Jaderná energetika a trvale udržitelný rozvoj

Úvod

Nedávno zveřejněné statistické studie WETO 2003 – World energy, technology and climate policy outlook (EU), IEO 2004 – International Energy Outlook 2003 (U.S.DoE), IEA 2003 – Key World Energy Statistics 2003 (OECD), BP 2004 – Statistical Rewiew of World Energy 2004 (BP) ukazují, že trvale udržitelný rozvoj je možné zajistit jen harmonickým vyvážením tří pilířů, které zásadním způsobem ovlivňují a jsou ovlivňovány lidskou činností: Ekonomika (a z ní vyplývající potřeba energie), Energetika (dostupnost zdrojů) a Ekologie (vliv těžby surovin, a výroby a spotřeby energie na životní prostředí). Je jednoznačně prokázáno, že spotřeba primární a především elektrické energie (i přes úsporná energetická opatření) kopíruje ekonomický růst. Ekonomický růst je ovlivňován především populací, hrubým domácím produktem, energetickou náročností průmyslových odvětví, účinností při výrobě a spotřebě energie, rozvojem urbanistických oblastí, elektrifikací. Primární energetický sektor ve světě dnes využívá fosilní paliva (uhlí 23%, ropa 35%, zemní plyn 21%), uran (7%) a obnovitelné zdroje (voda 2%, biomasa 11%, ostatní 1%). Tyto zdroje jsou pak spotřebovávány v elektroenergetice, teplárenství, dopravě, průmyslu, domácnostech a službách. Světová výroba elektrické energie je zajišťována z elektráren uhelných (39%), plynových (18%), jaderných (17%), vodních (17%), olejových (8%) a ostatních (1%). Nejvíce alarmujícím a podlomeným pilířem 3E je ekologie, a to ekologický efekt těžby energetických zdrojů (likvidace deštných pralesů jako světové zásobárny kyslíku, zábor půdy při těžbě uhlí a výrobě energie z některých ekologicky čistých zdrojů), nakládání s pevnými odpady při výrobě energie (popílek, vyhořelé jaderné palivo) a především znehodnocování zemské atmosféry (emise skleníkových plynů a oxidů síry a dusíku způsobujících kyselé deště při spotřebě fosilních paliv, globální oteplování). Lidské společenství si čím dál více uvědomuje kolektivní zodpovědnost za negativní globální změny klimatu. Příkladem je Kyotský protokol z r. 1997, ve kterém se všechny průmyslově vyspělé země zavázaly ke kontrole a snížení škodlivých emisí do r. 2012. I přes tato opatření je však zřejmé, že pokud budou pokračovat současné trendy v ekonomice a energetice a nedojde k zásadním změnám v myšlení a jednání politiků a investorů, ocitne se svět během příštích 30 let tváří v tvář nekontrolovatelným energetickým a klimatickým problémům.

Populace

Tří miliard dosáhla světová populace v r. 1960 (první miliarda v r. 1800). V současné době žije na Zemi více než 6,3 miliard obyvatel s průměrným ročním přírůstkem 1,3%. Každých 12 let se počet obyvatel zvyšuje o 1 miliardu. 79% světové populace žije v méně vyvinutých zemích (Asie, Afrika, Latinská Amerika). Přírůstek této populace je 1,6% ročně, 1/3 až 1/2 je mladší 15 let, díky zvyšující se lékařské a sociální péči dochází k prodlužování života, dochází k vyšší migraci obyvatelstva do městských aglomerací s vyšší spotřebou energie. Přesto dosud nejméně 1,6 miliardy této populace nemá přístup k elektřině, 2,4 miliardy používá biomasu pro vaření a vytápění. Těchto 79% světové populace se podílí na spotřebě energie jen 35%. Je zřejmé, že nastartovaný ekonomický růst v takových regionech jako je Čína (růst HDP 6% ročně) přinese i zvýšené energetické potřeby (současný roční nárůst spotřeby elektrické energie 8%). Zintegrujeme-li tato čísla přes absolutní počet obyvatel a připočteme doprovodné ekologické důsledky, stane se tento region jedním z rozhodujících co do ovlivnění světového klimatu. Toho si je zjevně vědoma i Čína, a rozhodla se postavit svoji budoucí energetickou politiku na ekologicky přijatelné jaderné energetice (v příštích 30 letech plánuje výstavbu 50 GWe jaderných kapacit) stejně jako druhá nejlidnatější země světa Indie.

Ekonomický růst

Pro porovnání ekonomické výkonnosti jednotlivých zemí je nejpoužívanějším ukazatelem roční hrubý domácí produkt na obyvatele a spotřeba energie na jednotku vyprodukovaného HDP. HDP můžeme vyjadřovat buď ve směnném kurzu národní měny k US$ či € (MER – market exchange rate), ale mnohem lépe je reprezentován paritou kupní síly (PPP – purchasing power parity). Jestliže zaplatíme v USA za 1 pivo v restauraci 4 US$ a v ČR 20 Kč, mohli bychom říci, že kurz koruny vůči dolaru je 5 Kč/US$. To je ovšem neadekvátní zjednodušení, a parita kupní síly zahrnuje celé spektrum výdajů vynakládaných v jednotlivých národních ekonomikách a spotřebním koši. Např. v r. 2001 byl roční HDP na obyvatele v USA 31.400 US$/obyvatele/rok, v ČR to bylo 5.600 US$/obyvatele/rok (vyjádřeno v MER) resp. 13.700 US$/obyvatele/rok (vyjádřeno v PPP). Poměr PPP/MER je tedy v ČR 2,5, např. v Číně 4,1 a v Indii 5,2. Naopak v Japonsku, jako ve vnitřně nejdražší ekonomice, je poměr PPP/MER 0,55. Existují nezvratné důkazy, že s růstem HDP je spojen růst spotřeby energie. Uvědomíme-li si, že hladina HDP v rozvojových zemích je 6-10 x nižší než ve vyspělých průmyslových zemích ovšem s daleko větším gradientem růstu, stojí před civilizací ohromný problém zajištění budoucích energetických potřeb se všemi souvisejícími ekologickými dopady. Otázkou ovšem zůstává, kam se budou ubírat ceny vyráběné elektrické energie s ohledem na současné výkyvy cen surovin a spolehlivost dodávek fosilních paliv. I přes vysoké investiční náklady na výstavbu jaderné elektrárny (60% pro jádro, 25% pro uhlí, 15% pro plyn), jsou vzhledem k velmi nízkým palivovým nákladům (10% pro jádro, 45% pro uhlí, 80% pro plyn) celkové výrobní náklady elektrické energie v jaderné elektrárně nejnižší. Navíc světové ceny uranu zůstávají dlouhodobě na nízké úrovni. Např. při rozhodování o novém finském energetickém bloku dospěl investor ve svých analýzách k následujícím výrobním nákladům pro různé typy elektráren: jaderná 2,4, uhelná 3,2, plynová 3,2, biomasa 4,0, větrná 5,0 (v €centech/kWh).

Energetické zdroje

Ještě po dlouhou dobu budou tvořit dominantní složku energetické spotřeby fosilní paliva. Pokud bude trvat současný trend, bude se především zvyšovat podíl zemního plynu na úkor ropy. Podíl uhlí (vzhledem k relativně stabilní nízké ceně) zůstane zhruba stejný. Odhlédneme-li od ekologických důsledků spalování fosilních paliv, dostaví se ale brzy problémy s dobýváním jejich technicky a ekonomicky těžitelných zásob. Podle nejnověji zveřejněné statistiky British Petroleum budou celosvětové zásoby ropy vyčerpány za 40 let, zemního plynu za 65 let a uhlí za 200 let, a to i přes nově objevovaná naleziště, neboť jejich přídavný potenciál je kompenzován rostoucí spotřebou. Hydroenergetika je sice v některých zemích důležitým zdrojem, ale s minimální možností dalšího rozšíření a se značnou závislostí na hydrometeorologických podmínkách. Světové zásoby uranu (především v Austrálii, Kanadě a Africe) vystačí v současných typech jaderných reaktorů na stovky let, při použití v rychlých reaktorech vystačí na tisíce let. Značné prostředky se věnují na výzkum a vývoj nových ekologicky přátelských energetických technologií. Podíl bezemisních obnovitelných zdrojů na výrobě energie však bohužel bude i nadále tvořit jen malou část (2-4% celosvětové výroby v r. 2030). Vyšší podíl lze vzhledem k vysokým nákladům očekávat jen v průmyslově nejvyspělejších zemích (cílem EU je 12% podíl obnovitelných zdrojů v r. 2012).
Samostatnou kapitolou je regionální rozložení nalezišť světových energetických zásob. 63% zásob ropy je na Středním Východě, po 9% v Rusku, Latinské Americe a Africe. 41% zásob zemního plynu se nalézá na Středním Východě, 35% v Rusku, po 8% v Africe a Jižní Asii. Evropská Unie si stále více a více uvědomuje, kam až může vést rostoucí závislost na dovozu energetických surovin z politicky a ekonomicky nestabilních regionů. Externí závislost EU na dovozu energetických surovin již dnes přesahuje 50% (v ropě 75%, v zemním plynu 45%), a při současném trendu spotřeby energie vzroste v r. 2030 na více než 70%. Toto jsou varovná slova komisařky EU pro energetiku a dopravu Loyoly de Palacio, která apeluje na potřebu dalšího rozvoje jaderné energetiky a její nezastupitelnost spolu s větším podílem obnovitelných zdrojů.

Ekologie

S velkým znepokojením je očekáváno, že světové emise CO2 ze spalování fosilních paliv vzrostou z 21 GtCO2/rok v r. 1990 na 45 GtCO2/rok v r. 2030. Současná jaderná energetika "šetří" životní prostředí eliminací asi 2,4 GtCO2/rok. Přitom úsporná opatření (především snižování energetické náročnosti při výrobě a spotřebě energie) v průmyslově vyspělých zemích povedou ke snížení podílu těchto zemí na emisích ze 70% v r. 1990 na 42% v r. 2030. Naopak extrémní absolutní nárůst je očekáván v rozvojových zemích, především Číně a Indii. Uhelná elektrárna o ekvivalentním výkonu 1000 MWe spotřebuje ročně 2–6.000.000 tun paliva (podle typu uhlí) a vyprodukuje 6.500.000 tun CO2 (960 tCO2/GWh). Analogická plynová elektrárna spotřebuje ročně 2-3.000.000.000 m3 plynu a produkuje 480 tCO2/GWh. Olejová elektrárna stejného výkonu spotřebuje ročně 1.500.000 tun topného oleje a produkuje 730 tCO2/GWh. Elektrárna na spalování biomasy o stejném výkonu by představovala zábor půdy pro pěstování biomasy na rozloze 6.000 km2, větrná elektrárna by zabrala 100 km2 a sluneční 50 km2. Naproti tomu bezemisní jaderná elektrárna o výkonu 1000 MWe spotřebuje ročně jen 35 t paliva a zabírá rozlohu několika km2.
V souvislosti s diskutovanou problematikou o přijatelnosti jaderné energetiky zmíním několik citátů. V květnu 2004 zveřejnil britský list Independent apel uznávaného "zeleného" ekologa Jamese Lovelocka s názvem Jaderná energetika je jediným zeleným řešením. Cituji: " Nemáme čas experimentovat s vizionářskými energetickými zdroji; civilizace je v bezprostředním ohrožení. Odpor k jaderné energetice je založen na iracionálních obavách živených fikcemi, zelenou lobby a médii. Tyto obavy jsou neopodstatněné, a jaderná energetika od svého začátku v r. 1952 se prokázala jako nejbezpečnější ze všech energetických zdrojů. Musíme ihned zastavit nervozitu ze statistického ohrožení rakovinou z chemických preparátů či ozáření." Stejně zodpovědně vyznívá prohlášení Fritse Bolkesteina, Evropského komisaře pro vnitřní trh a daně. " Jaderná energetika je rozhodujícím příspěvkem k dlouhodobé evropské energetické politice. Zvýšené využití jaderné energie sníží vnější závislost EU na energetických zdrojích. Také zvýší diverzifikaci, která umožní EU vyrovnat se s výkyvy cen ropy a plynu. A konečně, jaderná energetika je excelentním příspěvkem k požadavkům z Kyota." Z lobbingu nelze podezřívat ani profesora André Bergera, mezinárodně respektovaného a renomovaného ochránce životního prostředí, který adresoval otevřený dopis belgickému premiérovi Guy Verhofstadtovi po rozhodnutí belgické vlády postupně začít s útlumem jaderné energetiky: " Opuštění jaderné energetiky na prahu 21. století není jen anachronismem, ale je a zůstane na dlouhou dobu největší chybou, kterou kdy belgická vláda udělala. Další rozvoj jaderné energetiky je jednou z nejefektivnějších cest, jak zajistit trvale udržitelný rozvoj. Jakákoliv politika, která vede k jejímu útlumu je utopií, pokud ne podvodem …".
Zcela reálným se v blízké budoucnosti jeví zavedení dodatečných externích ekologických nákladů v podobě "ekologické" daně v EU na výrobu elektrické energie z fosilních paliv, což by vedlo ke zdražení elektřiny z těchto zdrojů na 2-3 násobek (studie EU ExternE a NEWEXT).

Jaderná energetika

V současné době je ve světě v provozu 441 bloků jaderných elektráren (JE) v 31 zemích. V EU-25 je to 150 bloků v 13 zemích. Ve světě je ve výstavbě dalších 31 bloků v 13 zemích, v plánu a výhledu 103 bloků v 21 zemích (nejvíce Čína a Indie po 24 blocích, v Rusku má být zvýšena jaderná kapacita ze současných 20,8 GWe na 49,3 GWe v r. 2020). Jaderná energetika se podílí na výrobě elektřiny ve světě 17%, v EU 35% a např. ve Francii 80%. Celkový instalovaný výkon je 360 GWe (nejvíce v USA, kde je v provozu 104 bloků s výkonem 98 GWe). 56 zemí provozuje 284 výzkumných reaktorů. I přes současnou "stagnaci" výstavby nových bloků výroba elektrické energie z jaderných elektráren roste, a to z následujících důvodů:

• Zvyšování výkonu nad původní projektovou mez (např. ve Finsku až o 23%)
• Zvyšování spolehlivosti provozu (modernizace a rekonstrukce), optimalizace údržby a snižování neplánovaných odstávek bloků, což vede ke zvyšování koeficientu ročního využití výkonu (ze 71% v r. 1990 na 84% v r. 2002)
• Prodlužování životnosti nad původní projektovou mez (licence dozorných orgánů)
• Uvádění nových bloků do provozu.

Nejrozšířenějšími typy jsou tzv. lehkovodní reaktory. Ty představují 80% všech provozovaných reaktorů ve světě (z toho tlakovodní 59% a varné 21%), a koncepčně se zcela odlišují od typu RBMK, který v důsledku selhání lidského faktoru způsobil jaderné energetice šrám v r. 1986 v podobě černobylské havárie. V současnosti nabízené projekty tzv. Generation III+ jsou s tlakovodním reaktorem AP 600 a AP 1000 (Westinghouse), EPR (Framatome ANP), VVER 1000 (Atomstrojexport) a s varným reaktorem SWR 1000 (Framatome ANP – Siemens), ABWR (General Electric) a BWR 90+ (Westinghouse Atom). Vítězem nedávno vyhodnoceného tendru na výstavbu 5. finského bloku se stal francouzsko-německý EPR o výkonu 1600 MWe. Z iniciativy USA vzniklo v r. 2000 mezinárodní fórum Generation IV, ve kterém jsou zastoupeny leadři jaderných technologií (USA, Francie, Japonsko, Jižní Korea, Velká Británie, EU a další). Cílem této iniciativy je propracovat technologie vybraných 6 perspektivních typů reaktorů pro nasazení po r. 2025 (rychlé reaktory chlazené plynem, olovem, sodíkem, vysokoteplotní reaktor chlazený plynem, nadkritický vodou chlazený reaktor, reaktor chlazený roztavenými solemi). Velká pozornost je věnována těm typům, které díky vysoké teplotě umožní kromě výroby elektrické energie i výrobu vodíku. Vodík je perspektivním palivem využitelným v budoucnosti především v dopravě, kde nahradí ropné produkty.
Nejčastěji diskutovanou jadernou problematikou je riziko jaderných havárií a nakládání s radioaktivním odpadem.
Je třeba si uvědomit, že průměrné ozáření obyvatel v ČR z přírodních zdrojů je 3-3,5 mSv (nejvíce z radonu v podloží, budovách a podzemních vodách, na který připadá zhruba polovina dávky). Průměrné ozáření z umělých zdrojů, tj. z těch, které ovlivňuje člověk svojí činností, jsou zhruba 0,32 mSv. Z nich nejvíce přispívají lékařská ošetření (včetně roentgenového vyšetření) dávkou 0,3 mSv, radioaktivní spad (zkoušky jaderných zbraní, jaderné havárie) představuje dávku 0,007 mSv, výpusti z jaderných zařízení 0,001 mSv. Z uvedených čísel, monitorovaných Státním úřadem radiační ochrany, je zřejmé, jak neúměrně a populisticky se zveličuje nebezpečí ozáření z jaderné energetiky. Zajímavou statistiku zveřejnil rovněž ČEZ, který uvádí průměrný celkový počet úmrtí u různých zdrojů výroby elektřiny. Počet úmrtí na 1 vyrobenou TWh v elektrárnách (včetně těžby surovin, jejich dopravy apod.) je 4,1 pro olejové, 2,2 pro uhelné, 1,9 pro plynové, 1,2 pro sluneční, 0,07 pro větrné a 0,005 pro jaderné elektrárny.
Rovněž problematika vyhořelého paliva je neadekvátně a populisticky zveličována. Vyhořelé jaderné palivo je po několikaletém skladování v bazénu vyhořelého paliva na JE umístěno v kontejnerech do meziskladu vyhořelého paliva. Tento mezisklad se obvykle nachází rovněž v lokalitě JE, a palivo je zde skladováno a pod přísným dohledem monitorováno po dobu 50 let. Současné koncepce přepokládají, že poté bude vyhořelé jaderné palivo umístěno do trvalého hlubinného úložiště. Paralelně však probíhá celosvětový výzkum tzv. transmutačních technologií, které by po separaci transuranů a štěpných produktů zajistily další energetické využití "jaderného odpadu". Zcela reálně lze předpokládat, že za příštích 20-30 let se ze strašáka vyhořelého jaderného paliva stane druhotná energetická surovina a potřebná kapacita finálního odpadu k trvalému uložení se o několik řádů sníží.
Současnost jaderné energetiky lze tedy shrnout následovně:

• Saturace a uspokojení současných energetických potřeb v některých zemích s rozvinutou jaderně energetickou politikou (Francie), které úspěšně vyvážejí elektrickou energii jako vysoce sofistikovaný výrobek
• Prodlužování životnosti zařízení, zvyšování výkonu a zlepšování koeficientu využití výkonu již provozovaných JE, čímž je získán energetický potenciál na delší období, než bylo původně projektově předpokládáno
• Důsledky černobylské havárie na jednom z netradičních typů reaktoru, které negativně ovlivnily přístup politiků i veřejnosti k jaderné energetice obecně, a následně zpřísnily a prodloužily legislativní schvalovací proces licenzování a objednávání nových jaderných bloků v celém světě
• Nedostatek finančních zdrojů na dokončení již rozestavěných bloků, zrušení dostavby některých bloků či avizovaný odklon od jádra z politických důvodů
• Protijaderná lobby ovlivňující vládní a průmyslové decision makery (ve většině současných rudo-zelených koaličních vlád patří ministerstvo životního prostředí zeleným)
• Jaderný průmysl stále trpí svým vojenským původem a politickým utajením, které mu dřívější politické systémy s představami o národní bezpečnosti uložily.

Pro další rozvoj jaderné energetiky je nutno splnit následující podmínky:
• Kontinuální zvyšování technické úrovně projektů
• Zvyšování a sjednocování legislativní úrovně bezpečnosti provozu JE mezinárodními normami
• Harmonizace priorit provozovatelů a předpisů dozorných orgánů
• Poskytování a šíření objektivních informací, pozitivní změna přístupu veřejnosti a politiků k jaderné energetice
• Dořešení otázky skladování a konečného ukládání vyhořelého paliva a likvidace zařízení po ukončení provozu
• Dostatek finančních zdrojů na investiční výstavbu JE (deregulace a liberalizace cen energií, úvěrová politika velkých bank a pojišťovacích společností pro nové jaderné zdroje)
• Zachování kontinuity jaderně energetického know-how výchovou nových nástupnických kapacit jaderných odborníků.

Závěr

I přes rostoucí a vítaný podíl alternativní výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů nemohou nahradit současný podíl jaderné energetiky jako jednoho z rozhodujících zdrojů dodávajícím elektrickou energii v základním zatížení. Navzdory "environmentálnímu terorismu" několika vlivných organizací záměrně šířících neopodstatnělý strach a neklid z jaderné energetiky, a zneužívajících často vědu a hromadné sdělovací prostředky, aby dosáhly vlastních politických cílů, je bez jaderné energie jakákoliv naděje na snížení emisí CO2 a oxidů způsobujících kyselé deště pouhou iluzí a utopií. Navíc spalování přírodního bohatství jako je uhlí, ropa a plyn, které by mohly být pro lidstvo využity daleko efektivněji např. v chemii a v lékařství, je bezprecedentním plýtváním. Obdivovaný i nepopulární sektor – taková je dnešní jaderná energetika. Je však třeba respektovat, že vedle ostatních energetických zdrojů tvoří nedílnou, neopominutelnou a na současné úrovni poznání nejperspektivnější součást české a světové energetické politiky k udržení trvalého rozvoje.

František Sviták

zpět na úvodní stránku