční mapa světa

Zdroj: ez2c.de

Instalace solárních systému (pokud se nejedná o velké solární parky) jsou velmi snadné a rychlé, nepotřebují žádné speciální podmínky a mohou fungovat takřka ihned. Při provozu fotovoltaických panelů nevznikají žádné škodlivé emise, jejich provoz je bezhlučný. Díky tomu, že fotovoltaická zařízení neobsahují žádné pohyblivé části, mají vysokou provozní spolehlivost. Další, velmi často udávanou výhodou, jsou nízké nároky na údržbu a obsluhy, nicméně opět záleží na lokalitě. V oblastech s častým výskytem sněhových přeháněk, písečných bouří či extrémní prašností může výkon jednotlivých panelů výrazně klesat, v případě jejich úplného zakrytí až na nulu.105 106 Oproti jiným elektrárnám mají fotovoltaické systémy relativně krátkou životnost, v současnosti se průměrná životnost nově vyrobených panelů pohybuje kolem 20 let. Autonomní fotovoltaické systémy jsou často odkázány na pomoc záložního zdroje, protože se nelze spolehnout na to, že fotovoltaický panel bude provozuschopný vždy, když bude třeba (např. vinou povětrnostních podmínek).

105

Skupina ČEZ: Solární (fotovoltaické) články [online], [cit. 2011‐10‐30]. URL: 106 TZBinfo.cz: Fotovoltaické panely a sníh. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL:

39

Solární energetika ve světě

V současnosti je na světě přes 23 GW instalované kapacity fotovoltaických systémů. Hlavním odbytištěm pro fotovoltaické panely z celého světa je samotná Evropa, kde se nachází přes 16 GW všech fotovoltaických panelů. Instalovaná kapacita v Japonsku dosahuje 2,6 GW a ve Spojených státech amerických 1,6 GW. V Evropě má více než poloviční podíl instalované kapacity fotovoltaických systémů Německo, následují ho Itálie a Španělsko. Do statistik se v posledních letech připojují i Indie a Čína, kde růst energetické spotřeby tlačí i na rozvoj tohoto sektoru. Graf 9: Skladba instalovaného výkonu fotovoltaických systémů ve světě dle regionu, 2000 ‐ 2009

Zdroj: EPIA – European Photovoltaic Industry Association

Trh s fotovoltaickými články se stal v posledních letech lukrativním obchodem, a tudíž vznikaly i nové výrobky a nové technologie. V roce 2007 se nejvíce fotovoltaických článků vyrobilo v Evropě (28,5 %), v Japonsku (24,6 %) a v Číne (22,0 %). Díky nízkým cenám lze očekávat

40

vzrůstající podíl Číny, nicméně dost často bývají čínské fotovoltaické články vyrobeny dle starších technologií a nedosahují kvalit a efektivity těch evropských či japonských.107 2.1.6 Geotermální elektrárna Geotermální energie je energie tepla zemského jádra. Tato energie je pozůstatkem mateřské mlhoviny, z které se před 4 miliardami let zformovala planeta Země, a ze srážek s různými kosmickými tělesy.108 Geotermální energie patří mezi obnovitelné zdroje energie, protože vzniká působením slapových sil a rozpadem radioaktivních látek pod zemským povrchem. Z tohoto hlediska se jedná o nejstarší energii dostupnou na naší planetě. Tato energie vystupuje na povrch ve formě erupce sopek, gejzírů, horkých pramenů či výronů páry.109 Podíl geotermálních elektráren na světovém energetickém mixu je pramalý, protože jak je z popisu pochopitelné, je použití geotermálních elektráren možné pouze regionálně. Spoustu geotermálních elektráren tak najdeme např. na Islandu či západním pobřeží severoamerického kontinentu.110 111 Geotermální energii je zpravidla používána k výrobě elektrické energie, nicméně lze ji použít i k dodávkám tepla – to ale bývá díky vysoké mineralizaci vody složitější, neboť zařízení se takto znatelně zanáší a je třeba využívání speciálních technologií a časté údržby.112 113

107

NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, str. 193. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9 108 Výbor pro energii a obchod: OBNOVITELNÉ ZDROJE A JADERNÁ ENERGETIKA V USA. [online], [cit. 2011‐ 10‐30] URL: 109 Ministerstvo životního prostředí: GEOTERMÁLNÍ ENERGIE Ekologická energie z hlubin Země – současné možnosti využívání. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: 110 Nazeleno.cz: Geotermální energie: Kolik elektřiny získáváme?. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: 111 Skupina ČEZ: Geotermální energie. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: 112 ekoWATT: Energie prostředí, geotermální energie, tepelná čerpadla. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: 113 Nazeleno.cz: Geotermální energie: Kolik elektřiny získáváme?. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL:
41

Samotná výroba elektrické energie funguje opět na bázi ohřívání vody. Studená voda je napouštěna do podloží, do vřelých žulových hornin, které jsou blízko povrchu. Druhým potrubím pak pod velkým tlakem vyvěrá pára o teplotě vyšší než 200 °C, tato pára pohání turbínu respektive turbogenerátor. Existují ale celkem tři mírně odlišné způsoby: a) Princip suché páry Zpravidla se používá vřelá pára s teplotou nad 235 °C, tato pára pohání přímo turbínu, jedná se o nejstarší způsob výroby a o ten nejlevnější. b) Flash princip Použita je vřelá voda z vysokotlakového geotermálního rezervoáru, teplota vody přesahuje 180 °C. Voda je vytlačována na povrch, kde se mění na páru a roztáčí turbínu. Tento způsob je praktikován ve většině moderních geotermálních elektráren. c) Binární princip Binární princip pracuje s vodou o nižších teplotách, která ohřívá uzavřený okruh s jinou kapalinou, jež má nižší bod varu. Tato kapalina je pak měněna na páru a přiváděna do turbíny, kterou roztáčí. Výhoda tohoto principu je uzavřenost okruhu a nízká ztrátovost vody.114 Do budoucna se plánují stavět především geotermální elektrárny založené na binárním principu, nicméně záleží i na podmínkách v dané lokalitě, respektive druhu geotermálního pramenu energie – např. na teplotě, hloubce, kvalitě vody atd.

114

Geothermal Education Office: Geothermal Energy Facts . [online], [cit. 2011‐10‐30] URL:

42

Obrázek 6: Geotermální elektrárna

Zdroj: EnergyWeb.cz

Geotermální energie není drahá, nicméně velmi nákladné je vybudování takové elektrárny. Je třeba provést mnoho zkušebních vrtů, zmapovat geologické podloží, musí být vyloučena veškerá seizmická aktivita (která by mohla poškodit potrubí vedené pod zemí). Vysoké investice se tak neodráží pouze v ceně výstavby samotné elektrárny, ale i v realizaci prvních zkušebních vrtů. Bez zkušebních vrtů nelze přesně určit potenciál dané geotermální lokality a případné vlastnosti vybudované geotermální elektrárny, proto jsou počáteční investice nákladné, nejsou bezrizikové a tím pro mnohé investory i neatraktivní.115 116 117 118 Největší nevýhodou geotermální energie přesto zůstává fakt, že ji zdaleka nelze použít všude tam, kde by byla potřeba. I tak produkce elektřiny geotermální cestou každým rokem pozvolna stoupá.119

115

Tamtéž Výbor pro energii a obchod: OBNOVITELNÉ ZDROJE A JADERNÁ ENERGETIKA V USA. [online], [cit. 2011‐ 10‐30] URL: 117 Šponar P., Státní báňská správa ČR: Geotermální vrty. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: <www.cbusbs.cz/docs/jine05.doc> 118 Ministerstvo životního prostředí: Geotermální energie. [online], [cit. 2011‐10‐08] URL: 119 Západočeská univerzita v Plzni: Využití obnovitelných zdrojů k výrobě elektřiny ‐ "zeleného proudu". [online], [cit. 2011‐10‐08] URL: 116

43

2.2 Ekonomická efektivita výroby elektřiny, porovnání a důsledky 2.2.1 Srovnání jednotlivých druhů elektráren dle nákladů na kWh Jeden z mála validních způsobů, jak porovnat ceny jednotlivých energií, je v této práci několikrát zmiňovaný přepočet cen na kilowatthodinu (kWh). V kapitole, která je věnována výhodám jaderné energie, se k podobné analýze vracím. Celková průměrná cena za kWh se skládá z několika složek – je třeba zahrnout konstrukci elektrárny, cenu produkce elektřiny (provozní náklady, údržba, palivo atp.) a k jaderným elektrárnám je ještě nutno zahrnout vyřazení z provozu (jehož cena není zanedbatelná).120 Jednoduše lze tento výpočet vyjádřit následujícím vzorcem:

Celkové náklady na výstavbu celkový počet MW x 1000 x Životnost x Kapacitní faktor x 8760

Vzorec počítá s celkovými náklady, ve jmenovateli je pak převod instalované kapacity v MW na kW, dále životnost elektrárny a kapacitní faktor (v češtině často používán název součinitel využití), vynásobený počtem hodin za rok. Je taktéž třeba podotknout, že výpočty jsou elektrárna od elektrárny odlišné, jsou vypočítávány na míru a pro analytická srovnání se většinou používají veřejně dostupná data. V tomto případě jsou použita data amerického Institutu pro nukleární energii (Nucler Energy Institute).

120

Vyřazení z provozu je obecně doporučeno počítat s částkou 0,0015 USD za kWh, počítá se běžně s životností o délce 40 let

44

Graf 10: Celkové náklady výroby elektřiny na 1 kWh

Celkové náklady výroby elektřiny na 1 kWh $0.25 N á k l a d y

$0.20

$0.15 Vyřazení z provozu

n a

$0.10

k W h

$0.05

Výroba Výstvba

$‐ Jádro

Uhlí

Zemní plyn

Vítr

Slunce

Voda

Zdroj: Vlastní zpracování, data z Nuclear Fissionary

Z grafu je patrné, že nákladově nejpříznivějším druhem energie je energie vodní s cenou 0,03 USD/kWh. Jak bylo uvedeno v jedné z předchozích kapitol, vodní elektrárnu však nelze stavět kdekoliv a pojí se s ní výrazná omezení, co se týče lokality. Jaderná energie je na podobné pozici jako elektřina z uhlí, elektrárny větrné se pak pohybují na 0,08 USD/kWh, plynové elektrárny na 0,10 USD/kWh a elektrárny sluneční jako výrazně nejdražší s cenou 0,22 USD/kWh. Sluneční energie zde vychází velmi draze, ona sice drahá je, nicméně výpočty jsou velmi ovlivněny tím, že data pochází pouze ze Spojených států amerických. V Evropě je díky boomu obnovitelných zdrojů situace příznivější a cena výrazně nižší.121

122

Nutno dále

připomenout, že v kalkulaci autor studie nepočítá s druhotnými náklady, externalitami. Tomuto problému se dále věnuji v kapitole zabývající se výhodami jaderné energie.

121

Morgan J., Nuclear Fissionary: Comparing Energy Costs of Nuclear, Coal, Gas, Wind and Solar, 2010. [online], [cit. 2011‐10‐08] URL: < http://nuclearfissionary.com/2010/04/02/comparing‐energy‐costs‐of‐ nuclear‐coal‐gas‐wind‐and‐solar/> 122 Nuclear Energy Institute: U.S. Electricity Production Costs and Components (1995‐2010). [online], [cit. 2011‐10‐08] URL:

45

2.2.2 Škodlivé emise V předešlých letech se mnoho studií zabývalo výpočtem emisí jednotlivých elektráren, jejich „příspěvky“ k oteplování klimatu a byly uvedeny i u jednotlivých elektráren na přecházejících stranách. Jak jsem již uvedl, je třeba při těchto výpočtech postihnout celý technologický řetězec výroby elektrické energie (ten začíná případnou těžbou surovin, jejich dopravou, výrobou paliva, výstavbou elektrárny, provozem, likvidací atd.). Německé atomové fórum (Deutsches Atomforum) v roce 2007 zpracovalo významnou studii ohledně emisí CO2 dle jednotlivých zdrojů energie. Tato studie je významná v tom, že autoři agregovali data z osmi různých zdrojů renomovaných institucí (Paul‐Scherrer‐Institut, Öko‐Institut, projektu Evropské komise ExternE aj.), porovnali data a aplikovali je na celý technologický cyklus výroby energii. Graf 11: Původce emisí CO2 dle energetického zdroje

Zdroje emisí CO2 dle energetického zdroje [g/kWh] 1400 838‐1230

1200 750‐1080

1000

550‐946

800 399‐644

600 400 78‐217

200

10‐38

4‐36

5‐33

Vítr

Voda

Jádro

0 Hnědé uhlí

Černé uhlí

Ropa

Zemní plyn Fotovoltaika

Zdroj: Vlastní zpracování, data z Deutsches Atomforum e.V: Kernenergie: Klimaschutz "vom Anfang bis zum Ende"

Výsledky studie lze vidět v grafu – první příčky zcela očekávaně obsadily fosilní paliva. Pátá příčka připadla, možná pro někoho překvapivě, fotovoltaice. Jak jsem ale již naznačil v kapitole o solární energii, výroba solárních článků je velmi technologicky i energeticky

46

náročná, což se promítlo do výsledných emisí CO2.123 Tyto emise jsou taktéž vysoké z toho důvodu, že solární panely nemají tak dlouhou životnost jako jiné elektrárny, za svou dobu životnosti vyrobí relativně malé množství energie a navíc každým rokem ztrácejí na účinnosti.124 V Evropské unii jsou obnovitelné zdroje energie preferovány především pro splnění indikativních cílů v roce 2020, i za tu cenu, že podporování těchto zdrojů může být v současnosti neefektivní, neekonomické a životnímu prostředí neprospívající. Otázkou zůstává, zda za nastalou situací např. v České republice může pouze neznalost odpovědných politiků a snaha o ochranu zemského klimatu, či zda na kontroverzních zákonech o garantovaných výkupních cenách elektřiny nenesou i lobbisté, potažmo energetické koncerny.125 126 K nevýhodám obnovitelných zdrojů energie patří i náročnost na plochu. Představa kompletního nahrazení výroby elektrické energie je nereálná vzhledem k nárokům na plochu. Následující tabulka přepočítává náročnost jednotlivých zařízení vyrábějících elektřinu, zároveň sumarizuje odpadní látky, které jsou produkovány během tohoto procesu.127 128 Tabulka 9: Hodnocení ekologického vlivu Elektrárna

Emise SO2

Jaderná

Potřeba plochy (akry) 2500

Uhelná

1000

11 300

1900

Olejová

300

4500

Plynová

200

Větrná Na biomasu

Znečištění vod

Produkce odpadů N

Vliv na organizmy a biotop N

Ostatní ekologické vlivy N

N

V

V

V

S

V

1400

V

N

N

S

S

0

3000

S

N

N

N

S

150 000

0

0

Z

Z

S

S

N

1 664 000

600

100 000

V

V

V

V

V

0

Emise Znečištění CO ovzduší (t/rok) 0 Z

123

Deutsches Atomforum e.V: Kernenergie: Klimaschutz "vom Anfang bis zum Ende". [online], [cit. 2011‐10‐ 08] URL: 124 Skupina ČEZ: Solární (fotovoltaické) články [online], [cit. 2011‐10‐30]. URL: 125 Poncarová J., Nazeleno.cz: Konec solárních elektráren v Česku! Kde se stala chyba?. [online], [cit. 2011‐ 12‐10] URL: 126 Šilar P., EnviWeb: Chyba v článku Fotovoltaické rozčarování. [online], [cit. 2011‐10‐08] URL: 127 3pol.cz: Porovnání elektráren z hlediska vlivu na životní prostředí. [online], [cit. 2011‐10‐08] URL: 128 Bezdek R. H., Wendling R. M., Modern Power Systems: Establishing benchmarks for environmental comparisons. [online], [cit. 2011‐10‐08] URL:

47

Sluneční tepelná Fotovoltaická

Vodní

50 000

0

0

Z

Z

S

S

S

32 500

0

0

Z

Z

S

S

S

8000

0

0

Z

S

V

V

N

(V – vysoký vliv, S – střední vliv, N – nízký vliv, Z – zanedbatelný vliv) Zdroj: Vlastní zpracování, data z 3pol.cz: Porovnání elektráren z hlediska vlivu na životní prostředí, říjen 2007, str. 14

48

3 Jaderná energetika ve světě 3.1 Historie Cesta k objevení jaderné energie sahá až do čtyřicátých let 20. století, konkrétně mezi roky 1935 – 1937, kdy tým vědců ve složení Otto Hahn, Lise Meitner a Fritz Strassman nechali bombardovat uran neutrony. V prosinci roku 1938 pak tento tým objevil ve vzorcích uranu prvky s poloviční atomovou hmotností (barium a lanthan). Lise Meitner spolu se svým synovcem Otto Frischem interpretovali proběhnuvší jev jako rozdělení atomu na dva jiné společně s uvolněním obrovského množství energie, tento jev pojmenovali jako jaderné štěpení (německy Kernspaltung, anglicky nuclear fission). Podobné pokusy posléze provedlo ještě několik vědeckých týmu a všechny došly k závěru, že pomocí štěpení by bylo možno uvolnit obrovské množství energie při řetězové reakci, k čemuž by ale bylo potřeba uvolnění i několika neutronů, které by tuto reakci iniciovaly. Jako nejvhodnější a nejlépe splňující tyto podmínky se ukázal izotop uranu U‐235 , který byl snadno štěpitelný. V roce 1941 pak bylo objeveno Plutonium, které bylo štěpitelné jako uran 235 a šlo vyrobit v jaderném reaktoru. První jaderný reaktor na světě se samo‐udržitelnou štěpnou reakcí spustili 2. prosince v roce 1942 Enrico Fermi a Leo Szilard. V odpoledních hodinách stejného dne dosáhl reaktor kritického stavu (popis jednotlivých stavů se nalézá v kapitole 3.2.1). Tento reaktor, pojmenovaný Chicago Pile‐1, byl vystavěn v téměř polních podmínkách, konkrétně pod zrušenou tribunou na stadionu chicagské univerzity. Reaktor se skládal z uranových a grafitových bloků, grafit zde sloužil ke zpomalování rychlých neutronů (tzv. moderaci). Chicago Pile‐1 byl řízen tyčemi pokrytými kadmiem, které výborně absorbuje volné elektrony a tím snižuje počet štěpení za časový úsek a tak snižuje samotný výkon reaktoru. Financování jaderného vývoje bylo z valné části zajištěno v rámci projektu Manhattan, který si kladl za cíl vyvinutí atomové zbraně. Mezníkem byla první zkouška atomové bomby, provedená v poušti White Sands v Novém Mexiku v létě roku 1945, a po následném „úspěchu“ i svrhnutí první atomové bomby na japonské město Hiroshima. V tu dobu se o vývoj a konstrukci zbraně snažil i Sovětský svaz, nicméně sovětští vědci měli značné zpoždění. O rapidní rozvoj jaderné energetiky se tak postarala především světová situace, tzn. vojenský výzkum v průběhu druhé světové války a pozdější zbrojení ve válce studené. K výrobě 49

elektřiny byl poprvé zkonstruován reaktor v roce 1951 ve výzkumné stanici EBR‐I poblíž Arca ve státě Idaho. Zařízení mělo výkon kolem 100 kW a fungovalo na principu rychlého (množivého) reaktoru. Vývoj reaktorů se nezaměřoval pouze na výrobu elektřiny, ale bral v potaz i jiná další využití – např. za účelem pohonu ponorek, lodí i letadel.129 Využití jaderné energie nabralo rychlé obrátky, přestože na konci roku 1960 činil instalovaný výkon méně než 1 GW, na konci 70. let už to bylo 100 GW a na konci 80. let dokonce 300 GW.130 131 132 133

3.2 Principy fungování jaderné elektrárny 3.2.1 Principy štěpení jádra atomu Štěpení jádra

Fungování jaderné elektrárny přímo závisí na štěpné reakci a na jaderném reaktoru, kde k těmto reakcím dochází. Štěpná reakce je založena na interakci jádra s neutronem. Neutron nenese elektrický náboj a nemusí tedy překlenout bariéru v podobě elektrických sil. Štěpené jádro se postupně deformuje, až se dceřiná kladná jádra od sebe vysokou rychlostí rozletí. Díky vysoké kinetické energii se pak sráží s dalšími atomy, kinetická energie se dostává na stejnou úroveň jako u kmitu atomů či molekul, tedy do formy tepelné energie, již lze v jaderné elektrárně použít.

129

Vesecký R., Diplomová práce „Jaderné reaktory IV. generace“, ČVUT, 2006. [online], [cit. 2011‐11‐01] URL: 130 BETHE, H. A., The road from Los Alamos. New York, NY, American Institute of Physics, 1991. ISBN 0883187078 131 Jaderná energie: Historie. [online], [cit. 2011‐11‐01] URL: 132 World Nuclear Association: Outline History of Nuclear Energy. [online], [cit. 2011‐11‐01] URL: 133 Bodansky D., Nuclear energy: principles, practices, and prospects. American Institute of Physics, 2005. ISBN 978‐0‐387‐20778‐0

50

Obrázek 7: Štěpení jádra

Zdroj: Wikipedia Commons

Pokud se štěpí jádro uranu, uvolní se při této štěpné reakci 2 až 3 neutrony, ty dále naráží do dalších atomů uranu a vzniká tak řetězová štěpná reakce – tato reakce lze řídit v elektrárně zachycováním „nadbytečných“ neutronů.134 Efektivita jaderného štěpení a palivo

Pokud srovnáme klasickou výrobu energie (např. hořením hmoty se produkuje pouze nepatrný zlomek v ní skryté energie), dostáváme jí z jaderného štěpení znatelně více, konkrétně je to až desetina procenta klidové energie štěpeného jádra. Pokud by se podařilo vědcům technicky zvládnout jadernou fúzi dokonale (opak technologie štěpení), bylo by možné z klidové energie slučovaných částic získat až 1 % energie. Podkritický stav

Podkritický stav je takový stav, kdy jsou neutrony plně pohlcovány látkou, která je absorbuje. Nedochází tak k řetězové reakci a žádnému dalšímu štěpení atomových jader, reakce tedy doslova zaniká. V praxi se s tímto stavem setkáváme při snižování výkonu reaktorů zasunutím regulačních a havarijních tyčí např. při plánované odstavce. Tyče jsou zasunuty přímo do aktivní zóny samotného reaktoru. Kritický stav

Kritický stav je takový, kdy ze zmiňovaných 2 či 3 uvolněných neutronů pouze jeden z nich vyvolá další štěpení, ostatní neutrony jsou absorbovány moderátorem. V praxi tomu stavu odpovídá běžný provoz jaderného reaktoru při stálém výkonu.

134

Kusala J., Miniencyklopedie Elektřina, Součást vzdělávacího programu SVĚT ENERGIE, 2003. [online], [cit. 2011‐10‐27]. URL:

51

Nadkritický stav

K nadkritickému stavu dochází při zvyšování výkonu reaktoru (ať už úmyslnému či neúmyslnému), roste počet štěpných reakcí a tím i počet neutronů tyto reakce iniciujících. Superkritický stav

Superkritický stav je de facto jediný z všech čtyř zmíněných, který se nedá kvalifikovat jako řízený (či řiditelný). Všechny uvolněné neutrony se nechají reagovat a způsobují další štěpné reakce, celá reakce končí výbuchem tzv. atomové bomby. K těmto reakcím jsou používány 235U, 233U a 239Pu, nicméně jak je z textu patrné, s těmito reakcemi se nesetkáváme v jaderné elektrárně (respektive rozhodně ne úmyslně).135 136 3.2.2 Princip fungování jaderné elektrárny Mohlo by se zdát, alespoň dle toho, co veřejnost jaderné energii ví, že jaderná elektrárna je něco velmi složitého, co nelze bez patřičného studia pochopit. Ale není tomu tak, jaderná elektrárna totiž funguje na velmi podobném principu jako elektrárna uhelná, pouze bez nechvalně známého škodlivého kouře, protože se v ní nic nespaluje.137 V uhelné elektrárně vzniká teplo při spalování uhlí, kdežto v elektrárně jaderné teplo vzniká teplo řízenou reakcí při štěpení jader uranu. Celá operace začíná v reaktoru, kde dochází k řízenému štěpení uranových jader – při této reakci vzniká velké množství tepla, které je pro princip fungování jaderné elektrárny zásadní. Reaktor je napojen na primární okruh, ve kterém proudí obyčejná voda. Ta putuje až do tzv. výměníku (též parogenerátoru), kde předává své teplo sekundárnímu okruhu ve formě páry – sekundárním okruhem tedy proudí pára. Sekundární okruh vede páru až k turbíně, která je mechanickou silou páry roztáčena a pohání tak generátor, který tak vytváří elektrickou energie, jež je rozváděna do sítě.

135

Institute of experiemental and applied physics ČVUT: Štěpení a slučování jader. [online], [cit. 2011‐11‐02] URL: 136 Jaderná energie: Výroba jaderné energie ‐ Princip štěpení jádra atomu. [online], [cit. 2011‐11‐02] URL: 137 Skupina ČEZ: Jak funguje jaderná elektrárna. [online], [cit. 2011‐11‐02] URL:

52

Obrázek 8: Schéma jaderné elektrárny s tlakovodním reaktorem

Zdroj: MFF, Univerzita Karlova

Nelze však zapomenout na samotnou páru, která je z turbíny odváděna do kondenzátoru, kde je ochlazena, kondenzuje zpět na vodu a je vedena zpět do parogenerátoru. V kondenzátoru se nachází ještě okruh terciární, jenž má za úkol pomáhat ochlazovat vodu z turbíny. Terciárním okruhem taktéž proudí voda, okruh samotný je napojen na masivní chladící věž, z níž stoupá čistá vodní pára (bez jakýchkoli zplodin či radioaktivních látek). Nutno nadále zdůraznit, že smyslem několika okruhů, jimiž je vedena voda, je zamezení přenosu radioaktivity. Pokud tedy slyšíme o nehodě v některé z jaderných elektráren, konkrétně o úniku vody, je velmi důležité rozeznat závažnost situace právě dle okruhu, ze kterého k úniku došlo. 3.2.3 Druhy reaktorů jaderných reaktorů To, co ve většině případů odlišuje jaderné elektrárny od sebe, je samotný reaktor. Ten se od dob prvního prototypu velmi změnil a v současné době rozlišujeme několik desítek jaderných reaktorů, ty se dělí většinou do podskupin dle jednotlivých generací. Generace jaderných

53

redaktorů závisí především na době vzniku a technické vyspělosti, v rámci jedné generace se reaktory dělí dle detailnějších odlišností. Reaktory I. generace

S výstavbou I. generace jaderných reaktorů se začalo v 50. a 60. letech minulého století, jednalo se de facto o prototypy, protože každý reaktor se lišil, byl svým způsobem „experiment“ a jedním z jeho primárních úkolů bylo zjistit, zda bude moci být jaderný reaktor využit k výrobě elektrické energie. Původně sloužily reaktory I. generace k pohonu jaderných ponorek a výrobě plutonia.138 V současné době tyto reaktory již nejsou v provozu, nicméně ještě v minulé dekádě se na světě nalézaly fungující exempláře.139 První jadernou elektrárnou na světě (tedy s reaktorem I. generace), jež byla schopná dodávat komerční elektřinu, byla Calder Hall v Anglii (ačkoliv první JE napojená na rozvodnou síť byla postavena v Sovětském svazu v městě Obninsk). Elektrárna byla úspěšně připojena do sítě roku 1956, její reaktor byl v provozu celých 47 let, tedy až do roku 2003. Instalovaná kapacita dosahovala téměř 200 MWe.140 141 Reaktory II. generace

Reaktory II. generace jsou v současné době ty nejrozšířenější, nachází se po celém světě a slouží ve valné většině jaderných elektráren – reaktory druhé generace lze nalézt v JE Temelín i v JE Dukovany. Existuje několik základních typů, přičemž nejrozšířenější jsou tlakovodní reaktory PWR (Pressurized Water Reactors). Jednotlivé typy reaktorů se liší především konstrukcí, druhem moderování štěpné reakce a použitým palivem. Reaktory určené původně jako pohon do vojenských ponorek jsou tak např. konstrukčně menší. Reaktory PWR např. využívají k moderaci štěpné reakce vodu o vysokém tlaku (kolem 100 bar), reaktory RBMK (Reaktor Bolšoj Moščnosti Kanalnyj, použité např. v JE v Černobylu) jsou moderované grafitem a kanadské CANDU (Canada Deuterium Uranium) těžkou vodou.

138

Froggatt A., Jaderná energie: Mýtus a skutečnost ‐ Bezpečnostní rizika jaderných reaktorů, prosinec 2005. [online], [cit. 2011‐11‐02] URL: 139 Roche P., Edinburgh Energy and Environment Consultancy: What is a Magnox Reactor?. [online], [cit. 2011‐11‐02] URL: 140 The Engineer: Calder Hall Power Station, 1956. [online], [cit. 2011‐11‐02] URL: 141 Brown P., The Guardian: First nuclear power plant to close. [online], [cit. 2011‐11‐02] URL:

54

Reaktory II. generace lze považovat do jisté míry za bezpečnější, především po několika desetiletích výzkumu a praktického používání. Za svou existenci prošly tyto reaktory mnohými změnami, jednalo se především o bezpečnostní a záložní mechanismy. Těmto reaktorům byla dost často prodlužována životnost (přes 40 let), což svědčí o jejich užitečnosti. Výkon se nadále optimalizoval, proto jsme mohli být v USA svědky toho, jak výkon jaderné energetiky rok od roku rostl, ačkoliv nové reaktory se nestavěly. Tyto reaktory jsou v současnosti hojně stavěny v rozvíjejících se asijských zemích, ve vyspělejších zemích se potom již zpravidla stavějí reaktory III. generace. Reaktory III. generace

Vývoj reaktorů neskončil a na praktických zkušenostech s reaktory II. generace byly vyvinuty reaktory III. generace. Tyto reaktory snižují další rizika při nesprávném zacházení (např. nehody s roztavením jádra), snižují náročnost na objem paliva použitého pro provoz reaktoru a tím zároveň i klesá produkce radioaktivního jaderného odpadu (což je zapříčiněno z velké části i dokonalejším vyhořením použitého paliva). Samotná bezpečnost je řešena pasivní cestou, při krizové situaci není třeba žádného aktivního elektrického či mechanického zásahu operátora či kontrolního systému, vše funguje na fyzikálních zákonech, jako jsou gravitace, přirozené proudění či odolnost proti tlaku a teplotám. Všechny reaktory III. generace jsou již standardizované typy (což u II. generace, kdy se každý reaktor projektoval zvlášť, nebylo) a proto je i schvalovací řízení při stavbě jaderné elektrárny časově rychlejší a snazší. Snižují se tak náklady na výstavbu, které právě u jaderných elektráren představují velkou část celkových nákladů, započitatelných do samotné ceny produkované elektřiny. Životnost reaktorů je delší – až 60 let, velkou výhodou je potom i prodloužené období mezi nutnými výměnami paliva. Dalším vývojovým mezistupněm jsou reaktory generace III+, na území Evropy probíhá konstrukce reaktoru této generace ve finské elektrárně Olkiluoto a ve francouzské elektrárně Flamanville. V obou případech se jedná o reaktory typu EPR (European Pressurised Water Reaktor) a jeho výhodou je možnost používání paliva MOX obsahujícího plutonium z přepracovaného vyhořelého paliva.142

142

Wagner V., OSEL: Reaktory III. generace. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL:

55

Reaktory IV. generace

Ačkoliv je fungujících reaktorů generace III či III+ minimum, již nyní jsou na obzoru reaktory IV. generace. Plánování prozatím probíhá pouze v teoretické rovině, nicméně jednotlivé návrhy jsou velmi konkrétní. A ač všechny tři předchozí generace většinou stavěly na generaci předchozí, na zkušenostech, celkové koncepci fungování atp., IV. generace přináší výrazné změny a originální nové typy a koncepce. Ve studiích reaktorů IV. generace je zmiňováno hned 6 různých typů, přičemž pouze 2 reaktory jsou klasické, zbylé čtyři jsou rychlé (množivé). Rychlé reaktory využívají nemoderované neutrony, které tím, že nejsou moderovány, jsou mnohem rychlejší a mají menší pravděpodobnost reakcí, nicméně tyto reakce jsou mnohem intenzivnější a celkově dochází k většímu počtu štěpení. Výhodou těchto reaktorů je především fakt, že tyto dokážou naplno využít veškerý potenciál obsažený v zásobách možného jaderného paliva, tedy i uranu 238 či thoria 232. Tento jev by měl za následek i důsledné „spálení“ všech vznikajících transuranů a zajistil by zmenšení objemu, aktivity a nebezpečnosti jaderných odpadů (ty by v tom nejideálnějším případě obsahovaly pouze štěpné produkty). V roce 2002 prezentovalo Mezinárodní fórum pro generaci IV šestici zmiňovaných konceptů, které splňují požadavky na jadernou energetiku příštích desetiletí. Tyto koncepty mají být nadále vyvíjeny tak, aby mezi léty 2020 a 2030 byly prototypy prvních reaktorů připraveny k použití. Shrneme‐li požadavky, které jsou na reaktory IV. generace kladeny, jsou to: a) Bezpečnost a zabránění možnosti šíření jaderných zbraní b) Co nejlepší ekonomika výstavby i provozu c) Snížení ceny a délky výstavby d) Prodloužení doby života reaktorů e) Snížení provozních nákladů a větší efektivita f) Zapojení do vodíkového hospodářství g) Uzavřený palivový cyklus h) Využití potenciálu veškerého štěpitelného materiálu Nalinkované koncepce jsou v podstatě jasné, nicméně otázkou je situace ve světové energetice a přístupu k jaderné energii celkově, protože nedávné události, především havárie

56

v jaderné elektrárně Fukušima I v březnu roku 2011, výrazně zamíchaly kartami ve vnímání jaderné energie nejen v oblasti politického spektra, ale i veřejného mínění.143 144 145 146 Obrázek 9: Generace jaderných reaktorů

Zdroj: Objective Source E‐Learning

3.3 Jaderná energie ve světě 3.3.1 Historický vývoj Jaderná energetika zaznamenávala od dob svých počátků pravidelný růst. Od roku 1973, kdy roční produkce jaderné energie jen lehce přesáhla 203 TWh, se její podíl na světovém energetickém mixu výrazně změnil. V roce 2009 byla celosvětová produkce elektřiny z jádra

143

Wagner V., OSEL: Reaktory IV generace. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: 144 Froggatt A., Jaderná energie: Mýtus a skutečnost ‐ Bezpečnostní rizika jaderných reaktorů, prosinec 2005. [online], [cit. 2011‐11‐02] URL: 145 Vesecký R., Diplomová práce „Jaderné reaktory IV. generace“, ČVUT, 2006. [online], [cit. 2011‐11‐01] URL: 146 Science WORLD: První jaderné reaktory IV. generace by se měly objevit do 10 let. [online], [cit. 2011‐10‐ 15] URL:

57

na úrovni 2697 TWh. Jaderná energie je oproti ostatním rozdílná v tom, že je technologicky velmi náročná. Z následujícího grafu lze vypozorovat, že podíl výroby elektřiny z jádra mají z 83 % na svědomí země OECD (v roce 1973 to bylo ještě více, 93 %). V současnosti Graf 12:Historický vývoj výroby elektřiny z jádra dle regionu, 1971 ‐ 2009

Zdroj: Our Energy Future 3.3.2 Současná produkce V současnosti jsou největšími producenty elektřiny z jádra Spojené státy americké, které z něj vyrobily v roce 2009 830 TWh elektrické energie, jedná se o podíl přesahující 30 % celkové světové produkce. Další v pořadí jsou Francie (410 TWh, 15,2 %) a Japonsko (280 TWh, 10,4 %). Situace v Japonsku po jaderné havárie v roce 2011 je nejistá, tlaky na skoncování s jadernými elektrárnami sílí a v Japonsku momentálně není půda pro její výrazné prosazování. Tabulka 10: Produkce elektřiny z jádra v r. 2009

Země USA Francie Japonsko Rusko J. Korea Německo Kanada Ukrajina Čína

Produkce v r. 2009 (TWh) 830 410 280 164 148 135 90 83 70

58

Velká Británie Zbytek světa Svět celkem

69 418 2697


Co se týče instalované kapacity, zde je situace velmi podobné produkci. Vedou Spojené státy se 101 GW instalovaného výkonu, další je Francie (63 GW), Japonsko (49 GW), Rusko (22 GW) a Německo (20 GW). Porovnají‐li se potom státy dle podílu jaderné energie mezi sebou, vyjde vítězně Francie, která vyrábí přes 76,2 % své elektřiny z jádra, je následována Ukrajinou (48,0 %), J. Koreou (32,7 %), Japonskem (26,9 %), Německem (23,0 %) a Spojenými státy (19,9 %). Tabulka 11: Podíl jaderná energie na výrobě elektřiny ve vybraných zemích, 2009

Země Francie Ukrajina J. Korea Japonsko Německo USA Velká Británie Rusko Kanada Čína Zbytek světa Svět celkem

Podíl na výrobě elektřiny 76,2 % 48,0 % 32,7 % 26,9 % 23,0 % 19,9 % 18,6 % 16,5 % 15,0 % 1,9 % 12,7 % 13,5 %

Zdroj: Vlastní zpracování, data z IEA: Key World Energy STATISTICS 2011 Nutno zmínit, že situace se může v budoucnu výrazně měnit – Japonsko je nejisté, Německo již ohlásilo skoncování s jadernou energií a v Asii se staví velký podíl nových jaderných reaktorů. Velký růst bude moci být zaznamenán především v Číně a Indii, protože tyto země díky svému ekonomickému růstu a zvyšující se energetické spotřebě budou chtít tyto požadavky pokrývat.

3.4 Těžba uranu 3.4.1 Skladba ložisek uranu na světě Zásoby uranu v zemské kůře vystačí na několik staletí, přesné predikce však samozřejmě závisí na budoucích energetických scénářích v jednotlivých zemích a regionech. Odborné odhady 59

mluví o 100 až 500 letech, nicméně ty počítají s již objevenými ložisky.147 Náklady na dobývání uranu z fosfátů ovlivňují jeho využití, při vyšších cenách uranu pak logicky přibývá možností jeho efektivního dobývání. Pokud by se cena uranu pohybovala nad 250 amerických dolarů za libru (ca. 0,45 kg), bylo by možné hospodárně těžit z mořské vody, v níž ho je až na 80 000 let. Tabulka 12: Propočet odhadovaných světových zásob uranu (roky)

Známé konvenční zásoby: 5,5‐22 Mt

Technologie výroby Lehkovodní

Současná výroba

85 ‐ 338

Lehkovodní s přepracováním 110 ‐ 440

Současné celosvětová spotřeba

13 ‐ 51

17 ‐ 66

Zásoby v mořské vodě: 4 000 Mt

Rychlé množivé reaktory 8 500 ‐ 34 000 1 300 ‐ 5 100

Technologie výroby Lehkovodní

Současná výroba

410 000

Lehkovodní s přepracováním 533 000

Současné celosvětová spotřeba

61 500

80 000

Rychlé množivé reaktory 41 026 000 6 154 000

Zdroj: ProATOM Web

Tento scénář je bohužel velmi nereálný i při razantním rozvoji jaderné energie. S nástupem reaktorů čtvrté generace však klesne spotřeba uranu jako takového, to odhaduje ředitel Ústavu jaderného výzkumu František Pazdera na dobu kolem roku 2040. Dále říká: „Jakmile přejdeme na bloky čtvrté generace s množivým reaktorem a nezvýšenou účinností 34 procent – předpokládá se však až padesátiprocentní –, přestaneme spotřebovávat primární zdroje energie a štěpitelný materiál se stovky let bude vyrábět z 238U, tedy druhotné vytěžené suroviny skladované dnes v obohacovacích závodech a obsažené ve vyhořelém palivu ze stávajících jaderných elektráren“. Tyto úvahy jsou nicméně vedeny stále v teoretické rovině.148 Ložiska rud, která obsahují uran, jsou mnohem lépe rozmístěny, než je tomu u paliv fosilních – jak z hlediska geologického, tak z hlediska politického. Ložiska uranu jsou menší, rovnoměrněji rozmístěna a zároveň je jich velmi dost. S přihlédnutím k zemím, které disponují největšími zásobami uranu je pak patrné, že i rozmístění surovin je mnohem vhodnější z hlediska

147

Karrer H., swisselectric: Kernenergie. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: 148 Sdružení řídícího směnového personálu jaderných elektráren: Stav světových zásob uranu. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL:

60

politického. Ložiska nachází v politicky stabilních regionech, zároveň i v oblastech s rozvinutější infrastrukturou. Vezmeme‐li v potaz například ropu, většina jejích zásob se nachází na nepříliš stabilním Středním východě. V současnosti jsou objevena ložiska o celkovém objemu zhruba 5,5 mil. tun uranu, která je možná hospodárně těžit (tj. za ekonomicky únosnou cenu). Nutno upozornit, že tyto statistiky se s ohledem na zdroj často i výrazně liší právě s ohledem na to, jaká cena je určena jako hospodárná, většinou se jedná o cenu menší než 130 USD za kilogram uranu. Nehledě na to se ale číslo popisující množství zásob uranu neustále zvyšuje, poslední přírůstek zaznamenaly oficiální statistiky o dalších 17 %. Zároveň však roste i objem odhadovaných, resp. dosud neobjevených ložisek, v současnosti se jedná téměř o 11 mil. tun neobjeveného uranu.149 Zdaleka nejvíce zásob uranové rudy na světě má Austrálie, kde se nalézá 23 % všech světových zásob, konkrétně 1 233 000 tun. Druhé největší zásoby má Kazachstán (817 000 tun, což odpovídá 15 %), třetí největší pak Rusko (546 000 tun, 10 % světových zásob). Další v pořadí jsou Jihoafrická republika (8 %), Kanada (8 %), Spojené státy americké (6 %) a Brazílie (5 %). Nutno zmínit, že nová ložiska jsou neustále objevována a tyto údaje by např. před deseti lety vůbec neplatily.150 Další významným faktorem je zmiňovaná cena za kilogram uranu, velmi často ovlivňující ekonomickou výhodnost těžby. Australské uranové zásoby jsou v 99 % případů získatelné za cenu mezi 40 – 80 USD/kg, což dělá u těžby uranu v Austrálii velmi výhodný obchod. Pro příklad lze uvést, byly‐li by počítány zásoby uranu i ve skupině 130 – 260 USD/kg, dostaly by se Spojené státy americké na druhé či třetí místo četnosti světových zásobách. Tyto zásoby jsou však díky současným cenám uranu a cenám ostatních energetických alternativ ekonomicky nepoužitelné a tak přes 60 % uranových zásob USA nelze do podobných statistik započítat.151 Tabulka 13: Zásoby ekonomicky získatelného uranu dle státu

Země Austrálie

Ložiska uranu (t)

Podíl na světových zásobách

1 243 000

23%

149

World Nuclear News: Exploration drives uranium resources up 17%. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: 150 World Nuclear Association: World Uranium Mining. [online], [cit. 2011‐10‐16] URL: 151 Slezak J., International Atomic Energy Agency: RAF3007, Workshop on Uranium Data Collection & Reporting ‐ Red Book – Uranium: Resources, Production and Demand. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL:

61

Kazachstán

817 000

15 %

Rusko

546 000

10 %

JAR

435 000

8 %

Kanada

423 000

8 %

Spojené státy americké

342 000

6 %

Brazílie

278 000

5 %

Namibie

275 000

5 %

Niger

274 000

5 %

Ukrajina

200 000

4 %

Jordán

112 000

2 %

Uzbekistán

111 000

2 %

Indie

73 000

1 %

Čína

68 000

1 %

Mongolsko

62 000

1 %

210 000

4 %

5 469 000

100 %

ostatní Svět celkem Zdroj: World Nuclear Association

3.4.1 Těžba uranu ve světě Důvody velmi rozdílných cen uranu jsou především jeho koncentrace v hornině (která se velmi výrazně liší dle jednotlivých nalezišť) a dále podmínky, za kterých lze uran získat. Hornina z kvalitního naleziště uranu by měla obsahovat minimálně 2 % z celkové váhy horniny, nekvalitní ložiska pak mohou obsahovat např. pouze 0,1 %, tzn. pouze 100 gramů uranu na jednu vytěženou tunu horniny. V Austrálii jsou ložiska rozsáhlá, avšak mnoho z nich obsahuje uran v koncentraci pouze 0,5 kg uranu na tunu horniny, kdežto kvalitní ložiska v Kanadě dosahují hodnot až 200 kg/t, což je pětina celkově vytěžené horniny. Podmínky, za kterých lze uran získat, ovlivňují především způsob jeho dobývání. Existují čtyři hlavní způsoby, které se v současnosti využívají nejvíce. Jedná se o dobývání uranu z hlubinných dolů (které se nijak neliší od dobývání jiných rud, ty ostatně bývají často taktéž těženy společně s uranem, např. stříbro, zlato aj.), dobývání z povrchových nalezišť (tak jako např. v České republice hnědé uhlí), pomocí haldového loužení (anglicky „help leaching“, louhovanou horninu je třeba mít na povrchu, kde se louhuje) a tzv. In‐situ loužením (anglicky In‐situ leaching, jedná se o metodu používanou i v ČR, kdy se hornina louhuje přímo v místě

62

naleziště pomocí systému vrtů).152 Další možností je ještě získávání uranu z mořské vody, jak již ale bylo uvedeno, ta ho obsahuje jen velmi malé množství (3,3 mg uranu na m3 mořské vody) a získávání touto cestou by bylo možné jen při dramatickém růstu cen uranu v budoucnosti.153 Tabulka 14: Podíl vybraných druhů dobývání uranu na světové produkci, 2010

Metoda

Množství uranu (t)

Podíl ve světě (%)

Hlubinné dobývání

15 095

28%

Povrchové dobývání

13 541

25%

In‐situ loužení (ISL)

22 108

41%

2 920

5%

Vedlejší produkt

Zdroj: World Nuclear Association

Těžba uranu celosvětově roste, od roku 2003, kdy se světová produkce uranu pohybovala na úrovni 35 492 tun, lze ze světových tabulek vyčíst více než 50% nárůst v průběhu sedmi let. V roce 2010 světová těžba uranu dosahovala 56 633 tun. Jak lze vidět v tabulce světové produkce uranu, první místo v těžbě uranu za rok obsadil Kazachstán, na jehož území bylo v roce 2010 vytěženo 17 803 tun, což je přes 33 % celosvětové těžby. Od roku 2003 se těžba v Kazachstánu zvýšila téměř šestkrát. Většina uranu v Kazachstánu je dobývána pomocí In‐situ loužení, které tak v současnosti vede nad všemi ostatními technologickými postupy těžby. Druhá v žebříčku je Kanada se 17 803 t (18 % světové produkce) a třetí Austrálie s 5 900 t (11 % světové produkce). Celkově se tak tyto tři země podílejí na celosvětové produkci uranu 62 %. Analýza World Nuclear Association předpokládá, že v roce 2011 bude produkce uranu na zhruba stejné úrovni jako v roce 2011 (kolem 56 000 t), nicméně v roce 2012 je očekáván nárůst až na 63 000 tun uranu.154 V roce 2030 je očekávána produkce přesahující 120 000 tun uranu ročně.155

152

CARD: In‐Situ Leaching (ISL) Impacts. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: 153 NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, 245‐248. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9 154 World Nuclear News: Exploration drives uranium resources up 17%. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: World Nuclear Association: World Uranium Mining. [online], [cit. 2011‐10‐16] URL: 155 Slezak J., International Atomic Energy Agency: RAF3007, Workshop on Uranium Data Collection & Reporting ‐ Red Book – Uranium: Resources, Production and Demand. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL:

63

Tabulka 15: Produkce uranu ve světě (tuny)

Země

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

Kazachstán

3 300

3 719

4 357

5 279

6 637

8 521

14 020

17 803

10 457

11 597

11 628

9 862

9 476

9 000

10 173

9 783

Austrálie

7 572

8 982

9 516

7 593

8 611

8 430

7 982

5 900

Namibie

2 036

3 038

3 147

3 067

2 879

4 366

4 626

4 496

Niger

3 143

3 282

3 093

3 434

3 153

3 032

3 243

4 198

Rusko

3 150

3 200

3 431

3 262

3 413

3 521

3 564

3 562

Uzbekistán

1 598

2 016

2 300

2 260

2 320

2 338

2 429

2 400

Spojené státy americké

779

878

1 039

1 672

1 654

1 430

1 453

1 660

Ukrajina (odhad)

800

800

800

800

846

800

840

850

Čína (odhad)

750

750

750

750

712

769

750

827

104

670

Kanada

Malawi

JAR

758

755

674

534

539

655

563

583

Indie (odhad)

230

230

230

177

270

271

290

400

České republika

452

412

408

359

306

263

258

254

Brazílie

310

300

110

190

299

330

345

148

Rumunsko (odhad)

90

90

90

90

77

77

75

77

Pákistán (odhad)

45

45

45

45

45

45

50

45

0

7

7

5

4

5

8

7

104

77

94

65

41

0

0

0

Svět celkem

35 574

40 178

41 719

39 444

41 282

43 853

50 772

53 663

U3O8 (tuny)

41 944

47 382

49 199

46 516

48 683

51 716

59 875

63 285

65 %

63 %

64 %

68 %

78 %

78 %

Francie Německo

Světová poptávka (%)

Zdroj: World Nuclear Association

3.5 Výhody a rizika jaderných elektráren 3.5.1 Výhody a přínosy Velkou výhodou jaderné energetiky je především to, že s pomocí relativně malého množství paliva a prostoru je vyrobeno obrovské množství energie. Jak již bylo řečeno v kapitole 2.1.1 o tepelných elektrárnách, jaderná elektrárna o instalovaném výkonu 1000 MWe spotřebuje 35 tun jaderného paliva oproti 2 000 000 – 6 000 000 tun uhlí v případě uhelné elektrárny). V budoucnu za použití nových technologií a nových generací jaderných reaktorů bude toto číslo ještě nižší, protože na stejný výkon bude jaderná elektrárna potřebovat znatelně méně paliva.

64

Další nespornou výhodou jsou především velmi nízké emise skleníkových plynů. Oproti jiným typům elektráren se jedná až o desetinásobek menší produkce oxidu uhličitého, oxidů síry či oxidů dusíku.156 V současnosti, kdy je globální oteplování předmětem mnoha mezinárodních konferencí a i mnoha doposud neratifikovaných dohod o snížení emisí oxidu uhličitého, jsou skleníkové plyny značným strašákem pro vlády států i organizace z celého světa. Druhotným jevem spalování fosilních paliv jsou i tzv. kyselé deště. „Spalování fosilních paliv uvolňuje velká množství kysličníku siřičitého a plynných kysličníků dusíku, které spolu s vlhkostí v ovzduší tvoří kyseliny padající s dešťovými srážkami. Tyto jevy jsou komplikované a s kontroverzními závěry; je však důrazně evidentní, že v jistých případech kyselý déšť ohrožuje život ryb ve vodních prostorách a velmi škodí lesům.“ 157 Dále lze tvrdit, že globální oteplování působí v současnosti spíše jen výměny názorů a rozepře, kdežto kyselé deště jsou smrtelné pro ryby a zemskou flóru, znečištěné ovzduší má neblahý přímý vliv na lidské zdraví. A ačkoliv není mnoho studií, které by přímo dokazovaly či vypočítávaly vliv znečištěného ovzduší na lidská úmrtí. Dle prof. Bernard L. Cohena158 z University of Pittsburgh (mj. držitel ceny Tom W. Bonnera za nukleární fyziku), který tvrdí, že znečištěné ovzduší (vinou spalování fosilních paliv jak v elektrárnách, tak i například v automobilech) může mít ve Spojených státech amerických za následek až 30 000 úmrtí ročně. Dále tvrdí: „Přesunem z fosilních paliv na nukleární energii by se odvrátila tato úmrtí, a jestliže elektřina bude více a široce užívána v dopravě (např. elektromobily), záchrana životů bude ještě výraznější. Lidské utrpení v nemocích je podstatnou částí ceny, kterou platíme za spalování fosilních paliv. Ekonomické ztráty absencí pracovníků a/nebo snížená produktivita způsobená jejich nemocností jsou tudíž podstatné!“ 159 Dalším častým argumentem ve prospěch jaderné energie jsou náklady na jednotku kWh. Ač existuje mnoho nejrůznějších způsobů i samotných studií na zjištění přesných nákladů, jejich 156

EnergyWeb.cz: Emise škodlivin. [online], [cit. 2011‐11‐04] URL: 157 Cohen B. L., Akademon ‐ server pro technologické inovace: Výhoda jaderné energie. [online], [cit. 2011‐ 10‐17] URL: 158 Dr. Bernard L. Cohen je emeritním profesorem fyziky, astronomie, životního prostředí a zaměstnaneckého zdravotnictví na universitě v Pittsburghu. Je autorem 6 knih, přes 300 příspěvků ve vědeckých časopisech a asi 75 článků v netechnických žurnálech. Na pozvání se představil svými přednáškami ve 47 státech USA, 6 kanadských provinciích, 7 japonských prefekturách, 6 australských státech a teritoriích a 24 zemích v Evropě, Asii a Jižní Americe. Jeho vyznamenání cenami zahrnuje The American Physical Society Bonner Prize, the Health Physics Society Distinguished Scientific Achievement Award. Je zvolen pověřencem divise nukleární fysiky v American Physical Society a pověřencem divise věd životního prostředí v American Nuclear Society. Těší se ze sportu v otevřeném prostředí, hraje golf, též se věnuje své rodině a osmi vnoučatům. Zdroj: Cohen B. L., Akademon ‐ server pro technologické inovace: Výhoda jaderné energie. [online], [cit. 2011‐10‐17] URL: 159 Tamtéž.

65

výstupy se právě použitým způsobem dost často liší. Velmi důležitým aspektem těchto výpočtů jsou již několikrát zmiňované externality, které řada odpůrců jaderné energie buď raději nevidí, nebo vidí pouze na straně jaderné energetiky. Externality, včetně nákladů spojených například s výrobou solárních panelů, je třeba brát v potaz. Konkrétně u pěstování plodin pro spalování je třeba započítat všechny aspekty, související s produkcí elektřiny z biomasy. Biomasa je obnovitelný zdroj energie právě proto, že celý proces vzniku je založen na energii ze slunečního záření a fotosyntézy. V současné době je její využiti vcelku populární, nicméně její energetická výnosnost je velmi malá a dle mnohých odborných studií je pěstování biomasy bez současných podpor a dotací trvale neudržitelné. Změříme‐li ukazatel EROI160, který udává návratnost energetické investice, dostaneme číslo oscilující mezi 0,7 a 1,8 (liší se dle pěstované plodiny a dalších faktorů. Je‐li ukazatel EROI menší než 1, je potřeba na výrobu jedné jednotky energie potřeba více než jednu jednotku zdroje. Všechna taková výroba se nevyplatí, nicméně doposud mluvíme pouze v číslech – bereme v úvahu pouze ekonomická data ve smyslu náklad/výnos. Pakliže ale půjdeme zcela do důsledku procesu vzniku této „zelené“ energie, budeme překvapeni tím, co nalezneme. Vezmeme‐li v potaz vznik energie od samotného začátku včetně všech procesů (zasetí, sklizeň, transport, proces kvašení, zkrátka všechny dílčí procesy), dopátráme se úplně jiných hodnot. Podíváme‐li se na produkci biomasy ve smyslu produkce emisí CO2 a porovnáme se spalováním klasického paliva, vyjde vítězně neobnovitelný zdroj, tedy benzin, konkrétně o více než 30 % šetrněji. Pakliže porovnáme i samotný potenciál plodiny, například kukuřice, zjišťujeme, že energetická výnosnost je 3‐4x menší než energie zahrnutá do vstupu. Pro příklad můžeme uvést, že energie v zrnu kukuřice je kolem 160 GJ/ha, spotřeba na samotné pěstování je ca. 30 GJ/ha a konečně na samotnou výrobu etanolu je třeba kolem 50 GJ/ha.

160

Energetická návratnost (EROI nebo EROEI) je jednoduše energie, kterou lze získat z nějaké činnosti vztáhnutá k energii vynaložené na produkci této energie. Metoda je celkově jasná; energii získanou (výstup) vydělte energií spotřebovanou (vstup), čímž získáte číselný poměr. Běžná průměrná EROI pro hledání a produkci domácí ropy v USA klesla z více než 100 kilojoulů získaných na vynaložený kilojoule ve 30. letech na přibližně 30:1 v 70. letech až na 11‐18:1 v současnosti. To je důsledek klesající energetické návratnosti způsobené vyčerpáváním ropných ložisek a zvyšováním energetických nákladů v souvislosti s přesunem průzkumu a těžby hlouběji pod zem a na volné moře – Zdroj: http://permakultura.cz/index.php?option=com_content&view=article&id=80:dsledky‐energeticke‐ navratnosti‐eroi‐ropneho‐zlomu‐a‐konceptu‐nejprve‐to‐nej&catid=36:energietechnika&Itemid=124

66

Sečteme‐li všechny tyto hodnoty, dostaneme 240 GJ vydané energie na jeden hektar, přičemž energetický výstup z jednoho hektaru je „pouhých“ 68 GJ/ha.161 162 Představíme‐li si využití biomasy ve větším měřítku, můžeme dle Jesseho Ausubela z newyorské Rockefeller University, ředitele tamějšího výzkumného centra Program for the Human Environment, výrazně poškodit životní prostředí a biodiverzitu. Porovnáme‐li jednu jadernou elektrárnu o instalovaném výkonu 1000 MWe s potřebným množstvím plochy pro kukuřici, což je 2500 km2 kvalitní zemědělské půdy, rozdíl ihned vyjde najevo. Nejen, že je jádro šetrnější, ale zároveň zabírá menší plochu a šetří kvalitní ornou půdu, kterou taktéž nejde využívat donekonečna.163 164 Na tomto příkladu s biomasou lze vidět, že obnovitelné zdroje nejsou jednoznačně jedinou možnou cestou, kudy se lze vydat. „Zelení“ aktivisté, kteří tímto stylem podporují obnovitelné zdroje a zároveň odporují využívání jaderných elektráren, jsou jen sami proti sobě. Zde je třeba zmínit, že samotnou otázkou celkových nákladu na vyrobenou kWh se zabývala i samotná Evropská unie. Projekt pod názvem ExternE proběhl v letech 2004 – 2005 a jeho výsledkem byla propracována studie z mnoha zemí EU, kde byly porovnávány ceny za vyrobenou kWh elektrické energie. Studie nabízí zcela jiný pohled na výrobu elektrické energie a skutečně započítává vše, co bylo zmíněno v předchozích odstavcích. Možná paradoxně pak vychází spalování fosilních paliv jako jeden z nejdražších zdrojů elektrické, energie. Jaderná energie je pak na velmi podobné úrovni jako energie z obnovitelných zdrojů. Je otázkou, zda skutečně lze vzít v potaz všechny aspekty, které jsou ve studii uváděný, nicméně podrobná metodologie v této studii umožňuje při podrobnějším studiu získat komplexní pohled.165 166

161

Pro Atom Web: BIOETANOL ‐ naše naděje nebo past? [online], [cit. 2011‐10‐20]. URL: 162 Pro Atom Web: BIOETANOL ‐ proč je neobnovitelný zdroj energie. [online], [cit. 2011‐10‐20]. URL: 163 NewScientist.com: International Journal of Nuclear Governance, Economy and Ecology 1: 229‐243 [online], [cit. 2011‐11‐20] URL: 164 NewScientist.com: Renewable energy could 'rape' nature. [online], [cit. 2011‐10‐17] URL: 165 European Commission: ExternE ‐ Externalities of Energy, Methodology 2005 Update. [online], [cit. 2011‐ 10‐17] URL: 166 Skočdopol P.: Budoucnost jaderné energetiky v Evropské Unii. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL:

67

Další výhodou jaderné energie je relativně nízký náklad na provoz jaderné elektrárny, nicméně je spekulativní, zda je tento aspekt výhodou, protože kontrastuje právě se značně vysokými investičními náklady na projektování a výstavbu jaderné elektrárny.167 Třeba zde ale zdůraznit, že technologicky modernější reaktory nové generace jsou nákladově přijatelnější, než tomu bylo u generací minulých. To je způsobeno právě zvýšenou efektivitou novějších reaktorů, které byly popsány v předchozích kapitálách. Jaderná elektrárna s reaktorem pracujícím na klasickém lehkovodním principu stojí zhruba 2000 – 2500 USD za kWe, kdežto technologicky vyspělejší jaderná elektrárna se pohybuje v intervalu 1500 – 2000 USD za kWe, navíc je její stavba kratší.168 169 Tabulka 16: Porovnání investičních nákladů a doby výstavby u vybraných typů elektráren

Elektrárna Jaderná lehkovodní Jaderná nejmodernější Uhelná Plynová, kombinovaný cyklus

Investiční náklady (USD/kWe) 2000 ‐ 2500 1500 ‐ 2000 1000 ‐ 2000 500 ‐ 900

Doba výstavba (roky) 6,7 4,6 4,5 2,3

Zdroj: vodni‐tepelne‐elektrarny.cz

Dílčí výhodou pak může být situace některých států, které nakupují např. ropu ve velkém měřítku na zahraničních trzích, což může být s přihlédnutím ke stoupajícím cenám energie velmi závažný problém. Kupříkladu Spojené státy americké nakupují velkou část ropy a zemního plynu v zahraničí, což by bylo možné v případě výstavby nových jaderných elektráren znatelně eliminovat.170 171 3.5.2 Rizika a nebezpečí Negativní přínosy jaderné elektrárny lze rozdělit na jaderné a nejaderné. Jaderné logicky zvyšují radiační zátěž obyvatelstva a ovlivňují životní prostředí v okolí. Zde často experti

167

LewRockwell.com: Advantages of Nuclear Power. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: 168 Vodní a tepelné elektrárny: Jaderná elektrárna versus elektrárna uhelná. [online], [cit. 2011‐09‐10] URL: < http://www.vodni‐tepelne‐elektrarny.cz/jaderna‐uhelna‐elektrarna.htm> 169 World Nuclear Association: The Economics of Nuclear Power. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: 170 LewRockwell.com: Advantages of Nuclear Power. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: 171 Energy Resources: Nuclear Power: Energy from splitting Uranium atoms. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL:

68

upozorňují na to, že radioaktivita a ionizující záření nejsou pouze produktem jaderných elektráren. Jedná se o v přírodě běžně se vyskytující fyzikální jevy. Jako největší nevýhoda jaderných elektráren je vnímáno nebezpečí selhání, respektive jaderné havárie. Ve většině případů, kdy jsou zmiňovány nehody jaderných elektráren, se neřeší pravděpodobnost takové události. Již zmiňovaný prof. Bernard L. Cohen ve své studii rovněž uvádí pravděpodobnosti nastání jevu jaderné havárie s ostatními životními riziky pro populaci Spojených států amerických. Tabulka 17: Možná rizika ohrožující zdraví

Aktivita nebo riziko Život v bídě Kouření cigaret (1 balíček denně) Onemocnění srdce Pracující v uhelných dolech Rakovina Nadváha 13,6 kg Nehody motorových dopravních prostředků Sebevraždy Vraždy Znečištěné ovzduší Malá vozidla vůči vozidlům střední velikosti Změna omezení rychlosti ve městě Pády Jed + udušení Pohyb osob po domech Požáry a zahoření Selhání přehradních hrází Život velmi blízko jaderných zařízení Jaderná elektřina USA všeobecně Jaderná elektřina USA – pouze nehody

MZR (dní) 3500 2300 2100 1100 980 900 150 95 90 80 60 40 39 37 35 27 1 0,4 0,04 0,012

Zdroj: Bernad L. Cohen, Environmentalists For Nuclear Energy Tabulka 18: Případný počet úmrtí způsobených odpady z výroby elektrického výkonu 1000 MWe

Energetická alternativa Jaderná alternativa Vysoká radiace Emise Radonu Běžné emise (Kr, Xe, C‐14, H‐3) Odpad nízké radiační úrovně Uhlí Znečištěné ovzduší Emise Radonu Chemické karcinogeny Sluneční (fotovoltaická) Uhlí k výrobě (ocel, sklo, aluminium)

Počet úmrtí na 1000 MWe 0,018 ‐ 420 0,3 0,0004 75 30 70 3

69

Sirník kadmia (pokud je užit)

80

Zdroj: Bernad L. Cohen, Environmentalists For Nuclear Energy

Jak lze vidět v tabulce, riziko poškození zdraví vlivem jaderné elektrárny je např. několikanásobně menší než nebezpečí přehradních hrází. Nicméně, nevýhodou vážných havárií jaderných elektráren jsou právě důsledky, pokud se takové neštěstí skutečně stane (jakkoliv to může být nepravděpodobné). V těch nejhorších scénářích se jedná o zamoření celé oblasti radiací a následné negativní zdravotní následky pro tisíce lidí. Další často diskutovanou nevýhodou jaderných elektráren je jejich odpad. I když palivo samo o sobě je vyhořelé, vyzařuje z něj silná radioaktivita. Ta je ve větším množství (nejen) pro lidské zdraví nebezpečná, je třeba tak radioaktivní odpad nějakým způsobem nedobytně uskladnit (eliminovat jej nelze). V minulosti existovalo mnoho scénářů, jak s jaderným odpadem naložit (uskladnění na dno oceánu, vypouštění do vesmíru, zapuštění do polárních ledovců, spouštění do subdukční zóny Země atp.) nicméně jako nejpraktičtější a morálně vhodnou alternativou se ukázalo být skladování v hlubinných podzemních úložištích, kde panují přísné podmínky a pravidla.172 Problémem zůstává, kde tato úložiště vybudovat. Ačkoliv úložiště jaderného odpadu samo o sobě nebezpečné není, jedná se o velmi „horký brambor“, který neradi vidí jak obyvatelé států, tak jejich vlády.173 Tabulka 19: Počet úložišť jaderného odpadu a počet reaktorů v jednotlivých zemích

Stát Spojené státy Francie Japonsko Rusko Jižní Korea Velká Británie Kanada Německo Indie Ukrajina Čína Švédsko Španělsko Belgie

Sklady vyhořelého paliva

Počet reaktorů

36 5 4 6 1 5 6 6 3 2 1 1 1 2

104 59 55 31 20 19 18 17 17 15 11 10 8 7

172

Vokál A., Marková L., Laciok A., Vesmír.cz: Co s vyhořelým jaderným palivem? [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: 173 What is Nuclear?: What is nuclear waste?. [online], [cit. 2011‐10‐21] URL:

70

Česká republika Slovensko Švýcarsko Finsko Maďarsko Argentina Brazílie Bulharsko Mexiko Pákistán Rumunsko Jižní Afrika Arménie Litva Nizozemí Slovinsko SVĚT

1 1 1 3 1 2 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 92

6 5 5 4 4 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 439

Zdroj: European Environment Agency (EEA)

Jak již bylo popsáno v minulém odstavci, jaderná elektřina nemá nijak velký negativní vliv na životní prostředí, nicméně je náročná na spotřebu vody. Většina této vody je po splnění účelu ve formě páry vypouštěna do ovzduší (to může mít za následek zvýšenou průměrnou roční teplotu v lokalitě, kde je fungující jaderná elektrárna).174 V tomto případě se ale zdroje rozchází, dle jedněch je vliv na teplotu ovzduší znatelný, dle druhých je vliv nevyhodnotitelný.175 V bezprostředním okolí elektrárny může jít dle ČEZ o desetiny procenta ročního průměru.176 Chladící věže dále mohou svými výpary stínit okolní prostředí, v průměru se stínící efekt projevu v blízkém okolí elektrárny několik minut, což odpovídají snížené intenzitě slunečního záření

o

3 – 4 % denně.177 Vypouštěná pára může mírně zvýšit roční srážkové úhrny za rok v blízkosti elektrárny, stejně tak může i mírným způsobem ovlivňovat relativní vlhkost vzduchu a tím

174

Science WORLD: Chemie na jaderné elektrárně aneb Vše se točí kolem vody. [online], [cit. 2011‐10‐21] URL: 175 Jaderná energie a ekologie: Ekologické dopady atomové elektrárny. [online], [cit. 2011‐10‐21] URL: 176 Skupina ČEZ: Vliv jaderných elektráren na životní prostředí. [online], [cit. 2011‐10‐21] URL: 177 Tamtéž.

71

výskyt přízemní mlhy.178 Nutno však upozornit na fakt, že podobné důsledky mají o ostatní tepelné elektrárny a teplárny. Mezi rizika jaderných elektráren bohužel nutně patří i zneužití k teroristickým útokům. V současném světě „po 11. září 2001“ je hrozba terorismu stále aktuální a jaderné elektrárny se svým fungováním stávají principielně dobrým terčem. Podaří‐li se odhlédnout od účinku teroristického útoku jako takového, je právě útok na jadernou elektrárnu „lákavý“ tím, že v případě úspěchu může dojít k dlouhodobým škodám na lidském zdraví a radioaktivnímu zamoření dané lokality. Následky by byly nedozírné a dlouhodobé, v minulosti lidstvo setkalo s výhrůžkami i útoky na jaderné elektrárny.179 V současnosti se systémy zabezpečení jaderných elektráren vyvíjejí i v tomto směru, aby se riziko poškození jaderného elektrárny teroristickým útokem eliminovalo.180 3.5.3 Mezinárodní stupnice pro hodnocení jaderných událostí V předchozí kapitole jsem uvedl rizika, která z provozu jaderných elektráren plynou. V této kapitole bych uvedl pár nejzávažnějších havárií, se kterými jsme se v minulosti doposud setkali. Pro posuzování poruch a havárií jaderných zařízení je používána Mezinárodní stupnice jaderných událostí (The International Nuclear Event Scale – INES), která byla zavedena v roce 1990 společně Mezinárodní agenturou pro atomovou energii (MAAE, anglická zkratka IAEA) a Agenturou pro jadernou energii OECD (OECD/NEA). Stupnice si klade za cíl sloužit ke komplexnímu, rychlému a srozumitelnému informování o závažnosti událostí, ke kterým dochází na jaderných zařízeních a na zařízeních, kde se pracuje s radioaktivními látkami, jako jsou průmysl, zdravotnictví, laboratoře atp.181 Stupnice INES má 8 stupňů, které jsou seřazeny dle závažnosti. Stupeň 0 je nejméně závažný a stupeň 7 jako nejvíce závažný. Stupně 0‐3 jsou nazývány jako události, nehody či poruchy (Incidents), stupně 4‐7 pak jako havárie (Accidents).

178

Tamtéž. V roce 1993 teroristé, spojení s tehdejšími bombovými útoky na World Trade Center a kteří patřili k síti napojené na organizaci Islámský džihád, vyhrožovali v dopise zaslaném redakci New York Times útokem na jaderné elektrárny. Autenticita dopisu byla tajnými službami potvrzena. Vyšetřování ukázalo, že skupina teroristů cvičila v listopadu 1992 na základně blízko Harrisburgu vzdáleného 15 km od jaderné elektrárny Three Mile Island. Zdroj: Froggatt A., Jaderná energie: Mýtus a skutečnost ‐ Bezpečnostní rizika jaderných reaktorů, prosinec 2005. [online], [cit. 2011‐11‐02] URL: 180 Tamtéž. 181 Hanus V., Česká nuklární společnost: MEZINÁRODNÍ STUPNICE PRO HODNOCENÍ JADERNÝCH UDÁLOSTÍ. [online], [cit. 2011‐10‐21] URL: 179

72

Při vytváření stupnice se byla brána v potaz tři hlavní kritéria: a) Dopad na životní prostředí V této kategorii jde především o to, jaký je projev nehody či havárie mimo elektrárnu (jaké množství záření či radioaktivních látek uniklo do okolního prostředí). b) Úroveň poškození zařízení a zasažení pracovního prostředí uvnitř elektrárny Tato kategorie monitoruje především stupeň poškození jaderného zařízení, stav poškození jaderného paliva (aktivní zóny), únik radiace a radioaktivních látek uvnitř elektrárny. c) Dopad na bezpečnostní systémy Třetí kritérium hodnotí zpětně fungování a reakci bezpečnostních systémů elektrárny na nastalou situaci, které mají za cíl zabránit nekontrolovatelným uvolněním radioaktivity z reaktoru do elektrárny a jejího okolí. Obrázek 10: Mezinárodní stupnice pro hodnocení jaderných událostí ‐ INES

Zdroj: NuclearEvents.info

U každé nehody či havárie je analyzován problém dle všech zmíněných kritérií a je mu přiřazen nejvyšší dosažený stupeň závažnosti. Léta praxe ukázala, že závažněji se zabývat událostmi se stupněm 0 nemá smysl. Většina nehod na jaderných zařízeních leží zcela mimo stupnici (nedosahují ani stupně 0), těch se může v určitém, zařízení odehrát několik desítek až stovek. Počet nehod stupně 0 se pohybuje zpravidla mezi četností 1 – 10, stupeň 1 nastává dle statistik zhruba jedenkrát až 73

dvakrát. Vyšší stupně už nejsou tak časté. Drtivá většina nastalých událostí se tak pohybuje na stupni 3 a méně. Stupnice INES182

0 Odchylka

1 Anomálie

Odchylky, kde nejsou porušeny limity a podmínky provozu, a na které se, v souladu s adekvátními postupy, přiměřeně reaguje. Mezi příklady patří: jednoduchá náhodná porucha v redundantním systému, odhalená v průběhu periodických kontrol nebo zkoušek, plánované rychlé odstavení reaktoru, které probíhá normálně, neúmyslná aktivace bezpečnostních systémů, bez významných následků, úniky v rámci limitů a podmínek, menší rozšíření kontaminace uvnitř kontrolovaného pásma bez širších důsledků pro kulturu bezpečnosti. Anomálie od schváleného režimu, ale se zbývající významnou hloubkovou ochranou. K tomu může dojít v důsledku poruchy zařízení, lidské chyby nebo nedostatků postupů a mohou nastat v jakékoliv oblasti, kterou stupnice pokrývá, například provoz jaderné elektrárny, transport radioaktivního materiálu, manipulace s jaderným palivem a skladování odpadů. Mezi příklady patří: porušení technických podmínek nebo přepravních předpisů, nehody bez přímých důsledků, které odhalí nedostatky v organizačním systému nebo kultuře bezpečnosti, defekty v potrubí, menší než předpokládá kontrolní program.

2 Nehoda

Nehoda s významným selháním bezpečnostních opatření, ale se zbývající dostatečnou hloubkovou ochranou k vypořádání se dodatečnými poruchami. To zahrnuje události, kde by skutečné události byly klasifikovány stupněm 1, ale odhalují významné dodatečné organizační nedostatky nebo nedostatky v kultuře bezpečnosti. Událost, která vyústila v dávku pracovníkovi, překračující povolený roční limit a/nebo událost, která vede k přítomnosti významných množství radioaktivity uvnitř zařízení v prostorách, kde to projekt nepředpokládal, a které vyžadují nápravná opatření.

3 Vážná nehoda

Únik radioaktivních materiálů do okolí s následkem dávky pro kritickou skupinu v řádu desetin milisievertů. Při takovém úniku nemusí být vnější ochranná opatření zapotřebí. Událost uvnitř zařízení s důsledkem takového ozáření

182

Doslovná citace IAEA/OECD/NEA: INES ‐ Mezinárodní stupnice hodnocení závažnosti jaderných událostí – uživatelská příručka, 2010. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL:

74

zaměstnanců, že by způsobilo akutní zdravotní následky a/nebo událost s výsledkem těžkého rozšíření kontaminace, například několika tisíc TBq aktivity uvolněné v sekundárním kontejnmentu, kde lze materiál vrátit do vyhovujících skladovacích prostor. Nehoda, při níž by další porucha bezpečnostních systémů mohla vést k havarijním podmínkám, nebo situace, ve které by nebyly bezpečnostní systémy schopné zabránit havárii, pokud by nastaly určité iniciační události. 4 Únik radioaktivních materiálů do okolí s následkem dávky pro Havárie bez vážnějšího kritickou skupinu v řádu několika milisievertů. S takovým rozsahem rizika vně zařízení úniku by pravděpodobně obecně nebyly spojovány žádné vnější ochranné zásahy s výjimkou místní kontroly potravin. Významné poškození zařízení. Taková havárie může zahrnovat poškození vedoucí k velkým potížím uvnitř zařízení, jako je částečné tavení aktivní zóny v energetickém jaderném reaktoru a srovnatelné události v zařízeních bez reaktoru. Takové ozáření jednoho nebo více zaměstnanců, že je vysoká pravděpodobnost rychlého úmrtí. 5 Havárie s rizikem vně zařízení

Únik radioaktivních materiálů do okolí (s aktivitou stovek až tisíců TBq 131I). Takový únik by pravděpodobně vyústil do částečného uplatnění protiopatření zahrnutých v místních havarijních plánech ke zmenšení pravděpodobnosti zdravotních následků. Těžké poškození jaderného zařízení. Může to zahrnovat těžké poškození velké části aktivní zóny energetického reaktoru, velká havárie s kritičností, nebo velký požár či exploze uvolňující velké množství radioaktivity uvnitř zařízení.

6 Těžká havárie

Únik radioaktivních materiálů do okolí (s aktivitou tisíce až desítky tisíc TBq 131I). Takový únik by pravděpodobně vyústil do plného uplatnění protiopatření zahrnutých v místních havarijních plánech ke zmenšení pravděpodobnosti zdravotních následků. Únik značné části radioaktivních materiálů z velkého zařízení (například z aktivní zóny energetického reaktoru) do okolí. Typicky obsahujících směs radioaktivních štěpných produktů s dlouhými i krátkými poločasy rozpadu (s aktivitou přesahující desítky tisíc TBq 131I). Takový únik by vyústil do možnosti akutních zdravotních

7 Velmi těžká havárie

75

účinků; zpožděné zdravotní účinky v rozsáhlé oblasti s možností zasažení více než jedné země; dlouhodobé důsledky pro životní prostředí. 3.5.4 Havárie jaderných elektráren z minulosti Historické zdroje udávají mnoho nehod a havárií na jaderných zařízeních, nicméně havárií s největšími stupni bylo pramálo. Uvádím zde ty nejzávažnější, které jsou veřejně známy, avšak ne tak přesné příčiny, jež tyto havárie zavinily. Havárie elektrárny Three Mile Island, 1979, stupeň 5

První, mediálně velice probíranou, závažnou jadernou havárii zažily Spojená státy americké v březnu roku 1979. Jaderná elektrárna Three Mile Island ležela na ostrově v řece Susquehanna ve státu Pensylvánie. Prvnímu problému dne havárie musela čelit kolem 4. hodiny ráno, kdy se porouchala hlavní vodní napájecí čerpadla chladicího systému sekundárního okruhu. Tento výpadek byl systémem ihned zaznamenán a v řádu sekund byla automaticky odstavena turbína a z důvodu snížení výkonu reaktoru do něj byly spuštěny regulační tyče. V primárním okruhu ale nadále rostl tlak, byl tak otvírán pojišťovací ventil a regulační tyče zcela spuštěny. Ihned po těchto procedurách a po odstavení reaktoru začal tlak klesat a pojišťovací ventil se tak měl zavřít, nicméně k jeho zavření nedošlo. Hlavní problém ale spočíval ve faktu, že kontrolka na řídícím pultu nesignalizovala to, že by ventil zůstal otevřený. Díky tomu, že ventil zůstal otevřený, docházelo ke klesání tlaku v okruhu a lokálním varu vody v aktivní zóně. Díky vadné signalizaci a tím pádem špatné interpretaci obsluhy elektrárny se situace řešila jinak, než se řešit měla. Operátoři totiž předpokládali, že vody je moc (ačkoliv jí bylo málo) a manuálně vypnuli čerpadlo, správně automaticky reagující na únik vody z primárního okruhu. Tato situace měla za následek další výtok vody z okruhu, prasknutí membrány na barbotážní nádrži, únik vody přímo do prostor kontejnmentu. V tuto chvíli, pouhých 10 minut od počátku celé situace, zvedal var hladinu vody a operátoři dostávali informaci, že vody je tudíž dostatek. V horizontu dalších desítek minut se situace zhoršovala a radioaktivita vody v primárním okruhu i kontejnmentu vzrůstala. Po šesté hodině ranní začala být detekována radioaktivita i mimo elektrárnu, v okolí elektrárny byl vyhlášen radiační poplach, avšak stále docházelo 76

k chybným rozhodnutím operátorů elektrárny. Mezi desátou a jedenáctou hodinu došlo dokonce k výbuchům v kontejnmentu (způsobených vodíkem), guvernér státu poté nařídil evakuaci blízkého okolí a přípravy na všeobecnou evakuaci. Po jedenácté hodině dorazili na místo specialisté ze státního dozoru, převzali řízení provozu, nicméně reaktor se podařilo dostat pod kontrolu až celých 12 hodin po vypuknutí prvotního problému s čerpadly.183 184 185 186 187

Jak již bylo napsáno v úvodu popisu této havárie, byla tato událost velmi mediálně probírána. Ačkoliv to nebyla první takto vážná havárie, americké povědomí o jaderné energii jako budoucímu energetickému zachránci se začalo velmi rychle měnit. Byly především dva důvody, proč se tomu stalo. Prvním důvodem byl vlastně vznik celé havárie, protože jak později ukázalo vyšetřování, na selhání důležitého ventilu navázala řada chyb personálu, který nebyl školen na takovéto mimořádné havarijní situace, a laicky by se dalo říci, že operátoři nevěděli, jak mají postupovat a de facto při řešení problému experimentovali. Tyto informace měly logicky negativní vliv na vnímání jaderné energie nejen na americkém kontinentu, protože zjištění faktu, že jaderné elektrárny ovládají nevyškolení operátoři, na důvěře ze strany veřejnosti nepřidalo. Druhým důvodem, proč byla havárie veřejností přijata velmi negativně, je přístup společnosti MetEd, která elektrárnu provozovala. Ta totiž od samotného počátku zatajovala informace a fakta, bagatelizovala rozsah havárie a teprve po dvou dnech tak úřady mohly nařídit evakuaci tisíců těhotných žen a dětí. Panika zachvátila celé obyvatelstvo státu a během následujících dní opustilo až 200 000 lidí své domovy. Samotnou situaci tehdy musel řešit až samotný prezident Spojených států amerických James Carter, který se na elektrárnu přijel osobně podívat, aby dokázal, že nebezpečí je zažehnáno. To ale nic nemění na tom, že se nikdy přesně nezjistilo (ani nezjistí), kolik radioaktivních látek uniklo do ovzduší. Během havárie se

183

World Nuclear Association: Three Mile Island Accident. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: 184 United States Nuclear Regulatory Commission: Backgrounder on the Three Mile Island Accident. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: 185 Walker, J. S., Three Mile Island: A Nuclear Crisis in Historical Perspective, Berkeley: University of California Press, 2004. ISBN 0520239407 186 National Museum of American history: Three Mile Island: The Inside Story. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: 187 Three Mile Island ALERT: Summary of Findings at Three Mile Island: 1979‐2005. [online], [cit. 2011‐10‐ 20] URL:

77

totiž ucpaly měřící filtry a údaje z dalších měřičů se „záhadně“ ztratily. Během několika dnů po havárii pociťovali obyvatelé Pensylvánie následky ozáření.188 189 190 Tato havárie dodnes děsí mnohé Američany, trvalo deset let, než se podařilo dekontaminovat poničený reaktor, náklady přesáhly v r. 1989 již 1 miliardu amerických dolarů. Pět let po havárii byla vypracována studie, která upozorňovala na fakt, že výskyt rakoviny v postižené oblasti několikanásobně převyšuje celostátní průměr.191 192 193 Tato havárie tedy výrazně negativně ovlivnila veřejné mínění v neprospěch jaderné energetiky, nicméně, jak tomu u vážných nehod často bývá, pozitivně ovlivnila bezpečnostní předpisy, školení a celkové zabezpečení jaderných elektráren do budoucna. Jedním z hlavních požadavků bylo především několik na sobě nezávislých kontrolních bezpečnostních systémů, které by korigovali případné anomálie tak, aby se zamezilo eskalaci nehody, jako tomu bylo u elektrárny Three Mile Island. Černobyl, 1986, stupeň 7

Doposud pravděpodobně nejhorší jaderná havárie v historii je taktéž veřejnosti známa, udála se v dubnu roku 1986 v Sovětském svazu (v oblasti dnešní Ukrajiny). Abychom pochopili nejzávažnější jadernou nehodu v historii, je třeba uvést pár základních dat o černobylské jaderné elektrárně. Černobylská elektrárna používala reaktory typu RBMK, který jsem zmiňoval v jedné z předchozích kapitol. Důležitý je fakt, že reaktor původně sloužil k produkci plutonia potřebného k výrobě jaderných zbraní. Nicméně, po zkušenostech s jadernou elektrárnou v Obninsku, kde byl prototyp reaktoru použit, se tehdejší sovětské vedení rozhodlo řešit aktuální nedostatek elektřiny právě výstavbou jaderných elektráren s reaktory tohoto typu. Jednou z hlavních nevýhod tohoto reaktoru byl kladný teplotní koeficient, jenž měl být dle

188

Peterson C., The Washington Post: Continuing Cleanup: $1 Bil. and Counting . [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: 189 The Washington Post: Crisis at Three Mile Island. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: 190 Peterson C., The Washington Post: Continuing Cleanup: $1 Bil. and Counting . [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: 191 Albion Monitor: Three Mile Island Cancer "Extremely High". [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: 192 Sturgis S., Green Parties world wide: Fooling with Disaster? Startling Revelations about Three Mile Island . [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: 193 NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, str. 247. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9

78

představ eliminován řídící technikou (tlakovodní reaktory mají záporný teplotní koeficient). Druhou nevýhodou byl potom velký počet nezávislých kanálků, které musely být dokonale utěsněny, případný únik chladiva na grafit by totiž mohl způsobit závažnou nehodu. Reaktor RBMK měl ale i výhody, mezi ně patřila např. možnost provozovat reaktor pouze na 70 % nominálního výkonu. Dále to byla snadná a rychlá regulace výkonu, jako palivo stačil méně obohacený uran, výměna paliva za provozu aj. Vlastnosti tohoto reaktoru a samotný zabezpečovací systém hodlal prověřit experiment, který byl naplánován na 26. dubna 1986. V rámci experimentu byl snižován nominální výkon reaktoru, byl však v průběhu přerušen a reaktor v tu chvíli fungoval na poloviční výkon. Tento stav trval dalších 9 hodin, kdy byl vydán rozkaz k pokračování experimentu. Reaktor RBMK má určitá specifika, která výrazně ovlivňují produkci štěpných produktů v aktivní zóně vzhledem k nominálnímu výkonu. Jelikož experiment pokračoval až po zmiňovaných devíti hodinách, byla na pracovišti již další směna, která byla podle pozdějších vyšetřování málo seznámena s fungováním tohoto reaktoru a de facto nerozuměla tomu, co se v reaktoru při snižování výkonu děje a nechápala nebezpečí hrozící xenonové otravy uvnitř aktivní zóny.194 195 Operátoři tedy začali dále snižovat výkon reaktoru, přičemž reaktor se dostal na tak malý výkon, že bezpečnostní automatika začala okamžitě odstavovat reaktor. Operátoři chtěli nicméně dokončit pokus, bezpečnostní systém odpojili, přešli na ruční ovládání a pokoušeli se reaktor oživit. Vinou xenonové otravy se jim to ale nedařilo, výkon reaktoru klesl až na 1 % 194

Xenonová otrava je redukce reaktivity reaktoru v důsledku velmi vysokého pohlcování neutronů v štěpném produktu Xe‐135. Jedním z vedlejších produktů vznikajících ze štěpení jader uranu U‐235 nebo Plutonia‐239 je tvorba jodu I‐135. Reaktorová fyzika vychází z toho, že jód‐135 je běžný štěpný produkt, který činí zhruba 6% z v reaktoru vzniklých štěpných produktů. Jelikož je malá šance, že by jód absorboval neutron, není jeho výskyt z hlediska řízení štěpné reakce významný. Ovšem Jód‐135 má poločas rozpadu 6,7 hodin a přeměňuje se postupně v xenon Xe‐135 s poločasem rozpadu 9,2 hodin. Tento izotop má neobvykle velký průřez pro absorpci neutronů. Jeho hodnota činí 3 500 000 barnů; oproti tomu Bor má pouhých 750 barnů a Uran‐235 549 barnů (1 barn = 10‐28 cm2). Xenon‐135 se tak stává téměř dokonalým absorbátorem neutronů (dokonce se tvrdí, že je to látka s nejvyššími absorpčními schopnostmi) a je velmi důležitým činitelem ovlivňujícím reaktivnost v aktivní zóně! Při normálním provozu reaktoru je přítomnost xenonu‐135 a jódu‐135 v rovnováze. Tato situace je daná tím, že probíhající štěpná reakce neustále produkuje nový jód‐ 135, který se mění v xenon‐135 a ten se buď přirozeně rozkládá na stabilní cesium‐135, anebo (častěji) pohlcuje neutrony a přeměňuje se na stabilní xenon‐136. Zde platí, že ani cesium‐135 ani xenon‐136 již neutrony neabsorbují a šíření štěpné reakce tedy neovlivňují. Pakliže ovšem drasticky snížíme výkon reaktoru nebo reaktor odstavíme, je rovnováha narušena a v reaktoru se začíná hromadit xenon‐135, protože již vytvořený jód‐135 se stále přeměňuje na xenon‐135, ale ten vlivem výrazně menšího počtu neutronů v aktivní zóně zůstává v reaktoru a „nevyhoří“. Vrchol koncentrace xenonu‐135 nastává zhruba po 12 hodinách od odstavení reaktoru. To je dáno především poločasem rozpadu xenonu‐135 (9,2 hodin). Z tohoto důvodu není ani možné spustit krátce po odstavení opět reaktor ‐ xenon tomu prostě zabrání. Zdroj: Doslovná citace ‐ Pro Atom Web: Havárie v jaderné elektrárně Černobyl. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: 195 Tamtéž.

79

nominálního výkonu – to znamenalo prakticky zastavení štěpné reakce. Nato obsluha, opět neuvědomující si fyzikální procesy, které se v reaktoru odehrávaly, zkoušela zvýšit výkon vytahováním regulačních tyčí (musela tak vypnout další bezpečnostní systém). Díky hromadícímu se xenonu‐135 a samariu‐149 však toto počínání nemělo žádný vliv na dění v reaktoru. Pracovníci elektrárny si nedokázali stále vysvětlit, co se v reaktoru děje, a pokračovali ve vytahování regulačních tyčí. Postupně tak v aktivní zóně reaktoru zůstalo pouhých 8 tyčí z celkem 211. Takto razantní úbytek absorpčních látek měl přece jen vliv na štěpení a reakce se pomalu začala opět rozbíhat. Podařilo se zvýšit výkon až na 500 MWt a operátoři v tu chvíli považovali reaktor za stabilní. Jelikož byl reaktor takto považován za stabilní, rozhodli se pracovníci elektrárny pokračovat v započatém pokusu. Uzavřeli jednu z turbín a odpojili 4 z 8 cirkulačních čerpadel primárního okruhu – reaktor nicméně pracoval dále, protože havarijní ochrana, jež ho měla zastavit, byla v důsledku předešlých událostí odpojena. Netřeba zde popisovat detailně veškeré procesy, které nastaly, nicméně reaktor se dostal do situace, kdy dosáhl desetinásobku konstrukční projektované hodnoty – 35 000 MWt. Až v tuto chvíli si obsluha uvědomila svůj omyl, zapnula nejvyšší poplach a vydala pokyn k zasunutí všech regulačních tyčí zpět do aktivní zóny. V tuto chvíli však již bylo pozdě, protože výše zmiňované kanálky reaktoru se již teplem zdeformovaly takovým způsobem, že do nich tyče nešly zasunout. Reaktor tak během chvíle dosáhl stonásobku svého projektovaného výkonu a to již zbývaly sekundy do jeho exploze, druhá (ničivější) exploze, jež zničila budovu, přišla ještě o několik chvil později. Vlivem chemických reakcí jednotlivých části reaktoru vznikla výbušná směs vodíku a kyslíku, ta doslova rozervala budovu reaktorovny a zčásti i strojovny bloků. 196 197 Následky této havárie byly velmi rozsáhlé, velkou chybou pak byla reakce odpovědných zaměstnanců, kteří se zdráhali věřit zničení reaktoru a např. reaktor č. 3, poškozený při explozi, běžel v plném provozu ještě 5 hodin po havárii. Další bloky pak byly odstaveny dokonce až s jednodenním prodlením. Zatímco tak záchranné jednotky bojovali na střeše s požárem, část elektrárny stále fungovala a zaměstnanci i záchranné složky byly vystavovány radioaktivitě z bezprostřední blízkosti. Druhý den byla v Pripjati, městu nejblíže elektrárně,

196

Tamtéž. United States Nuclear Regulatory Commission: Fact Sheet on the Accident at the Chernobyl Nuclear Power Plant. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: 197

80

naměřena trojnásobně zvýšená radiace. To vyústilo v evakuaci 45 000 obyvatel, celá evakuace netrvala déle než tři hodiny.198 199 200 Havárie v Černobylu měla dalekosáhlejší následky, než tomu bylo u jakékoliv havárie předchozí. Zvýšená radioaktivita byla patrná po celé Evropě, především pak na Ukrajině a v okolních státech. Černobylská havárie udělala z jaderné energie ještě většího „nepřítele lidstva“ a laická veřejnost stále více pochybovala o jejím budoucím využití. Z popisku obou zde zmíněných havárií je však patrné, že významnou roli vždy sehrálo lidské pochybení, které prohloubilo stávající problém. Opět se tak ukázalo, že obsluha jaderných elektráren musí být řádně vyškolena a musí porozumět procesům, odehrávajícím se v reaktoru, v neposlední řadě pak není možné, aby obsluha svévolně vypínala bezpečnostní systémy, které by měly reaktor automaticky chránit před nežádoucím stavem.201 202 203

198

International Atomic Energy Association: Chernobyl: Clarifying Consequences. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: 199 International Chernobyl Portal of the ICRIN project: Preface: The Chernobyl Accident. [online], [cit. 2011‐ 10‐15] URL: 200 United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation: The Chernobyl accident. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: 201 World Nuclear Association: Chernobyl Accident 1986. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: 202 Hawley Ch., Der Spiegel: The Aftermath of Chernobyl ‐ A Visit to the Exclusion Zone. [online], [cit. 2011‐ 10‐15] URL: 203 NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment, str. 225‐ 257. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9

81

4 Budoucí trendy ve výrobě elektřiny 4.1 Jaderná energie v budoucnu 4.1.1 Nechtěná jaderná energie V současnosti slýcháme hodně teorií, jak současná populace ovlivňuje klima na planetě Zemi a jak je třeba změnit současné energetické návyky. Nerad bych zde polemizoval o tom, jak moc je samotná energetika odpovědná za klimatické změny, nicméně nejen kvůli klimatu, ale i kvůli dalším důvodům (zásoby surovin, efektivita, bezpečnost atp.) je třeba přeorientovat se jiným směrem. Současný stav (využívání fosilních paliv ve větší míře) není udržitelný a rostoucí poptávka po energii tlačí na změnu – na tomto názoru se shodne drtivá většina všech odborníků. Dle různých zdrojů mají industrializované země z hlediska historie odpovědnost za klimatické změny a tím pádem by měly zakročit. Počínaje vývojem nových technologií a konče redukcí emisí skleníkových plynů. Navzdory obecné vůli omezit skleníkové plyny, jejich objem neustále stoupá. Výzva tak spočívá především v tom, jak budou jednotlivé země či společenství schopny transformovat energetické systémy na udržitelné, tzn. takové, které nebudou příliš negativně poškozovat životní prostředí, avšak zároveň budou ekonomické a dostupné.

82

Graf 13: Vývoj emisí oxidu uhličitého od r. 1800 dle původu

Zdroj: Carbon Dioxide Information Analysis Center

Jaderná energie je často vnímána jako jakýsi „strašák“, kterého by se mělo lidstvo bát. Ekologické organizace pořádají demonstrace, radikálnější odnože poutají své členy na koleje před vlak s vyhořelým palivem a politici mnohdy lobbují za jiné druhy energií. Lze uvažovat nad tím, proč tomu tak je, pravděpodobně však ve většině případů jde o nedostatečnou informovanost laické veřejnosti, zaslepenost jiným druhem energie či o politické lobby. Havárie v Černobylu, jež je často používána jako odstrašující příklad toho, co vše může jaderná energie způsobit, byla vysvětlována tak, že se jednalo o staré reaktory RBMK, personál nebyl vyškolený a bezpečnostní pravidla nebyla dostatečná. Jaderní experti taktéž tvrdili, že dnes doba pokročila a havárie podobného typu je velice nepravděpodobná. Od dob Černobylu tak jaderné energetika pozvolna vzkvétala, nicméně tomuto rozmachu opět zabránila další jaderná havárie, která bohužel může do budoucna mít velice neblahý dopad na celosvětový jaderný průmysl ve světě. Jaderná havárie z března roku 2011 v japonské elektrárně Fukušima I ukázala, že i velmi nepravděpodobné scénáře (se kterými se v krizových situacích ani nepočítá) mohou nastat, což pak právě v případě jaderných elektráren může mít nedozírné následky. Právě tato havárie možná vrátila jadernou energetiku o dlouhou dobu zpět – odpor vůči jaderné energii zesílil a dokonce vyústil v mnohá politická rozhodnutí, mající za následek snahy naprosto eliminovat jadernou energii ze 83

státního energetického mixu tak, jako se tomu děje například v Německu.204 205 Bohužel, tyto kroky jsou často velmi populistické a reflektují aktuální dění ve světě (jako např. právě v německém případě) a nezamýšlejí, nebo pouze nechtějí či nemají zájem brát v potaz důsledky, které tyto kroky budou mít. 4.1.2 Důsledky nejaderného scénáře na příkladu Německa Důsledky jsou to totiž dost často velmi negativní, v případě nahrazení jaderné energie jinými zdroji ale i velmi snadno predikovatelné. Konkrétně v Německu byla snaha zbavit se jaderné energie patrná ještě před zmiňovanou havárií, proto je možné, že Německo již v roce 2017 bude zcela bez jaderných elektráren – s plánem se totiž počítalo tak vážně, že náhrady za jádro jsou již postaveny či ve výstavbě. Německo plánuje připojit do sítě především elektrárny, jež budou spalovat fosilní paliva – to se v kontextu předchozích kapitol může zdát jako krok zpět (a mnozí energetičtí experti to také tak cítí). Tepelné elektrárny na fosilní paliva (především se jedná o plyn) o celkovém výkonu přes 11 GW doplní částečně obnovitelné zdroje, konkrétní je již plán elektrárny na biomasu o kapacitě 1500 MW. Jak uvádí studie Německé vládní agentury pro životní prostředí (UBA), pokud se tyto plány naplní a přibude dalších 5 GW instalované kapacity do rozvodné sítě, Německu nic nebrání skutečně v roce 2017 skoncovat s jádrem jako zdrojem energie.206 Výraznou nevýhodou přechodu na spalování fosilního paliva, v tomto případě konkrétně zemního plynu, jsou opět škodlivé emise. Ačkoliv spalování plynu produkuje zhruba polovinu škodlivých emisí co elektrárna uhelná, i tak se oproti jaderné elektrárně jedná o značný nárůst. Porovnají‐li se dvě téměř stejně silné ekonomiky – Německo a Francie – a jejich produkce oxidu uhličitého, výsledek je zarážející. Německá produkce je 804 mil. tun CO2, kdežto emise CO2 Francie dosahují „pouze“ 368 mil. tun. Výroba elektřiny samozřejmě není jediná zodpovědná za tyto emise, nicméně právě rozdíl mezi těmito objemy je dán energetickými mixy obou zemí. Francie téměř nepoužívá fosilní paliva k výrobě elektřiny a energetika je z valné většiny zaměřena právě na jádro, elektřina z jádra pokrývá většinu výroby elektřiny v zemi. Německý jaderný podíl na výrobě elektřiny je kolem 23 %, pokud se

204

Škorpík J., Německé odstoupení od jádra – opravdu ekologické řešení? [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: 205 Umwelt Bundes Amt: UMSTRUKTURIERUNG DER STROMVERSORGUNG IN DEUTSCHLAND. [online], [cit. 2011‐10‐18] URL: 206 Tamtéž.

84

tedy naplní scénáře eliminace jaderné energie, vzrostou emise Německa ještě více.207 Fakta o zvýšení emisí přiznává i zmiňovaná studie UBA, odvolává se však na to, že Německo tyto emise bude v jiných oblastech snižovat či eliminovat – nic konkrétního však neuvádí.208 Jak píše Vladimír Wagner, vědecký pracovník Ústavu jaderné fyziky AVČR v Řeži, v článku "Německé odstoupení od jádra – opravdu ekologické řešení?“, cesty, kterými se Německo může vydat, jsou dvě – buď přechodem na fosilní paliva (tak jak to v současnosti vypadá) nebo dramatickým zvýšením podílu výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů (což je cesta dlouhá, nejednoduchá a hlavně velmi nákladná). Vize slunečních elektráren v Africe či vodních elektráren v Norsku jsou pro Německo prozatím pouze hudbou budoucnosti. Autor dále uvádí: „Pokud zelení aktivisté prosazují co nejrychlejší odstoupení od jádra i za cenu poměrně dramatického zvýšení produkce oxidu uhličitého, nabývám dojmu, že jsou k rizikům plynoucím z produkce oxidu uhličitého naší civilizací ještě skeptičtější než čtenáři. Považují totiž rizika z jaderné energetiky za nesrovnatelně vyšší. Pro zrušení jaderné energetiky jsou ochotni se smířit se zvýšenou těžbou uhlí a plynu (i z břidlic), stavbou rozsáhlé sítě vedení velmi vysokého napětí i s intenzivní produkcí oxidu uhličitého.“209 Německo se tímto stává importérem elektrické energie a jde o takový malý precedens pro to, jak se mu bude v transformaci na bezjadernou elektřinu dařit. O něco podobného se již 25 let pokouší Rakousko, nicméně bezjaderná energetika si vybírá svou daň – Rakousko musí dovážet elektrickou energii (např. z českých jaderných elektráren) a navíc spalovat ve svých elektrárnách uhlí a plyn – opěr z dovezených surovin, převážně z Polska.210 A to má Rakousko jednu neporovnatelnou výhodu oproti Německu – Alpy umožňují získávat teoreticky až 60 % celkové potřebné elektřiny z vodní energie.211 Pokud bude chtít Německo tuto energetickou ztrátu dohánět pobřežními větrnými parky, může se dostat do mnohých problémů. Jak uvádí Vladimír Wagner, Německo odstavuje reaktory z důvodů přírodních katastrof, které v historii doposud nenastaly, a dává svou

207

Škorpík J., Německé odstoupení od jádra – opravdu ekologické řešení? [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: 208 Umwelt Bundes Amt: UMSTRUKTURIERUNG DER STROMVERSORGUNG IN DEUTSCHLAND. [online], [cit. 2011‐10‐18] URL: 209 Škorpík J., Německé odstoupení od jádra – opravdu ekologické řešení? [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: 210 Škorpík J., Jaký bude vývoj energetiky, zvláště jaderné, po Fukušimě? [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: 211 Koller‐Kreimel V., Ministry for Agriculture & Forestry, Environment and Water Management, Vienna – Austria: Role of Hydropower in Austria [online], [cit. 2011‐11‐02] URL:

85

energetickou síť všanc větrným elektrárnám s nestálým výkonem. Jak bylo řečeno v kapitole věnující se větrní energii, vítr je nárazový zdroj energie a nelze se na něj spolehnout neustále. A to v případě, kdy výkon těchto větrných elektráren reálně pokrývá výstup několika jaderných elektráren, je velmi riskantní. Wagner to hodnotí takto: „Pravděpodobnost rozsáhlého a dlouhodobého výpadku tak je dost vysoká. Německo se tak dostalo do situace, že odstavilo jaderné reaktory z obavy před přírodními katastrofami, které na daném území za dobu existence lidské civilizace ještě nenastaly. Zároveň však dostalo svoji elektrickou síť do situace, kdy ji ke katastrofálnímu výpadku mohou přivést přírodní podmínky, které během desetiletí nastávají docela často.“ 212 4.1.3 Veřejné mínění Bohužel si z těchto informací lze odvodit pouze to, že mnozí „ekologové“ hají spíše jednotlivé dílčí zájmy než životní prostředí jako celek. Veřejnosti nelze vytýkat, že není dostatečně informovaná, nicméně zainteresované strany, snažící se ovlivnit budoucí vývoj energetiky by tento přehled v potaz brát měly. Jak je vidět z následujícího grafu, veřejnost považuje jadernou energetiku spíše za nebezpečnou než naopak, nicméně snahy politiků o její eliminaci jen z toho důvodu, aby se zalíbili voličům, je pro budoucí energetický vývoj ohrožující. Není taktéž náhodou, že většinou jsou odpůrci jaderné energie v těch regionech, kde se žádná jaderná elektrárna nenachází – což je však pochopitelné.

212

Škorpík J., Jaký bude vývoj energetiky, zvláště jaderné, po Fukušimě? [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL:

86

Graf 14: Úroveň znalostí a vnímání rizika jaderné energie (2010, ještě před havárií ve Fukušimě)

Zdroj: OECD, Nuclear Energy Agency, 2010

Lukáš Rytíř ze serveru www.proatom.cz soudí, že veřejné mínění o jaderné energii se posunulo nejméně o 10 let nazpět. Díky havárií tak autor odhaduje uzavírání jaderných elektráren především v Japonsku, Spojených státech amerických a Evropské unii. Pragmatický přístup a rozmach naopak očekává v Číně, Rusku a Indii – v zemích, které by se během pouhých dvou desetiletí měly stát jadernými velmocemi. Současně se po celém světě staví kolem 60 jaderných reaktorů, přičemž plné dvě třetiny v těchto třech zemích. Jedná se o instalovaný výkon přesahující 333 GW.213 Zase a znovu lze opakovat, že jaderné elektrárny budou ještě o něco bezpečnější. Myslí si to Petr Nejedlý, zaměstnanec útvaru výstavby jaderných elektráren firmy ČEZ. Autor v textu věnujícímu se jaderné elektřině „po Fukušimě“ dále upozorňuje, že Fukušima I byla první jadernou elektrárnou, kde vážnou havárii způsobily přírodní síly. A i když se to veřejnosti a ekologům nemusí líbit, vývoj technologií bohužel takto „evolučně“ funguje a jaderná

213

Rytíř L., ekolist.cz: Veřejné mínění se po Fukušimě vrátilo nejméně o 10 let zpět. [online], [cit. 2011‐10‐ 18] URL:

87

energetika není jediným oborem, který by si z přírodní katastrofy v Japonsku měl vzít ponaučení.214 Hledisko zlepšení bezpečnosti zastává i Miroslav Havránek z Centra pro otázky životního prostředí UK, nicméně podotýká, že situace po „protijaderném šílenství“ časem utichne a havárie ve Fukušimě nebude mít výraznější dopad na světový vývoj jaderné energetiky. Jakmile totiž přijdou na přetřes náklady na energii a poptávka převyšující nabídku, bude situace zcela jiná. Nelze prý přepokládat, že by světová situace nějak výrazně změnila v podobě globálního odklonu od jaderné energie.215 Nad situací jaderné energetiky po havárii v Japonsku se ukazuje stále více otazníků, názory expertů přes jádro i ekologů se i v rámci „vlastních táborů“ výrazně liší. Zvítězí‐li strach z jaderných katastrof nebo racionální zhodnocení možných rizik se lze pouze domnívat. Jisté je, že jaderná energetika bude minimálně během příštích několika let pod drobnohledem všech zainteresovaných stran – ať už veřejnosti, ekologů, expertů či energetiků a politiků.

4.2 Trendy ostatních druhů elektrických energií Za současné situace je velmi nejisté predikovat přesný budoucí vývoj všech druhů energií, minimálně z toho pohledu, která zdroje energie budou ty vyvolené. Co se týče EU, ta rozhodně nebude polevovat ve svých nárocích na snižování emisí CO2 (i v duchu prodloužení Kjótského protokolu do roku 2017) a zvyšování podílů obnovitelných zdrojů. Nicméně, otázkou je, zda veškeré globální statistiky nepřekonají asijští hráči, konkrétně např. Čína s Indií. Z následujících grafů lze snadno vidět, že Čína razantní zvyšování své energetické spotřeby pokrývá na všech polích. Dle predikcí EPIA by Čína měla během pěti let od roku 2009 získat významný světový podíl na výrobě elektrické energie z fotovoltaických systémů. Ve světových statistikách se objevila roku 2009 se 160 MW instalovaného výkonu. V roce 2014 by mohla Čína mít kapacitu fotovoltaických systémů až o objemu 2500 MW.

214

Nejedlý P., ekolist.cz: Nové jaderné elektrárny se přiblíží ideálnímu zdroji hromadné výroby elektřiny. [online], [cit. 2011‐10‐18] URL: 215 Havránek M., ekolist.cz: Dopady havárie ve Fukušimě budou mít dlouhodobý charakter. [online], [cit. 2011‐10‐18] URL:

88

Graf 15: Predikce vývoje instalované kapacity fotovoltaických systému do roku 2014 dle regionu

Zdroj: EIPA

Podobná situace nastává u větrných elektráren. Ačkoliv rok 2010 byl prvním rokem, kdy se přírůstek instalované kapacity nezvyšoval, i tak se díky obrovskému růstu nelze domnívat, že by trh přestal takto expandovat. Graf 16: Roční přírůstek instalované kapacity větrných elektráren ve světě

Zdroj: GWEC Tabulka 20: Přírůstek instalované kapacity v r. 2010 dle regionu

Země

Instalovaná kapacita V r. 2010 (GW)

Čína USA

18,9 5,1

89

Indie Španělsko Německo Francie Velká Británie Itálie Kanada Švédsko Zbytek světa Svět celkem

2,1 1,5 1,5 1,1 1,0 0,9 0,7 0,6 4,8 38,3

Zdroj: Vlastní zpracování, data z GWEC

Z tabulky je patrné, že tahounem trhu byla Asie, respektive Čína s Indií, v menší míře potom i Evropa. Čína za rok 2010 uvedla do provozu větrné elektrárny o instalovaném výkonu téměř 19 GW, což je bezmála polovina celosvětového přírůstku za rok 2010. V současnosti tak Čína vlastní větrné elektrárny o instalovaném výkonu téměř 45 GW a její podíl se bude nadále zvyšovat, Spojené státy tak přišly i zde o vedoucí pozici. V budoucnosti plánuje Čína v rámci „Wind Base“ programu vystavět větrné elektrárny o instalovaném výkonu 138 GW v osmi čínských provinciích (program byl schválen v březnu roku 2011). Do roku 2015 plány hovoří o instalované kapacitě o výši 90 GW. Po několika letech tlumeného růstu se podařilo oživit i trh v Indii, kde byl v roce 2010 zaznamenán signifikantní růst. V roce 2010 byly v Indii vystavěny větrné elektrárny o výkonu přesahujícím 13 GW, především se jedná o větrné regiony Tamil Nadu, Maharashtra, Gujarat, Rajasthan, Karnataka, Madhya Pradesh a Andhra Pradesh. V Evropě byl přírůstek instalované kapacity v roce 2010 téměř 10 GW, přičemž tahouny byly především státy Východní Evropy a pobřežní větrné elektrárny. Oproti roku 2009 klesl přírůstek o téměř 10 %. Největší expanzi zaznamenalo Španělsko (1516 MW), následované Německem (1493 MW) a Francií (1086 MW). Predikce růstu do r. 2015 je velmi podobná tomu u fotovoltaických systémů – expanze především v Asii ve zmiňovaných státech, následována Evropou a Severní Amerikou.

90

Graf 17: Roční přírůstky instalované kapacity větrných elektráren dle regionu, 2010 ‐ 2015

Zdroj: GWEC

Podíl obnovitelných zdrojů bude velmi pravděpodobně nadále stoupat, atraktivní zelená energie (i když se zmiňovanými neduhy) je nadále velmi lákavá. Podíl spalování fosilních paliv bude nejspíše pomalu klesat, nicméně nové technologie a přijatelná cena uhlí budou nadále velkým, hráčem na trhu s elektřinou. Co se týče minoritních zdrojů elektrické energie, jako např. geotermální energie, zde se jistě bude jednat o absolutní růst, nicméně o nějakém výrazném zvyšování podílů na výrobě elektrické energie nelze pravděpodobně uvažovat.216 217

216

EIPA: Global market outlook for photovoltaics until 2014. [online], [cit. 2011‐12‐10] URL: 217 GWEC: Global Wind Report 2010. [online], [cit. 2011‐12‐10] URL:

91

5 Závěr Lidstvo požaduje stále více energie a zároveň by rádo čistší atmosféru či eliminaci globálního oteplování. Současně by použité zdroje měly být cenově přijatelné a udržitelné. Věta, že lidstvo stojí na křižovatce, by se mohla zdát jako jedno velké klišé, protože na oné křižovatce už několik (desítek) let dávno je. Budoucnost, prosperita a zároveň lidské zdraví závisí na tom, jak se energetickou otázku podaří vyřešit. Díky oné křižovatce je v energetické otázce lidstvo tak dynamické, jako nikdy dříve, zbývá nám však posoudit, zda jsme z této křižovatky vykročili správným směrem. Krok směrem k obnovitelným zdrojům sice může být ten správný, nicméně současné nastavení priorit jednotlivých vlád a organizací nemůže být udržitelné. Energetické systémy, z větší části závislé na podporách a dotacích, rozhodně nemohou být efektivním udržitelným řešením. Dotovat nelze donekonečna a mnohé státy to již zjistily. Zároveň je třeba se zprostit spalování fosilních zdrojů, které lze využít mnohem hospodárněji a v neposlední i zdravěji. Fosilních zásob není již mnoho a lidstvo bude tak jako tak za pár desetiletí postaveno před otázku, kde a jak vyrábět elektrickou energii – zdravě, levně a udržitelně. Drastické zdražení cen elektřiny po případném vyčerpání fosilních paliv by mohlo být tím správným impulsem, nicméně na situaci se lze již připravit v současnosti – a to ne tak násilně. Fosilní paliva, nacházející se nerovnoměrně po světě a často i v nestabilních regionech, stejně tak nejrůznější energetické krize, slouží jako indicie a varování před možným vývojem, kterému by se státy pravděpodobně velmi rády vyhnuly. Je zkrátka potřeba naleznout takový energetický mix, který bude splňovat všechna zmiňovaná kritéria. Nelze si myslet, že postačí jeden či dva druhy energie – alespoň tedy ne v reálné budoucnosti horizontu několika desítek let. V této práci jsem popsal jednotlivé druhy výroby elektřiny a žádná z nich není taková, abychom se na ni mohli plně spolehnout. Je třeba volit velmi pečlivě, do jakého vývoje se bude investovat. Nelze eliminovat negativní stránky jako např. riziko havárie či škodlivé emise a zároveň chtít super‐levnou výrobu elektřiny. Cílem této práce bylo procesy výroby elektřiny z rozdílných zdrojů a rozdílnými metodami analyzovat a upozornit na jednotlivé výhody a nevýhody při výrobě elektřiny, zhodnotit ekonomickou výhodnost jednotlivých energií a nastínit možné budoucí trendy. Jak již bylo uvedeno výše, neexistuje jediná optimální cesta – vše má své pro a své proti, nicméně, z ekonomicky udržitelného hlediska a jednotlivých dílčích aspektů specifických druhů 92

elektrických energií by se dali najít alespoň částeční favorité. Bohužel, současný svět neumožňuje dívat se na vše pouze logickýma očima a nejrůznější zainteresované skupiny, jež mají odlišné priority, budou brojit proti jednotlivým variantám zkrátka ze svého přesvědčení. V tuto chvíli, kdy jsou demokratické vlády pod hledáčky fotografických objektivů a kamer, a kdy voliči úzkostlivě sledují dodržování politických programů, tak politické elity mnohdy rozhodují velmi nelogicky – veřejně mínění společně s politickým lobbingem jsou velkým závažím. Jinak si nelze vysvětlit mnohé prosazování zdánlivě ekologických variant. Akční plány EU a indikativní cíle, kladoucí si za úkol snižování škodlivých emisí pomocí zvyšování podílů výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů, jsou v mnoha státech spíše kontraproduktivní. Cílům se sice mnoho států přiblíží, nicméně nikdo nevyhodnocuje, jaký mají tato opatření skutečné důsledky. Poslední měření Světové meteorologické organizace prokázaly, že koncentrace oxidu uhličitého dosahuje 389 částic na milion částic atmosféry, což je nejvyšší hodnota od začátku průmyslové revoluce (tzn. od roku 1750). Navíc v roce 2010 stoupalo množství škodlivých plynů v atmosféře nejvíce v historii. V kontextu se zjištěními uvedenými v této práci lze konstatovat, že možná ani není čemu se divit. Jenže právě podrobné analýzy s monitoringem vypouštění emisí v průběhu celého procesu výroby elektrické energie se na veřejnost nedostanou, a pokud si je nezjistí sama, žije v představě, že např. fotovoltaické články jsou pro zemskou atmosféru to nejlepší. V roce 2001 OSN vydalo 7 možných scénářů, týkajících se emisí v ovzduší, a bohužel je třeba říci to, že současná situace je ještě mnohem horší než ten nejhorší z nich. A ač bylo 11. prosince 2011 odsouhlaseno prodloužení Kjótského protokolu o 5 let až do roku 2017, lze se domnívat, že se nejedná o cestu, jež by něco změnila. Jaderná energie se jeví jako velmi vhodný zdroj, je relativně „čistá“, levná a budoucí vývoj naznačuje, že může být ještě lépe. Riziko jaderné havárie ale straší mnoho lidí o hodně více než zplodiny v ovzduší, riziko autonehody či uklouznutí na ledu. Jak se lze přesvědčit v textu, riziko jaderné nehody je pro jedince téměř minimální, jeho nevýhodou je ale samozřejmě fakt, že pokud se tak stane, jsou následky (nejen pro jedince) fatální. Nedávné události posunuly jadernou energii do nevýhodné pozice, kdy bude muset bojovat s nejrůznějšími předsudky a aktivisty, kterým vadí jaderný odpad (jehož objemová produkce je např. oproti emisím CO2 minimální) a nákladný vývoj na výzkum jaderných reaktorů. Troufám si říci, že představitelé jednotlivých zemí budou k volbě zásadního energetického zdroje přistupovat dle

93

stanoviska veřejnosti, která je, jak již bylo uvedeno výše, často neznalá a nedokáže objektivně zhodnotit ekonomické i ekologické dopady jednotlivých produkcí elektrické energie. Udržitelná energetika je taková, kdy lidstvo bude využívat zdroje energie takovým způsobem, že nebude zatěžovat příští generace. A přepokládám, že v současnosti i laik nemůže s klidným svědomím říci, že lidstvo příští generace nezatěžuje. Dle mého názoru byl cíl této práce, analyzovat energetický mix a z různých hledisek zhodnotit pozitiva i negativa jednotlivých zdrojů elektrické energie, splněn. Při psaní této práce jsem narazil na mnohem důvěryhodných i nedůvěryhodných zdrojů, kdy bylo třeba podrobněji dopátrat se, kde skutečně leží pravda. Mnohé neziskové organizace či nejrůznější energetické agentury zásobují svět desítkami studií, které se však dost často zaměřují na kýžený výsledek. Ne, že by uváděly nepravdivé informace, ale dost často fakta, která se nehodí, bagatelizují a naopak vyzdvihují nevýznamná negativa. Ke psaní této práce a samotné volbě zdrojů jsem se snažil přistupovat objektivně a zodpovědně, použity byly jak zdroje energetických agentur, tak materiály celosvětových či lokálních ekologických organizací, v neposlední řadě pak i veřejných médií.

94

Seznam použité literatury a zdrojů 3pol.cz: Porovnání elektráren z hlediska vlivu na životní prostředí. [online], [cit. 2011‐10‐08] URL: 4‐construction: Větrná energie – teorie. [online], [cit. 2011‐10‐23] URL: Albion Monitor: Three Mile Island Cancer "Extremely High". [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: American Wind Energy Association: FACTS ABOUT WIND ENERGY & BIRDS. [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: http://www.dmme.virginia.gov/DE/Alternative_Fuels/AvianFactSheet.pdf BALÁŽ, P. Energetická bezpečnosť ‐ kĺúčový faktor konkurencieschopnosti Európskej únie (determinanty pre slovenskú ekonomiku). Balistika.cz: Větrné elektrárny ‐ odlétávající led. [online], [cit. 2011‐10‐29]. <www.balistika.cz/elektrarna.html> BARAN, V. Jaderná energetika a další problémy moderní civilizace. Praha: Academia, 2002. ISBN 80‐200‐ 1048‐3 BETHE, H. A., The road from Los Alamos. New York, NY, American Institute of Physics, 1991. ISBN 0883187078 Bezdek R. H., Wendling R. M., Modern Power Systems: Establishing benchmarks for environmental comparisons. [online], [cit. 2011‐10‐08] URL: Bodansky D., Nuclear energy: principles, practices, and prospects. American Institute of Physics, 2005. ISBN 978‐0‐387‐20778‐0 Bosshard P., InternationalRivers.org: Three Gorges Dam. [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: Brown P., The Guardian: First nuclear power plant to close. [online], [cit. 2011‐11‐02] URL: Burket D., Lidovky.cz – Neviditelný pes: EKOLOGIE: Jaderná energie je obnovitelným zdrojem. [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: Burket D., Lidovky.cz – Neviditelný pes: EKOLOGIE: Větrné elektrárny v české kotlině. [online], [cit. 2011‐10‐ 29]. URL: Calla: Větrné elektrárny a životní prostředí. [online], [cit. 2011‐10‐23] URL: <www.calla.cz/data/energetika/ostatni/VitraZP.pdf> Carboni G., Fun Science Gallery: EXPERIMENTS IN ELECTROCHEMISTRY ‐ THE VOLTA'S PILE, 1998. [online],

95

CARD: In‐Situ Leaching (ISL) Impacts. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: Cassie R., The Epoch Times: Nuclear Power: How Green Is It? [online], [cit. 2011‐11‐01]. URL: Cohen B. L., Akademon ‐ server pro technologické inovace: Výhoda jaderné energie. [online], [cit. 2011‐10‐ 17] URL: Česká agentura pro obnovitelné zdroje energie: Energie větru. [online], [cit. 2011‐10‐23] URL: Česká agentura pro obnovitelné zdroje energie: Vodní energie. [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: Český svaz vědeckotechnologických společností: Větrné elektrárny ‐ mnoho otazníků. [online], [cit. 2011‐10‐ 29]. URL: http://www.csvts.cz/cns/news/031210v.pdf Deutsches Atomforum e.V: Kernenergie: Klimaschutz "vom Anfang bis zum Ende". [online], [cit. 2011‐10‐08] URL: E.ON Česká republika: Využití větrné energie v ČR: Dlouhá tradice, nejistá budoucnost. [online], [cit. 2011‐ 10‐23] URL: EIPA: Global market outlook for photovoltaics until 2014. [online], [cit. 2011‐12‐10] URL: ekoWATT: Energie prostředí, geotermální energie, tepelná čerpadla. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: Energy Resources: Nuclear Power: Energy from splitting Uranium atoms. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: EnergyWeb.cz: Emise škodlivin. [online], [cit. 2011‐11‐04] URL: European Commission: ExternE ‐ Externalities of Energy, Methodology 2005 Update. [online], [cit. 2011‐10‐ 17] URL: Externalities of Energy. A Research Project of the European Commission. [online], [cit. 2011‐11‐04] URL: Froggatt A., Jaderná energie: Mýtus a skutečnost ‐ Bezpečnostní rizika jaderných reaktorů, prosinec 2005. [online], [cit. 2011‐11‐02] URL: Geothermal Education Office: Geothermal Energy Facts . [online], [cit. 2011‐10‐30] URL:

96

Global Energy Network Institute (GENI)A Study of Very Large Solar Desert Systems with the Requirements and Benefits to those Nations Having High Solar Irradiation Potenial. [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: Grohman J., Ekologické bydlení: Nová koncepce využívaní větrné energie [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: GWEC: Global Wind Report 2010. [online], [cit. 2011‐12‐10] URL: Hanus V., Česká nuklární společnost: MEZINÁRODNÍ STUPNICE PRO HODNOCENÍ JADERNÝCH UDÁLOSTÍ. [online], [cit. 2011‐10‐21] URL: Havránek M., ekolist.cz: Dopady havárie ve Fukušimě budou mít dlouhodobý charakter. [online], [cit. 2011‐ 10‐18] URL: Hawley Ch., Der Spiegel: The Aftermath of Chernobyl ‐ A Visit to the Exclusion Zone. [online], [cit. 2011‐10‐ 15] URL: Horčík J., Ekologické bydlení: Skotsko vybuduje první přílivové elektrárny [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: Hvistendahl M., Scientific American: China's Three Gorges Dam: An Environmental Catastrophe? [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: China Three Gorges Corporation: History of Three Gorges Project. [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: IAEA/OECD/NEA: INES ‐ Mezinárodní stupnice hodnocení závažnosti jaderných událostí – uživatelská příručka, 2010. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: Institute of experiemental and applied physics ČVUT: Štěpení a slučování jader. [online], [cit. 2011‐11‐02] URL: International Atomic Energy Association: Chernobyl: Clarifying Consequences. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: International Energy Agency: Combustible Renewables and Waste. [online], [cit. 2011‐11‐01]. URL: International Chernobyl Portal of the ICRIN project: Preface: The Chernobyl Accident. [online], [cit. 2011‐10‐ 15] URL: Internetové energetické a konzultační informační středisko: Kombinovaná výroba elektřiny a tepla. [online],

97

[cit. 2011‐11‐04] URL: Jaderná energie a ekologie: Ekologické dopady atomové elektrárny. [online], [cit. 2011‐10‐21] URL: Jaderná energie: Historie. [online], [cit. 2011‐11‐01] URL: Jaderná energie: Výroba jaderné energie ‐ Princip štěpení jádra atomu. [online], [cit. 2011‐11‐02] URL: Jaderný odpad: Zpětné využití jaderného odpadu [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: JENÍČEK, V. ‐‐ DOBEŠOVÁ, K. Energie ‐ strategický faktor závislosti Evropy. Praha: Katedra světové ekonomiky VŠE, 2006. Karrer H., swisselectric: Kernenergie. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: Koller‐Kreimel V., Ministry for Agriculture & Forestry, Environment and Water Management, Vienna – Austria: Role of Hydropower in Austria [online], [cit. 2011‐11‐02] URL: Kusala J., Miniencyklopedie Elektřina, Součást vzdělávacího programu SVĚT ENERGIE, 2003. [online], [cit. 2011‐10‐27]. URL: Layton J., HowStuffWorks: Do wind turbines kill birds? [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: <science.howstuffworks.com/environmental/green‐science/wind‐turbine‐kill‐birds.htm> LewRockwell.com: Advantages of Nuclear Power. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: Ministerstvo životního prostředí: GEOTERMÁLNÍ ENERGIE Ekologická energie z hlubin Země – současné možnosti využívání. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: Ministerstvo životního prostředí: Geotermální energie. [online], [cit. 2011‐10‐08] URL: Ministerstvo životního prostředí: KJÓTSKÝ PROTOKOL K RÁMCOVÉ ÚMLUVĚ ORGANIZACE SPOJENÝCH NÁRODŮ O ZMĚNĚ KLIMATU. [online], [cit. 2011‐09‐10] URL: Morgan J., Nuclear Fissionary: Comparing Energy Costs of Nuclear, Coal, Gas, Wind and Solar, 2010. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: < http://nuclearfissionary.com/2010/04/02/comparing‐energy‐costs‐of‐nuclear‐coal‐ gas‐wind‐and‐solar/>

98

National Museum of American history: Three Mile Island: The Inside Story. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: Nazeleno.cz: Geotermální energie: Kolik elektřiny získáváme?. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: Nejedlý P., ekolist.cz: Nové jaderné elektrárny se přiblíží ideálnímu zdroji hromadné výroby elektřiny. [online], [cit. 2011‐10‐18] URL: NewScientist.com: International Journal of Nuclear Governance, Economy and Ecology 1: 229‐243 [online], [cit. 2011‐11‐20] URL: NewScientist.com: Renewable energy could 'rape' nature. [online], [cit. 2011‐10‐17] URL: NGÔ, C., & NATOWITZ, J. B.: Our energy future: resources, alternatives, and the environment. John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009. ISBN 978‐0‐470‐11660‐9 NOVÁK, M. ‐‐ NOVÁK, M. ‐‐ ŠÓS, I. (ed.). Determinanty ekonomického rastu v SR v období technologických zmien. Bratislava: Ekonomická univerzita, 2008. ISBN 978‐80‐225‐2620‐3 Nuclear Energy Institute: U.S. Electricity Production Costs and Components (1995‐2010). [online], [cit. 2011‐ 10‐08] URL: OtherPower.com: Wind Power. [online], [cit. 2011‐10‐23] URL: <www.otherpower.com/otherpower_wind.shtml> Peat Resources Limited: Peat fuel. [online], [cit. 2011‐11‐01] URL: Peterson C., The Washington Post: Continuing Cleanup: $1 Bil. and Counting . [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: Poncarová J., Nazeleno.cz: Konec solárních elektráren v Česku! Kde se stala chyba?. [online], [cit. 2011‐12‐ 10] URL: Popular Mechanics: Solar Panel Drops to $1 per Watt: Is this a Milestone or the Bottom for Silicon‐Based Panels?. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL:

99

Pro Atom Web: BIOETANOL ‐ naše naděje nebo past? [online], [cit. 2011‐10‐20]. URL: Pro Atom Web: BIOETANOL ‐ proč je neobnovitelný zdroj energie. [online], [cit. 2011‐10‐20]. URL: PROBE international: Three Gorges Probe. [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: Roche P., Edinburgh Energy and Environment Consultancy: What is a Magnox Reactor?. [online], [cit. 2011‐ 11‐02] URL: Rubin J., Following the Path of Discovery: The Invention of the Voltaic Pile (The First Electric Battery) [online], [cit. 2011‐10‐28]. URL: Rytíř L., ekolist.cz: Veřejné mínění se po Fukušimě vrátilo nejméně o 10 let zpět. [online], [cit. 2011‐10‐18] URL: Science WORLD: Chemie na jaderné elektrárně aneb Vše se točí kolem vody. [online], [cit. 2011‐10‐21] URL: Science WORLD: První jaderné reaktory IV. generace by se měly objevit do 10 let. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: Scrase, I. & MacKerron, G. 2009, Energy for the future: a new agenda / edited by Ivan Scrase and Gordon MacKerron Palgrave Macmillan, Basingstoke [England] ; New York. ISBN 9780230221512 Sdružení řídícího směnového personálu jaderných elektráren: Stav světových zásob uranu. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: Skočdopol P.: Budoucnost jaderné energetiky v Evropské Unii. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: Skupina ČEZ, portál pro‐vetrniky.cz: Mýty a argumenty o větrných elektrárnách. [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: <www.pro‐vetrniky.cz/cs/myty‐a‐argumenty‐o‐vetrnych‐elektrarnach.html> Skupina ČEZ: Jak funguje jaderná elektrárna. [online], [cit. 2011‐11‐02] URL: Skupina ČEZ: Jak funguje sluneční elektrárna. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: Skupina ČEZ: Princip fungování vodních elektráren. [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: Skupina ČEZ: Realita a mýty o jaderné energii. [online], [cit. 2011‐09‐10] URL: <

100

http://www.cez.cz/cs/vyroba‐elektriny/jaderna‐energetika/realita‐a‐myty‐o‐jaderne‐energii.html> Skupina ČEZ: Rozvoj jaderné energetiky ve světě. [online], [cit. 2011‐09‐10] URL: Skupina ČEZ: Solární (fotovoltaické) články [online], [cit. 2011‐10‐30]. URL: Skupina ČEZ: Uhelné elektrárny skupiny ČEZ [online], [cit. 2011‐09‐10] URL: <www.cez.cz/edee/content/micrositesutf/odpovednost/content/pdf/cez_group_and_coal_power_plants.p df> Skupina ČEZ: Vliv jaderných elektráren na životní prostředí. [online], [cit. 2011‐10‐21] URL: Skupina ČEZ: Využívání vodní energie v ČR. [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: <www.cez.cz/cs/vyroba‐ elektriny/obnovitelne‐zdroje/voda/informace‐o‐vodni‐energetice.html> Slezak J., International Atomic Energy Agency: RAF3007, Workshop on Uranium Data Collection & Reporting ‐ Red Book – Uranium: Resources, Production and Demand. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: Solar Cells Update: Solar panels price will drop faster, soon one dollar for 1 W. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: Stefanenko R., Coal Mining Technology: Theory and Practice. Society for Mining Metallurgy, 1998. ISBN 0895204045 Sturgis S., Green Parties world wide: Fooling with Disaster? Startling Revelations about Three Mile Island . [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: Svět fyziky SOUE Plzeň: Vodní energie [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: Šilar P., EnviWeb: Chyba v článku Fotovoltaické rozčarování. [online], [cit. 2011‐10‐08] URL: Škorpík J., Člověk a energie, vybrané pojmy z energetiky, Transformační technologie, ISSN 1804–8293, 2006. [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: Škorpík J., Jaký bude vývoj energetiky, zvláště jaderné, po Fukušimě? [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: Škorpík J., Německé odstoupení od jádra – opravdu ekologické řešení? [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL:

101

Šponar P., Státní báňská správa ČR: Geotermální vrty. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: <www.cbusbs.cz/docs/jine05.doc> Špringl Š., Alternativní a tradiční zdroje energie – bude budoucnost světa veskrze „zelená“?, VŠE, 2008 The Engineer: Calder Hall Power Station, 1956. [online], [cit. 2011‐11‐02] URL: The Guardian: Price of solar panels to drop to $1 by 2013, report forecasts. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: The Solar Guide: Wind Energy History. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: The Washington Post: Crisis at Three Mile Island. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: Three Mile Island ALERT: Summary of Findings at Three Mile Island: 1979‐2005. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: Tomášek R., DD World.cz: Typy elektráren – kde se bere elektřina? [online], [cit. 2011‐11‐01] URL: TZBinfo.cz: Fotovoltaické panely a sníh. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: Umwelt Bundes Amt: UMSTRUKTURIERUNG DER STROMVERSORGUNG IN DEUTSCHLAND. [online], [cit. 2011‐10‐18] URL: United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation: The Chernobyl accident. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: United States Nuclear Regulatory Commission: Backgrounder on the Three Mile Island Accident. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: United States Nuclear Regulatory Commission: Fact Sheet on the Accident at the Chernobyl Nuclear Power Plant. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: Vajont.info: "Almost a greek tragedy". [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: Vajont.info: THE VAJONT'S TOPICAL SITUATION. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: Vesecký R., Diplomová práce „Jaderné reaktory IV. generace“, ČVUT, 2006. [online], [cit. 2011‐11‐01] URL:

102

Větrná‐energie.cz: 10 častých otázek ‐ Jak hlučné jsou větrné elektrárny? [online], [cit. 2011‐10‐23] URL: <www.vetrna‐energie.cz/faq‐10‐castych‐otazek/jak‐hlucne‐jsou‐vetrne‐elektrarny‐_1> Vodní a tepelné elektrárny: Jaderná elektrárna versus elektrárna uhelná. [online], [cit. 2011‐09‐10] URL: < http://www.vodni‐tepelne‐elektrarny.cz/jaderna‐uhelna‐elektrarna.htm> Vodní a tepelné elektrárny: Princip tepelné elektrárny. [online], [cit. 2011‐11‐01] URL: Vodní‐elektrárny.com: Vodní elektrárny ‐ informace. [online], [cit. 2011‐10‐20] Vodní‐elektrárny.cz: Vodní elektrárny, 2010. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: Vokál A., Marková L., Laciok A., Vesmír.cz: Co s vyhořelým jaderným palivem? [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: Výbor pro energii a obchod: OBNOVITELNÉ ZDROJE A JADERNÁ ENERGETIKA V USA. [online], [cit. 2011‐10‐ 30] URL: Wagner V., OSEL: Reaktory III. generace. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: Wagner V., OSEL: Reaktory IV generace. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: Walker, J. S., Three Mile Island: A Nuclear Crisis in Historical Perspective, Berkeley: University of California Press, 2004. ISBN 0520239407 West Virginia University: Small Hydroelectric Plants. [online], [cit. 2011‐09‐13] URL: What is Nuclear?: What is nuclear waste?. [online], [cit. 2011‐10‐21] URL: Wholesale Solar: Learn More About Off‐grid Power Systems. [online], [cit. 2011‐10‐30] URL: Williams R., Small HydroPower Handbook: A Guide to Understanding and Constructing Your Own Small Hydro Project. [online], [cit. 2011‐09‐12] URL: World Energy Council: 2007 Survey of Energy Resources Executive Summary. [online], [cit. 2011‐11‐01] URL: World Nuclear Association: Chernobyl Accident 1986. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: World Nuclear Association: Outline History of Nuclear Energy. [online], [cit. 2011‐11‐01] URL:

103

World Nuclear Association: The Economics of Nuclear Power. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: World Nuclear Association: Three Mile Island Accident. [online], [cit. 2011‐10‐20] URL: World Nuclear Association: World Uranium Mining. [online], [cit. 2011‐10‐16] URL: World Nuclear News: Exploration drives uranium resources up 17%. [online], [cit. 2011‐10‐15] URL: Západočeská univerzita v Plzni: Využití obnovitelných zdrojů k výrobě elektřiny ‐ "zeleného proudu". [online], [cit. 2011‐10‐08] URL: Zemánek R., Fotovoltaika: Fotovoltaický článek. [online], [cit. 2011‐10‐30]. URL: Zemánek R., Fotovoltaika: Fotovoltaický článek. [online], [cit. 2011‐10‐30]. URL: ziskejdotaci.cz: Větrné elektrárny [online], [cit. 2011‐10‐29]. URL: http://www.ziskejdotaci.cz/vetrne‐ elektrarny/

104

Přílohy Příloha 1: Jednotky a čísla v energetice

105

VYSOKÁ ŠKOLA EKONOMICKÁ V PRAZE FAKULTA MEZINÁRODNÍCH VZTAHŮ DIPLOMOVÁ PRÁCE Štěpán Špringl

Recommend Documents