Koszty_zewnetrzne_w_EU.pdf

KOSZTY ZEWNĘTRZNE WYTWARZANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ

W UNII EUROPEJSKIEJ

Dr inż. Andrzej Strupczewski 1

1. Wstęp

Obecne metody zaspokajania potrzeb energetycznych świata nie zapewniają możliwości

zrównoważonego długoterminowego rozwoju. Od 1960 roku zapotrzebowanie energii na

świecie wzrosło dwukrotnie, chociaż energochłonność na jednostkę dochodu narodowego

brutto (DNB) zmalała. Przewiduje się dalszy spadek energochłonności, ale nie wystarczy on

do pokrycia ogromnego wzrostu zapotrzebowania. Według ocen ONZ, liczba ludności na

świecie wzrośnie z 6 miliardów w 1999 roku do 8,1 miliardów w 2020 i 10,5 miliardów w

2100 roku. Większość tego przyrostu wystąpi w krajach rozwijających się, które obecnie

zużywają znacznie mniej energii niż kraje rozwinięte. A zużycie energii elektrycznej gra

kluczową rolę w ochronie zdrowia i podnoszeniu standardu życiowego człowieka. W miarę

rozwoju podaży elektryczności rośnie wydajność rolnictwa, polepsza się zaopatrzenie w

żywność, rośnie uprzemysłowienie, podnosi się poziom opieki zdrowotnej i wykształcenia,

powstają nowe możliwości zatrudnienia, co przynosi w efekcie obniżenie umieralności dzieci,

wzrost długości życia i podniesienie standardu życiowego.

Nie ulega wątpliwości, że kraje rozwijające się będą przykładać wszelkich starań dla

rozwinięcia swej elektroenergetyki. Również kraje uprzemysłowione potrzebują nowych

elektrowni, niezależnie od wszelkich działań na rzecz zmniejszania energochłonności naszych

urządzeń. Na przykład Stany Zjednoczone ogłosiły program zbudowania 1300 nowych

elektrowni o łącznej mocy 300 000 MWe w ciągu najbliższych 20 lat . Zgodnie z prognozami

Światowej Rady Energetycznej, przy obecnym poziomie zużycia światowe rezerwy węgla

wystarczą na 200 lat, gazu ziemnego na 60 lat a ropy naftowej na 40 lat [1]. Konieczność

wprowadzenia źródeł energii innych niż paliwa organiczne staje się jasna.

Aby dokonać świadomego wyboru najlepszych dróg dalszego rozwoju elektroenergetyki

trzeba zdawać sobie sprawę z pełnego bilansu skutków zdrowotnych i ekologicznych

związanych z wytwarzaniem energii elektrycznej. Jednakże obciążenia środowiska i ryzyko

wypadków w różnych cyklach paliwowych są różne w różnych etapach produkcji energii,

charakter skutków –zdrowotnych lub środowiskowych, miejscowych, regionalnych lub

globalnych, krótko terminowych lub długoterminowych, doraźnych lub chronicznych – różni

się dla różnych źródeł energii, a baza danych jest także bardzo różna dla różnych opcji

energetycznych. Funkcje dawka-skutek są definiowane w różny sposób, a w pewnych

przypadkach były zdecydowanie zmieniane w ciągu ostatniego dziesięciolecia. W świetle

tych wszystkich różnic łatwo jest usprawiedliwić ograniczenie analizy porównawczej do

wybranych etapów cyklu paliwowego, lub do części relacji dawka-skutek. Ale jeśli analiza

ograniczona jest do wybranych aspektów sytuacji, wyniki nie są poprawne. Na szczęście

rozwój metodologii i bazy danych w skali międzynarodowej, szczególnie w prowadzonym

intensywnie przez kraje Unii Europejskiej programie porównań kosztów zewnętrznych

wytwarzania energii elektrycznej ExternE ( External Electricity Costs ), umożliwił wyjaśnienie

wielu uprzednio niejasnych zagadnień i zapewnił wysoki poziom współczesnych analiz

porównawczych. Etapy oceny kosztów zewnętrznych programie ExternE pokazane są na

rysunku 1.

Przewodniczący Komisji Bezpieczeństwa Jądrowego, Instytut Energii Atomowej, A.Strupczewski@cyf.gov.pl

Rys. 1 Etapy analiz prowadzonych w ExternE .

A – Określenie źródła emisji (technologii i miejsca) oraz wielkości

emisji np. w kg/rok

B - Dyspersja – (model dyspersji w atmosferze) i

wynikające stąd zwiększenie koncentracji

zanieczyszczeń w powietrzu w miejscu odbioru, np. w

mikrogramach pyłu PM/m 3 dla każdego z rozważanych

rejonów

C- funkcja dawka-skutek (lub koncentracja- skutek)

określająca skutki zdrowotne i inne, np. liczbę

przypadków astmy wskutek wzrostu stężenia pyłu.

D- wycena monetarna np. koszt przypadku astmy

2. Analiza pełnego cyklu wytwarzania energii

Aby uchronić się przed pominięciem istotnych etapów cyklu

wytwarzania energii, przyjęto zgodnie z normą ISO 14040 zasadę

analizy w cyklu całego życia ( Life Cycle Analysis - LCA ), która

obejmuje emisje i wypadki podczas budowy zakładów energetycznych

wraz z wydobyciem surowców i produkcją urządzeń, podczas

wydobycia i transportu paliwa, eksploatacji elektrowni, z

uwzględnieniem magazynowania energii lub mocy rezerwowej

potrzebnej w przypadku źródeł energii o działaniu przerywanym,

usuwania i składowania odpadów oraz likwidacji zakładów energetycznych aż do

przywrócenia pierwotnego stanu środowiska.

Uwzględnienie wszystkich etapów cyklu wytwarzania energii, włączając w to etapy wstępne,

jest szczególnie ważne przy analizach porównawczych tych źródeł energii, które

charakteryzują się niskimi lub zerowymi emisjami w czasie eksploatacji elektrowni, ale do

zbudowania elektrowni wymagają wielkich nakładów energii, materiałów i pracy. Tak właśnie

jest w przypadku energii odnawialnych, szczególnie elektrowni z ogniwami foto-

woltaicznymi ( photo-voltaic cell -PVC ), które z uwagi na małe wymiary pojedynczych ogniw

uważane są za energo- i materiałooszczędne w porównaniu w wielkimi elektrowniami

jądrowymi (EJ). W rzeczywistości ilości materiałów i energii potrzebne na jednostkę energii

wytworzonej w elektrowni słonecznej są znacznie większe niż w przypadku elektrowni

jądrowej lub opalanej węglem, jak pokazano na rys. 2, 3 i 4, wykorzystujących dane zebrane

przez czołowy ośrodek zajmujący się kosztami zewnętrznymi w Niemczech [2, 3 ] ..

Uwzględnienie emisji przy wytwarzaniu materiałów potrzebnych dla danej technologii jest

zrozumiałe i nie budzi większych kontrowersji. Bardziej dyskusyjna jest sprawa

zanieczyszczeń powodowanych przez produkcję energii elektrycznej zużywanej do tego celu,

a także do wytwarzania urządzeń, budowy elektrowni itd. Wielkość ta zależy nie tylko od

ilości potrzebnej elektryczności, ale i od charakterystyk systemu energetycznego, który tę

energią elektryczną wytwarza. W przypadku energii jądrowej całkowita ilość energii, którą

trzeba dostarczyć we wszystkich etapach cyklu paliwowego by wyprodukować 1 kWh wynosi

według najnowszych danych w cyklu otwartym 0,044 kWh, a w cyklu zamkniętym, dzięki

mniejszej ilości pracy przy separacji uranu w przypadku odzysku plutonu z wypalonego

paliwa, tylko 0,4 kWh [4] . Porównanie graficzne dla różnych źródeł energii, oparte na nieco

wcześniejszych danych, pokazano na rys. 4.

8000

Zapotrzebowanie na żelazo i miedź

dla systemów energetycznych

wg [Marh.2000], [Hirsch., Voss 1999]

350

7000

300

6000

250

5000

200

4000

żelazo, t/TWh

Mied ź , t/TWh

150

3000

2000

100

1000

Rys. 2 Zapotrzebowanie na żelazo i miedź dla różnych systemów energetycznych, dane z

[ 2,3 ] .

3000

2753

2500

Zapotrzebowanie na boksyt

dla systemów elektroenergetyki

[Marh. 2000], [Hirsch,Voss 1999]

2041

2000

1500

1000

500

4 20 19 39 55 50

Rys. 3 Zapotrzebowanie na boksyt dla różnych systemów energetycznych, dane z [ 2, 3 ] .

Można założyć, że energia zużywana np. dla produkcji paliwa jądrowego dostarczana jest

przez elektrownie jądrowe, które pracują w podstawie systemu energetycznego i mogą wobec

tego pokryć zapotrzebowanie energetyczne dla całego cyklu paliwowego. Przy takim

podejściu okazałoby się, że jądrowy cykl paliwowy nie powoduje żadnej emisji

zanieczyszczeń chemicznych ani nie przyczynia się do efektu cieplarnianego. Jednakże w

rzeczywistości energia zużywana w produkcji paliwa jądrowego nie pochodzi wyłącznie z EJ,

ale także z innych elektrowni. W przypadku energii słońca lub wiatru, które dostarczają

elektryczność w sposób przerywany, konieczność wykorzystania do produkcji urządzeń i

materiałów całego systemu energetycznego jest oczywista.

1400

1200

1000

800

Zapotrzebowanie energii pierwotnej

do zbudowania elektrowni [Marheineke 2000]

600

400

200

Rys. 4 Zapotrzebowanie na energię pierwotną dla różnych systemów energetycznych, dane z

[ 3 ]

W programie ExternE przyjęto, że niezależnie od tego, czy elektrownie pracują w sposób

ciągły (i mogą same pokryć potrzeby energetyczne całego cyklu) czy w sposób przerywany (i

potrzebują wsparcia systemu), działania wymagające zużycia energii elektrycznej uważa się

za obciążone średnimi emisjami i wypadkami obliczanymi dla całego kraju lub regionu

energetycznego, gdzie znajdują się zużywające energię zakłady. Konsekwentnie, produkcja

paliwa jądrowego jest obciążona emisjami wynikającymi z wytwarzania potrzebnej dla niej

energii. W przypadku elektrowni słonecznych foto-woltaicznych (PV) efekt ten jest znacznie

większy w związku z wielkim zapotrzebowanie energii i materiałów na zbudowanie systemu

tych elektrowni.

Innym ważnym elementem uwzględnianym w analizie porównawczej jest zapotrzebowanie

na magazynowanie energii lub na moc rezerwową w systemie. Jeśli źródło energii o pracy

nieciągłej, jak elektrownia wiatrowa lub słoneczna, dostarcza bardzo małą część energii

elektrycznej produkowanej w systemie energetycznym, to problem mocy rezerwowej nie ma

większego znaczenia. Jeśli jednak udział elektrowni słonecznych w systemie będzie znaczący,

np. 20% mocy produkowanej, wówczas problem rozbieżności między szczytowym

zapotrzebowaniem energii a okresem szczytowej produkcji staje się istotny. Aby dysponować

energią w czasie, gdy jest ona najbardziej potrzebna, np. wieczorem, energię produkowaną

przez elektrownie słoneczne trzeba magazynować, a koszty środowiskowe magazynowania są

znaczne. Wobec tego, że magazynowania energii nie wprowadzono dotychczas na znaczącą

skalę, analizy porównawcze muszą uwzględniać moc rezerwową potrzebną w istniejącym

systemie, którą może zapewnić energia jądrowa, paliwo kopalne lub hydroenergia. Studium

[2] zakłada, że koszty rezerwy energetycznej odpowiadają kosztom średnim budowy

zakładów energetycznych w danym systemie energetycznym i wykazuje, że są to wielkości

znaczące.

Oceny niemieckie z 2000 roku [ 2 ] zostały potwierdzone przez opublikowane w 2004 roku

studium brytyjskiej Królewskiej Akademii Inżynierskiej, które podkreśliło znaczenie mocy

rezerwowych w systemie potrzebnych dla źródeł energii o charakterze przerywanym i dało

wycenę finansową potrzebnych nakładów [ 5 ] . W świetle planowanego przez UE wzrostu

udziału źródeł energii odnawialnej do 10% a nawet do 20 % energii wytwarzanej w systemie,

pomijanie kosztów bezpośrednich i kosztów zewnętrznych wynikających z potrzebnych

rezerw systemowych byłoby błędem.

3. Technologia reprezentatywna.

Interesujące sugestie odnośnie wyboru technologii reprezentatywnej dla danego rodzaju

energetyki zawiera raport projektu [6] dotyczący hydroelektrowni. Analizy w tym zakresie

zostały opracowane przez Norwegię, która stwierdziła, że nigdy w historii nie wystąpiły

pęknięcia tam w Norwegii, a wobec tego zagrożenie społeczne związane z pęknięciem tam

jest równe zeru. Założenie to zaaprobowano mimo tego, że w ciągu ostatnich 40 lat pęknięcia

tam spowodowały znaczne straty zdrowia i życia. Inny przykład dostarcza studium Instytutu

Paula Scherrera prowadzone przez wiele lat dla rządu szwajcarskiego na temat ryzyka

wypadków w różnych gałęziach energetyki. Studium wykazało, że zagrożenie rozerwaniem

tam zbudowanych w drugiej połowie XX wieku w krajach OECD jest pomijalnie małe (0.004

zgonu/GWe.a), podczas gdy zagrożenie rozerwaniem tam w krajach nie należących do OECD

jest wysokie (2.1 zgonu/GWe.a) [7]. Na tej podstawie autorzy studium przyjęli dla Szwajcarii,

w której poziom wymagań bezpieczeństwa jest podobny jak w krajach OECD, wskaźniki

zagrożenia dla krajów OECD.

Tak więc w analizach porównawczych uwzględnia się, że baza danych służąca do

przewidywania ryzyka związanego z nowymi elektrowniami musi być rozpatrywana z

uwzględnieniem tła technicznego i historycznego. Jeśli po katastrofach wprowadzano zmiany,

które wykluczają powtórzenie się tych katastrof, to porównawcza ocena ryzyka powinna brać

te zmiany pod uwagę. Jest to ważne nie tylko dla hydroenergetyki, ale i dla energii jądrowej,

której przeciwnicy wciąż twierdzą, że awaria w Czarnobylu była „typową” awarią i pomijają

różnice w konstrukcji i kulturze bezpieczeństwa, wykluczające powtórzenie się awarii

czarnobylskiej w reaktorach budowanych w krajach UE.

W przypadku energetyki jądrowej w krajach OECD jedyny wypadek z uwolnieniem

radioaktywności do otoczenia w ciągu ponad 10 000 reaktoro-lat pracy elektrowni jądrowych

zdarzył się w EJ TMI i nie spowodował ani utraty życia, ani żadnych strat na zdrowiu. Nie ma

więc podstaw historycznych by oceniać zagrożenie w drodze statystycznej. Co więcej,

zarówno technika jak i kultura bezpieczeństwa poszły daleko naprzód od czasu awarii w TMI,

tak że proste założenie jednej awarii na 10 000 lat byłoby nie uzasadnione. Z drugiej strony

potencjalne skutki awarii mogą być znacznie groźniejsze niż w przypadku TMI. Dlatego

obecnie dla porównań przyjmuje się wyniki Probabilistycznej Analizy Bezpieczeństwa

( Probabilistic Safety Analysis -PSA ), w której uwzględnia się wszystkie istotne cechy

bezpieczeństwa EJ, możliwości awarii struktur, systemów i elementów EJ i oblicza się

prawdopodobieństwo uszkodzenia rdzenia i uwolnienia produktów radioaktywnych. Przy

probabilistycznej ocenie skutków radiologicznych przejmuje się hipotezę LNT mówiącą że

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: