Proporce v radiaci i energetice

Jak jaderná energetika po Fukušimě?

Vladimír Wagner

Ve středu se podařilo zprovoznit velín třetího bloku a zdá se, že pracovníci a záchranáři dostávají situaci v elektrárně stále více pod kontrolu. I když řešení následků havárie je určitě dlouhodobou záležitostí a zažijeme určitě ještě dost zvratů. Události, které jsou spojeny s následky jednoho z největších zemětřesení v historii lidstva, budou jistě dlouho předmětem diskuzí a rozborů. Stejně tak budou důkladným analýzám podrobeny události v jaderné elektrárně Fukušima I. A pochopitelně ovlivní i názory zda, kde a jaké jaderné elektrárny stavět. Podle mého názoru je třeba v těchto diskuzích co nejvíce vycházet z faktů. Shodou náhod jsem těsně před současnými událostmi polemizoval s odpůrci jádra právě na serveru Deník Referendum. Takže bych si dovolil pokračovat v této diskuzi, která je také reakcí na několik nedávných článků, které zde vyšly nebo názorů, které se objevily v diskuzích.

Pro začátek je třeba zdůraznit, že zemětřesení a následné tsunami bylo bezprecedentní přírodní katastrofou jejíž následky jsou už jen z pohledu počtu bezprostředních obětí na životech bez nadsázky hrůzné. Havárie ve Fukušimě není zdaleka vyřešena a může v ní dojít k řadě zvratů, ovšem její dopady na zdraví civilního obyvatelstva jsou zanedbatelné a dopady na životní prostředí a škody nepřekračují hodnoty jiných průmyslových havárií s tímto zemětřesením spojených. Je pochopitelně třeba velice pečlivě studovat radiační situaci, zde může docházet v následujících dnech ke zhoršování a řešení bude trvat delší dobu. V budoucí diskuzi je třeba analyzovat všechny možné scénáře, které mohly nastat a zohlednit je i v budoucích postupech.

Dalším důležitým faktem je, že reaktory ve Fukušimě se začaly stavět v šedesátých letech a patří k těm nejstarším, které v současnosti fungovaly. Přesto nápor zemětřesení, které překročilo maximální projektované hodnoty, vydržely bez úhony. Což bylo velmi důležité. Co jim zasadilo kritickou ránu bylo až následné tsunami s výškou vlny čtrnáct metrů. Podrobnější popis událostí, jejich příčin a dopadů jsem se pokusil popsat v článku, který právě vychází na serveru Osel. Tam je také vysvětleno, proč bylo tak důležité, že reaktory samotné zemětřesení vydržely a fungovaly přesně podle předpokladů. Následující článek na něj volně navazuje a nebudu se v něm věnovat technickým věcem, které jsou spojeny s reaktory ve Fukušimě, ale možnostem vývoje energetiky v Japonsku a Evropě po událostech ve Fukušimě.

Než se pustím do rozboru situace v japonské energetice dovolil bych si několik poznámek. Velice často se ve zdejších diskuzích objevují názory, že jaderná energetika jako velký zdroj energie je nedemokratická a má být nahrazená malými nezávislými zdroji propojenými chytrou sítí. Problém je, že bez velkých zdrojů se civilizace neobejde a je to vidět v situaci, kdy se obnovitelnými zdroji snažíme nahradit alespoň část fosilních. Jde to, i když jen omezeně, jen díky velkým polím větrných či sluneční elektráren, velkým vodním a přečerpávacím elektrárnám a novým náročným trasám velmi vysokého napětí propojujícím velké vzdálenosti. Stejně, jako se decentralizovaný internet neobejde bez velkých hlavních serverů, se bez centrálního řízení a velkých zdrojů neobejde i elektrická byť chytrá síť. Často se zde ozývá také kritika odborníků. Rozdíl mezi odborníkem a neodborníkem je jediný. Odborník má alespoň o nějaké oblasti dost značnou sumu znalostí. Asi těžko bychom si dali spravit auto k někomu jinému než odborníkovi - automechanikovi. Pro operaci srdce taky budeme žádat odborníka – chirurga. Stejně tak lze nejspíš relevantní zhodnocení různých energetických zdrojů a energetiky jako celku čekat od někoho, kdo má alespoň jisté fyzikální a technické znalosti. Je pravda, že politické rozhodnutí o budoucím vývoji energetiky by měl být rozhodován i za účasti veřejnosti, která ponese důsledky tohoto rozhodnutí. Tato veřejnost by měla ovšem mít potřebné znalosti k posouzení reálnosti různých možností a dopadech různých směřování. Následující úvaha je mým příspěvkem k této informovanosti a diskuzi.

Jak řešit japonskou energetiku?

Japonsko má z hlediska zásobování obyvatelstva energií řadu specifik. Mezi ně patří právě i to, že musí počítat i s velkými přírodními katastrofami, které přináší právě zemětřesení, sopečná exploze nebo tsunami. Musí počítat s tím, že jeho energetická síť bude silně zasažena.

Mezi další specifika patří to, že Japonsko už má jen velmi omezené fosilní zdroje energie a je v tom téměř výhradně závislé na dovozu. Má sice nějaké zásoby uhlí, ale ty jsou relativně malé. To je důvod, proč má tak silně rozvinutou jadernou energetiku (podrobně zde). Polemiku o možnostech nahradit hlavní zdroje energie postavené na fosilních palivech a jádru obnovitelnými lze najít právě ve zmíněném článku, který na tomto serveru nedávno vyšel. Vodní zdroje jsou omezené a hlavně v seizmicky aktivních oblastech hrozí velké přehrady protržením. Ostatně i při současném zemětřesení v Japonsku se jedna přehrada protrhla, jednalo se o přehradu Fudžinuma. Přehrada byla sice relativně malá, ale přesto následná vlna smetla domy i s lidmi.

I v případě masivního nasazení větru a Slunce můžou díky jejich nestálosti vyrábět pouze čtvrtinu elektrické energie, zbytek musí produkovat rychle spustitelné zdroje, které je zálohují. A těmi mohou být pouze zdroje na uhlí, plyn a ropu. Zlepšení poměru lze pomocí přečerpávacích a dalších vodních elektráren, ale jak už jsme zmínili, je jejich množství a zvláště v Japonsku velmi omezené.

Je tak vidět, že využití větru a slunce vede zákonitě k velké spotřebě fosilních paliv a jejich velkému dovozu do Japonska. Jak plyn, tak ropa se musí skladovat. A jak zásobníky plynu tak i ropné rafinerie nejsou příliš odolné vůči zemětřesení. I během toho současného bylo možné vidět hořící ropná zařízení. Výpadkem čtyř velkých jaderných elektráren sice Japonsko přišlo při současném zemětřesení o pětinu své jaderné kapacity, ale podle prvních zpráv byla kapacita japonských rafinerií snížena o jednu třetinu. Zemětřesení ohrožuje také ropovody a plynovody. Problém také je, že v případě takové události je velká potřeba pohonných hmot a plynu pro topení a pokud by výroba elektřiny byla závislá na těchto mediích, tak mezi sebou soupeří o zdroje různé sektory. Menší problém by byl s uhlím, ale uhelné elektrárny jej mají relativně velkou spotřebu a při zemětřesení by mohl nastat problém s jeho dopravou.

Velký problém při řešení situace po současném zemětřesení je nedostatek elektrické energie v postižené oblasti a Tokiu. Tato situace je dána výpadkem produkce elektrické energie nejen z jaderných zdrojů. Ovšem velice silně ji ovlivňuje, že Japonsko nemá jednotnou celonárodní elektrickou síť. Má tak jen velmi omezené možnosti podpořit v případě potřeby ze zdrojů z jedné oblasti potřeby oblasti druhé. Důvody jsou historické a jejich základy byly vytvořeny koncem devatenáctého století. Japonský elektrický systém začal vznikat v jeho východní části založením společnosti „Tokyo Electric Light Co. v roce 1883. V roce 1895 společnost koupila zařízení od německé firmy AEG. V západní část pak společnost „Osaka Electric Lamp“ dovezla zařízení americké firmy GE (General Electric). Problémem je, že německé zařízení bylo postaveno na střídavém proudu s frekvencí 50 Hz a americké pak na proudu 60 Hz. Celá východní část, která byla zasažena současným zemětřesením, včetně Tokia má síť s frekvencí 50 Hz. Zbytek Japonska pak zmíněnou americkou frekvenci 60 Hz. Propojení sítí je sice možné, ale je při něm potřeba použít měnírnu frekvence. V Japonsku existují tři taková zařízení. Dohromady ovšem umožňují přenášet pouze 1 GW energie. A to je v současné situaci málo.

Připomeňme si jak vypadala produkce elektřiny v Japonsku před zemětřesením. Podle údajů IEA bylo rozložení produkce elektrické energie zhruba následující. Uhlí tvořilo 26,6 %, plyn 26,2 % a ropa12,9 %. Tedy fosilní paliva dohromady 65,7 %. Jádro reprezentuje 23,8 %, hydroelektrárny 7,7 % a větrné a sluneční elektrárny nedávají ani půl procenta.

Vzhledem k podmínkám není už asi možné přílišné zvýšení podílu hydroelektráren, i s ohledem na možnost jejich ohrožení během zemětřesení. Je vidět, že jistá možnost zvýšení by byla možná v případě větru. Ovšem relativně omezené. Připomenu, že i Německo, které se velmi intenzivně budování této oblasti věnuje, dosáhlo podílu pouze 6 %. A to může široce využívat výměnu energie i ze vzdálených oblastí. Například sítě vodních i přečerpávacích elektráren v Rakousku a stabilních jaderných zdrojů ve Francii.

Extrémní využití větrné energie má Dánsko, kde větrné elektrárny v roce 2008 dodaly 19 % z produkované elektrické energie. To je však možné jen díky propojení na velmi rozsáhlou síť vodních i přečerpávacích elektráren v severských státech Evropy (Finsku, Švédsku a Norsku). To dokládá i to, že bilance mezi vývozem a dovozem elektrické energie sice není velký (převažuje dovoz), ale jeho velikost představuje téměř třetinu celkové produkce či spotřeby elektrické energie. Bez této možnosti by to možné nebylo. Zajímavé povídání o tom publikoval na svém blogu Petr Nejedlý. Dánsko sice nemá jadernou energetiku, ale je třeba dodat, že i přes obrovskou flotilu větrných elektráren vyrábí 70 % své produkce elektrické energie pomocí uhlí, plynu a ropy.

Japonsko, žádné takové možnosti výměny elektrické energie s jinými státy nemá, takže jeho možnosti těžko dosáhnou i těch německých. V případě, že by se rozhodlo odstoupit od jaderné energetiky, muselo by většinu její kapacity nahradit fosilními zdroji a jeho závislost na kontinuálních dodávkách plynu a ropy by se ještě zvýšila. Ostatně to konstatuje i Karel Dolejší, kterého jistě nelze podezírat z nahrávání jádru. Podle mého názoru tak Japonsko, které je rozhodnuto znovu obnovit svoji zemi, bude muset jadernou energetiku rozvíjet. Po rozboru havárie, která vlivem tsunami nastala v jaderné elektrárně Fukušima I, by měla být zhodnocena opatření, která by ještě více zvýšila bezpečnost jaderných elektráren. A na základě modifikace stavby elektráren využívající tyto zkušenosti intenzivně a rychle stavět moderní bloky III+ generace. Ty mají daleko vyšší bezpečnostní parametry než reaktory staré, které byly ve Fukušimě I. Postupně by nahradily staré reaktory a tím by se zvýšila i celková bezpečnost jaderné energetiky. Další vývoj je pochopitelně závislý i na politických a psychologických faktorech. Pokud však Japonci budou chtít dále v oblasti s tak silnou zemětřesnou činností vyvíjet společnost s tak vysokou životní úrovní jako doposud, budou se muset s jistými riziky provozování jaderné energetiky smířit. Stejně jako se museli smířit s dalšími dopady zemětřesení. Pokud srovnáme reálné dopady havárie v elektrárně Fukushima na civilní obyvatelstvo, je jistě menší než dopad dalších průmyslových havárií se zemětřesením spojených.

Jak je tomu s energetikou v Evropě?

O energetické situaci dvou velkých států Evropské unie, Německa a Francie, jsem se zmiňoval již v už zmíněném článku zde, když jsem ukazoval, že odstoupení od jaderné energetiky k obnovitelným zdrojů zákonitě vede k růstu podílu fosilních zdrojů. Jen připomenu, že v roce 2008 měla Francie z jádra 76,5 % elektrické energie z jádra a pouze 8,5 % z fosilních paliv. Německo mělo naopak pouze 23,3 % elektrické energie z jádra a 60,3 % z fosilních zdrojů. Je jasné, že například Francie o nějakém odstoupení od jádra nemůže ani uvažovat. Německo se však v cestě k energetice bez jádra vydalo. To u něj znamená ještě větší spotřeba plynu a uhlí. Pokud je bude následovat více států, povede to k velmi silnému tlaku hlavně na zvyšování dodávek plynu. Ovšem v principu jediné evropské státy, které mají dostatečné zásoby plynu jsou Norsko a Rusko. Norsko má dostatečné možnosti produkce elektrické energie ve vodních elektrárnách, takže může svůj plyn dodávat prioritně do jiných částí Evropy. Pokud by se ale Evropská unie opravdu vydala na bezjadernou cestu, tedy pouze kombinaci obnovitelných a fosilních zdrojů, tak to určitě nestačí. Ještě radikálněji by se posílila závislost Evropské unie na zdrojích za jejími hranicemi a zvláště na zdrojích z Ruska. Zajímavá situace by nastala v případě, kdyby se od jaderné energetiky rozhodlo odstoupit i Rusko. To se v principu bez ní obejde. Má dostatek uhlí, plynu a ještě i prostor pro další vodní elektrárny. Vystačila by mu tak kombinace fosilních a obnovitelných zdrojů. Mohla by se však radikálně snížit ochota i schopnost plnit stále se zvyšující nároky Evropské unie na dodávky plynu.

Psal už jsem o tom ve zmiňovaném článku zde ale znovu bych chtěl zdůraznit, že dominantnější podíl obnovitelných zdrojů je možný pouze v případě vyřešení problému s masivním a efektivním ukládáním energie. A to opravdu není ve výhledu nejbližších desetiletí. Cesta od výzkumu přes vývoj příslušných technologií až k efektivním a ekonomickým aplikacím není krátkodobou záležitostí. Opravdu není pravda, že by svět zanedbával výzkum a vývoj v oblasti obnovitelných zdrojů a skladování energie. Ostatně teď budeme moci sledovat, jestli se Německu, které patří k ekonomicky nejsilnějším zemím podaří nahradit jádro a fosilní zdroje obnovitelnými. Bylo by to velice pěkné. Jako člověku, který se přece jen trochu více vyzná ve fyzice a současných technických možnostech, je mi však jasné, že je to nereálné. Ale možná to jen jasněji ukáže situaci, takže si zelená hnutí budou muset vybrat mezi svými prioritami. Buď se smíří při výrobě elektřiny s jádrem nebo s fosilními zdroji a oxidem uhličitým.

Havárie ve Three Mile Island a Černobylu vedly ke stagnaci jaderné energetiky. Můj osobní názor je, že nyní tomu tak nebude. Situace je jiná. V té době byl velký počet nově postavených jaderných bloků. Zároveň nebyla tak silná opozice proti fosilním zdrojům a potenciál využití obnovitelných zdrojů nebyl tak vyčerpán. V současnosti je v každém případě řada reaktorů na konci svého funkčního období. A jak jsem ukázal, není moc variant, jak je nahradit. Protože však je rozhodování v této oblasti závislé na psychologických a politických aspektech a nezávisí pouze na racionálně podložených úvahách, připouštím, že se mohu mýlit. Navíc je třeba připomenout, že jedním z hlavních producentů jaderných technologií je právě Japonsko a problémy i zbrzdění v této oblasti v důsledku zemětřesení mohou mít dopad i na celkový vývoj jaderné energetiky ve světě.

V Řeži 23. 3. 2011