Olbrzymie dziury w ziemi

Na skraju ogromnego projektu wykopaliskowego, który jest wstępnym krokiem do budowy największej elektrowni jądrowej w Ameryce, Joshua Elkins stoi obok dwóch otworów o powierzchni 42 akrów w czerwonej glinie z Georgii. Elkins konserwuje sprzęt do robót ziemnych, który wykopywał te dziury, każdy o wielkości 15 boisk piłkarskich, 90 stóp w dół do skały macierzystej, a następnie skrupulatnie wypełniał je do około 50 stóp gruntem przetestowanym pod kątem utrzymania stabilności podczas trzęsienia ziemi. Pomagając położyć podwaliny pod dwa 1100-megawatowe reaktory, które buduje tutaj Southern Company, jego maszyny będą konturować ziemię zgodnie ze specyfikacjami skrupulatnie zmierzonymi przez GPS.

Zapłać brud: Rozpoczęto budowę pary dużych reaktorów jądrowych w zakładzie Vogtle należącym do Southern Company w Waynesboro w stanie Georgia.

Ostatnim razem, gdy ktokolwiek w Stanach Zjednoczonych wykonywał prace wykopaliskowe dla nowego reaktora jądrowego, Elkins, który w październiku skończył 27 lat, się nie urodził. Rzeczywiście, przełom dla tych zaprojektowanych przez Westinghouse reaktorów w elektrowni jądrowej Vogtle, 35 mil na południe od Augusty w stanie Georgia, stanowi pierwszą nową konstrukcję jądrową od lat 70. XX wieku. (Dwa istniejące reaktory w elektrowni rozpoczęły działalność komercyjną w 1987 i 1989 r.) Nieprawdopodobna koalicja dużych firm użyteczności publicznej, decydentów rządowych i ekologów zaniepokojonych globalnym ociepleniem miała nadzieję, że on i kilka innych dużych planowanych elektrowni w Stanach Zjednoczonych zaznaczą początek renesansu nuklearnego, z dziesiątkami nowych reaktorów budowanych w kraju i na świecie.

Ta historia była częścią naszego wydania z listopada 2010 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

I na pierwszy rzut oka okoliczności w końcu wydają się sprzyjać ekspansji energetyki jądrowej. Udostępniono około 18,5 miliarda dolarów federalnych gwarancji kredytowych, aby pokryć aż 80 procent kosztów budowy nowej fabryki, a program pożyczek może wkrótce zaoferować dziesiątki miliardów więcej. (Nowe reaktory Vogtle otrzymały w lutym 8,3 miliarda dolarów gwarancji kredytowych od Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych). Prezydent Obama, członkowie jego administracji i przywódcy republikanów wezwali do zwiększenia wykorzystania energii jądrowej w ramach długoterminowej strategii za zmniejszenie uzależnienia USA od paliw kopalnych. Również na modę na energię jądrową są tacy wpływowi technolodzy, jak założyciel Microsoftu Bill Gates ( zobacz pytania i odpowiedzi , wrzesień/październik 2010 ) i wieloletni ekolog Stewart Brand, który twierdził, że rozbudowa mocy jądrowych jest niezbędna do zaspokojenia rosnącego światowego zapotrzebowania na energię elektryczną przy użyciu bezemisyjnych źródeł energii.

Ale teraz renesans utknął w martwym punkcie – zarówno w Stanach Zjednoczonych, jak iw wielu innych częściach świata. Poza elektrownią Vogtle, jedyny amerykański projekt jądrowy, nad którym rozpoczęto prace na miejscu, znajduje się po drugiej stronie rzeki Savannah, niedaleko Jenkinsville w Karolinie Południowej, gdzie South Carolina Electric & Gas Company i South Carolina Public Service Authority planują dodanie dwóch reaktorów do istniejącego zakładu VC Summer. Chociaż w ciągu ostatnich kilku miesięcy o zatwierdzenie lokalizacji lub projektów reaktorów wystąpiło wiele innych przedsiębiorstw użyteczności publicznej, większość planów, w tym niektóre z najbardziej znanych przykładów, napotkała przeszkody. Przedsiębiorstwo energetyczne Exelon z siedzibą w Chicago, które jest największym operatorem nuklearnym w kraju, dysponującym 17 jednostkami, odłożył decyzję o budowie bliźniaczej elektrowni jądrowej w hrabstwie Victoria w Teksasie. Dwóch innych dużych dostawców energii jądrowej, NRG Energy i UniStar Nuclear Energy, odłożyło budowę od dawna planowanych elektrowni odpowiednio w południowym Teksasie i hrabstwie Calvert w stanie Maryland.

Pobierz infografikę w formacie PDF na temat energetyki jądrowej.

Problemy nie ograniczają się do Stanów Zjednoczonych: projekty są opóźnione w wielu krajach, które mają duże nadzieje na energetykę jądrową ( zobaczyć Ambicje nuklearne ). Na wyspie Olkiluoto w Finlandii powstaje pierwszy z nowej klasy reaktorów zaprojektowany przez francuskiego giganta energetycznego Areva. Rozpoczęto go w 2005 roku i miał być w służbie do 2009 roku; teraz szacunki to rok 2013. Drugi reaktor wykorzystujący projekt Arevy, który ma być ultraniezawodny i wyposażony w cztery nadmiarowe systemy bezpieczeństwa, jest budowany we Flamanville we Francji, ale wydaje się, że napotkał podobne problemy; jego docelowa data została przesunięta z 2012 na 2014 rok. W Japonii harmonogramy budowy dwóch zaawansowanych reaktorów z wrzącą wodą, najnowszego projektu General Electric i Hitachi, przesunęły się o rok. Chiny budują 24 reaktory i planują czterokrotnie zwiększyć moc do 2020 roku, ale obecnie są małym graczem, produkującym tylko 2 proc. energii elektrycznej z energii jądrowej.

Obecnie w Stanach Zjednoczonych działają 104 reaktory jądrowe, które dostarczają około 20 procent wytwarzanej energii elektrycznej. Wiele z nich zwiększyło swoją moc nawet o 20 procent, a większość działa przez ponad 90 procent czasu, czyli nieco więcej niż elektrownie węglowe lub gazowe io wiele więcej niż farmy wiatrowe czy słoneczne. Ale wszyscy się starzeją. Jay Apt, dyrektor wykonawczy Centrum Przemysłu Elektrycznego na Uniwersytecie Carnegie Mellon, mówi, że w miarę jak stare elektrownie przechodzą na emeryturę, a zapotrzebowanie na energię elektryczną rośnie, rola energii jądrowej może się w rzeczywistości zmniejszyć. Nie sądzę, by chodziło o to, czy elektrownie jądrowe będą w stanie udźwignąć większy ciężar, mówi. To raczej kwestia tego, czy elektrownie jądrowe będą w stanie dalej wspierać obecny udział. Nuclear będzie musiał działać bardzo szybko, aby pozostać na miejscu.

Zagadka kosztów

Chociaż debata na temat energii jądrowej często skupia się na drażliwych pytaniach o jej bezpieczeństwo i użyteczność jako bezemisyjnego źródła energii, przeszkodą w budowie większej liczby reaktorów w Stanach Zjednoczonych był po prostu koszt. Oczekuje się, że cena reaktorów Vogtle wyniesie od 12 do 14 miliardów dolarów, w zależności od tego, ile kosztuje właścicieli pożyczenie pieniędzy na budowę. Szacunki na 14 miliardów dolarów określają cenę elektrowni na około 6000 dolarów za kilowat (wystarczająca moc, aby utrzymać działający klimatyzator okienny). To znacznie więcej niż koszt innych rodzajów zakładów, niezależnie od tego, czy wykorzystują one paliwa odnawialne, czy kopalne. Budowa turbiny wiatrowej kosztuje około 2000 do 2500 dolarów za kilowat; w przypadku mocy opalanych gazem liczba ta wynosi tylko od 950 do 1175 USD. Zwolennicy argumentują, że pomimo wyższych kosztów kapitałowych elektrowni jądrowej, koszty te można odzyskać, aby z czasem energia jądrowa była tania: w końcu nowa elektrownia ma działać przez 60 lat, jej koszty operacyjne i koszty paliwa są stosunkowo niskie, oraz może działać niemal w sposób ciągły, w przeciwieństwie do elektrowni wytwarzających energię elektryczną ze źródeł odnawialnych. Problem polega na tym, że koszty porównawcze różnych paliw – a nawet względne koszty budowy, powiedzmy, elektrowni jądrowej i farmy wiatrowej – mogą się radykalnie zmienić, poddając te obliczenia w wątpliwość.

To, czy miliard dolarów na nowy reaktor jest mądrą inwestycją, zależy od złożonych i nieprzewidywalnych czynników: na przykład przyszłych kosztów paliw kopalnych i ewentualnej ceny nałożonej na emisje dwutlenku węgla w ramach polityki rządowej. W analizie z 2008 r. grupa Lazard zajmująca się zarządzaniem finansami i aktywami przyjrzała się licznym technologiom energetycznym i dla każdej z nich oszacowała uśredniony koszt energii, który uwzględnia oczekiwany czas życia generatora, szacowany koszt paliwa i wartość zainwestowanych pieniędzy w czasie. Analiza określiła cenę energii elektrycznej wytworzonej z energii jądrowej na 98 do 126 USD za megawatogodzinę; w przypadku wiatru oszacowano od 44 do 91 dolarów za megawatogodzinę, a dla gazu ziemnego od 73 do 100 dolarów za megawatogodzinę. Zakres w każdym zestawie liczb wskazuje na niepewność. Nowsze szacunki Administracji Informacji Energetycznej, oparte na różnych założeniach, dały bardziej optymistyczny scenariusz dla energii jądrowej, umieszczając jej koszt znacznie poniżej kosztów wiatru i innych źródeł odnawialnych i sprawiając, że wydaje się ona bardziej konkurencyjna w stosunku do paliw kopalnych ( zobaczyć Ambicje nuklearne, P. 64 ). Ale liczby Lazarda pokazują również, że elektrownie opalane gazem ziemnym mogą wytwarzać energię elektryczną już za 59 dolarów za megawatogodzinę, a elektrownie węglowe za 67 dolarów za megawatogodzinę, jeśli ceny tych paliw dalej spadną. Tak się składa, że ​​ceny gazu ziemnego są obecnie niskie, a ostatnio odkryto ogromne, dostępne rezerwy w USA ( patrz Gaz ziemny zmienia mapę energetyczną, listopad/grudzień 2009 ).

Atom na horyzoncie: Dwa nowe reaktory budowane w elektrowni Vogtle stanowią pierwszy od lat 70. przełom w elektrowni jądrowej w Stanach Zjednoczonych; dołączą do pary istniejących reaktorów, które działają od końca lat 80. XX wieku.

Tak więc z biegiem czasu energia jądrowa może, ale nie musi, produkować elektryczność taniej niż paliwa kopalne lub źródła odnawialne. Dla firm energetycznych wybór budowy elektrowni jądrowej jest więc decyzją niezwykle ryzykowną, zwłaszcza w trudnych finansowo czasach.

Nie jest przypadkiem, że oznaki życia branży w Stanach Zjednoczonych dotyczą głównie Południa, gdzie tak zwana regulacja kosztów usług gwarantuje pewien zysk. Po zakończeniu instalacji księgowi obliczają całkowitą kwotę, jaką przedsiębiorstwo zainwestowało w budowę i wyposażenie, pomniejszone o amortyzację. Ta podstawa stawki, wraz z wydatkami na paliwo, robociznę i konserwację, jest wykorzystywana do obliczenia kosztów świadczenia usług przez przedsiębiorstwo; stawka płacona przez klientów opiera się na tym koszcie powiększonym o autoryzowaną stopę zwrotu z inwestycji kapitałowych. W ten sposób większość ryzyka ponoszą klienci, a nie inwestorzy.

Jednak około połowa Stanów Zjednoczonych stosuje radykalnie odmienny model cenowy. Na przykład w Teksasie większość energii elektrycznej jest sprzedawana na codziennych aukcjach. Wszyscy wytwórcy otrzymują tę samą cenę za energię elektryczną; cena ta jest zwykle określana przez koszt gazu ziemnego wykorzystywanego w kilku ostatnich instalacjach potrzebnych do wygenerowania dziennej podaży. Exelon twierdzi, że obecna niska cena gazu ziemnego, około 4,50 USD za milion brytyjskich jednostek cieplnych (BTU), sprawiła, że ​​budowa nowej elektrowni jądrowej jest nie do pomyślenia. Nie mamy teraz odpowiedniego bodźca, mówi Christopher M. Crane, prezes i dyrektor operacyjny Exelon. Mówi, że aby nowa elektrownia jądrowa była opłacalna ekonomicznie, cena gazu ziemnego musiałaby się prawie podwoić, do 8 USD za milion BTU, a rządowy system limitów i handlu musiałby ustalić cenę emisji dwutlenku węgla wynoszącą 25 USD za tonę lub więcej.

Same ceny emisji dwutlenku węgla mogą natychmiast sprawić, że energia jądrowa stanie się o wiele bardziej atrakcyjna. Typowa elektrownia działająca na sproszkowanym węglu emituje prawie dwa funty dwutlenku węgla na kilowatogodzinę, więc podatek węglowy lub cena rynkowa 10 USD za tonę zanieczyszczenia węglem kosztowałoby tę elektrownię około pensa za kilowatogodzinę – co to dużo biorąc pod uwagę, że przeciętna kilowatogodzina kosztuje około 10 centów. Reaktor o mocy 1100 megawatów, działający przez 90% godzin w roku, zyskałby przewagę kosztową około 87 milionów dolarów rocznie za 10 dolarów ceny węgla, a niektórzy analitycy branżowi przewidują ceny 60 lub 80 dolarów za tonę, co oznacza przewagę kosztową setek milionów dolarów rocznie. Ale to wszystko jest nadal tylko teoretyczne, mówi Carnegie Mellon's Apt. Nie mamy ustawy klimatycznej, a teraz istnieje duża niepewność, czy kiedykolwiek będziemy mieli – zaznacza.

Niemniej jednak niektórzy obserwatorzy uważają, że jeśli chcemy osiągnąć energię niskoemisyjną i zastąpić pojazdy napędzane benzyną i olejem napędowym samochodami elektrycznymi, ostatecznie i nieuchronnie będziemy potrzebować energii jądrowej. Przemysł jądrowy z pewnością został dotknięty krachem finansowym i ogólnoświatową recesją, mówi Brian D. Wirth, profesor obliczeniowej inżynierii jądrowej na Uniwersytecie Tennessee. Przewiduje jednak, że popyt na energię elektryczną i cena gazu ziemnego zmniejszą się w ciągu trzech do pięciu lat, tworząc nowe otwarcie dla energii jądrowej.

Wymyślanie mniejszych

Ponieważ znaczna część wysokich kosztów – i ryzyka finansowego – energii jądrowej jest związana z kosztami budowy dużych elektrowni, jedną oczywistą receptą jest zastosowanie mniejszych reaktorów i konstrukcji modułowych. Chociaż wykazywałyby wyższe koszty na kilowat mocy, mniejsze elektrownie mogą stanowić znacznie mniejsze ryzyko finansowe i znacznie większą elastyczność dla zakładów użyteczności publicznej, które muszą dostosowywać się do zmieniającego się zapotrzebowania na energię elektryczną.

Niektóre projekty już zmierzają do produkcji. NuScale Power, firma z Corvallis w stanie Oregon, opracowała plan jednostki modułowej o wymiarach 60 na 14 stóp i wadze 300 ton – wystarczająco małej, aby można ją było przewozić koleją lub barką. Instalacja może składać się z jednej jednostki lub do 24, z których każda generuje zaledwie 45 megawatów. Firma twierdzi, że w przypadku awarii lub nieoczekiwanego wyłączenia ciepło jest odprowadzane przez naturalny obieg, więc nie są wymagane żadne pompy i zawory awaryjne – a w najgorszym przypadku żadna pojedyncza jednostka nie może wyemitować wystarczającej ilości promieniowania, która wymagałaby planu do ewakuacji okolicy.

Pieniądze: Budowa Vogtle 3 i 4 będzie kosztować od 12 do 14 miliardów dolarów. Początkowe etapy procesu obejmują kopanie otworów pod fundament i ponowne ich wypełnianie zgodnie z dokładnymi specyfikacjami mierzonymi przez GPS.

Babcock & Wilcox, gigantyczna firma budowlano-inżynieryjna z siedzibą w Charlotte w Północnej Karolinie, ma inny modułowy projekt dla 125-megawatowego reaktora. Zostałby zbudowany w fabryce i wysłany do podziemnego silosu, zmniejszając ryzyko udanego ataku terrorystycznego. Reaktor działałby przez cztery lata bez konieczności uzupełniania paliwa, co jest około dwukrotnie dłuższym cyklem, jaki jest obecnie powszechny.

Plany te reprezentują coś, czego przemysł nie widział od dziesięcioleci: inżynierowie z sektora prywatnego, którzy myślą, że mogą zarabiać pieniądze, będąc przedsiębiorczymi dzięki nowym projektom reaktorów. Per F. Peterson, profesor inżynierii jądrowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, mówi, że wiąże duże nadzieje z mniejszymi reaktorami, częściowo dlatego, że każdy z nich stanowi mniejsze ryzyko dla inwestorów chcących zaryzykować coś nowego. Mówi, że bariery i trudności związane z pierwszym ruchem są znacznie mniejsze w przypadku małego reaktora modułowego.

Rozpadające się perspektywy

W zakładzie w Vogtle, w rozległym szeregu tymczasowych przyczep biurowych, David Jones nadzoruje budowę nowych reaktorów. Jones, 30-letni weteran w Southern Company, który wcześniej pełnił funkcję wiceprezesa ds. inżynierii sześciu istniejących reaktorów, rozpoczął karierę w przemyśle jądrowym w połowie lat 70., używając taśmy mierniczej, aby upewnić się, że stalowe pręty zbrojeniowe główny budynek pomocniczy w zakładzie Bellefonte 1 należącym do Tennessee Valley Authority miał odpowiednią grubość i odległość od siebie. Jego marzeniem była pomoc TVA w budowie elektrowni jądrowych w górę iw dół rzeki Tennessee. Ale budowa Bellefonte została wstrzymana pod koniec lat 80-tych. TVA nie oszacowała swoich kosztów i przeszacowała zarówno zapotrzebowanie na energię elektryczną, jak i zdolność do zarządzania projektami jądrowymi.

Obecnie Jones jest całkiem świadomy, że parada planowanych projektów nuklearnych za nim zniknęła. Ale, jak mówi, ktoś musi być pierwszy, a my jesteśmy pierwsi. Twierdzi, że jeśli Południowa Kompania może udowodnić, że [energetyka jądrowa] jest realną opcją, kończąc pracę zgodnie z harmonogramem i budżetem, inni pójdą w jej ślady.

Nie wszyscy są tacy pewni. Richard Lester, przewodniczący wydziału nauki i inżynierii nuklearnej w MIT, mówi, że nie ma pewności, czy sukces na miejscu w Georgii i innych planowanych elektrowniach jądrowych wystarczyłby, aby zachęcić do odrodzenia się energii jądrowej w tym kraju. Wskazuje, że te wczesne elektrownie otrzymają szeroką pomoc rządową, która prawdopodobnie nie będzie dostępna dla przyszłych następców. Pytanie brzmi, czy można dostrzec drogę od tych kilku pierwszych zbudowanych w całkiem wyjątkowych okolicznościach – prawdopodobnie nietrwałych okolicznościach, jeśli chodzi o wsparcie rządu, mówi. Patrząc z szerszej perspektywy, tak naprawdę liczy się tutaj to, czy uda nam się uzyskać do 300 czy 400 [roślin]. Dodaje: Nawet gdyby udało się zbudować w USA trzy, cztery lub pięć nowych elektrowni jądrowych, pytanie zawsze brzmiało: no cóż, co wtedy? To pytanie jest nadal bardzo aktualne.

Severin Borenstein, współdyrektor Instytutu Energetyki w Haas School of Business na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, obwinia za przestój brakiem uchwalenia przepisów dotyczących zagrożenia zmianami klimatycznymi.

Trudno w tym momencie być bardzo optymistycznym, mówi Borenstein o perspektywach dla przemysłu jądrowego. Pierwotnym impulsem do renesansu jądrowego było to, że energia jądrowa byłaby tania i niskoemisyjna. Okazuje się, że nie jest tak tani, jak twierdzili zwolennicy, a elektorat okazuje się nie dbać tak bardzo o niskoemisyjność. Ta idea, że ​​era węgla się skończyła, nie jest prawdziwa.

Matthew L. Wald jest reporterem New York Times . Często zajmuje się przemysłem jądrowym.

ukryć