ΘΕΜΑ : Οικονομοτεχνική μελέτη εγκατάστασης πυρηνικού σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στον ελληνικό χώρο

Transcript

1 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Καβάλας ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΘΕΜΑ : Οικονομοτεχνική μελέτη εγκατάστασης πυρηνικού σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στον ελληνικό χώρο ΣΠΟΥΔΑΣΤΕΣ: Καλανδράνης Γεώργιος ΑΕΜ 4424, Ράντος Κωνσταντίνος ΑΕΜ 4304 ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Στεργίδης Κωνσταντίνος Καβάλα 2014

2 Περιεχόμενα Πρόλογος 3 Ιστορική αναδρομή 4 1. Το ενεργειακό πρόβλημα παγκοσμίως 6 2. Ενεργειακή ζήτηση 8 3. Η διάδοση των πυρηνικών σήμερα Χρήσεις της πυρηνικής ενέργεια Πυρηνικοί σταθμοί παραγωγής Πυρηνικός αντιδραστήρας Εφαρμογές Πυρηνικά όπλα Διαχείριση των ραδιενεργών καταλοίπων Πολιτικές διαχείρισης Οριστική εναπόθεση Οικονομοτεχνική Μελέτη Ενεργειακών Πηγών Ατμοηλεκτρικοί σταθμοί Φυσικό αέριο Λιγνίτης Θερμικοί Σταθμοί Μηχανών Εσωτερικής Καύσης (Μ.Ε.Κ.) Φωτοβολταϊκά Συστήματα Υδροηλεκτρική Ενέργεια Τεχνική περίληψη Σύγκριση διαφόρων πηγών ενέργειας Το ανυπολόγιστο κόστος της πυρηνικής ενέργειας Ασφάλεια αντιδραστήρων Πυρηνικά κατάλοιπα Ασφάλεια αντιδραστήρων Αντιδραστήρες εν λειτουργία Πρώτη γενιά Δεύτερη γενιά Τρίτη γενιά Τέταρτη γενιά Απόβλητα Μελέτη για την ελληνική προοπτική Η πρώτη ύλη, το ουράνιο στην Ελλάδα Χωροθέτηση πυρηνικών αντιδραστήρων Ενδεχόμενη εγκατάσταση πυρηνικού σταθμού στην Ελλάδα Οικονομική ανάλυση Διαπιστώσεις-Συμπεράσματα 71 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 1 Πυρηνικά ατυχήματα που σημάδεψαν το περιβάλλον και τους ανθρώπους 73 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 2 Ουράνιο 77 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3 Πυρηνικό Καύσιμο 80 Βιβλιογραφία πηγές 88 2

3 Πρόλογος Αυτή η εργασία γράφτηκε από τους σπουδαστές Καλανδράνη Γεώργιο και Ράντο Κωνσταντίνο το 2014, ένα έτος σταθμό στη χώρα μας όσον αφορά την κρίση, που όπως όλα δείχνουν από εδώ θα ξεκινήσει είτε η ανάκαμψη είτε η ολίσθηση της ελληνικής οικονομίας. Ενώ όλες οι έρευνες δείχνουν την μεγάλη συγκέντρωση του πετρελαίου στην πατρίδα μας, είναι εμφανής η εκμετάλλευση των ορυκτών καυσίμων στο μέλλον. Αυτό θα δημιουργήσει αυξημένες γεωτρήσεις με αποτέλεσμα την μαθηματική εξάντληση του πετρελαίου μακροπρόθεσμα. Στόχος της εργασίας αυτής είναι να μελετήσει το πόσο συμφέρουσα οικονομικά είναι η κάθε μορφής ενέργεια και το κάθε ορυκτό καύσιμο, με έμφαση στο ουράνιο, σε συνάρτηση πάντα με τους κινδύνους που καραδοκούν στη χρήση του. Έπειτα από τα σχετικά πρόσφατα περιστατικά στη fukosima, ο κόσμος άρχισε να βλέπει διαφορετικά την πυρηνική ενέργεια, η οποία, ενώ υποσχόταν πολλά, αποδείχτηκε ότι έκρυβε και πολλά προβλήματα πίσω από τα υπέρλαμπρα φώτα που μας έφερε. Αυτό που είναι ευχής έργον είναι για τον αναγνώστη να αποκομίσει μια πλήρη εικόνα για όλες τις μορφές ενέργειας για τα θετικά και τα αρνητικά τους και να κρίνει ο ίδιος για το εάν είναι ορθό να χρησιμοποιούμε ακόμα πυρηνικούς σταθμούς η να τους αλλάξουμε με ανανεώσιμες μορφές ενέργειας. Ή ακόμα και να θεσπίσουμε τα ανώτατα όρια ασφαλείας για μια σωστότερη λειτουργία. Επιπροσθέτως, σε αυτή την εργασία προσθέσαμε τρία παραρτήματα σύμφωνα με τα οποία μπορεί ο αναγνώστης να πληροφορηθεί σχετικά με τα Πυρηνικά ατυχήματα που σημάδεψαν το περιβάλλον και τους ανθρώπους, με το ουράνιο και με τον κύκλο του πυρηνικού καυσίμου. Ακόμα η ελπίδα μας είναι να καταφέρουμε κάποια στιγμή σαν ανθρωπότητα να ξεφύγουμε από τη λογική του να καίμε έτοιμες πρώτες ύλες και ορυκτά και να περάσουμε στην εποχή της σύντηξης του υδρογόνου και άλλων πιο αποδοτικών μορφών ενέργειας. 3

4 1932: James Chadwick-ανακάλυψη νετρονίου Ιστορική αναδρομή 1933: Ζεύγος Curie ανακάλυψη τεχνητής ραδιενέργειας βομβαρδίζοντας υλικά με σωμάτια α 1934: Εnrico Fermi και η ομάδα του: βομβαρδισμός ουρανίου με νετρόνια 1938: Otto Hahn, Frich Strassman, Lise Meitner: ανακάλυψη του στοιχείου βαρίου σαν προϊόν του βομβαρδισμού του ουρανίου με νετρόνιο 1939: Lise Meitner και Frich Otto θεωρητική εξήγηση της σχάσης 1942: Έναρξη του σχεδίου Manhattan από τα πανεπιστημιακά εργαστήρια των Columbia, Berkeley και Chicago (Oppenheimer, Bohr, Chadwick, Fermi). 1942(2 Δεκεμβρίου): Πρώτη ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση και λειτουργία του πρώτου πυρηνικού αντιδραστήρα Chicago Pile-1 από Fermi στο Chicago 1945(16 Ιουλίου): Δημιουργία της πρώτης πυρηνικής βόμβας Trinity έκρηξη στο Alomogordo (Los Alamos) 1945 (6 Αυγούστου): Ρίψη πυρηνικής βόμβας ουρανίου (Little boy) στη Χιροσίμα 1945 (9 Αυγούστου): Ρίψη πυρηνικής βόμβας πλουτωνίου (Fat man) στο Ναγκασάκι. 1956: Σύσταση Διεθνούς Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας 1986: Τσερνόμπυλ, έκρηξη στη μονάδα : Ατύχημα στο σταθμό επεξεργασίας πυρηνικών αποβλήτων Kysthym (Ρωσία) 1957: Διαρροή ραδιενεργών υλικών στο Windscale (M. Βρετανία) 1979: Μερική τήξη του πυρήνα του αντιδραστήρα στον πυρηνικό σταθμό Three-Mile Island (ΗΠΑ) 4

5 1980: Ζημιές στις πυρηνικές εγκαταστάσεις στο Saint Laurent (Γαλλία) 2011: Πυρηνικό ατύχημα στη Fukushima I (Ιαπωνία) 5

6 1. Το ενεργειακό πρόβλημα παγκοσμίως Η Κοινωνία της Αφθονίας αρχίζει να διαγράφει μία προοπτική για την Κοινωνία της Δυστυχίας. Στο μέλλον ο άνθρωπος ίσως τρέφεται με τ' απορρίμματα του παρόντος, αν φυσικά εξαντληθεί το φυσικό κεφάλαιο της γης. Οι οικονομολόγοι λένε ότι για να δώσουμε την πλαναίσθηση της ευημερίας τρώμε το ψωμί του μέλλοντος. Οι διαρκώς αυξανόμενες καταναλωτικές τάσεις των ανθρώπων και ο ανταγωνισμός μεταξύ των κρατών οδηγούν σε μια βαθμιαία εξάντληση των φυσικών πόρων της γης. Παίρνουμε από αυτή πολύ περισσότερα απ' όσα έχουμε ανάγκη και απ' όσα μπορεί να μας δώσει. Έτσι μπροστά μας διανοίγεται η ζοφερή προοπτική να εξαντλήσουμε πολύ γρήγορα το φυσικό κεφάλαιο της γης. Τα περισσότερα και τα βασικότερα για, τη ζωή του ανθρώπου ορυκτά θα εξαφανιστούν πολύ σύντομα, αν συνεχιστεί με τον ίδιο ρυθμό η εκμετάλλευσή τους. Εξίσου δυσμενείς είναι οι προοπτικές για τα ορυκτά καύσιμα. Η διαδικασία σχηματισμού των καυσίμων αυτών είναι εξαιρετικά αργή. Στην ουσία πρόκειται για πηγές που δεν ανανεώνονται. Γι' αυτό δεν πρέπει να σπαταλάμε άσκοπα αυτά τα δώρα που μας χάρισαν εκατομμύρια αιώνες. Οι επιστήμονες υπολογίζουν ότι το πετρέλαιο, αν συνεχιστεί με το σημερινό ρυθμό η ανέλκυσή του, θα εξαφανιστεί μέσα σε πενήντα χρόνια. Το τι σημαίνει αυτό μπορούμε να καταλάβουμε, αν μελετήσουμε τις συνέπειες και την αναστάτωση που προκλήθηκαν στη διεθνή οικονομία από την απότομη αύξηση της τιμής του μετά το Ούτε μπορούμε να στηριχτούμε αποκλειστικά στους γαιάνθρακες και στα γαιαέρια για την παραγωγή ενέργειας, γιατί και αυτά θα εξαντληθούν μέσα σε 150 χρόνια. Υπάρχει βέβαια η υδροηλεκτρική ενέργεια, αλλ' αυτή προς το παρόν καλύπτει μόνο το 10% της παγκόσμιας ενέργειας. Προοπτικές υπάρχουν για την αξιοποίηση του θαλάσσιου κυματισμού και της ηλιακής ενέργειας. Ολ' αυτά όμως βρίσκονται ακόμη στο στάδιο του πειραματισμού. Ίσως την έσχατη λύση δώσει η ατομική ενέργεια. Σήμερα, λόγω κόστους, έχει περιορισμένη διάδοση στις ειρηνικές εφαρμογές. Ελπίζεται όμως ότι ώσπου να εξαντληθούν τα ορυκτά καύσιμα η επιστήμη θα έχει λύσει το ενεργειακό πρόβλημα με την ατομική σύντηξη. Αλλά μέχρι να γίνει αυτό, πρέπει στη σκέψη και στις σχέσεις των λαών να πρυτανεύσει μια νέα οικονομική πολιτική, μια πολιτική οικονομίας και όχι σπατάλης. Η σπατάλη μπορεί να καταπολεμηθεί με το να αρκεστεί ο άνθρωπος στις πραγματικές του ανάγκες και με το ν' αυξηθεί η διάρκεια ζωής των προϊόντων. Δεν είναι σωστό ν' αντικαθιστούμε το παλαιό χωρίς να έχει καταστραφεί. Επίσης προτείνεται μια γενική ανακύκλωση, έτσι που ό,τι έχει από τη χρήση αχρηστευτεί να μην πετιέται αλλά να χρησιμοποιείται σε άλλη φάση παραγωγής. Όλα αυτά μαζί με τη συνεχή πρόοδο της επιστήμης θα δώσουν στο μέλλον τη λύση και στο ενεργειακό πρόβλημα και στο πρόβλημα της εξάντλησης των φυσικών πόρων της γης. Αρκεί μόνο ο άνθρωπος να σκέπτεται πως ό, τι μπορεί βραχυπρόθεσμα να μας ωφελήσει, μακροπρόθεσμα μπορεί να μας καταστρέψει. 6

7 Πίνακας 1.1 Διάρκεια ζωής ορυκτών σε χρόνια Ορυκτά Χρόνια Βωξίτης 142 Χαλκός 48 Σιδηρομεταλλεύματα 280 Μόλυβδος 26 Υδράργυρος 19 Νικέλιο 141 Φωσφορούχα πετρώματα 520 Κασσίτερος 25 Ουράνιο 20 Ψευδάργυρος 15 7

8 2. Ενεργειακή ζήτηση Ο παρακάτω πίνακας μας δείχνει πως όσο αυξάνεται και ο πληθυσμός τόσο αυξάνεται και η ζήτηση ενέργειας, αυτό όμως ισχύει για τα 3 δισεκατομμύρια όπου από εκεί και πέρα η αύξηση μειώνεται πάλι, εξαιτίας του τι οι πόροι δεν φτάνουν για όλους και έχει φτάσει σε όριο η παραγωγή ενέργειας. Πίνακας 2.1 Συσχετισμός πληθυσμού και ενέργειας χρονιά πληθυσμός Ποσοστό αύξησης ανά χρόνο δισεκατομμύριο 1.0% δισεκατομμύρια 1.0% δισεκατομμύρια 1.7% δισεκατομμύρια 2.0% δισεκατομμύρια 1.8% δισεκατομμύρια 1.7% δισεκατομμύρια 1.3% δισεκατομμύρια 1.2% Παρακάτω βλέπουμε κάποια διαγράμματα τα οποία μας καταδεικνύουν την ζήτηση που έχει ο πλανήτης για ενέργεια στο πέρασμα του χρόνου και κατά πόσο τις καλύπτει από τις διάφορες μορφές ενέργειας που παράγει. 8

9 Εδώ βλέπουμε πως από το 70 μέχρι το 2030 (εκτιμώμενα) υπάρχει μια σταθερή αύξηση για την χρήση της βιομάζας, ενώ για τα υδροηλεκτρικά εργοστάσια υπάρχει σταθερότητα εξαιτίας των συγκεκριμένων πόρων, ομοίως και για τα πυρηνικά εργοστάσια έχουμε αύξηση της χρήσης τους όπως και για το φυσικό αέριο, τα ορυκτά και το πετρέλαιο, ειδικά αυτές οι τρεις τελευταίες κατηγορίες είναι οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες και οι πιο ραγδαία δαπανώμενες. 9

10 Εδώ βλέπουμε την κατανάλωση ενέργειας από διάφορες ηπείρους, τόσο για τις ανανεώσιμες μορφές όσο και για τις μη ανανεώσιμες μορφές ενέργειας. Παρατηρούμε πως η Ευρώπη έχει τάσεις σταθεροποιητικές η λατινική Αμερική παρουσιάζει σταθερότητα ενώ η Κίνα παρουσιάζει αυξητικές τάσεις. Τα ίδια φαίνονται και στον χάρτη παραπάνω. 10

11 Εδώ παρατηρούμε την ζήτηση ενέργειας παγκόσμια ανάλογα με την μορφή ενέργειας. Τα πρωτεία κρατά το πετρέλαιο με αυξητικές τάσεις και τα ορυκτά καύσιμα με την μεγαλύτερη αύξηση, το φυσικό αέριο ακολουθεί με μικρότερες σχετικά τάσεις, ενώ με μικρή αύξηση έχουμε τα πυρηνικά καύσιμα και τις ανανεώσιμες μορφές ενέργειας. Συνοψίζοντας εξάγουμε τα δυο εξής συμπεράσματα πρώτον γιατί φαίνονται από τα επιστημονικά στοιχεία καταναλώσεως ενέργειας και δεύτερον γιατί σ` αυτά συμπίπτουν οι γνώμες σχεδόν όλων των επιστημόνων και ειδικών παγκοσμίως. 1ο Με το σημερινό τεχνολογικό επίπεδο και εάν δεν υπάρξουν δραματικής εντάσεως νέες ανακαλύψεις στη Φυσική, που προς το παρόν δεν διακρίνονται στον ορίζοντα, οι ΑΠΕ δεν είναι δυνατόν να αναλάβουν μεγαλύτερο ενεργειακό βάρος από 15-20% στο ενεργειακό ισοζύγιο μιας χώρας. 2ο Θα υπάρξει ένα διάστημα της τάξεως των ετών από την εκδήλωση της κρίσεως του πετρελαίου, που τοποθετείται περί το 2020 αν όχι νωρίτερα, μέχρις ότου καρποφορήσουν οι προσπάθειες για μόνιμη λύση του ενεργειακού, είτε με σύντηξη πυρήνων, είτε με ευρεία χρήση υδρογόνου ως καυσίμου, είτε τέλος με κάποια άλλη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Επανερχόμενοι στα γνωστά κοιτάσματα πετρελαίου στη γη μπορούμε να αναφέρουμε ότι κάποιες από τις σημερινές πετρελαιοπαραγωγές χώρες του κόσμου έχουν ήδη υπερβεί την μέγιστη 11

12 απόδοσή τους και εντός μιας δεκαετίας περίπου εκτιμάται ότι τα αποθέματά τους θα βαίνουν προς εξάντληση. Αυτό ισχύει για το πετρέλαιο των ΗΠΑ, της Βόρειας Θάλασσας, του Καναδά, της Ρωσίας και (κάτι πιο δυσοίωνο) της Κίνας. Τα μόνα κοιτάσματα που φαίνεται ότι θα διαρκέσουν πενήντα ή περισσότερα χρόνια είναι εκείνα του Ιράκ, του Ιράν, της Σαουδικής Αραβίας, των Ηνωμένων Αραβικών Εμιράτων και του Κουβέιτ. 12

13 3. Η διάδοση των πυρηνικών σήμερα Σήμερα 31 χώρες διαθέτουν συνολικά 439 πυρηνικούς αντιδραστήρες σε λειτουργία παράγοντας το 14% του ηλεκτρισμού του κόσμου. Η Γαλλία, χάρη στους 58 αντιδραστήρες της αναδεικνύεται πρωταθλήτρια στον τομέα (ποσοστό ενεργειακής κάλυψης 78%). Για να τους «κινήσει» καταναλώνει περίπου τόνους ουρανίου καυσίμου το χρόνο. Σε όλο τον κόσμο κατασκευάζονται γύρω στους 64 αντιδραστήρες, οι 26 εκ των οποίων στην Κίνα, με δεύτερη τη Ρωσία με 10, και τρίτη την Ινδία με 6. Αρκετές ακόμα χώρες διαθέτουν πυρηνικούς αντιδραστήρες μικρής ισχύος για ερευνητικούς σκοπούς. Ανάμεσά τους η Ελλάδα με τον αντιδραστήρα ισχύος 5ΜW στο Κέντρο Έρευνας «Δημόκριτος». Πιο συγκεκριμένα για Ευρώπη έχουμε. Βέλγιο 7 (πιό γνωστά του Doel και Tihange) Βουλγαρία 2 Τσεχία 6 (Temelin 1 κ Dukovany 1) Φινλανδία 4 (TVO 1 κ Loviisa 1) Ουγγαρία 4 (Paks 1) Ολλανδία 2 (Dodewaard κ Borssele) Σουηδία 10 (Forsmark 1, Agesta, Oskarshamn 1, Barsebaeck 1, Ringhals 1) Ελβετία 5 (Beznau, Muehleberg, Goesgen, Leibstadt) 13

14 Ρουμανία 2 (Cernavoda 1) Σλοβακία 4 (Bohunice 1 κ Mochovce 1) Σλοβενία 1 (Krsko) Ισπανία 8 (Santa Maria de Garona, Asco 1 & 2, Almaraz NPP, Cofrentes, José Cabrera, Trillo, Vandellòs 2) Ουκρανία 15 (Zaporozhye 1, Khmelnitskiy 1, South Ukraine 1, Rovno 1, Chernobyl 1) Γερμανία 17 (Unterwesel, Brunsbuettel, Brokdorf, Stade, Kruemmel, Emsland, Grohnde, Grafenrheinfeld KKG, Kahl, Biblis A, Obrigheim, Philippsburg 1, Gundremmingen B, Isar 1) Ηνωμένο Βασίλειο 19(Bradwell 1, Calder Hall 1, Chapelcross 1, Dungeness B Power Station, Hartlepool Power Station, Heysham Power Station Stage 1, Hunterston B1, Hinkley Point B Power Station, Oldbury Power Station, Sizewell B Power Station, Wylfa 1) Ρωσία 32 Γαλλία 58 (Belleville, Blayais, Brennilis NPP, Bugey, Cattenom, Chinon, Chooz, Civaux, Cruas, Dampierre, Fessenheim, Flamanville, Golfech, Gravelines, Marcoule, Nogent) Σύνολο 196 Πυρηνικοί Αντιδραστήρες με 19 ακόμα να είναι υπό κατασκευή. 14

15 Εδώ βλέπουμε την θέση στο χάρτη των πυρηνικών σταθμών στην Ευρώπη Εδώ βλέπουμε την θέση στο χάρτη των πυρηνικών σταθμών στον κόσμο 15

16 4. Χρήσεις της πυρηνικής ενέργειας Πυρηνικοί σταθμοί παραγωγής είναι θερμικοί σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από πυρηνικό αντιδραστήρα. Με τη διάσπαση του πυρηνικού καυσίμου, δημιουργείται θερμότητα που παράγει ατμό ο οποίος κινεί μια στροβιλογεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος. Το 1956 στην Αγγλία ένα πολύ σημαντικό βήμα στην παραγωγή του ηλεκτρισμού. Εγκαινιάστηκε από τη βασίλισσα Ελισάβετ Β, ο πρώτος πυρηνικός σταθμός παραγωγής ηλεκτρισμού στο Calder Hall, στον οποίο χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά η ενέργεια του ατόμου για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Ο σταθμός αυτός λειτουργεί μέχρι σήμερα, μαζί με εκατοντάδες πλέον άλλους σε όλον τον κόσμο. Το στοιχείο που χρησιμοποιείται ως καύσιμο στους πυρηνικούς αντιδραστήρες είναι το ουράνιο 235. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης το ουράνιο υπερθερμαίνεται. Το ψυκτικό μέσο (υγρό ή αέριο) που κυκλοφορεί στον αντιδραστήρα, απορροφά την παραγόμενη θερμότητα και θερμαίνει το νερό ενός λέβητα. Ο ατμός που παράγεται κινεί τους στροβίλους και μέσω αυτών και τις γεννήτριες παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος. Στη χώρα μας πυρηνικός αντιδραστήρας λειτουργεί στο ερευνητικό κέντρο ``Δημόκριτος``. Πυρηνικός αντιδραστήρας είναι μια διάταξη με την οποία λαμβάνουμε ενέργεια από ελεγχόμενη αλυσωτή αντίδραση. Το κύριο μέρος του πυρηνικού αντιδραστήρα είναι το πυρηνικό καύσιμο, που μπορεί να είναι το ουράνιο 235 ή ένα άλλο σχάσιμο υλικό με μάζα μεγαλύτερη από την κρίσιμη. Δε γίνεται όμως πυρηνική έκρηξη, επειδή, όπως θα παρατηρήσουμε χρησιμοποιούνται ράβδοι καδμίου, που απορροφούν μερικά νετρόνια. Για την παραγωγή τω πρώτων νετρονίων χρησιμοποιείται, συνήθως, ένα κομμάτι βηρυλλίου. Ακόμα η ταχύτητα της αντίδρασης είναι τόσο μικρότερη όσο βαθύτερα μπαίνουν οι ράβδοι. Για την προστασία του προσωπικού από την ακτινοβολία που εκπέμπεται, ο πυρηνικός αντιδραστήρας θωρακίζεται με πλάκες μολύβδου. Στους μικρούς, όμως, αντιδραστήρες για την θωράκιση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί νερό. Εφαρμογές Ο πυρηνικός αντιδραστήρας βρίσκει πολλές εφαρμογές: 1)Στην παραγωγή τεχνητών ραδοϊσοτόπων. 2)Στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. 3)Στην κίνηση υποβρηχίων, παγοθραυστικών, κτλ. Πίνακας4.1 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Πυρηνική ενέργεια Πλεονεκτήματα Αφθονία πρώτης ύλης Μεταφορά πρώτων υλών Μειονεκτήματα Απόβλητα Κίνδυνος εξάπλωσης πυρηνικών όπλων Ραδιενέργεια από λειτουργία και ατυχήματα 16

17 Πυρηνικά όπλα Τα πυρηνικά όπλα, τα χημικά όπλα, τα βιολογικά όπλα και τα όπλα εξασθενημένου ουρανίου είναι όλα όπλα με σοβαρές βλαπτικές συνέπειες στους ανθρώπους και το περιβάλλον. Επιπλέον, αυτές οι συνέπειες διατηρούνται πολύ μετά το τέλος του πολέμου. Για παράδειγμα, το εξασθενημένο ουράνιο μπορεί να προκαλέσει θανάτους και σοβαρές ασθένειες, αναπηρίες και γενετικές ανωμαλίες, πολλά χρόνια μετά τη χρήση του στον πόλεμο. Διατηρείται στο έδαφος, στα υπόγεια ύδατα και στην ατμόσφαιρα για πολλές γενεές, καθιστώντας ακατάλληλο για πόση το νερό και άχρηστη για καλλιέργειες τη γη. Σύμφωνα με επίσημα ντοκουμέντα της κυβέρνησης των ΗΠΑ, οι βραχυπρόθεσμες συνέπειες υψηλών δόσεων εξασθενημένου ουρανίου μπορεί να οδηγήσουν σε θάνατο, ενώ η μακροπρόθεσμη κατάληξη μικρών δόσεων είναι ο καρκίνος. Όπως αποκαλύφθηκε από έγγραφα του Πενταγώνου, τα οποία δημοσιεύθηκαν με βάση το νόμο περί Ελευθερίας της Πληροφόρησης, η Ελλάδα βρίσκεται μεταξύ ορισμένων μικρών κρατών, στα οποία πούλησαν οι ΗΠΑ αυτά τα όπλα (The Nation, ). Μπορούμε, λοιπόν, να είμαστε ήσυχοι. Έχουμε κι εμείς αυτά τα απαγορευμένα και απάνθρωπα όπλα, δίπλα στην Τουρκία, το Κουβέιτ, την Ταϊλάνδη, την Ταϊβάν, το Μπαχρέιν, το Ισραήλ, τη Σαουδική Αραβία, την Κορέα, και ορισμένες άλλες χώρες που δεν αποκαλύπτονται για λόγους εθνικής ασφάλειας των ΗΠΑ. 17

18 5. Διαχείριση των ραδιενεργών καταλοίπων Ραδιενεργά κατάλοιπα θεωρούνται τα υλικά που περιέχουν αξιόλογη ποσότητα ραδιενεργών ισοτόπων, έχουν προκύψει από χρήση ραδιενεργών υλικών και, μετά από αυτήν τη χρήση δεν θεωρούνται πλέον χρήσιμα. Διακρίνονται σε χαμηλού επιπέδου, ενδιάμεσου επιπέδου και υψηλού επιπέδου κατάλοιπα, με κριτήρια την ποσότητα και το είδος της ραδιενέργειας, καθώς και τους αναμενόμενους χρόνους επιβίωσης των ραδιενεργών ισοτόπων που περιέχουν. Υπενθυμίζεται ότι βασικό χαρακτηριστικό της ραδιενέργειας είναι ότι μειώνεται με την πάροδο του χρόνου. Τα ραδιενεργά ισότοπα καταλήγουν εν τέλει, μέσω της διάσπασης, σε ευσταθή μη ραδιενεργά ισότοπα. Χαμηλού επιπέδου κατάλοιπα παράγονται από τις εφαρμογές της πυρηνικής τεχνολογίας στην υγεία, στα ερευνητικά και άλλα εργαστήρια και τη βιομηχανία, καθώς και από την πυρηνική βιομηχανία. Συνίστανται από χαρτιά, εργαλεία, μπουκάλια, ρουχισμό, φίλτρα και άλλα, τα οποία περιέχουν μικρές ποσότητες κυρίως βραχύβιων ραδιοϊσοτόπων. Η διαχείρισή τους δεν είναι επικίνδυνη, αλλά η απόρριψή τους στο περιβάλλον πρέπει να γίνεται με περισσότερη προσοχή σε σχέση με τα κοινά απορρίμματα. Ενδιάμεσου επιπέδου κατάλοιπα είναι αυτά που περιέχουν μεγαλύτερες ποσότητες ραδιενέργειας και που, ενδεχομένως, χρειάζονται θωράκιση. Περιλαμβάνουν ραδιενεργά υλικά, π.χ. ρητίνες, χημικά υγρά, εξαντλημένες ραδιενεργές πηγές από ιατρικές και βιομηχανικές χρήσεις, αντικείμενα από αντιδραστήρες και άλλα. Τέτοια κατάλοιπα ενδέχεται να κλεισθούν σε θωράκιση τσιμέντου ή, αν πρόκειται για υγρά, να εμποτιστούν σε τσιμέντο πριν από τη φύλαξη, ή την εναπόθεση σε επιβλεπόμενους χώρους. Υψηλού επιπέδου κατάλοιπα θεωρούνται τα μεγάλης ραδιενέργειας προϊόντα της σχάσης και κάποια βαρέα μακρόβια ραδιενεργά ισότοπα παραγόμενα στους αντιδραστήρες. Παράγουν σημαντικές ποσότητες θερμότητας, από τη διάσπαση των ραδιονουκλιδίων, οπότε απαιτείται ψύξη και ειδική θωράκιση κατά τον χειρισμό και τη μεταφορά τους. Το ζήτημα της ασφαλούς μακροχρόνιας διαχείρισής τους είναι αμφιλεγόμενο και συνιστά το σημαντικότερο ίσως πρόβλημα της πυρηνικής ηλεκτροπαραγωγής. Πολλά από τα προϊόντα της σχάσης είναι ραδιενεργά. Επί πλέον, στον αντιδραστήρα παράγονται, με απορρόφηση νετρονίων από τα ισότοπα του ουρανίου, τα υπερουράνια ραδιενεργά ισότοπα, τα οποία είναι άκρως μακρόβια με μεγάλους χρόνους ημιζωής. 18

19 Ενώ για την εξασθένιση της ραδιενέργειας των προϊόντων της σχάσης σε ανεκτά επίπεδα επαρκούν ενδεχομένως μερικές χιλιάδες έτη, η παρουσία των υπερουρανίων καθιστά απαραίτητη την ασφαλή διαχείριση των ραδιενεργών καταλοίπων από το πυρηνικό καύσιμο επί πολύ μεγαλύτερα διαστήματα. Πρέπει να υπάρξει ασφαλής διαχείριση των καταλοίπων επί πολλές χιλιετίες, προκειμένου τα ραδιενεργά προϊόντα να παραμείνουν απομονωμένα και να μην εισέλθουν στη βιόσφαιρα και δι αυτής στην τροφική αλυσίδα. Οι συστάδες του εξαντλημένου καυσίμου, αφού εξαχθούν από την καρδιά, αποθηκεύονται προσωρινά σε δεξαμενή ύδατος στο πυρηνικό εργοστάσιο. Το νερό στη δεξαμενή λειτουργεί, αφ ενός, ως ψυκτικό του χρησιμοποιημένου καυσίμου και, αφ ετέρου, ως θωράκιση των ραδιενεργών συστάδων για την προστασία των εργαζομένων. Υπενθυμίζεται ότι στο εξαντλημένο καύσιμο παράγεται θερμότητα από τη διάσπαση των ραδιενεργών προϊόντων. Οι συστάδες παραμένουν στην δεξαμενή προσωρινής αποθήκευσης για μερικά έτη, περίπου πέντε, μέχρις ότου η παραγόμενη θερμότητα και η παραμένουσα ραδιενέργεια μειωθούν σε επίπεδα που επιτρέπουν τον ασφαλή χειρισμό τους. Οι περισσότερες χώρες που διαθέτουν πυρηνικούς αντιδραστήρες ισχύος έχουν αποφασίσει την τελική εναπόθεση των καταλοίπων σε μεγάλο βάθος (500 έως 1000 μέτρα) στη γη, σε κατάλληλους γεωλογικούς σχηματισμούς, και την παρεμβολή πολλαπλών φραγμάτων μεταξύ των καταλοίπων και της βιόσφαιρας. Τέτοια φράγματα θεωρούνται: ο μετασχηματισμός των καταλοίπων σε αδιάλυτη ευσταθή μορφή, ο εγκλωβισμός σε στεγανά δοχεία ανθεκτικά στη διάβρωση, η τοποθέτηση των δοχείων σε μεγάλο βάθος στο έδαφος σε ευσταθείς γεωλογικούς σχηματισμούς, διά των οποίων δεν διέρχονται υπόγεια ύδατα. Έχουν επικρατήσει oι εξής δύο πολιτικές διαχείρισης: (α) ανακύκλωση του εξαντλημένου καυσίμου για τον διαχωρισμό του ουρανίου και του πλουτωνίου από τα «λοιπά ραδιενεργά υλικά». Στην περίπτωση αυτή, αντιμετωπίζονται ως κατάλοιπα αυτά τα «λοιπά ραδιενεργά υλικά», τα οποία περιέχουν τα προϊόντα της σχάσης και τα υπερουράνια στοιχεία. Στόχοι της ανακύκλωσης είναι η απόκτηση των χρήσιμων ουρανίου και πλουτωνίου και ο περιορισμός του όγκου των καταλοίπων. Η πολιτική αυτή ακολουθείται από τις ευρωπαϊκές χώρες, πλην της Σουηδίας, και από την Ιαπωνία. Οι συστάδες καυσίμου μεταφέρονται σε εργοστάσιο ανακύκλωσης26 όπου διαχωρίζεται το ουράνιο και το πλουτώνιο από τα λοιπά ραδιενεργά προϊόντα. 19

20 Το ουράνιο και το πλουτώνιο μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί ως σχάσιμο υλικό στους αντιδραστήρες. Τα εναπομένοντα ραδιενεργά προϊόντα θεωρούνται και είναι κατάλοιπα προς ασφαλή μακροχρόνια διαχείριση. Αποθηκεύονται προσωρινά σε υγρή μορφή σε κατάλληλες δεξαμενές πολλαπλών τοιχωμάτων από ανοξείδωτο χάλυβα, περιβαλλόμενες από προεντεταμένο σκυρόδεμα τύπου με το πυρέξ. Το υγρό γυαλί χύνεται σε μεγάλα δοχεία από ανοξείδωτο χάλυβα και εκεί συμπυκνώνονται σε «στερεό» γυαλί. Κάθε δοχείο περιέχει περίπου 400 kg τέτοιου γυαλιού. Τα δοχεία αυτά αποθηκεύονται προς το παρόν μεσοπρόθεσμα (για μερικές δεκαετίες), σε κατάλληλους επιβλεπόμενους χώρους. Εργοστάσια υαλοποίησης λειτουργούν στη Γαλλία (από το 1978), στην Αγγλία, στο Βέλγιο, στη Ρωσία, στην Ινδία και ένα μικρό στην Ιαπωνία, η οποία μέχρι τώρα ανακυκλώνει το μεγαλύτερο μέρος των καταλοίπων της στην Ευρώπη, ενώ κατασκευάζει ένα μεγάλο εργοστάσιο υαλοποίησης. Αυτή είναι η κατάσταση βραχυπρόθεσμης διαχείρισης των καταλοίπων μετά από ανακύκλωση, σήμερα. (β) αντιμετώπιση του συνόλου της συστάδας εξαντλημένου καυσίμου ως καταλοίπου. Η πολιτική αυτή ακολουθείται από τη Σουηδία, τις ΗΠΑ και τον Καναδά. Στις χώρες αυτές αξιολογείται ως οικονομικά μη ενδιαφέρον το «άρμεγμα» ουρανίου και πλουτωνίου, οπότε το σύνολο της συστάδας του εξαντλημένου καυσίμου, ως έχει, χωρίς οποιαδήποτε επεξεργασία, θεωρείται και υφίσταται διαχείριση ως κατάλοιπο. Οι συστάδες του χρησιμοποιημένου καυσίμου φυλάσσονται, αρχικά, στους πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Βρίσκονται είτε στις δεξαμενές νερού του πυρηνικού σταθμού είτε σε ξηρά αποθήκευση. Με την ξηρά αποθήκευση, αφού η συστάδα καυσίμου μείνει επί μερικά έτη στη δεξαμενή νερού του πυρηνικού σταθμού, ώστε η παραγόμενη θερμότητα και η εκπεμπόμενη ραδιενέργεια να πέσουν σε ανεκτά επίπεδα, η συστάδα μεταφέρεται εκτός δεξαμενής και τοποθετείται σε δοχείο από μπετόν κατάλληλου πάχους, το οποίο λειτουργεί ως θωράκιση της ραδιενέργειας. Η ψύξη της συστάδας πραγματοποιείται με φυσική κυκλοφορία αέρα. Εξαίρεση αποτελεί η Σουηδία, η οποία διαθέτει από το 1988 κεντρική εγκατάσταση αποθήκευσης καταλοίπων, όπου αποθηκεύονται σε δεξαμενή νερού, στην οποία προβλέπεται να παραμείνουν επί 40 έτη. Οριστική εναπόθεση Ανεξάρτητα αν τα κατάλοιπα είναι από ανακύκλωση και υαλοποιημένα ή ολόκληρες συστάδες καυσίμου, η οριστική τους εναπόθεση προβλέπεται να γίνει βαθιά στο έδαφος. Πριν από αυτό θα παραμείνουν επί 40 έως 50 περίπου έτη στην προσωρινή αποθήκευση, όπως αυτή περιγράφηκε προηγουμένως, για τη u956 μείωση της παραγόμενης θερμότητας και της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας, ώστε ο χειρισμός τους να καταστεί ευκολότερος. 20

21 Μετά προβλέπεται να τοποθετηθούν σε υδατοστεγή δοχεία από ανθεκτικό στη διάβρωση υλικό, π.χ. από ανοξείδωτο χάλυβα. Μετά, προβλέπεται να εναποτεθούν σε βάθος 500 έως μέτρων σε γεωλογικό σχηματισμό, διά του οποίου δεν διέρχονται και δεν προβλέπεται να διέλθουν για πολλές χιλιετίες υπόγεια ύδατα. Τα δοχεία προβλέπεται επίσης να καλυφθούν με ικανού πάχους υλικό, που δυσχεραίνει τη διέλευση υδάτων, όπως η μπεντονιτική άργιλος. Οι τύποι γεωλογικών σχηματισμών που είναι προς το παρόν υπό αξιολόγηση είναι σκληροί κρυσταλλικοί βράχοι και βράχοι άλατος. Εάν, παρά τις προβλέψεις, διέλθουν υπόγεια ύδατα ικανά να μεταφέρουν «ουσίες» στην επιφάνεια της Γης και στο βιοσύστημα, θα πρέπει να μη διαβρώσουν τα δοχεία και να μην έλθουν σε επαφή με τα κατάλοιπα. Εάν, παρά ταύτα, διαβρώσουν τα σχεδιασμένα ως μη διαβρώσιμα στεγανά δοχεία, δεν θα πρέπει να διαλύσουν τα προβλεπόμενα ως αδιάλυτα κατάλοιπα (γυαλί, κεραμικό διοξείδιο του άνθρακα). Είναι φανερό ότι εφαρμόζεται και εδώ η φιλοσοφία της άμυνας σε βάθος, με την έννοια ότι σχεδιάζονται διαδοχικά φράγματα αποτροπής της ρύπανσης της βιόσφαιρας, καθένα από τα οποία έχει μικρή πιθανότητα να διαρραγεί. Υπάρχουν όμως κρίσιμα και ενδεχομένως αμφιλεγόμενα ζητήματα. Δεδομένου του τόσο μεγάλου χρονικού διαστήματος, που απαιτείται για την ασφαλή διαχείριση των καταλοίπων, η οποία συνεπάγεται την εμπλοκή πολλών επερχόμενων γενεών, ποίον βαθμό τεχνικής βεβαιότητας πρέπει να απαιτήσουμε ώστε : οι γεωλογικοί σχηματισμοί να παραμείνουν ευσταθείς και να μην διέλθουν δι αυτών υπόγεια ύδατα, και αν διέλθουν, να μην διαβρωθούν τα δοχεία, και αν διαβρωθούν τα δοχεία τα κατάλοιπα να παραμένουν ευσταθή, μη διαλυτά. Μέχρι σήμερα λειτουργεί μία μόνο εγκατάσταση εναπόθεσης ραδιενεργών καταλοίπων βαθιά στη Γη στις ΗΠΑ, για ραδιενεργά κατάλοιπα των ενόπλων δυνάμεων. Η Σουηδία προγραμματίζει εγκατάσταση οριστικής εναπόθεσης στο έδαφος μεταξύ των ετών 2015 και Περιβαλλοντική ρύπανση από ραδιενεργά κατάλοιπα έχει συμβεί (διαρροές από δοχεία αποθήκευσης, ρύπανση γης) από τα πυρηνικά πολεμικά προγράμματα σε χώρες όπως οι ΗΠΑ και η πρώην Σοβιετική Ένωση. 21

22 6. Οικονομοτεχνική Μελέτη Ενεργειακών Πηγών H ηλεκτρική ενέργεια, αποτελεί μια από τις πιο εύχρηστες μορφές ενέργειας. H ευκολία που παρουσιάζει στη μεταφορά καθώς και στη δυνατότητα μετατροπής της σε σχεδόν οποιαδήποτε άλλη μορφή ενέργειας την έχουν καταστήσει την περισσότερο χρησιμοποιούμενη μορφή κατανάλωσης ενέργειας παγκοσμίως. Προκύπτει λοιπόν η ανάγκη μετατροπής άλλων μορφών ενέργειας σε ηλεκτρική. Πέραν ελάχιστων εξαιρέσεων (φωτοβολταϊκά, κυψέλες καυσίμου) το κύριο μέσο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι η ηλεκτρική γεννήτρια. Η ηλεκτρική γεννήτρια μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική και κατασκευαστικά αποτελείται από δύο μέρη. Το ακίνητο μέρος ονομάζεται στάτης και περιλαμβάνει πυρήνα και τυλίγματα ή μόνιμους μαγνήτες ενώ το κινητό μέρος ονομάζεται δρομέας και αποτελείται από πυρήνα και τυλίγματα ή από μόνιμο μαγνήτη. Μεταξύ του στρεφόμενου δρομέα και του ακίνητου στάτη, υπάρχει το μαγνητικό διάκενο που είναι υπεύθυνο για τη μαγνητική ροή που διαρρέει το μαγνητικό κύκλωμα της μηχανής. Κατά τη λειτουργία της γεννήτριας ο δρομέας, ή ο στάτης ανάλογα με την κατασκευή, παρέχει ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο το οποίο βρίσκεται σε σχετική κίνηση με τα τυλίγματα του στάτη, ή του δρομέα αντίστοιχα, παράγοντας έτσι τάση επαγωγής Όταν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούνται άνθρακας, φυσικό αέριο, πετρέλαιο ή πυρηνικό καύσιμο τότε, από αυτά, αρχικά παράγεται θερμική ενέργεια και στη συνέχεια αυτή μετατρέπεται σε μηχανική μέ χρήση στροβίλου. Η μηχανική ενέργεια έχει συνήθως μορφή περιστροφικής κίνησης και η μηχανή που μετατρέπει τη θερμότητα σε κίνηση και στρέφει τον άξονα της γεννήτριας είναι συνήθως ατμοστρόβιλος, αεροστρόβιλος ή ντιζελοκινητήρας. Οι σταθμοί παραγωγής που λειτουργούν με μετατροπή θερμικής ενέργειας καλούνται θερμικοί σταθμοί ώστε να διακρίνονται από τα πιο συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας όπως ανεμογεννήτριες και υδροστρόβιλοι στα οποία δεν αποτελεί ενδιάμεση μορφή η θερμική ενέργεια. Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζονται τα κύρια συστήματα που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας διεθνώς. 22

23 Ατμοηλεκτρικοί σταθμοί Οι Ατμοηλεκτρικοί Σταθμοί (ΑΗΣ) χρησιμοποιούνται ως σταθμοί βάσης φορτίου (>5000 ωρών λειτουργίας αντίστοιχα) αλλά και μεσαίου φορτίου ή φορτίου αιχμής ( από 2000 έως 5000 και από 500 έως 2000 ώρες λειτουργίας ετησίως αντίστοιχα). Στη χώρα μας χρησιμοποιείται ως καύσιμο κυρίως ο λιγνίτης και λιγότερο το πετρέλαιο. Μεγάλο πλεονέκτημα των σταθμών αυτών είναι ότι μπορούν να εργάζονται συνέχεια για αρκετούς μήνες χωρίς να χρειάζονται συντήρηση. Σύνθεση των ΑΗΣ Ατμοηλεκτρικός Σταθμός Gavin Plant (Ohio) Οι ατμοηλεκτρικοί σταθμοί αποτελούνται κυρίως από δύο μέρη : - Από το μηχανολογικό, όπου η χημική ενέργεια των καυσίμων μετατρέπεται σε κινητική και - Από το ηλεκτρολογικό που αποτελεί υποσταθμό όπου υπάρχουν οι αναχωρήσεις των γραμμών μεταφοράς.. Εκτός από τα παραπάνω υπάρχουν οι χώροι αποθήκευσης των καυσίμων και πλήθος βοηθητικών μηχανημάτων. Κάθε σταθμός έχει παραπάνω από μια μονάδες. Μηχανολογικές εγκαταστάσεις Ατμοηλεκτρικού Σταθμού (ΑΗΣ) Τα κύρια κυκλώματα σε έναν ΑΗΣ είναι τρία : α) Το κύκλωμα καυσίμου-αέρα β) Το κύκλωμα νερού-ατμού γ) Το κύκλωμα νερού-συμπύκνωσης του ατμού Τα κυκλώματα αυτά είναι ανεξάρτητα μεταξύ τους. 23

24 Α. Κύκλωμα καυσίμου-αέρα Τα βασικά του τμήματα είναι: Η εστία -μέσα στην οποία γίνεται η καύση του καυσίμου που αποτελεί τμήμα του λέβητα- η καπνοδόχος και οι εγκαταστάσεις τροφοδοσίας καυσίμου και προσαγωγής αέρα. Η θέση στο σταθμό, οι διαστάσεις και η μορφή της εστίας εξαρτώνται από το είδος του καυσίμου. Η ίδια έχει επένδυση από πυρίμαχα υλικά για την προστασία του λέβητα. Όταν τα καύσιμα είναι στερεά η εστία έχει σχάρα στην οποία τοποθετείται το καύσιμο στην περίπτωση που ο άνθρακας που καίγεται είναι σε μορφή σκόνης δε χρειάζεται σχάρα. Ο κονιοποιημένος άνθρακας προτιμάται σε σχέση με άλλα στερεά καύσιμα, καθώς καίγεται τελειότερα, δημιουργείται υψηλότερη θερμοκρασία στην εστία, μεγάλη απορρόφηση θερμότητας με ακτινοβολία και γενικά επιτυγχάνεται υψηλότερος βαθμός απόδοσης. Η κατασκευή της σχάρας είναι τέτοια ώστε να είναι δυνατή η συνεχής τροφοδοσία με καύσιμο και συγχρόνως η αφαίρεση της τέφρας. Η εστία για τα υγρά και αέρια καύσιμα δεν έχει σχάρα, αλλά κατάλληλους καυστήρες. Ο αέρας για την καύση, εισάγεται με ανεμιστήρες και γίνεται ρύθμιση της ποσότητάς του σε μερικούς τύπους καυστήρων ο αέρας εισάγεται στη θερμοκρασία περιβάλλοντος ωστόσο στις περισσότερες περιπτώσεις προθερμαίνεται καθώς έτσι εξοικονομείται ενέργεια και διευκολύνεται η καύση. Για την προθέρμανση του αέρα χρησιμοποιείται τμήμα των καυσαερίων. Τα καυσαέρια περνούν κατόπιν μέσα από το λέβητα αφήνοντας το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητας που έχουν. Αφού περάσουν και από άλλες βοηθητικές συσκευές (οικονομητές, προθερμαντές, υπερθερμαντές) καταλήγουν στην καπνοδόχο. Για να μη ρυπανθεί το περιβάλλον από τα κατάλοιπα της καύσης τα οποία παρασύρονται από τα καυσαέρια, στην καπνοδόχο τοποθετούνται μηχανικά και ηλεκτροστατικά φίλτρα Β. Κύκλωμα νερού ατμού Το κύκλωμα αυτό είναι το βασικότερο του ατμοηλεκτρικού σταθμού και συγκροτείται από: - όργανα εναλλαγής θερμότητας (λέβητας, ψυγείο, προθερμαντές, υπερθερμαντές, οικονομητές) - στρεφόμενα μέρη (στρόβιλος, ανεμιστήρας, κλπ.). - Λέβητας Στο λέβητα γίνεται η εναλλαγή της θερμότητας, δηλαδή τα καυσαέρια της καύσης θερμαίνουν το νερό και το ατμοποιούν. Σκοπός λοιπόν του λέβητα είναι η ατμοποίηση του νερού. Τα βασικά μέρη του λέβητα είναι: α) Ο θερμαντήρας. Αποτελείται από τα μέρη του λέβητα μέσα στα οποία γίνεται η καύση, δηλαδή τον κλίβανο (ή φλογοσωλήνα), το φλογοθάλαμο και τους φλογαυλούς. Στο φλογοθάλαμο καίγονται τα αέρια που δεν πρόλαβαν να καούν στον κλίβανο. Φλογαυλοί είναι οι σωλήνες που μεταδίδουν τη θερμότητα στο νερό. Για να 24

25 έχουν μεγάλη επιφάνεια -κάτι που διευκολύνει την εναλλαγή της θερμότηταςκατασκευάζονται από πολλούς σωλήνες με μικρή διάμετρο και μεγάλο μήκος. Σε κάποιους τύπους λεβήτων, μέσα από τους σωλήνες διέρχεται νερό και εξωτερικά περιβάλλονται από καυσαέρια (οι σωλήνες αυτοί λέγονται υδραυλοί). β) Καπνοθάλαμος είναι το μέρος που συνδέει το φλογοθάλαμο με την καπνοδόχο. γ) Υδροθάλαμος είναι ο χώρος που καταλαμβάνει το νερό που πρόκειται να ατμοποιηθεί. δ) Ατμοθάλαμος είναι ο χώρος που βρίσκεται πάνω από το νερό και καταλαμβάνει ο ατμός. Προθερμαντές νερού Προθερμαίνουν το νερό τροφοδοσίας με ατμό που εξέρχεται από τις διάφορες βαθμίδες του στροβίλου με σκοπό τη βελτίωση της απόδοσης της εγκατάστασης. Η προθέρμανση του νερού τροφοδοσίας αποτελεί ένα αποτελεσματικό μέσο για τη βελτίωση του βαθμού απόδοσης ενός λέβητα. Με την αύξηση των βαθμίδων προθέρμανσης αυξάνει ο βαθμός απόδοσης αλλά συγχρόνως και το κόστος εγκατάστασης. Έτσι η εκλογή του αριθμού των βαθμίδων προθέρμανσης αποτελεί αντικείμενο τεχνοοικονομικής μελέτης. Οικονομητής του νερού τροφοδότησης Είναι συσκευή με πολλούς αυλούς που τοποθετούνται στο χώρο του καπνοθαλάμου. Το ποσό της θερμότητας που απομένει στα καυσαέρια μετά την υπερθέρμανση του ατμού περνά από τον οικονομητή. Έτσι το νερό που πρόκειται να μπει στο λέβητα προθερμαίνεται στον οικονομητή. Υπερθερμαντής Αποτελείται κι αυτός από αυλούς και τοποθετείται στην έξοδο του λέβητα. (ς σκοπό έχει να αυξήσει τη θερμοκρασία του ατμού ώστε από υγρός να γίνει ξηρός. Εκτός από τα παραπάνω υπάρχουν και άλλες πολλές βοηθητικές συσκευές όπως π.χ. αντλίες νερού, εξαερωτές, αποσκληρυντές του νερού και άλλες. Κύκλωμα νερού ψύξης Ο ατμός που εξέρχεται από το στρόβιλο υγροποιείται στο ψυγείο που ονομάζεται και συμπυκνωτής. Κατόπιν το νερό, οδηγείται με αντλίες στο λέβητα σε κλειστό κύκλο. (ς ψυκτικό υγρό - του ψυγείου - χρησιμοποιείται νερό που το λαμβάνουμε από ποτάμια, λίμνες ή τη θάλασσα. Αν δεν υπάρχει τέτοιο διαθέσιμο νερό όπως συμβαίνει στην Πτολεμαΐδα και τη Μεγαλόπολη, δημιουργείται μικρή τεχνητή λίμνη όπου συγκεντρώνονται τα νερά της βροχής καθώς και τα αρτεσιανά. Το νερό αυτό ψύχεται σε πύργους ψύξης. Ατμοστρόβιλοι Ο ατμοστρόβιλος είναι μια μηχανή εναλλαγής ενέργειας. Ο ατμός από το λέβητα εισέρχεται στο στρόβιλο και αποδίδει την κινητική ενέργειά του πάνω στα πτερύγια του στροβίλου και μέσω αυτών στον άξονα. Στο στρόβιλο ο ατμός μπαίνει σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία. (ς παράδειγμα αναφέρουμε το στρόβιλο της μονάδας I του ατμοηλεκτρικού σταθμού του Λαυρίου. Η πίεση του ατμού είναι 141 kp/cm2 και η θερμοκρασία 541 βαθμούς 25

26 Κάθε ατμοηλεκτρική μονάδα διαθέτει πλήθος κινητήρων, οργάνων και διατάξεων. Υπάρχουν αντλίες λαδιού, νερού, όργανα μετρήσεων, επιτήρησης, ελέγχου. Τα περισσότερα όργανα βρίσκονται στην αίθουσα ελέγχου. Από την αίθουσα ελέγχου γίνεται όλη η παρακολούθηση της λειτουργίας της μονάδας. Οι γεννήτριες συνδέονται ηλεκτρικά με τον υποσταθμό ανύψωσης της τάσης. Από τον υποσταθμό ξεκινούν γραμμές μεταφοράς. Οι καταναλώσεις του σταθμού είναι πολλές: φωτισμός, αντλίες κυκλοφορίας νερού, λαδιού, λειτουργία οργάνων, ρυθμιστές κ.α.. Κάθε ατμοηλεκτρική μονάδα καταναλώνει το 10% της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγει για δικές της ανάγκες. Για την κάλυψη των αναγκών αυτών υπάρχει πάντα ένας υποσταθμός κοντά στη μονάδα παραγωγής. Ο βαθμός απόδοσης των ατμοηλεκτρικών μονάδων είναι περίπου 30%. Οι απώλειες κατανέμονται σε απώλειες λέβητα 16%, ψυγείου 54% και γεννήτριας 1% περίπου Καύσιμα των ΑΗΣ Στην Ελλάδα οι ατμοηλεκτρικοί σταθμοί χρησιμοποιούν ως καύσιμο λιγνίτη, με μικρή προσθήκη λιθανθράκων και το πετρέλαιο. Τα τελευταία χρόνια έχει αρχίσει και η χρήση φυσικού αερίου. Η ποιότητα του καυσίμου καθορίζεται από τη θερμογόνο δύναμη. Η θερμογόνος δύναμη μετράται σε Kcal/kg καυσίμου. Πίνακας 6.1 Θερμογόνος δύναμη καυσίμων Στην Ελλάδα υπάρχουν μεγάλα κοιτάσματα λιγνίτη. Για οικονομικότερη καύση του ο λιγνίτης αναμειγνύεται με μικρές ποσότητες ανθρακίτη. Τα στερεά ορυκτά καύσιµα δηλαδή οι γαιάνθρακες βρίσκονται σε μεγαλύτερα ή µικρότερα βάθη µέσα στο έδαφος, από το οποίο εξορύσσονται. Οι γαιάνθρακες 26

27 αναλόγως της γεωλογικής τους ηλικίας, δηλαδή της γεωλογικής εποχής κατά την οποία σχηµατίστηκαν, διακρίνονται σε διάφορούς τύπους οι οποίοι από τους παλαιότερους προς τους νεότερους είναι κατά σειρά οι εξής: - Ανθρακίτης - Ηµιανθρακίτης - Ηµιπισσούχος γαιάνθρακας - Πισσούχος γαιάνθρακας - Υποπισσούχος γαιάνθρακας - Λιγνίτης - Τύρφη Τα στερεά ορυκτά καύσιµα περιέχουν ποσοστά υγρασίας, τέφρας και πτητικών υλών που ποικίλουν από ορυκτό σε ορυκτό και επηρεάζουν την θερµογόνο δύναµη τους Η παραπάνω κατάταξη είναι ανάλογη του βαθµού ανθρακοποίησης (από τον µεγαλύτερο προς το µικρότερο). Γενικά, όσο χαµηλότερος ο βαθµός του άνθρακα, τόσο µικρότερη είναι η θερµογόνος δύναµη και τόσο µεγαλύτερη η περιεχόµενη υγρασία και τα πτητικά συστατικά και τελικά τόσο χειρότερο το καύσιµο Φυσικό αέριο Το μμερίδιο του φυσικού αερίου στην παγκόσμια πρωτογενή κατανάλωση ενέργειας βρισκόταν στο 23% (2000) και αυξάνεται σταθερά. Στην Ευρωπαϊκή Ένωση κάλυπτε το 1999 πάνω από το 20% των πρωτογενών αναγκών σε ενέργεια. Η Eurogas προβλέπει ότι αυτό το ποσοστό θα ανέλθει στο 27% μέχρι το 2020, λόγω των πολλών πλεονεκτημάτων του φυσικού αερίου ως καυσίμου. Τα αποδεδειγμένα αποθέματα φυσικού αερίου επαρκούν για 70 χρόνια περίπου με τη σημερινή παραγωγή. Άλλα αποθέματα θα ανακαλυφθούν ή κάποια ήδη γνωστά θα καταστούν εκμεταλεύσιμα και εκτιμάται ότι συνολικά θα επαρκούν για τουλάχιστον 100 χρόνια. Το φυσικό αέριο παράγεται ή χρησιμοποιείται σε πάνω από 100 χώρες στον κόσμο και ο αριθμός αυτός συνεχώς αυξάνεται Η εισαγωγή του φυσικού αερίου στην Ελλάδα αποφασίστηκε από την πολιτεία στα πλαίσια της προσπάθειας εκσυγχρονισμού και βελτίωσης του ενεργειακού ισοζυγίου της χώρας. Η βασική υποδομή του Ελληνικού συστήματος φυσικού αερίου περιλαμβάνει: μήκους 511 χιλιομέτρων που εκτείνεται από τα βόρεια σύνορα μέχρι την Αττική με παράπλευρους κλάδους συνολικού μήκους 400 χιλιομέτρων. ματικό σταθμό του υγροποιημένου φυσικού αερίου (LNG) στην νησίδα Ρεβυθούσα, στον κόλπο των Μεγάρων. Τα δίκτυα διανομής φυσικού αερίου στις διάφορες πόλεις. Η Ελλάδα προμηθεύεται φυσικό αέριο από δύο διαφορετικές χώρες, την Ρωσία και την Αλγερία. Το φυσικό αέριο από τη Ρωσία φθάνει μέσω αγωγού ενώ αυτό από την Αλγερία μεταφέρεται με ειδικό δεξαμενόπλοιο σε υγροποιημένη μορφή (LNG). Οι συνολικές ποσότητες του φυσικού αερίου σε πλήρη ανάπτυξη της αγοράς αναμένεται να φθάσουν τα 4 δισεκατομμύρια κυβικά μέτρα περίπου το χρόνο. 27

28 Το φυσικό αέριο είναι μείγμα υδρογονανθράκων σε αέρια κατάσταση αποτελούμενο κυρίως από μεθάνιο (CH4). Εξάγεται από φυσικές κοιλότητες, υπόγειες ή υποθαλάσσιες και υφίσταται μια πρωτογενή επεξεργασία πριν διοχετευθεί στην κατανάλωση. "εν περιέχει μονοξείδιο του άνθρακα και δεν είναι τοξικό. Επίσης είναι ελαφρύτερο του αέρα. Λιγνίτης Δημιουργία των λιγνιτών Οι λιγνίτες αλλά και οι άνθρακες γενικότερα είναι το αποτέλεσμα μιας ιδιότυπης αποσύνθεσης φυτών η οποία χαρακτηρίζεται με τον ειδικό όρο ως εναθράκωση. Τα λιγνιτικά κοιτάσματα της Πτολεμαιδας διαμορφώθηκαν κατά την τριτογενή γεωλογική περίοδο και είναι ηλικίας ενός έως πέντε εκατομμυρίων ετών. Η ευρύτερη περιοχή η οποία οριοθετείται σήμερα από το Μοναστήρι, το Αμύνταιο, τη Φλώρινα, την Πτολεμαίδα, την Κοζάνη μέχρι τα Σέρβια, πριν από εκατομμύρια χρόνια, ήτανε μια περιοχή με αβαθείς λίμνες και διάσπαρτα έλη. Οι κλιματολογικές συνθήκες της τότε εποχής ευνοούσαν την ανάπτυξη υδροχαρών φυτών και κυρίως καλάμια και βρύα. Όταν τα φυτά ξεραίνονταν, έπεφταν στο φτωχό σε οξυγόνο νερό των βάλτων και σκεπάζονταν από λάσπη. Παράλληλα, λόγω καθιζήσεων και φερτών υλικών, τα φυτά καλυπτόταν με επιπλέον ιζηματογενείς αποθέσεις. Η αποσύνθεση των φυτών γινότανε σε περιβάλλον χωρίς αέρα και κάτω από πίεση, ενώ η παρουσία μικροοργανισμών υποβοηθούσε την αναερόβια ζύμωση. Κατά την διαδικασία της ενανθράκωσης, διέφευγε στην ατμόσφαιρα το οξυγόνο, το υδρογόνο και το άζωτο και κατά συνέπεια αυξανόταν το ποσοστό του άνθρακα στα υπολείμματα. Αργότερα φύτρωνε καινούργια βλάστηση και ο κύκλος επαναλαμβανότανε. Πάνω από τα νεώτερα στρώματα λιγνίτη επικάθισαν γαιώδη υλικά, τα λεγόμενα "υπερκείμενα". Το πάχος των υπερκείμενων υλικών, άμμος, ασβεστόλιθος και άργιλος, κυμαίνεται στα ορυχεία της Πτολεμαίδας, από 12 μέχρι 200 μέτρα. Επιπλέον, το κοίτασμα του λιγνίτη δεν είναι ενιαίο διότι ακριβώς μέσα στο κοίτασμα υπάρχουν τα παλαιότερα γαιώδη υλικά τα οποία ονομάζονται "ενδιάμεσα". Για τον σχηματισμό ενός κυβικού μέτρου λιγνίτη, υπολογίσθηκε ότι απαιτείται χρονικό διάστημα 1000 έως 4000 ετών. Αποθέματα λιγνίτη Στη Δυτική Μακεδονία παράγονται ετησίως περίπου 60 εκατομμύρια τόνοι λιγνίτη. Μέχρι σήμερα έχουν εξορυχτεί 1,2 δις τόνοι λιγνίτη, ενώ με τα σημερινά τεχνικά και οικονομικά δεδομένα, τα εναπομείναντα εκμεταλλεύσιμα αποθέματα της περιοχής, εκτιμώνται σε 2,4 δις τόνους. Η λιγνιτική δραστηριότητα που αναπτύσσεται κυρίως στη Δ. Μακεδονία αλλά και στη Μεγαλόπολη, κατατάσσει την Ελλάδα στη 2η θέση μεταξύ των λιγνιτοπαραγωγών χωρών της Ευρωπαϊκής Ένωσης και την 5η θέση σε παγκόσμια κλίμακα. Η ποιότητα των ελληνικών λιγνιτών είναι χαμηλή. Η μέση υγρασία του λιγνίτη Πτολεμαίδας είναι %, η τέφρα 35% (επί ξηρού) και η κατώτερη θερμογόνος ικανότητα kcal/kg. Σημαντικό συγκριτικό πλεονέκτημα όμως, πέρα από την ασφάλεια εφοδιασμού, αποτελεί η χαμηλή περιεκτικότητα σε θείο. Εξόρυξη του λιγνίτη Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των λιγνιτικών κοιτασμάτων της Πτολεμαίδας αποτελεί η συχνή εναλλαγή των οριζόντιων λιγνιτικών κοιτασμάτων και των ενδιάμεσων υλικών, τα οποία αποκαλούνται "στείρα" ή "άγονα". Η εκμετάλλευση των λιγνιτικών κοιτασμάτων γίνεται επιφανειακά με τη μέθοδο των "ορθών βαθμίδων". 28

29 Σε ένα σύστημα συνεχούς λειτουργίας στο οποίο χρησιμοποιούνται ηλεκτροκίνητοι καδοφόροι εσκαφείς, ταινιόδρομοι και αποθέτες, το κοίτασμα του λιγνίτη εκσκάπτεται κατά στρώσεις. Η εξόρυξη των υπερκειμένων και στη συνέχεια του λιγνίτη, γίνεται με μεγάλα ηλεκτροκίνητα μηχανήματα συνεχούς λειτουργίας τους καδοφόρους εκσκαφείς. Από τα υλικά που εξορύσσονται, ο μεν λιγνίτης μεταφέρεται στους Ατμοηλεκτρικούς Σταθμούς, τα δε υπερκείμενα και ενδιάμεσα υλικά μεταφέρονται και αποτίθενται κυρίως στις περιοχές στις οποίες έχει προηγηθεί εξόρυξη, ώστε μετά το τέλος της εκμετάλλευσης, η επίπτωση στο τοπίο της περιοχής να είναι η ελάχιστη δυνατή. Η μεταφορά του λιγνίτη και των στείρων, γίνεται με τους ταινιόδρομους οι οποίοι μπορούν να μεταφέρουν συνεχώς σε μακρινές αποστάσεις μεγάλες ποσότητες υλικών. Τέλος, η απόθεση των στείρων υλικών στις περιοχές όπου έχει αποληφθεί ο λιγνίτης, γίνεται με μεγάλα ηλεκτροκίνητα μηχανήματα - τα συνεχούς λειτουργίας που ονομάζονται αποθέτες. Εκτός από τον κύριο εξοπλισμό, η εξόρυξη και διαχείριση του λιγνίτη απαιτεί τη χρήση πολλαπλού εξοπλισμού όπως χωματουργικά μηχανήματα, φορτωτές εκσκαφείς, φορτηγά κλπ τα οποία περιγράφονται με τον γενικό όρο "βοηθητικός εξοπλισμός". Χρήση του λιγνίτη στην παραγωγή ενέργειας Στη Δ. Μακεδονία είναι εγκατεστημένοι έξι (6) Σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με καύσιμο λιγνίτη. Η συνολική εγκατεστημένη ισχύς των Σταθμών είναι περίπου MW. Κάθε Σταθμός αποτελείται από επιμέρους μονάδες ενώ στις περισσότερες των περιπτώσεων, ένας σταθμός αποτελείται από τέσσερις (4) μονάδες. Η χρήση των ατμοηλεκτρικών σταθμών γίνεται προκειμένου η χημική ενέργεια του λιγνίτη να μετατραπεί σε ηλεκτρική. Ο λιγνίτης μεταφέρεται από το σημείο εξόρυξης στον Σταθμό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με τη βοήθεια ταινιοδρόμων και είτε αποθηκεύεται στην Αυλή του λιγνίτη είτε οδηγείται απ 'ευθείας στους σπαστήρες όπου και θρυμματίζεται σε κομμάτια μέγιστης διαμέτρου 4 cm και τη συνέχεια μεταφέρεται στα σιλό λιγνίτη των μονάδων. Η καύση του λιγνίτη λαμβάνει χώρα στο λέβητα της μονάδας όπου η θερμική ενέργεια που εκλύεται από την καύση του λιγνίτη ατμοποιεί το νερό με συνέπεια τη δημιουργία υπέρθερμου ατμού. Ο υπέρθερμος ατμός (Υ/Θ) εκτονώνεται στο στρόβιλο υψηλής πίεσης όπου και παράγεται χρήσιμο έργο. Στη συνέχεια, ο ατμός οδηγείται εκ νέου στο λέβητα προκειμένου να αναθερμανθεί, να αυξηθεί δηλαδή η θερμοκρασία του και ακολούθως εκτονώνεται στο στρόβιλο μέσης και χαμηλής πίεσης όπου παράγεται επιπλέον έργο. Κατόπιν, ο ατμός εισέρχεται στο ψυγείο της μονάδας όπου συμπυκνώνεται με τη βοήθεια ψυκτικού νερού. Ο συμπυκνωμένος πλέον ατμός, με τη βοήθεια αντλιών, προθερμαίνεται με τη χρήση εναλλακτών θερμότητας και οδηγείται μέσω αντλιών και πάλι στο λέβητα ολοκληρώνοντας έναν θερμικό κύκλο. Η θερμική ενέργεια που απάγεται από το ψυκτικό νερό αποβάλλεται στον πύργο ψύξης όπου με τη μέθοδο του καταιονισμού χάνεται μια ποσότητα νερού με τη μορφή ατμού και σταγονιδίων. Στον άξονα του στροβίλου ο οποίος περιστρέφεται με 3000 στρ. /λεπτό, είναι συνδεδεμένη η γεννήτρια, η οποία μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική. Για την παραγωγή 1 KWh απαιτείται η καύση 1,85 Kg λιγνίτη περίπου και η κατανάλωση 2,5 λίτρων ψυκτικού νερού. Τα καυσαέρια που παράγονται από την καύση του λιγνίτη οδηγούνται σε ογκώδεις διατάξεις κατακράτησης των αιωρούμενων σωματιδίων, τα ηλεκτροστατικά φίλτρα (Η/Φ). Στα φίλτρα αυτά, 29

30 τα σωματίδια εκτίθενται σε συνεχές ηλεκτρικό πεδίο υψηλής τάσης, μετατρέπονται σε ιόντα και τελικά συλλέγονται στα φίλτρα. Περιβαλλοντική προστασία στη βιομηχανία λιγνίτη Στις εκτάσεις στις οποίες ολοκληρώνεται η εκμετάλλευση του λιγνίτη, γίνονται οι απαραίτητες επεμβάσεις προκειμένου να αποκατασταθεί η φυσική ισορροπία. Κάθε χρόνο, περίπου δένδρα φυτεύονται στις κεκλιμένες επιφάνειες των αποθέσεων, ενώ στα οριζόντια τμήματα οι γεωργικές εκτάσεις παραδίδονται προς εκμετάλλευση. Παράλληλα, γίνεται συστηματική παρακολούθηση όλων των περιβαλλοντικών παραμέτρων όπως τα υπόγεια νερά, ο αέρας και ο θόρυβος, ενώ συνεχίζεται η εκτέλεση έργων διαχείρισης των αποβλήτων όπως απορρίμματα, μπαταρίες, λάδια και ελαστικά. Στον Πίνακα συγκρίνονται οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τη λειτουργία διαφόρων μονάδων ηλεκτροπαραγωγής Πίνακας 6.2 Σύγκριση περιβαλλοντικών επιπτώσεων από τη λειτουργία θερμοηλεκτρικού σταθμού Τύπος Εγκατάστασης Σταθμός Άνθρακα Σταθμός Μαζούτ Σταθμός με ΦΑ Σταθμός Συνδυασμένου κύκλου ΦΑ Ισχύς (ΜW) Καύσιμο Άνθρακας Μαζούτ ΦΑ ΦΑ Καταναλώσεις (ton/year) (ton/year) Ατμοσφαιρικες Εκπομπές NM3/year NM3/year SO 2 (ton/year) Αμελητέα Αμελητέα NO 2 (ton/year) Σωματίδια (ton/year) CO Στερεά Υπολείμματα (ton/year) Σύνολο τέφρας Γύψος Στον αέρα (MJ/year) Στο νερό (MJ/year) Θερμικές απώλειες Ηλεκτρική ενέργεια (GWh/year)

31 Θερμικοί Σταθμοί Μηχανών Εσωτερικής Καύσης (Μ.Ε.Κ.) Σταθμοί Ντηζελομηχανών Πρόκειται για παλινδρομικές μηχανές εσωτερικής καύσεως (MEK) που χρησιμοποιούν ως καύσιμο ντίζελ (Diesel) ή βαρύ πετρέλαιο. Είναι της τάξης των 30 kw μέχρι 1 MW, αλλά μπορούν να κατασκευαστούν και μικρότερα ή μεγαλύτερα μεγέθη. Η ισχύς των μηχανών αυτών μεταβάλλεται ανάλογα με το υψόμετρο λειτουργίας, τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και τη θερμοκρασία του νερού ψύξης. Οι συνήθεις ταχύτητες λειτουργίας των μηχανών αυτών κυμαίνονται από rpm, αλλά φθάνουν και σε μικρές τιμές της τάξης των 400 rpm, ή και χαμηλότερα. Για περιπτώσεις εγκαταστάσεων εφεδρείας προτιμώνται οι οικονομικότερες ντηζελομηχανές μεγάλης ταχύτητας λειτουργίας και μικρού μεγέθους, οι οποίες λειτουργούν με ελαφρά καύσιμα. Για συνεχή λειτουργία προτιμώνται μεγάλα μεγέθη ντηζελομηχανών μικρής ταχύτητας που χρησιμοποιούν βαρύ καύσιμο, γιατί έχουν μεγαλύτερη απόδοση, μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και μικρές απαιτήσεις συντήρησης. Οι περισσότερες ντηζελομηχανές είναι 4-χρονες, αλλά στην ευρύτερη περιοχή μικρών ταχυτήτων υπάρχουν και πολλές 2-χρονες Τα πλεονεκτήματα των μηχανών diesel απέναντι στις ατμοκίνητες είναι: - Ελαφρότερες για την ίδια ισχύ - Τίθενται σε λειτουργία και φορτίζονται αμέσως - δεν έχουν πολύπλοκες εγκαταστάσεις - Έχουν καλύτερο βαθμό απόδοσης σε μικρές και μέσες ισχύς (μέχρι 5000 kw) - Χρειάζονται λιγότερο χώρο για της εγκαταστάσεις - Λειτουργούν με λίγο προσωπικό Τα μειονεκτήματα είναι : - Χρειάζονται συχνά συντήρηση και ειδικευμένο προσωπικό - Παθαίνουν συχνά βλάβες Για μικρές ισχύς (μέχρι 1000KW) έχουμε πάντοτε ΜΕΚ. Οι μηχανές diesel έχουν καλό βαθμό απόδοσης όταν λειτουργούν στο 75 ως 80% της ονομαστικής τους ισχύος. Για λειτουργία κάτω από το 50% της ονομαστικής τους ο βαθμός απόδοσης πέφτει πολύ χαμηλά. Οι σταθμοί αυτοί παράγουν ηλεκτρική ενέργεια με εναλλασσόμενο ρεύμα συνήθως 31

32 χαμηλής τάσης, τριφασικό με 220/380V, 50Hz. Σπάνια παράγεται μεγαλύτερη τάση μέχρι 15kV, 50Hz. Οι γεννήτριες είναι σύγχρονες και το συνεχές ρεύμα για τη διέγερσή τους το παράγουν διεγέρτριες που είναι συνδεδεμένες στον ίδιο άξονα όπως και στις στροβιλογεννήτριες. Επειδή η ισχύς των σταθμών αυτών είναι μικρή και η τάση δε μετασχηματίζεται δεν έχουμε μετασχηματιστές και μεγάλους αυτόματους διακόπτες. Όπως στις στροβιλογεννήτριες έτσι και εδώ οι στροφές της γεννήτριας (άρα και της μηχανής diesel) πρέπει να διατηρούνται σταθερές ώστε η συχνότητα να παραμένει σταθερή (50Hz) Σταθμοί Αεροστροβίλων Οι αεροστρόβιλοι είναι περιστροφικές μηχανές όπως οι ατμοστρόβιλοι και ανήκουν στην κατηγορία των Μηχανών Εσωτερικής Καύσης. (ς καύσιμο χρησιμοποιούν συνήθως ελαφρύ πετρέλαιο με απόσταξη στους οC. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και βαρύ πετρέλαιο καθώς και φυσικό αέριο. Οι αεριοστρόβιλοι κατατάσσονται σε τρεις κατηγορίες: α) Ανοικτού κυκλώματος β) Κλειστού κυκλώματος γ) Μεικτού κυκλώματος Σήμερα χρησιμοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά οι αεροστρόβιλοι ανοικτού Κυκλώματος Ένας αεροστρόβιλος στην πιο απλοποιημένη του μορφή αποτελείται από ένα συμπιεστή, ένα θάλαμο καύσης, ένα στρόβιλο ο οποίος δίνει κίνηση στο συμπιεστή και μια ηλεκτρογεννήτρια. Οι τρεις παραπάνω μηχανές είναι συνδεδεμένες σε έναν άξονα. Επιπλέον μπορεί να υπάρχει αναθερμαντήρας για την προθέρμανση του αέρα πριν μπει στο θάλαμο καύσης. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται η θερμότητα των καυσαερίων που εξέρχονται από το στρόβιλο. Η μηχανή ξεκινά με ένα εκκινητή π.χ. με ένα ηλεκτροκινητήρα. Τότε ο συμπιεστής αναρροφά αέρα και τον συμπιέζει σε 5-15 kp/cm2. Ο συμπιεσμένος αέρας μπαίνει στο θάλαμο καύσης όπου ψεκάζεται και πετρέλαιο από τον εγχυτήρα. Τότε γίνεται η καύση από την οποία παράγονται καυσαέρια. Αυτά τα καυσαέρια οδηγούνται στο στρόβιλο όπου περνώντας από τα πτερύγιά του τον περιστρέφουν. Ο στρόβιλος στη συνέχεια περιστρέφει το συμπιεστή, κάτι που απορροφά σημαντικό μέρος του έργου του στροβίλου. Τέλος τα καυσαέρια βγαίνουν στην ατμόσφαιρα με χαμηλή πίεση. 32

33 Στον άξονα του στροβίλου είναι συνδεδεμένη η ηλεκτρογεννήτρια και έτσι έχουμε παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Η μέγιστη ισχύς μιας μονάδας αεροστροβίλου ξεπερνά σήμερα τα 100 MW. Ο βαθμός απόδοσης κυμαίνεται μεταξύ 24 και 35%. Χρησιμοποιούνται κατά κανόνα ως μονάδες φορτίου αιχμής Τα πλεονεκτήματα των αεροστροβίλων σε σχέση με τους ατμοστρόβιλους είναι: - πρόκειται για μηχανές απλούστερες και συνεπώς απαιτείται λιγότερο προσωπικό. Η συντήρηση είναι απλούστερη. - δεν απαιτείται τροφοδοσία νερού. - Ξεκινούν εύκολα και φτάνουν γρήγορα από την κατάσταση μηδενικού φορτίου στην πλήρη φόρτιση. "ηλαδή μπορούν να εξυπηρετήσουν αιχμές φορτίου. - Έχουν χαμηλές πιέσεις λειτουργίας 5-15 kp/cm2. Τα μειονεκτήματά τους σε σχέση με τους ατμοστροβίλους είναι: - Τα καύσιμα που χρησιμοποιούν είναι ακριβά. - Έχουν μικρό βαθμό απόδοσης. Απαιτούνται γραμμάρια καυσίμου ανά Hp και ανά ώρα λειτουργίας ενώ οι ατμοστρόβιλοι αντίστοιχα. Θερμοηλεκτρικοί πυρηνικοί σταθμοί 33

34 Οι θερμοηλεκτρικοί πυρηνικοί σταθμοί λειτουργούν με τον ίδιο σχεδόν τρόπο που λειτουργούν και οι συμβατικοί θερμοηλεκτρικοί σταθμοί που καταναλώνουν ορυκτά καύσιμα. Η βασική διαφορά των δύο είναι ο τρόπος με τον οποίο επιτυγχάνεται η ατμοπαραγωγή. Οι συμβατικοί σταθμοί συλλέγουν την απαραίτητη ενέργεια με την καύση ορυκτών καυσίμων, εκμεταλλεύονται δηλαδή τη χημική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη σε αυτές τις ενώσεις. Αντιθέτως οι πυρηνικοί σταθμοί χρησιμοποιούν την ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στους πυρήνες των σχάσιμων υλικών. Επειδή η ενέργεια ανά μάζα που είναι αποθηκευμένη στους πυρήνες των σχάσιμων υλικών είναι κατά πολύ μεγαλύτερη από την αντίστοιχη των χημικών ενώσεων των ορυκτών καυσίμων, γίνεται κατανοητό ότι για την παραγωγή της ίδιας ποσότητας ενέργειας απαιτείται πολύ μικρότερη ποσότητα πυρηνικού από ότι ορυκτού καυσίμου. Γενικά η διαφορά ενός πυρηνικού σε σχέση με έναν συμβατικό σταθμό βρίσκεται στο ότι ο πρώτος χρησιμοποιεί πυρηνικό αντιδραστήρα για την ατμοπαραγωγή ενώ ο δεύτερος καυστήρα. Τα βασικά βήματα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα πυρηνικό θερμοηλεκτρικό σταθμό είναι τα εξής: Τα βασικά μέρη που αποτελούν το Σύστημα Ηλεκτροπαραγωγής είναι σχεδόν όμοια με αυτά των ατμοηλεκτρικών σταθμών (όπως παρουσιάστηκαν παραπάνω) και επιγραμματικά είναι : - Οι στρόβιλοι Υψηλής ή χαμηλής πίεσης πρόκειται για τα μηχανήματα που μετατρέπουν μέρος της ενέργειας του παραγόμενου ατμού σε κινητική ενέργεια. - Γεννήτρια. Συνήθως είναι παραπάνω από μια, πρόκειται για το μηχάνημα που μετατρέπει την κινητική ενέργεια από τις στρόβιλοι σε ηλεκτρισμό. - Συμπυκνωτής. Ονομάζεται η συσκευή στην οποία ο ατμός που εξέρχεται από την στρόβιλος που λειτουργεί στη χαμηλότερη πίεση μετατρέπεται σε νερό. Ουσιαστικά είναι ένας εναλλάκτης θερμότητας στον οποίο ατμός αποδίδει θερμότητα σε ένα ψυκτικό μέσο (νερό). - Πύργος Ψύξης. Και αυτή η κατασκευή είναι ένας εναλλάκτης θερμότητας όπου το νερό που χρησιμοποιείται ως ψυκτικό στο συμπυκνωτή ψύχεται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και η θερμότητά του απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα. - Αντλίες. Υπάρχουν πολλών ειδών αντλίες σε διάφορα μέρη τις εγκατάστασης, 34

35 σκοπός τους είναι να διευκολύνουν την κυκλοφορία των ρευστών στα διάφορα επίπεδα της διαδικασίας. Είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι για λόγους ασφαλείας κάθε αντλία διαθέτει από δύο εφεδρικές, η μια από τις οποίες θα πρέπει να λειτουργεί με άεργο φορτίο για να είναι σε ετοιμότητα. Αυτό ανεβάζει πολύ το κόστος της εγκατάστασης αφού ειδικά για την ψύξη του αντιδραστήρα χρειάζονται αντλίες ικανές να μετακινούν μεγάλες ποσότητες ψυκτικού μέσου σε υψηλές πιέσεις οι οποίες είναι πολύ ακριβές και στην απόκτηση και στη λειτουργία τους (πράγμα που επηρεάζει το συντελεστή απόδοσης της εγκατάστασης). Φωτοβολταϊκά Συστήματα Η ενέργεια από τον ήλιο είναι τεράστια. Η επιφάνεια της γης δέχεται κατά μέσο όρο 1.2*1017 Watt ηλιακής ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι σε λιγότερο από μια ώρα παρέχεται ενέργεια ικανή να ικανοποιήσει το σύνολο της ενεργειακής ζήτησης σε όλο τον κόσμο κατά τη διάρκεια ενός έτους. Εξάλλου οι περισσότερες από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας βασίζονται στον ήλιο (υδροηλεκτρική, αιολική, κυματική). Η λειτουργία τους βασίζεται στην ικανότητα των ημιαγωγών να μετατρέπουν το φως (φωτόνια) απευθείας σε ηλεκτρισμό, σύμφωνα με το φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Στη διαδικασία μετατροπής η ενέργεια του φωτός προκαλεί την κίνηση φορτισμένων σωματιδίων μέσα στον ημιαγωγό, τα οποία στη συνέχεια διαχωρίζονται λόγω τηςδομής της συσκευής και παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Πίνακας 6.3 Βαθμοί Απόδοσης διαφόρων Τεχνολογιών ηλιακών κυττάρων 35

36 Ένα φωτοβολταϊκό σύστημα αποτελείται από τα εξής υποσυστήματα : 1. Τη φωτοβολταϊκή γεννήτρια (πλαίσια) με την κατάλληλη στήριξη και πιθανώς, μηχανισμό για την παρακολούθηση της κίνησης του ήλιου. 2. Το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας. 3. Τον εξοπλισμό ελέγχου, παρακολούθησης και μετατροπής ισχύος 4. Μια εφεδρική γεννήτρια (π.χ. ντηζελομηχανή). Φυσικά δεν είναι πάντα απαραίτητα όλα αυτά τα υποσυστήματα και η τελική διαμόρφωση εξαρτάται από την εκάστοτε εφαρμογή. Υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες εφαρμογών: συνδεδεμένες με το δίκτυο και αυτόνομες. Η πιο απλή μορφή αποτελείται από μια φωτοβολταϊκή γεννήτρια που παρέχει συνεχές ρεύμα (DC) σε ένα φορτίο, όποτε υπάρχει η κατάλληλη ακτινοβολία. Πρόκειται συνήθως για αντλητικές εφαρμογές. Σε άλλες περιπτώσεις και ανάλογα με τις ανάγκες είναι απαραίτητα και τα άλλα στοιχεία. Φωτοβολταϊκή γεννήτρια: Πρόκειται για την καρδιά του συστήματος. Το πρώτο δομικό στοιχείο είναι το ηλιακό κύτταρο. Πολλά ηλιακά κύτταρα μαζί, συνδεδεμένα εν σειρά, αποτελούν ένα υποπλαίσιο (module), και τουλάχιστον 3 υποπλαίσια ένα πλαίσιο (panel). Η σύνδεση εν σειρά γίνεται για να υπάρχει η κατάλληλη διαφορά δυναμικού, ανάλογη με αυτή της μπαταρίας (συνήθως 12V). Έτσι, 33 με 36 ηλιακά κύτταρα εν σειρά εξασφαλίζουν αξιόπιστη λειτουργία ενός υποπλαισίου. Υπάρχουν πολλά διαφορετικά ηλιακά κύτταρα διαθέσιμα στην αγορά και αλλά σε ερευνητικό στάδιο. Ο στόχος είναι η μέγιστη εκμετάλλευση της διαθέσιμης ενέργειας με το χαμηλότερο κόστος. Τα κρυσταλλικά πυριτικά κύτταρα κατέχουν το συντριπτικό μερίδιο της αγοράς των φωτοβολταϊκών, με τα πολυκρυσταλλικά να είναι φθηνότερα από τα μονοκρυσταλλικά, αλλά με χειρότερη απόδοση. 36

37 Φθηνότεροι αλλά ταυτόχρονα λιγότερο αποδοτικοί τύποι ηλιακών κυττάρων κατασκευάζονται από λεπτά άμορφα φιλμ για διάφορες εμπορικές εφαρμογές όπως υπολογιστές τσέπης, ρολόγια κτλ. Τα υλικά που ερευνώνται είναι άμορφο πυρίτιο (a- Si), copper indium diselenide (CulnSe2 ή CIS) και cadmium telluride (CdTe) στη θέση κρυσταλλικού υλικού. Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα χρήσης Τα φωτοβολταϊκά συστήματα πέραν του ότι είναι μια καθαρή τεχνολογία, που δε ρυπαίνει το περιβάλλον έχοντας ως πηγή ενέργειας την ανεξάντλητη ηλιακή ακτινοβολία, είναι αξιόπιστα, δεν έχουν σε γενικές γραμμές κινούμενα μέρη, η λειτουργία τους είναι σιωπηλή και τα έξοδα λειτουργίας και συντήρησης είναι πολύ μικρά. Η εγκατάστασή τους είναι εύκολη και γρήγορη και μπορούν να παράγουν ενέργεια χωρίς να είναι απαραίτητες γραμμές μεταφοράς. Ο σχεδιασμός των φωτοβολταϊκών επιτρέπει την ενσωμάτωση τους σε κτίρια ελαχιστοποιώντας την οπτική ενόχληση Ειδικά για τις αυτόνομες εφαρμογές τα σημαντικά πλεονεκτήματα είναι η ανυπαρξία κόστους καυσίμου και προβλημάτων μεταφοράς τους, η δυνατότητα λειτουργίας χωρίς επίβλεψη, η αξιοπιστία και η μικρή συντήρηση που απαιτείται. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας βρίσκεται στο μεγάλο της κόστος. Καθώς όμως οι όγκοι παραγωγής συνεχίζουν να μεγαλώνουν, το κόστος της θα μειώνεται. Ένα άλλο μεγάλο μειονέκτημα είναι η μεταβαλλόμενη φύση της πηγής ενέργειας (νύχτα, συννεφιά), κάτι που αντιμετωπίζεται μέχρι κάποιο βαθμό με τα συστήματα αποθήκευσης της ενέργειας. Τέλος, σε μερικές από τις μεθόδους κατασκευής Φ/Β χρησιμοποιούνται επικίνδυνα υλικά όπως hydrogeη selenide και διαλυτικά 37

38 Υδροηλεκτρική Ενέργεια Η υδροηλεκτρική ενέργεια βασίζεται στη μετατροπή της δυναμικής ενέργειας του νερού (λόγω υψομέτρου) σε κινητική για την παραγωγή μηχανικού έργου το οποίο τελικά μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω γεννητριών. Πίνακας 6.4 Υδροηλεκτρικό δυναμικό ανά περιοχή 38

39 Πίνακας 6.5 Εγκατεστημένο υδροηλεκτρικό Δυναμικό (MW) Το πρώτο στάδιο της κατασκευής μιας υδροηλεκτρικής μονάδας είναι η επιλογή της κατάλληλης τοποθεσίας. Η κατασκευή ενός τέτοιου έργου είναι αδύνατη δίχως την ύπαρξη κατάλληλης τοποθεσίας. Η σημασία αυτού του σταδίου είναι τεράστια αφού δεν καθορίζει μόνο αν είναι διαθέσιμη κατάλληλη τοποθεσία αλλά επηρεάζει τον όλο σχεδιασμό του έργου ανάλογα με την τοπογραφία της επιλεγείσας περιοχής. Το βασικότερο στοιχείο στην επιλογή της τοποθεσίας είναι η ύπαρξη ποταμού. Η ενέργεια που συλλέγεται από το ποτάμι εξαρτάται από δύο παράγοντες, τον όγκο του ρέοντος ύδατος και την πτώση υψομέτρου που μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Ένας ποταμός με απότομη ροή θα αποφέρει περισσότερη ενέργεια από έναν λιγότερο ορμητικό παρόμοιου όγκου ύδατος. Αυτό δε σημαίνει ότι ποταμοί με αργή ροή δεν είναι κατάλληλοι για υδροηλεκτρική παραγωγή. Συνήθως βρίσκονται σε περιοχές που είναι ευκολότερη και οικονομικότερη τέτοιου είδους ανάπτυξη. Αντιθέτως οι ορμητικοί ποταμοί είναι συνήθως σε δυσπρόσιτες περιοχές όπου η κατασκευή υδροηλεκτρικής μονάδας είναι οικονομικά ασύμφορη. Πολλές χώρες έχουν πραγματοποιήσει διερευνητικές μελέτες του υδροηλεκτρικού δυναμικού εντός της επικράτειάς τους και πολλές πληροφορίες μπορούν να δοθούν από τα αρμόδια υπουργεία. Χρήση τέτοιων δεδομένων ενδείκνυται για την επιλογή κατάλληλης τοποθεσίας ωστόσο επιτόπιες μελέτες είναι απαραίτητες πριν τη λήψη τελικής απόφασης για την καταλληλότητα της τοποθεσίας 39

40 Πλεονεκτήματα Κόστος λειτουργίας. Ένα βασικό πλεονέκτημα της υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι ανυπαρξία κόστους καυσίμου, χωρίς να υπολογίζουμε όμως την αρχική επένδυση για την υδραυλική εγκατάσταση. Το κόστος της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας δεν παρουσιάζει διακυμάνσεις και αντιστοιχεί ουσιαστικά στις αποσβέσεις του έργου (το κόστος συντήρησης και λειτουργίας είναι σημαντικά μικρότερο). Οι υδροστρόβιλοι είναι στιβαρές και αξιόπιστες μηχανές που απαιτούν μικρή συντήρηση και επίβλεψη (ο προληπτικός έλεγχος γίνεται μετά από 5000 ώρες λειτουργίας περίπου) και για το λόγο αυτό το προσωπικό των υδροηλεκτρικών εργοστασίων είναι πολύ μικρό σε σύγκριση με την εγκατεστημένη ισχύ. Η διάρκεια ζωής των υδροηλεκτρικών εργοστασίων είναι μεγάλη, της τάξεως των 50 ετών για τις μεγάλες και 20 για τις μικρές εγκαταστάσεις Ανανεώσιμή πηγή ενέργειας Οι υδατοπτώσεις είναι ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και έτσι δεν αντιμετωπίζουν ορατό κίνδυνο εξαντλήσεώς τους κάτι που εξασφαλίζει τη συνεχή λειτουργία του εργοστασίου καθιστώντας την υδροηλεκτρική ενέργεια ανανεώσιμη. Περιβαλλοντικά και τοπικά οφέλη Τα υδροηλεκτρικά έργα δεν έχουν κατάλοιπα και δεν μολύνουν το περιβάλλον με διάφορες εκπομπές. Η κατασκευή τους συνδυάζεται συχνά και με άλλες διευθετήσεις όπως άρδευση, ύδρευση, ρύθμιση πλημμύρας που βοηθούν σημαντικά την οικονομια της περιοχής χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το φράγμα Χούβερ στην Αμερική όπου το νερό του ταμιευτήρα χρησιμοποιείται από 8 εκατομμύρια κατοίκους των πολιτειών της Καλιφόρνια, Νεβάδα και Αριζόνα. Για τις ανάγκες κατασκευής του υδροηλεκτρικού εργοστασίου κατασκευάζονται έργα υποδομής (δρόμοι, γέφυρες) που βοηθούν στην αξιοποίηση απομακρυσμένων περιοχών. Ρύθμιση ηλεκτροπαραγωγής Ένα πολύ σημαντικό πλεονέκτημα των ΥΗΕ είναι η δυνατότητα πολύ γρήγορης παραλαβής και απόρριψης φορτίου έτσι ώστε να γίνεται δυνατή η παρακολούθηση της μεταβολής της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας και η κάλυψη των αιχμών ζήτησης του διασυνδεδεμένου δικτύου. Από οικονομικής πλευράς αυτό έχει μεγάλη σημασία διότι το κόστος της kwh αιχμής είναι πολλαπλάσιο της kwh βάσεως. Σ' αυτό ακριβώς το πλεονέκτημα των υδροηλεκτρικών εργοστασίων βασίζεται και η κατασκευή αναστρέψιμων μονάδων οι οποίες κατά την διάρκεια της χαμηλής ζήτησης (νύχτα) λειτουργούν αντλώντας νερό από την κάτω δεξαμενή προς την ανώτερη αποταμιεύοντας ενέργεια, την οποία είναι έτοιμα να αποδώσουν κατά τις ώρες αιχμής (όπου φυσικά πωλείται ακριβότερα) 40

41 Μειονεκτήματα Ταμιευτήρας. Μετά την κατασκευή του φράγματος η περιοχή πίσω από αυτό πλημμυρίζει για τη δημιουργία του ταμιευτήρα. Αυτή η χαμένη γη είναι που προκαλεί και τις περισσότερες αντιδράσεις. Η σημαντικότερη επίπτωση είναι η εκτόπιση των ανθρώπων που κατοικούν στην εν λόγω περιοχή. Η επανεγκατάστασή τους μπορεί να προκαλέσει έντονες αντιδράσεις ιδίως αν πρόκειται για μειονότητες ή για πληθυσμούς με ιστορικό δέσιμο με την περιοχή. Ακόμη πρέπει να διερευνηθεί αν η περιοχή του ταμιευτήρα είναι αρχαιολογικός χώρος ή αν έχει κάποιο αρχαιολογικό ενδιαφέρον. Τέλος η κατασκευή ενός τέτοιου έργου θα έχει σημαντικές επιπτώσεις στη χλωρίδα και την πανίδα. Γενικά η δημιουργία ταμιευτήρα προκαλεί πάντοτε έντονες αντιδράσεις και θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στο σχεδιασμό του έργου καθώς μπορεί να προκαλέσει μακροχρόνιες δικαστικές διαμάχες και να απαιτήσει σημαντικές δαπάνες για αποζημιώσεις και συμβιβασμούς. διακοπή της φυσικής ροής. Μια από τις βασικές συνέπειες της διακοπής της ροής του ποταμού είναι η παρεμπόδιση της μετανάστευσης των ψαριών και η τοπική μετακίνηση ή μετανάστευση χερσαίων ζώων που χρησιμοποιούσαν τη ρεματιά ως πέρασμα. Το πρόβλημα απαλύνεται με τη δημιουργία τεχνητού καναλιού για τα ψάρια και κάποια περάσματα για τα άλλα ζώα. Ακόμη ο ποταμός πολλές φορές μεταφέρει ύλη η οποία εμπλουτίζει τις παραποτάμιες περιοχές αυξάνοντας τη γονιμότητά τους. Όταν κατασκευαστεί το φράγμα το μεγαλύτερο ποσοστό της ύλης κατακάθεται στον πάτο του ταμιευτήρα μειώνοντας έτσι τη ροή της και διαταράσσοντας την ισορροπία των γειτονικών περιοχών. 41

42 7. Τεχνική περίληψη Η τραγωδία της Φουκουσίμα έβαλε φρένο στα σχέδια της πυρηνικής βιομηχανίας για μια αναγέννησή της από τις στάχτες που άφησε πίσω του το Τσερνόμπιλ 25 χρόνια πριν. Οι εκρήξεις στους αντιδραστήρες της Φουκουσίμα διέλυσαν, μεταξύ άλλων, και τους μύθους για δήθεν καθαρή και ασφαλή πυρηνική ενέργεια. Ένας μύθος όμως παραμένει ακόμη όρθιος. Είναι ο μύθος της δήθεν φθηνής πυρηνικής ενέργειας, μύθος που σε χαλεπούς οικονομικά καιρούς ακούγεται ευχάριστα στα αυτιά ορισμένων. Η έκθεση αυτή προσπαθεί να αποδομήσει τα σαθρά επιχειρήματα της πυρηνικής βιομηχανίας. Με στοιχεία και παραδείγματα από σχεδιαζόμενα έργα πυρηνικών σταθμών, αποκαλύπτει τα ψέματα του πυρηνικού λόμπι και καταδεικνύει το πραγματικό κόστος των πυρηνικών, κόστος που είναι πολλαπλάσιο αυτού που ισχυρίζονται οι υποστηρικτές της πυρηνικής ενέργειας. Ταυτόχρονα επιχειρεί μία σύγκριση του κόστους της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας από ένα πυρηνικό σταθμό, η κατασκευή του οποίου θα ξεκινούσε σήμερα, με το κόστος της αντίστοιχης ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ). Σε αντίθεση με όσα η πυρηνική μυθοπλασία έχει αφήσει να εννοηθούν, οι ΑΠΕ είναι τελικά φθηνότερες από τα πυρηνικά. Στο τέλος της δεκαετίας, τα πυρηνικά δεν θα μπορούν να ανταγωνιστούν ούτε καν τα μικρής κλίμακας οικιακά φωτοβολταϊκά σε ό,τι αφορά στο κόστος ενέργειας. Σε ό,τι αφορά στα αιολικά και ορισμένες εφαρμογές της βιομάζας, αυτά είναι ήδη φθηνότερα από τα πυρηνικά ακόμη και σήμερα. Πίνακας 7.1 Κόστος kwh, προβολή για το έτος Nuclear coal gas Finland France Germany Switzerland Netherlands Czech Rep Slovakia Romania Japan Korea USA Canada

43 Πίνακας 7.2 Κόστος ηλεκτρικής ενέργειας (US cent/kwh) MIT 2003 FRANCE 2003 UK 2004 Chicago 2004 Canada 2004 EU 2007 Nuclear Coal Gas Wind onshore Wind offshore Πίανκας 7.3 Γνωστά αποθέματα ουρανίου (2007) Tones U Percentage of world Australia % Kazakhstan % Russia % South Africa % Canada % USA % Brazil % Namibi % Niger % Ukraine % Jordan % Uzbekistan % India % China % Mongolia % other % World total

44 Πίνακας 7.4 Σε έκθεσή της για το κόστος των πυρηνικών σταθμών, η Παγκόσμια Ένωση Πυρηνικών (World Nuclear Association, 2008) είχε επικαλεστεί προηγούμενη έκθεση του ΟΟΣΑ (2005)[2] (ο οποίος πάντως αναθεώρησε προς τα πάνω τις τιμές το 2010) που έδινε μέσο κόστος κατασκευής πυρηνικών σταθμών ίσο με δολάρια ανά κιλοβάτ (1.500 $/kw), με εύρος τιμών από $/kw έως $/kw. Για σύγκριση, οι πιο πρόσφατοι λιγνιτικοί σταθμοί που κατασκεύασε η ΔΕΗ κόστισαν /kw (δηλαδή περίπου $/kw). Ως κόστος βέβαια η έκθεση εννοεί το λεγόμενο overnight cost, το πόσο θα κόστιζε δηλαδή ένας σταθμός αν κατασκευαζόταν εν μία νυκτί. Ποιο θα ήταν δηλαδή το κόστος του αν τον αγόραζε κανείς ετοιμοπαράδοτο από το ράφι σήμερα. Μόνο όμως στην περίπτωση των οικιακών φωτοβολταϊκών και των μικρών οικιακών ανεμογεννητριών μπορεί να μιλά κανείς για overnight cost, αφού τα συστήματα αυτά μπορούν κυριολεκτικά να εγκατασταθούν μέσα σε λίγες ώρες. Σε όλες τις άλλες περιπτώσεις, τα πραγματικά κόστη της επένδυσης θα πρέπει να λάβουν υπόψη τους, όχι μόνο το σύνολο του εξοπλισμού, των υποδομών και της εγκατάστασης, αλλά και το κόστος του χρήματος που συνεπάγεται η μακροχρόνια αδειοδοτική διαδικασία και η πολύχρονη περίοδος κατασκευής του έργου. Ως overnight cost νοείται λοιπόν το κόστος κτήσης και εγκατάστασης του βασικού εξοπλισμού (Engineering-Procurement-Construction, EPC), και κάποιες φορές (αλλά όχι πάντα) και το κόστος κτήσης και διαμόρφωσης της γης και των κτιριακών υποδομών, ενώ δεν περιλαμβάνει τις 44

45 προσαυξήσεις λόγω πληθωρισμού και λόγω καθυστερήσεων, καθώς και το κόστος της μακροχρόνιας χρηματοδότησης του έργου. Συνήθως, το overnight cost δεν περιλαμβάνει επίσης το κόστος των απαραίτητων δικτύων, κόστος που στην περίπτωση των πυρηνικών μπορεί να ανέλθει σε αρκετά δις ευρώ ανά σταθμό. Πολλές ανακοινώσεις λοιπόν κάνουν συχνά χρήση του κόστους του EPC, που είναι κλάσμα μόνο του overnight cost, το οποίο με τη σειρά του είναι κλάσμα του πραγματικού κόστους που απαιτείται για να κατασκευαστεί ο σταθμός ώστε να είναι πλήρως λειτουργικός. Για να καταλάβουμε πόσο σημαντικές είναι οι λεπτομέρειες στα νούμερα, αξίζει να τονιστεί ότι αλλάζοντας απλώς το επιτόκιο προεξόφλησης από 5% σε 10%, το κόστος της παραγόμενης πυρηνικής ενέργειας αυξάνει έως και κατά 80% Και, όπως θα δούμε και παρακάτω, το κόστος του χρήματος για τις επενδύσεις της πυρηνικής βιομηχανίας κάθε άλλο παρά χαμηλό είναι. Ενώ όμως η Παγκόσμια Ένωση Πυρηνικών επικαλείται αυτά τα απαράδεκτα χαμηλά κόστη, στις πληροφορίες που δίνει παρακάτω στην έκθεσή της αρχίζει να αποκαλύπτεται σιγά-σιγά μέρος της αλήθειας. Άλλωστε, δύο χρόνια μετά, η ίδια αναθεωρεί σημαντικά τα προηγούμενα κόστη, χωρίς να θεωρήσει απαραίτητη μια αναγνώριση του λάθους Οι καθυστερήσεις στην υλοποίηση των έργων μπορούν να αυξήσουν τις αρχικές εκτιμήσεις κατά 50% σε μόλις τέσσερα χρόνια, όπως συνέβη στην περίπτωση της εταιρίας Florida Power & Light. Στην περίπτωση του συγκεκριμένου έργου, το αρχικά εκτιμώμενο overnight cost ήταν $/kw και, όταν προστέθηκαν σ αυτό τα κόστη των πύργων ψύξης (χωρίς τους οποίους δεν μπορεί να λειτουργήσει ούτως ή άλλως ο πυρηνικός σταθμός!), τα κόστη διαμόρφωσης του χώρου και τα κόστη διασύνδεσης, το κόστος αυξήθηκε σε $/kw. Προσθέτοντας και το κόστος του χρήματος κατά την περίοδον ανάπτυξης και κατασκευής του έργου, το τελικό κόστος κατασκευής εκτοξεύθηκε στα $/kW Η περίπτωση αυτή, όχι μόνο δεν είναι η μόνη, αλλά είναι ο κανόνας στο πώς η πυρηνική βιομηχανία ντιμετωπίζει το θέμα του κόστους ανάπτυξης των πυρηνικών σταθμών. Στην περίπτωση της ταιρίας Progress Energy και πάλι στη Φλόριδα, το συνολικό κόστος κατασκευής για MW εκτιμήθηκε το 2008 σε 15,6 δις $ (9,4 δις $ overnight cost συν 3,2 δις $ για τόκους κατά την κατασκευαστική περίοδο, συν 3 δις $ για διασύνδεση του σταθμού στο δίκτυο (σύνολο $/kw). Το 2010, το κόστος αυτό αναπροσαρμόσθηκε σε $/kw Αντίστοιχα, το κόστος για δύο νέους αντιδραστήρες της εταιρίας TVA στις ΗΠΑ εκτιμάται σε περίπου 17,5 δις $ (8.750 $/kw), ενώ για τους αντιδραστήρες της εταιρίας PPL σε $/kw (η εταιρία αναπροσάρμοσε το εκτιμώμενο κόστος κατά 375% (!) από το 2008 ως το 2010) 45

46 Πίνακας 7.5 Χαρακτηριστική είναι και η περίπτωση της Βουλγαρίας και συγκεκριμένα του νέου πυρηνικού σταθμού στο Μπέλενε που άρχισε να κατασκευάζεται το 1987 και ακόμη είναι στο αρχικό στάδιο. Ο Βούλγαρος υπουργός Οικονομίας και Ενέργειας επιμένει πως το κόστος του έργου ανέρχεται σε 4 δις (2.100 /kw ή αλλιώς $/kw), η ρωσική κατασκευάστρια εταιρία το ανεβάζει σε 6,3 δις και τ Βουλγαρικό Ινστιτούτο Οικονομίας της Αγοράς σε 11,5 δις (6.050 /kw ή αλλιώς $/kw). Πίνακας

47 Οι πολύχρονες καθυστερήσεις και ο μεγάλος χρόνος για την κατασκευή του έργου έχουν ως συνέπεια τη δραματική αύξηση του επενδυτικού κόστους. Ο μακροχρόνιος δανεισμός και η μακρά περίοδος αναμονής μέχρι να αρχίσουν να εμφανίζονται τα πρώτα έσοδα, έχουν ως αποτέλεσμα τα πραγματικά κόστη της επένδυσης να αυξάνονται υπέρμετρα. Η Φινλανδία έχει πρόσφατη εμπειρία μιας νέας, προηγμένης γενιάς αντιδραστήρων. Η κατασκευή του Olkiluoto-3 εξαγγέλθηκε το 2002 με προϋπολογισμό 2,5 δις και χρόνο κατασκευής 4 χρόνια. Τελικά άρχισε το 2005, δεν έχει ολοκληρωθεί ακόμη (οι τελευταίες ανακοινώσεις κάνουν λόγο για το 2014), ο προϋπολογισμός του αυξήθηκε στα 5,8 δις (8,12 δις $), ενώ η Αρχή Πυρηνικής Ασφάλειας της χώρας έχει ανακαλύψει περισσότερα από τρεις χιλιάδες ελαττώματα και τεχνικά προβλήματα. Αναμένονται νέες καθυστερήσεις και υπερβάσεις δαπανών. Ακόμη κι αν υποθέσουμε ότι δεν υπάρχουν κοινωνικές αντιδράσεις (πράγμα απίθανο), ο σχεδιασμός και υλοποίηση ενός πυρηνικού σταθμού είναι μια μακροχρόνια διαδικασία. Στη Βρετανία, για παράδειγμα, τα business plan της πυρηνικής βιομηχανίας υπολογίζουν 8 χρόνια για την ανάπτυξη και άλλα 6 έτη περίπου για την κατασκευή του σταθμού. Σύνολο 14 χρόνια σε μια χώρα με εμπειρία δεκαετιών στα πυρηνικά! Στην Ιαπωνία που έχει επισπεύσει τις διαδικασίες αδειοδότησης, η αντίστοιχη διαδικασία διαρκεί τουλάχιστον 10 χρόνια (αυτά πριν την τραγωδία της Φουκουσίμα). Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τις καθυστερήσεις που υπήρξαν στην περίπτωση του πυρηνικού σταθμού Temelin στην Τσεχία και βέβαια τη συνακόλουθη αύξηση του προϋπολογισμού του έργου. Πίνακας

48 Ο επόμενος πίνακας δείχνει τους μέσους χρόνους που απαιτούνται για την κατασκευή ενός πυρηνικού σταθμού (δεν περιλαμβάνεται ο χρόνος αδειοδότησης που ανέρχεται σε αρκετά έτη). Πίνακας 7.8 Οι απόψεις της πυρηνικής βιομηχανίας έχουν αμφισβητηθεί σφοδρά και όχι μόνο από τους πολέμιους των πυρηνικών. Πολλοί μεγάλοι συμβουλευτικοί οίκοι, όπως οι Moody s Investors Service και Lazard, ανεβάζουν τα κόστη των πυρηνικών σταθμών σε $/kw [8] και $/kw αντίστοιχα. Κάποιοι αναλυτές, συνυπολογίζοντας το κόστος των προσαυξήσεων (λόγω καθυστερήσεων) και το κόστος του χρήματος κατά την περίοδο της κατασκευής, ανεβάζουν το συνολικό κόστος της επένδυσης σε $/kw Όλες οι εκτιμήσεις που είδαμε μέχρι τώρα, δεν περιλαμβάνουν κάποια κόστη που, είναι μεν αναπόφευκτα, η πυρηνική βιομηχανία όμως θέλει να τα ξεχνά ή να τα υποτιμά. Αναφερόμαστε στα εξής διακριτά κόστη: - Κόστος διαχείρισης πυρηνικών αποβλήτων - Κόστος αποσυναρμολόγησης του πυρηνικού σταθμού μετά το πέρας του ωφέλιμου χρόνου ζωής του. - Ασφαλιστικό κόστος σε περιπτώσεις ατυχημάτων. Ας τα δούμε λοιπόν ένα-ένα. Σύμφωνα με στοιχεία της βρετανικής πυρηνικής βιομηχανίας, το κόστος διαχείρισης των αποβλήτων χαμηλής ραδιενέργειας κυμαίνεται περί τα 2.000/m³. Η διαχείριση των αποβλήτων υψηλής ραδιενέργειας κοστίζει αντίστοιχα /m³ /m³ 48

49 Η Moody s Global Project Finance εκτιμά το κόστος διαχείρισης των αποβλήτων σε περίπου 300 $/kw [10]. Σημειωτέον ότι τα κόστη αυτά περιλαμβάνουν απλώς την αποθήκευση των αποβλήτων σε χώρους εντός των πυρηνικών σταθμών και όχι φυσικά την ουσιαστική αδρανοποίησή τους. Εδώ και μια εικοσαετία, υπάρχουν σχέδια για την κατασκευή ενός χώρου διάθεσης των πυρηνικών αποβλήτων 90 μίλια βορειοδυτικά του Λας Βέγκας στη Νεβάδα. Το κόστος του χώρου αυτού είχε αρχικά εκτιμηθεί σε 58 δις $ το 2001 για να φτάσει τα 96 δις $ το Ο χώρος αυτός θα εξυπηρετήσει υποτίθεται αντιδραστήρες συνολικής ισχύος MW, το κόστος δηλαδή ανέρχεται σε 950 $/kw Σε ό,τι αφορά στο κόστος αποσυναρμολόγησης του αντιδραστήρα μετά το πέρας του ωφέλιμου χρόνου ζωής του, η Moody s Global Project Finance εκτιμά το κόστος αυτό σε περίπου 700 $/kw. Έκθεση της Διεθνούς Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας (2004) ανέλυε το κόστος αυτό σε $/kw, παρόλο που οι πιο πρόσφατες αναλύσεις για τους βρετανικούς αντιδραστήρες Magnox κάνουν λόγο για $/kw Σε ό,τι αφορά στην ασφάλιση σε περίπτωση πυρηνικού ατυχήματος, η αμερικανική νομοθεσία προβλέπει ότι κάθε πυρηνική μονάδα θα συνεισφέρει έως 95,8 εκατ. $ ανά αδειοδοτημένο αντιδραστήρα σε ένα κοινό ταμείο αντιμετώπισης της κρίσης. Η συνολική ευθύνη της πυρηνικής βιομηχανίας δεν ξεπερνά όμως τα 10,2 δις $. Την ίδια στιγμή, εκτιμήσεις του Sandia National Laboratory δείχνουν ότι ένα μείζον πυρηνικό ατύχημα θα μπορούσε να κοστίσει έως και 700 δις $. Με δεδομένο ότι υπάρχει οροφή 10,2 δις $ στην ασφαλιστική κάλυψη, το υπόλοιπο κόστος καλείται να το πληρώσει η κοινωνία Πριν προχωρήσουμε στην εκτίμηση του πραγματικού κόστους της πυρηνικής κιλοβατώρας, ας δούμε κάποια άλλα λειτουργικά κόστη και συγκεκριμένα τα κόστη καυσίμου και τα κόστη συντήρησης (Ο&Μ). Για να παραχθεί μία ηλεκτρική κιλοβατώρα απαιτούνται κατά μέσο όρο 0,0255 γραμμάρια ουρανίου. Δεδομένου ότι σήμερα η τιμή του ουρανίου στη διεθνή αγορά είναι περί τα 60 $/lb (156 $/Kg), το κόστος καυσίμου για ένα πυρηνικό σταθμό ανέρχεται σε 0,4 US cents/kwh. Τυχόν αύξηση της τιμής του ουρανίου (όπως συνέβη στο πρόσφατο παρελθόν) σημαίνει φυσικά και αυξημένα κόστη καυσίμου. 49

50 Πίνακας 7.9 Εξέλιξη της τιμής του οξειδίου του ουρανίου στη διεθνή αγορά Σε ότι αφορά στα λοιπά λειτουργικά κόστη, των εύρος των εκτιμήσεων κυμαίνεται από 1,4-4,6 US cents/kwh. Σύνολο λειτουργικών λοιπόν (περιλαμβανομένου του κόστους καυσίμου) 1,8-5 US cents/kwh Ήρθε η ώρα να τα βάλουμε όλα κάτω και να υπολογίσουμε το πραγματικό κόστος της πυρηνικής κιλοβατώρας. Με βάση τα εξωπραγματικά χαμηλά κόστη που δίνει η πυρηνική βιομηχανία, το κόστος της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας εκτιμάται σε μόλις 2,9-13,6 US cents/kwh φαντάζει δηλαδή χαμηλό. Όπως θα δούμε όμως παρακάτω, το πραγματικό κόστος της πυρηνικής κιλοβατώρας είναι σημαντικά υψηλότερο. Ας το δούμε λοιπόν. Κάνουμε τις εξής υποθέσεις: - Overnight cost: $/kw (μέσος όρος διεθνώς από στοιχεία της Παγκόσμιας Ένωσης Πυρηνικών) - Συνολικό κόστος (με προσαυξήσεις και κόστος κεφαλαίου κατά τη διάρκεια κατασκευής): $/kw (εύρος πρόσφατων εκτιμήσεων στη διεθνή βιβλιογραφία) 50

51 - Διάρκεια κατασκευής: 7 έτη - Έναρξη λειτουργίας: μετά το Κόστος υποδομών για διαχείριση αποβλήτων: 950 $/kw - Κόστος αποσυναρμολόγησης πυρηνικού σταθμού μετά από 40 έτη: $/kw (15,5-40 $/kw σε σημερινές τιμές) - Χρόνος ζωής πυρηνικού σταθμού: 40 έτη - Λειτουργικά κόστη: 5 US cents/kwh - Μέσος συντελεστής φόρτισης μονάδας: 85% - Επιτόκιο προεξόφλησης: 10% Με βάση τα παραπάνω, το ανηγμένο κόστος (levelized cost) της πυρηνικής κιλοβατώρας ανέρχεται σε 18-20,8 US cents/kwh ή αντίστοιχα σε 12,9-14,8 eurocents/kwh. Οι εκτιμήσεις αυτές συμφωνούν με εκείνες άλλων αναλυτών όπως φαίνεται και στα σχετικά διαγράμματα που παρατέθηκαν παραπάνω. Τα κόστη που υπόσχεται η πυρηνική βιομηχανία (2,9-13,6 US cents/kwh) προκύπτουν μόνο αν υποθέσει κανείς εξωπραγματικά χαμηλό κόστος επένδυσης, δεν υπολογίσει το κόστος όλων των αναγκαίων υποδομών για τη λειτουργία του εργοστασίου, το κόστος των δικτύων, το κόστος του χρήματος, το κόστος διαχείρισης των αποβλήτων, το κόστος αποσυναρμολόγης του σταθμού και θεωρήσει χαμηλές τιμές καυσίμου σαν αυτές που ίσχυαν μια δεκαετία πριν, αλλά έχουν πλέον αυξηθεί. Υποκρύπτουν επίσης τις σημαντικές άμεσες και έμμεσες επιδοτήσεις που απολαμβάνει η πυρηνική βιομηχανία (με τη μορφή φοροαπαλλαγών, κρατικής εγγύησης έναντι του ασφαλιστικού κινδύνου, κονδύλια για έρευνα και ανάπτυξη, κ.λπ). Ακόμη και σήμερα, το 80% περίπου των συνολικών επιδοτήσεων διεθνώς στο χώρο της ενέργειας κατευθύνεται στα πυρηνικά και τα ορυκτά καύσιμα. 51

52 8. Σύγκριση διαφόρων πηγών ενέργειας Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τις υποθέσεις που κάνουμε: Πίνακας 8.1 Πίνακας

53 Όπως βλέπουμε στο παραπάνω διάγραμμα, το 2020, τα πυρηνικά δεν θα μπορούν να ανταγωνιστούν ούτε καν τα μικρής κλίμακας οικιακά φωτοβολταϊκά σε ό,τι αφορά στο κόστος ενέργειας. Σε ότι αφορά στα αιολικά και ορισμένες εφαρμογές της βιομάζας, αυτά είναι ήδη φθηνότερα από τα πυρηνικά ακόμη και σήμερα. Το 2010, μία αντίστοιχη μελέτη για τις ΗΠΑ τάραξε τα νερά όταν ισχυρίστηκε ότι ήδη το κόστος της ενέργειας από μεγάλα φωτοβολταϊκά πάρκα σε περιοχές με μεγάλη ηλιοφάνεια είναι συγκρίσιμο με αυτό των πυρηνικών, όπως φαίνεται και στο παρακάτω διάγραμμα. Σημειωτέον ότι στη συγκεκριμένη περίπτωση υπήρχε και επιδότηση κεφαλαίου για τα φωτοβολταϊκά και συνεπώς η εξίσωση του κόστους της ενέργειας με τα πυρηνικά ήρθε πιο σύντομα από τις δικές μας εκτιμήσεις για την Ελλάδα. Πίνακας

54 9. Το ανυπολόγιστο κόστος της πυρηνικής ενέργειας Όλα τα παραπάνω προσπαθούν να αποτιμήσουν σε χρήμα κάποια μεγέθη που εν τέλει αφορούν ανθρώπινες ζωές, την κοινωνική ευημερία αλλά και την προστασία του περιβάλλοντος. Πόσο όμως αποτιμάται η ζωή που χάνεται από ένα πυρηνικό ατύχημα; Επειδή, μια εικόνα αξίζει όσο χίλιες λέξεις, κλείνουμε με μια σειρά από φωτογραφίες και διαφάνειες που καταδεικνύουν το πραγματικό κόστος των πυρηνικών και το αποτρόπαιο πρόσωπο της πυρηνικής βιομηχανίας. 54

55 55

56 56

57 10. Ασφάλεια αντιδραστήρων Πυρηνικά κατάλοιπα Ασφάλεια αντιδραστήρων Στα πλαίσια της παρούσας ανάλυσης δε θα αναπτυχθεί το πολύπλοκο τεχνικό θέμα της ασφάλειας των πυρηνικών εγκαταστάσεων. Ωστόσο υπογραμμίζεται ότι ο κύριος στόχος των συστημάτων ασφάλειας πυρηνικών αντιδραστήρων είναι η εξασφάλιση πολλαπλών διαδοχικών φραγμάτων εγκλωβισμού των ραδιενεργών προϊόντων της σχάσης, με σκοπό την ελαχιστοποίηση της πιθανότητας διαρροής αυτών στο περιβάλλον. Ο σχεδιασμός, η κατασκευή και οι διαδικασίες λειτουργίας των πυρηνικών αντιδραστήρων διέπονται από την ονομαζόμενη άμυνα σε βάθος. Σύμφωνα με αυτή τη βασική αρχή: (α) Πρέπει να ελαχιστοποιείται η πιθανότητα να εκκινήσει οποιοδήποτε πιθανό ατύχημα. Επιβάλλεται η πιθανότητα αυτή να είναι μικρότερη από προδιαγεγραμμένη τιμή. (β) Επιπλέον αυτού, επιβάλλεται το σύστημα να έχει σχεδιαστεί και να λειτουργεί έτσι, ώστε αν το ατύχημα εκκινήσει, να αποτρέψει την ανάπτυξη του ατυχήματος και να επαναφέρει τον αντιδραστήρα σε ασφαλή κατάσταση. Η πιθανότητα να συμβεί μεγάλο ατύχημα πρέπει να είναι μικρότερη από τιμή προδιαγεγραμμένη από τους κανονισμούς της χώρας στην οποία εγκαθίσταται ο αντιδραστήρας. (γ) Επιπλέον της ελαχιστοποίησης της πιθανότητας να συμβεί μεγάλο ατύχημα, αν το ατύχημα συμβεί, επιβάλλεται ο σχεδιασμός και η κατασκευή να είναι τέτοιες, ώστε να ελαχιστοποιούνται οι δυσμενείς επιπτώσεις στο περιβάλλον και την υγεία του πληθυσμού. Η φιλοσοφία της άμυνας σε βάθος, εφαρμόζεται και στις εγκαταστάσεις διαχείρισης ραδιενεργών καταλοίπων, με την έννοια ότι σχεδιάζονται διαδοχικά φράγματα αποτροπής της ρύπανσης της βιόσφαιρας, καθένα από τα οποία πρέπει να έχει προδιαγραμμένη μικρή πιθανότητα να διαρραγεί. Θεμελιώδης προϋπόθεση ασφάλειας είναι η ύπαρξη Ρυθμιστικής Αρχής, η οποία ελέγχει την εφαρμογή των κανονισμών ασφάλειας και τις πρακτικές στις πυρηνικές εγκαταστάσεις, έχει αρμοδιότητα αδειοδότησης πυρηνικών πρακτικών και ευθύνεται για την προστασία του πληθυσμού και του περιβάλλοντος από τις ιοντίζουσες ακτινοβολίες. Διεθνείς συμβάσεις και νόμοι (π.χ. της ΕΕ) επιβάλλουν η Ρυθμιστική Αρχή να είναι ανεξάρτητη από την κυβέρνηση και να έχει επαρκή χρηματοδότηση, στελέχωση και τεχνογνωσία. Στα σύγχρονα πυρηνικά εργοστάσια το κόστος της ασφάλειας είναι περίπου το 25% του συνολικού κόστους κεφαλαίου. Ο σχεδιασμός νέων αντιδραστήρων (advanced reactors, 2 τέτοιοι άρχισαν λειτουργία το 1996 στην Ιαπωνία) περιέχει βελτιώσεις ασφάλειας βασισμένες στην προηγούμενη εμπειρία λειτουργίας. 57

58 Κύρια χαρακτηριστικά των, εκτός από τον πλεονασμό (redundancy), είναι παθητικά συστήματα ασφάλειας και περισσότερη ασφάλεια κατά μία ή δύο τάξεις μεγέθους σε σχέση με τους προηγούμενους σχεδιασμούς. Εκτίμηση του βαθμού ασφάλειας των πυρηνικών αντιδραστήρων μπορεί να προκύψει από επισκόπηση που ακολουθεί: του ιστορικού των αντιδραστήρων εν λειτουργία, των ατυχημάτων και των επιπτώσεών τους, την σύγκριση με τις πρακτικές άλλων δραστηριοτήτων (π.χ. της χημικής βιομηχανίας) και τέλος από την πρακτική και τα προβλήματα της διαχείρισης των ραδιενεργών καταλοίπων. Αντιδραστήρες εν λειτουργία Από τη δεκαετία του 50 μέχρι σήμερα έχει λειτουργήσει, ανά τον κόσμο, μεγάλος αριθμός πυρηνικών αντιδραστήρων. Κατά το 2004, λειτουργούσαν 437 αντιδραστήρες ισχύος με συνολική εγκατεστημένη ισχύ περίπου 363 GWe και ευρίσκοντο υπό κατασκευήν 30 αντιδραστήρες ισχύος. Για την πρόωση περίπου 200 πολεμικών πλοίων και υποβρυχίων χρησιμοποιούνται περισσότεροι από 200 πυρηνικοί αντιδραστήρες. Μέτρο της τεχνολογικής εμπειρίας είναι ο αριθμός των «ετών-αντιδραστήρα» (reactor-years), π.χ. αν 10 αντιδραστήρες λειτουργούν επί 5 έτη, λέγεται ότι υπάρχουν 50 «έτηαντιδραστήρα». Σήμερα υπάρχουν συσσωρευμένα περισσότερα από έτηαντιδραστήρα. Ο αριθμός των ατυχημάτων ανά έτος-αντιδραστήρα είναι επίσης μέτρο της ασφάλειας. Θεσμοθετημένος δείκτης της ασφάλειας είναι η πιθανή συχνότητα να συμβεί ατύχημα τήξης της καρδιάς, το οποίο, όπως ελέχθη αποτελεί ατύχημα βάσης σχεδιασμού. Η προδιαγραφή της Nuclear Regulatory Commission (NRC, Ρυθμιστική Αρχή των ΗΠΑ) είναι σχεδιασμός αντιδραστήρων ώστε η πιθανή συχνότητα να είναι μικρότερη από 1 στα έτη. Οι απαιτήσεις-προδιαγραφές των εταιριών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στις ΗΠΑ είναι για πιθανή συχνότητα μικρότερη από 1 στα έτη. Τα καλύτερα σύγχρονα πυρηνικά εργοστάσια έχουν πιθανή συχνότητα μικρότερη από 1 στα έτη και για τις μονάδες που σχεδιάζονται για την επόμενη δεκαετία προδιαγράφεται συχνότητα σχεδόν μικρότερη από 1 στα 10 εκατομμύρια έτη. Παρόμοια ισχύουν στα άλλα προηγμένα κράτη. 58

59 Αναφορικά με την ανέλιξη των πυρηνικών αντιδραστήρων είναι δυνατόν να διακριθούν οι εξής γενιές: Πρώτη γενιά Οι πειραματικοί και πρότυποι αντιδραστήρες που αναπτύχθηκαν και εγκαταστάθηκαν τις δεκαετίες του 50 και 60. Οι πρότυποι αντιδραστήρες έχουν αξιόλογη ισχύ (σε αντιδιαστολή με τους πειραματικούς) με κύριο σκοπό, όχι την παραγωγή ενέργειας, αλλά τη διερεύνηση και επίλυση προβλημάτων προκειμένου να σχεδιασθεί εμπορικός τύπος αντιδραστήρα. Σχεδόν κανείς από αυτούς δεν βρίσκεται σήμερα σε λειτουργία. Δεύτερη γενιά Οι εμπορικοί αντιδραστήρες (κύριος σκοπός η παραγωγή ενέργειας) ο σχεδιασμός των οποίων βασίστηκε στην πείρα της πρώτης γενιάς. Η μεγάλη πλειοψηφία των αντιδραστήρων που λειτουργούν σήμερα βασίστηκε σε αρχές αυτής της γενιάς. Οι αντιδραστήρες αυτοί επέδειξαν αξιοπιστία και ασφάλεια, αν ληφθεί υπόψη ότι σε όλα αυτά τα έτη λειτουργίας, τόσων αντιδραστήρων, με περισσότερα από «έτη-αντιδραστήρα», συνέβη ένα μόνο ατύχημα με σοβαρές συνέπειες στο περιβάλλον. Διατίθενται όμως σήμερα από πολύ καλύτερα και ασφαλέστερα συστήματα αντιδραστήρων. Τρίτη γενιά Εξελιγμένοι (evolutionary) ή προηγμένοι (advanced) αντιδραστήρες ελαφρού ύδατος με κλασσικά (ενεργητικά) συστήματα ασφάλειας (ALWR: Advanced Light Water Reactor). Προέκυψαν από την πολυετή εμπειρία των αντιδραστήρων δεύτερης γενιάς, από εμπειρία πολλών χιλιάδων «ετών-αντιδραστήρα». Σε σχέση με αυτούς της γενιάς ΙΙ, μεταξύ άλλων, έχουν: (α) απλούστερο και βελτιωμένο σχεδιασμό που παρέχει ευκολότερη λειτουργία και μεγαλύτερη αντίσταση σε λειτουργικά σφάλματα, (β) μεγαλύτερη διαθεσιμότητα (συντελεστή φορτίου) και χρόνο ζωής (τυπικά 60 έτη έναντι 30 ετών των αντιδραστήρων δεύτερης γενιάς10), (γ) σημαντικά μικρότερη πιθανότητα ατυχημάτων τήξης της καρδιάς, (δ) αντίσταση σε σοβαρή ζημιά από πρόσκρουση αεροπλάνου, σε σχέση με διαφυγές ραδιενεργών προϊόντων, (ε) καλύτερη αξιοποίηση του σχάσιμου υλικού (higher fuel burn-up) και μεγαλύτερο χρόνο ζωής καυσίμου στον αντιδραστήρα, άρα μεγαλύτερο χρόνο αυτονομίας. Δύο είναι οι ήδη αναπτυγμένοι τύποι: (α) ζέοντος ύδατος (ABWR: Advanced Boiling Water Reactor) και (β) πεπιεσμένου ύδατος (APR: Advanced Pressurized Reactor, EPR: European Pressurized Reactor ή Evolutionary Power Reactor) 59

60 Δύο ABWR λειτουργούν από το 1996 και ένας ακόμα είναι υπό κατασκευή στην Ιαπωνία, ενώ δύο είναι υπό κατασκευή στην Ταϊβάν (αναμενόμενος χρόνος λειτουργίας 60 έτη, συντελεστής φορτίου 90%). Επίσης ένας EPR είναι υπό κατασκευή στη Φινλανδία, αρχίζει η κατασκευή ενός στη Γαλλία, και δύο προγραμματίζονται στην Κίνα. Ένας APR αναμένεται να λειτουργήσει μετά το 2010 στη Νότια Κορέα. Εν κατακλείδι, ρωσικοί αντιδραστήρες Advanced PWR, με παθητικά συστήματα ασφάλειας, κατασκευάζονται στην Ινδία και στην Κίνα, ενώ δύο προγραμματίζονται για το Belene της Βουλγαρίας. Ο Ρωσικός AES-92 είναι πιστοποιημένος ότι πληροί τους κανονισμούς ασφάλειας της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Τρίτη γενιά + : Ανάπτυξη στο εγγύς μέλλον. Η σημαντικότερη βελτίωση ασφάλειας, σε σχέση με τη δεύτερη γενιά, είναι ότι θα ενσωματώνουν παθητικά συστήματα ασφάλειας, στα οποία τα ενεργά συστήματα (π.χ. αντλίες) αντικαθίστανται με παθητικά συστήματα που βασίζονται σε φυσικές δυνάμεις (βαρύτητα, αποθηκευμένη ενέργεια, παθητική μεταφορά θερμότητας στο περιβάλλον, παθητική έκτακτη ψύξη καρδιάς κ.α.) και όχι σε λειτουργικότητα σχεδιασμένων μηχανισμών κατόπιν ηλεκτρικής ή μηχανικής εντολής. Θα έχουν καλύτερη ασφάλεια με πολύ ουσιαστική απλοποίηση του συστήματος. Τέταρτη γενιά: Διεθνής συμφωνία (Αργεντινή, Βραζιλία, Καναδάς, Κίνα, Ευρατόμ, Γαλλία, Ιαπωνία, Κορέα, Ρωσία, Νότιος Αφρική, Ελβετία, Αγγλία, ΗΠΑ) ερευνητικής συνεργασίας για προηγμένα πυρηνικά ενεργειακά συστήματα. Δεν αναμένεται να είναι διαθέσιμα για εμπορική κατασκευή προ του 2030, με εξαίρεση τον Very High Temperature Reactor, η εγκατάσταση του οποίου αναμένεται να ολοκληρωθεί το Οιστόχοι είναι: Βιώσιμότητα-1: παραγωγή ενέργειας, φιλική προς το περιβάλλον, με μακροπρόθεσμη βιωσιμότητα των συστημάτων, αποδοτική χρήση των πυρηνικών καυσίμων για κάλυψη των αναγκών της υφηλίου. Βιωσιμότητα-2: ελαχιστοποίηση των πυρηνικών καταλοίπων και σημαντική μείωση του μακροπρόθεσμου φόρτου διαχείρισης, ώστε να βελτιωθεί η προστασία της δημόσιας υγείας και του περιβάλλοντος. Οικονομικά-1: καθαρό πλεονέκτημα συνολικού κόστους έναντι άλλων πηγών ενέργειας. Οικονομικά-2: οικονομικός κίνδυνος συγκρίσιμος με άλλα ενεργειακά έργα. Ασφάλεια και αξιοπιστία-1: άριστη επίδοση λειτουργίας ως προς ασφάλεια και αξιοπιστία. Ασφάλεια και αξιοπιστία-2: πολύ μικρή πιθανότητα, και πολύ μικρή έκταση, βλάβης της καρδιάς. Ασφάλεια και αξιοπιστία-3: εξάλειψη ανάγκης για μέτρα έκτακτης ανάγκης εκτός πυρηνικού σταθμού. Αντίσταση στη διάδοση υλικών για όπλα και αυξημένη φυσική προστασία σε πράξεις τρομοκρατίας. 60

61 Απόβλητα Τα απόβλητα από τον κύκλο του πυρηνικού καυσίμου χαρακτηρίζονται ως υψηλής, μέσης ή χαμηλού επιπέδου ακτινοβολίας απόβλητα από το ποσό της ακτινοβολίας που εκπέμπουν. Τα απόβλητα αυτά προέρχονται από διάφορες πηγές και περιλαμβάνουν: χαμηλού επιπέδου απόβλητα που παράγονται σε όλα τα στάδια του κύκλου του πυρηνικού καυσίμου ενδιάμεσου επίπεδου απόβλητα που παράγονται κατά τη λειτουργία του αντιδραστήρα και την επανεπεξεργασία απόβλητα υψηλής ραδιενέργειας, τα οποία είναι τα απόβλητα που περιέχουν τα προϊόντα της σχάσης από επανεπεξεργασία, και σε πολλές χώρες, το ίδιο το χρησιμοποιημένο καύσιμο. Η διαδικασία εμπλουτισμού οδηγεί στην παραγωγή μεγάλης ποσότητας απεμπλουτισμένου ουρανίου, στο οποίο η συγκέντρωση του U-235 είναι σημαντικά μικρότερη από το 0,7% που βρίσκεται στη φύση. Μικρές ποσότητες του υλικού αυτού, που είναι κυρίως U-238, χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές όπου απαιτείται υλικό υψηλής πυκνότητας, συμπεριλαμβανομένων εφαρμογών για προστασία από ακτινοβολία, ενώ χρησιμοποιείται και στην παραγωγή του καυσίμου ΜΟΧ. Αν και το U-238 δεν είναι πολύ ραδιενεργό υλικό ορισμένες προφυλάξεις πρέπει, να λαμβάνονται κατά την αποθήκευση ή διάθεση του. Κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με βάση την πυρηνική προκύπτουν ραδιενεργά απόβλητα και αναλωμένο πυρηνικό καύσιμο. Οι πιο επικίνδυνες και ραδιοτοξικές μορφές τέτοιων υλικών τοποθετούνται σήμερα σε εγκαταστάσεις πρόσκαιρης αποθήκευσης. Σε κανένα κράτος δεν υπάρχει εγκατάσταση οριστικής αποθήκευσης, ούτε προβλέπεται σύντομα η κατασκευή τέτοιου έργου. Για την ώρα συνεχίζεται η συσσώρευση τέτοιων υλικών. 61

62 11. Μελέτη για την ελληνική προοπτική Η πρώτη ύλη, το ουράνιο στην Ελλάδα Στην Ελλάδα σημαντικά κοιτάσματα ουρανίου, που υπολογίζεται ότι φτάνουν τους τόνους, εντόπισε το Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών στο υπέδαφος των νομών 1ράμας και Σερρών αλλά και σε άλλες περιοχές της Βορείου Ελλάδας. Τα βεβαιωμένα αποθέματα είναι τόνοι. Σύμφωνα με τη μελέτη του ΙΓΜΕ, που παρουσιάστηκε στο πλαίσιο του 10 ου 1ιεθνούς Συνεδρίου της Ελληνικής Γεωλογικής Εταιρείας, το υπέδαφος της Ελλάδας και οι υποθαλάσσιες περιοχές του Αιγαίου διαθέτουν μεγάλα αποθέματα ουρανίου, τα οποία μπορούν να αξιοποιηθούν από την Ελλάδα, σε κάποια ενδεχόμενη παγκόσμια ενεργειακή κρίση. Επιπλέον στα δικά μας κοιτάσματα υπάρχει και θόριο, το στοιχείο που χρησιμοποιούν ως καύσιμο πυρηνικοί αντιδραστήρες νέας τεχνολογίας. Το ΙΓΜΕ έχει πραγματοποιήσει και οικονομοτεχνικές μελέτες, από τις οποίες διαπιστώθηκε ότι σε αρκετές περιπτώσεις είναι οικονομικά πρόσφορη η απόληψή τους. Σύμφωνα με το ΙΓΜΕ, τα βεβαιωμένα κοιτάσματα ουρανίου στη Βόρεια Ελλάδα επαρκούν για 20ετή αυτόνομη λειτουργία πυρηνικού αντιδραστήρα με δυνατότητα παραγωγής MW ημερησίως. Το μεγαλύτερο και καλύτερα μελετημένο κοίτασμα είναι αυτό στο Παρανέστι της Δράμας. Εκεί, στην περιοχή Αρχοντοβούνι, το ΙΓΜΕ λειτούργησε με επιτυχία στα μέσα της δεκαετίας του 80 πιλοτικό εργοστάσιο παραγωγής κίτρινου συμπυκνώματος ουρανίου. Το κίτρινο συμπύκνωμα ουρανίου, είναι προϊόν του εμπλουτισμού του μεταλλεύματος. Προφανώς μετά ήρθε το Τσέρνομπιλ και το φιλόδοξο πρόγραμμα σταμάτησε. Επρόκειτο για εμπλουτισμό του μεταλλεύματος κι όχι για ισοτοπικό εμπλουτισμό, ο οποίος δεν ήταν δυνατόν να γίνει στην Ελλάδα. Σήμερα μεταλλεία ουρανίου υπάρχουν μόνο σε 9 χώρες, με τον Καναδά και την Αυστραλία να προμηθεύουν πάνω από το 50% της παγκόσμιας παραγωγής. Πολλές ακόμα χώρες σκέφτονται να αναπτύξουν νέα ή να ξαναρχίσουν εξόρυξη από παλαιά μεταλλεία. Χωροθέτηση πυρηνικών αντιδραστήρων Πρωταρχικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη χωροθέτηση Παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την αξιολόγηση των περιοχών είναι οι εξής: _ Τα χαρακτηριστικά του σχεδιασμού του αντιδραστήρα και της προτεινόμενης λειτουργίας. _ Η πυκνότητα του πληθυσμού και τα χαρακτηριστικά χρήσης της γης των περιχώρων, συμπεριλαμβανομένης της ζώνης αποκλεισμού, της ζώνης χαμηλού πληθυσμού, και της απόστασης από το αστικό κέντρο. Η σημασία των παραπάνω εννοιών είναι: _ Ζώνη αποκλεισμού θεωρείται η περιοχή γύρω από τον αντιδραστήρα στην οποία η άδεια του αντιδραστήρα έχει την κυριότητα να καθορίζει όλες τις δραστηριότητες συμπεριλαμβανόμενου του αποκλεισμού/μετακίνησης εργατικού προσωπικού και ιδιοκτησιών της περιοχής. 62

63 _ Ζώνη χαμηλού πληθυσμού είναι η περιοχή που περιβάλλει την περιοχή του αποκλεισμού που περιέχει τους κατοίκους, ο συνολικός αριθμός και η πυκνότητα των οποίων είναι τέτοιες ώστε να υπάρχει εύλογη πιθανότητα ότι τα κατάλληλα προστατευτικά μέτρα μπορούν να ληφθούν για λογαριασμό τους, σε περίπτωση σοβαρού ατυχήματος. _ Απόσταση από το κέντρο πληθυσμού είναι η απόσταση από τον αντιδραστήρα στο πλησιέστερο σύνορο με μια πυκνοκατοικημένη περιοχή ( κάτοικοι). _ Τα φυσικά χαρακτηριστικά για την περιοχή όπως σεισμολογία, μετεωρολογία, γεωλογία και υδρολογία. Συγκεκριμένα, τα γεωλογικά και σεισμικά στοιχεία που πρέπει να μελετηθούν είναι τα παρακάτω: _ Δονήσεις εδάφους _ Τεκτονική παραμόρφωση της επιφάνειας _ Μη τεκτονική παραμόρφωση _ Ποσοστά υποτροπής σε σεισμούς _ Γεωμετρία και ποσοστά ολίσθησης _ Υλικά θεμελίων της περιοχής _ Σεισμικά κύματα, πλημμύρες υδάτων. Στον παρακάτω χάρτη παρουσιάζεται η σεισμική δραστηριότητα στον Ελλαδικό χώρο και διαγράφονται οι τεκτονικές πλάκες. Τεκτονικές πλάκες στην Ελλάδα 63

64 Σημαντικά επίκεντρα σεισμών στον Ελλαδικό χώρο Επίκεντρα σημαντικότερων σεισμών στην Ελλάδα 64

65 Ενδεχόμενη εγκατάσταση πυρηνικού σταθμού στην Ελλάδα Παρακάτω αναδεικνύεται η δημιουργία των προϋποθέσεων για την εξασφάλιση διαθεσιμότητας, προσβασιμότητας και αποδεκτικότητας του ενεργειακού συστήματος, ώστε να εξασφαλίζεται επάρκεια εφοδιασμού από αξιόπιστες πηγές, καθώς και προσφορά στην κατανάλωση σε προσιτές τιμές που θα αντικατοπτρίζουν και το πραγματικό κόστος του αγαθού και με σεβασμό στην προστασία του περιβάλλοντος. Παρουσιάζεται ένα Σενάριο Αναφοράς που προβλέπει αύξηση της ζήτησης κατανάλωσης, καθώς και ένα σενάριο με εφαρμογή μέτρων εξοικονόμησης με αντίστοιχη αύξηση της ζήτησης. Η αυξημένη ζήτηση πολύ δύσκολα θα μπορούσε να καλυφθεί με πρόσθετη λιγνιτική παραγωγή, λόγω της μείωσης των διαθέσιμων αποθεμάτων και τα συνεχώς αυξανόμενα κόστη εξόρυξης και δικαιωμάτων εκπομπών CO2. Το ενεργειακό μίγμα που προτείνεται ως η πιο αξιόπιστη και οικονομική λύση θα πρέπει να αποτελείται από: _ λιγνιτικές μονάδες σε μειούμενο, λόγω εξάντλησης των κοιτασμάτων, ποσοστό, _ μονάδες φυσικού αερίου σε ποσοστό που προβλέπεται ότι θα μπορέσει να καλυφθεί από εισαγωγές του καυσίμου βάσει μακροχρόνιων συμβάσεων που πρέπει να εξασφαλιστούν, _ μεγάλα υδροηλεκτρικά έργα σε ποσοστό που προσδιορίζεται από το περιορισμένο αξιοποιήσιμο υδροδυναμικό, _ αιολικές και φωτοβολταϊκές μονάδες σε ποσοστό που υπαγορεύει η ευστάθεια του συστήματος και _ μονάδες λιθάνθρακα νέας τεχνολογίας που θα ανταποκρίνονται στις ευαισθησίες και απαιτήσεις των τοπικών κοινωνιών. Η χρήση της πυρηνικής ενέργειας για ηλεκτροπαραγωγή αποτελεί μία εναλλακτική ενεργειακή προοπτική. Κατά τη λειτουργία μιας πυρηνικής μονάδας δεν εκλύονται αέριοι ρύποι στην ατμόσφαιρα, όπως συμβαίνει με τη χρήση συμβατικών μορφών ενέργειας, και η ρύπανση του περιβάλλοντος σε περίπτωση ομαλής λειτουργίας είναι αμελητέα. Η Βουλγαρία, η Τσεχία, η Ουγγαρία, η Σλοβενία, η Ρουμανία και η Τουρκία εκδηλώνουν συνεχές ενδιαφέρον για την κατασκευή πυρηνικών αντιδραστήρων. Η μη εγκατάσταση πυρηνικού εργοστασίου ηλεκτροπαραγωγής στην Ελλάδα σημαίνει εκτεταμένες εισαγωγές πετρελαίου και γαιάνθρακα, με τα αντίστοιχα μειονεκτήματα της περιβαλλοντικής ρύπανσης και της έντονης ενεργειακής εξάρτησης από τρίτες χώρες πολιτικά ασταθείς, ή στην καλύτερη περίπτωση, εξάρτηση από εισαγωγές ηλεκτρικής ενέργειας από όμορα κράτη που θα εγκαταστήσουν πυρηνικούς αντιδραστήρες. Σε περίπτωση μεγάλου πυρηνικού ατυχήματος σε γειτονική χώρα, η πιθανότητα σημαντικών επιπτώσεων και στη χώρα μας δεν είναι αμελητέα. Τα αποτελέσματα ενδεχόμενης εγκατάστασης αντιδραστήρων ισχύος στην Ελλάδα θα είναι: _ Μη περαιτέρω αύξηση των αερίων θερμοκηπίου και αποφυγή της σχετικής οικονομικής ποινής. _ Χαμηλότερο κόστος κιλοβατώρας. _ Ενεργειακή αυτονομία επί πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα σε σχέση με πετρέλαιο ή φυσικό αέριο. Στην περίπτωση διαταραχών στην προμήθεια πετρελαίου ή αερίου ο συμβατικός σταθμός πρέπει να κλείσει όταν εξαντληθούν τα αποθέματα. Αυτά τα αποθέματα επαρκούν συνήθως για τη λειτουργία ενός ως τριών μηνών. Στις περισσότερες χώρες της ΕΕ τα στρατηγικά αποθέματα αντιστοιχούν σε λειτουργία τριών μηνών. Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες λειτουργούν, χωρίς ανάγκη επανατροφοδότησης καυσίμου, επί 12 ως 18 μήνες, εξασφαλίζοντας έτσι πολλούς μήνες λειτουργίας πριν να χρειάζεται να κλείσουν. Το μεγαλύτερο μέρος του πυρηνικού καυσίμου της ΕΕ παράγεται στην ΕΕ (μέρος της μετατροπής και μείζονα τμήματα εμπλουτισμού και κατασκευής του καυσίμου), αλλά σχεδόν όλο το φυσικό ουράνιο εισάγεται. Όμως, οι εισαγωγές ουρανίου είναι, για γεωπολιτικούς λόγους, πολύ λιγότερο ευάλωτες απ ότι οι εισαγωγές πετρελαίου και αερίου. 65

66 _ Εισαγωγή και απόκτηση της προηγμένης τεχνογνωσίας που συνοδεύει την πυρηνική τεχνολογία σε πληθώρα τεχνολογικών πεδίων. Η προκήρυξη διαγωνισμού για προμήθεια και εγκατάσταση, η εγκατάσταση και η λειτουργία πυρηνικού αντιδραστήρα ισχύος στη χώρα μας προϋποθέτει την ύπαρξη: _ επιστημονικού προσωπικού με επαρκή σχετική τεχνογνωσία, _ ανεξάρτητης ρυθμιστικής αρχής ικανής να ελέγξει τις προδιαγραφές, την εγκατάσταση και τη λειτουργία του / των αντιδραστήρων και _ επαρκούς σχετικής νομοθεσίας. Η λήψη της απόφασης για ανάπτυξη πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής από μια χώρα χωρίς «πυρηνικό» παρελθόν, όπως είναι η Ελλάδα, προϋποθέτει την αξιολόγηση των ενεργειακών αναγκών, των δυνατοτήτων της χώρας και των κοινωνικών και οικονομικών αλλαγών που θα επιφέρει. Η ιδιαιτερότητα της συγκεκριμένης απόφασης έγκειται μεν στην πολυπλοκότητα των δεσμεύσεων και των υποχρεώσεων που συνεπάγεται, αλλά και στην μακροπρόθεσμη σχεδίαση στην οποία πρέπει να βασιστεί. Κι αυτό γιατί η έναρξη λειτουργίας ενός εργοστασίου δεν οριοθετεί το τέλος του εγχειρήματος, δηλαδή ένας πυρηνικός αντιδραστήρας είναι ταυτόχρονα μια δέσμευση χρονικού ορίζοντα τουλάχιστον 100 ετών. Η ηλεκτροπαραγωγή από πυρηνική ενέργεια είναι μια συνεχής διαδικασία, θεμέλιο της οποίας είναι η συγκρότηση ισχυρής και ανεξάρτητης ρυθμιστικής αρχής. Κύριο έργο αυτού του φορέα είναι η αδειοδότηση των πυρηνικών εγκαταστάσεων και η συνεχής εποπτεία καθ όλη τη διάρκεια των εργασιών κατασκευής και λειτουργίας τους,. Εξίσου σημαντική είναι η παράμετρος του ανθρώπινου δυναμικού, το οποίο θα υποστηρίξει τη διαδικασία ηλεκτροπαραγωγής από πυρηνικά εργοστάσια. Δεδομένου ότι ο φορέας που αναλαμβάνει τη λειτουργία ενός πυρηνικού εργοστασίου χρειάζεται εργαζομένους, γίνεται αντιληπτό πως απαιτείται μακροπρόθεσμη εθνική στρατηγική και στον χώρο της εκπαίδευσης. Μάλιστα η αυξανόμενη ζήτηση για επιστήμονες εξειδικευμένους σε θέματα πυρηνικής τεχνολογίας και ακτινοπροστασίας έχει οδηγήσει πολλά κράτη σε αυξημένες χρηματοδοτήσεις των πυρηνικών επιστημών. Στις ΗΠΑ, η στρατηγική αυτή έχει ήδη αποδώσει, καθώς την περίοδο τετραπλασιάστηκαν οι φοιτητές στους σχετικούς κλάδους σπουδών. Η Πολωνία, χώρα που δεν έχει πυρηνικούς σταθμούς, είναι επίσης ένα ακόμη παράδειγμα κράτους που επενδύει συστηματικά στην εκπαίδευση νέων επιστημόνων, αφού έχει καθιερώσει την εξάμηνη απασχόληση σε πυρηνικό εργοστάσιο και την εκπαίδευση στο εξωτερικό ως μέρος της φοίτησης στα σχετικά προγράμματα. Πρακτικά η υλοποίηση ενός πυρηνικού προγράμματος προϋποθέτει την εξασφάλιση αρκετά σημαντικών κεφαλαίων. Το γενικότερο επενδυτικό και πολιτικό κλίμα, οι υπάρχουσες εναλλακτικές ενεργειακές λύσεις, οι ενεργειακές ανάγκες, ο τύπος του αντιδραστήρα που θα επιλεγεί, το κόστος των οικοδομικών υλικών την περίοδο κατασκευής είναι μερικοί μόνο από τους παράγοντες που διαμορφώνουν το κόστος κατασκευής ενός πυρηνικού εργοστασίου, το οποίο είναι αναμφισβήτητα πολύ υψηλό. Μπορεί δε να φθάσει σε ακόμη πιο υψηλά επίπεδα εάν αναφερόμαστε σε χώρες που δε διαθέτουν καμία απολύτως υποδομή και καθόλου τεχνογνωσία. Ωστόσο, όπως προαναφέρθηκε, αν και το κόστος κατασκευής είναι αρκετά υψηλό, οι λειτουργικές δαπάνες είναι σχετικά χαμηλές. Αναφορικά με τον χρόνο υλοποίησης, είναι δεδομένο ότι από τη στιγμή της απόφασης έως την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από πυρηνικό εργοστάσιο χρειάζονται τουλάχιστον χρόνια εντατικής προετοιμασίας. Παράλληλα, έμφαση πρέπει να δοθεί στην εμπέδωση της σημασίας της ραδιολογικής ασφάλειας και της ασφάλειας των πυρηνικών εγκαταστάσεων στη συνείδηση όλων. Σημείο-κλειδί στη διαδικασία υλοποίησης ενός πυρηνικού προγράμματος μπορεί να αποδειχθεί και ο βαθμός συναίνεσης ή αντίδρασης της τοπικής κοινωνίας. Υπάρχουν διλήμματα που χρειάζονται σοβαρή και λογική αντιμετώπιση χωρίς δογματικές τοποθετήσεις: Μπορεί μια κοινωνία να δεχθεί ένα πυρηνικό ρίσκο πολύ μικρής πιθανότητας ενόψει άλλων μικρότερων ρίσκων με μεγαλύτερη πιθανότητα; Μπορεί μια κοινωνία να αποδέχεται κινδύνους όπως, π.χ. μια παγκόσμια καταστροφή από το φαινόμενο του θερμοκηπίου ή οικονομικές και κοινωνικές αναταραχές από έλλειψη ενέργειας, και να απορρίπτει ρεαλιστικές λύσεις όπως είναι η πυρηνική 66

67 ενέργεια; Απαντήσεις θα δοθούν μόνο με τη βοήθεια προγραμμάτων ενημέρωσης της κοινής γνώμης που πρέπει να συνυπολογίζονται ως μέρος της διαδικασίας για την προσαρμογή των πολιτών σε μια διαφορετική σε σχέση με τη σημερινή ενεργειακή πραγματικότητα. Σύμφωνα με έρευνα του Ευρωβαρομέτρου το 2005, το κοινό της ΕΕ δεν είναι επαρκώς ενημερωμένο για τα πυρηνικά θέματα, συμπεριλαμβανομένων των πιθανών ωφελειών από την άποψη της μείωσης των κλιματικών αλλαγών και των κινδύνων που συνδέονται με τη μακροχρόνια διαχείριση των ραδιενεργών καταλοίπων. Από την έρευνα προέκυψε επίσης ότι το 40% των πολιτών που αντιτίθενται στη χρήση πυρηνικής ενέργειας θα άλλαζαν γνώμη αν μπορούσαν να πειστούν ότι υπάρχει ασφαλής λύση για τα πυρηνικά κατάλοιπα. Όσον αφορά την ενδεχόμενη αντικατάσταση πυρηνικής μονάδας στην Ελλάδα, η Μόνιμη Επιτροπή Ενέργειας του ΤΕΕ/ΤΚΜ υιοθετεί, στα πλαίσια της μελέτης της σχετικής συσταθείσας Ομάδας Εργασίας (Μ. Αντωνόπουλος Ντόμης (ΜΗΜ), Χ. Βλαχοκώστας (ΜΜ), Σ. Κιαρτζής (ΗΜ), Π. Μπίλλιας (ΠΜ), Π. Σαμαράς (ΧΜ)), θέση παρόμοια με αυτή που διατυπώθηκε το 1980 από τον τότε Πρόεδρο του ΤΕΕ κ. Ευάγγελο Κουλουμπή, στην εισήγησή του σε ημερίδα με τίτλο, Εγκατάσταση πυρηνικού αντιδραστήρα ισχύος (Αθήνα, 1980), και αναφέρει ότι: Το Τ.Ε.Ε. πιστεύει ότι το ενεργειακό πρόβλημα πρέπει να θεωρηθεί και μελετηθεί σφαιρικά και όχι μονοδιάστατα και αποσπασματικά (π.χ. πυρηνική ενέργεια ή πετρελαϊκή πολιτική). Απαιτείται πλήρης μελέτη για μία ισορροπημένη ανάπτυξη όπου η ποιότητα ζωής θα βελτιώνεται παράλληλα με την υλική ανάπτυξη. Έτσι το Τ.Ε.Ε. δεν είναι αντίθετο στην εγκατάσταση Πυρηνικού Εργοστασίου Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας στη χώρα μας με την προϋπόθεση ότι αυτή στηρίζεται σε πλήρη μελέτη του θέματος ενταγμένη στην ευρύτερη ενεργειακή πολιτική της χώρας. Πιο συγκεκριμένα θα πρέπει να μελετηθούν: _ το πρόβλημα της ρύπανσης του περιβάλλοντος, _ η εξασφάλιση προμήθειας ουρανίου, πώς και από ποια χώρα θα γίνει η προμήθεια του εξοπλισμού του εργοστασίου και των απαραίτητων ανταλλακτικών _ τα συγκριτικά οικονομικά στοιχεία που στηρίζεται η επιλογή παραγωγής ενέργειας από πυρηνικό εργοστάσιο και όχι από άλλες συμβατικές μονάδες και _ η κατάλληλη περιοχή για την εγκατάσταση του εργοστασίου που δε θα είναι επικίνδυνη για τους κατοίκους των γύρω περιοχών. 67

68 12. Οικονομική ανάλυση Ισχύς και διάρκεια ζωής Παρακάτω παρουσιάζεται η οικονομική ανάλυση της πυρηνικής ενέργειας συγκριτικά με τις άλλες μορφές ενέργειας. Η ισχύς του πυρηνικού σταθμού υπολογίζεται σε 1GW ετησίως και η διάρκεια ζωής του στα 40 έτη. Ενός αντίστοιχου σταθμού παραγωγής λιγνίτη υπολογίζεται σε 750MW ετησίως με διάρκεια ζωής 20 χρόνια και ενός σταθμού φυσικού αερίου 400MW ισχύ ετησίως επίσης για 20 έτη. Αν αφαιρέσουμε τις ώρες που ο σταθμός είναι κλειστός, λόγω συντήρησης, από τις ώρες που έχει συνολικά ένας χρόνος (24*365=8.760 ώρες) τότε μας μένουν ώρες παραγωγής το χρόνο. Η ετήσια παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια του πυρηνικού σταθμού σε MWh υπολογίζεται σε 1GW*8.000h=8.000GWh= MWh Αντίστοιχα η ετήσια παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια του σταθμού του λιγνίτη είναι ΜWh και του φυσικού αερίου ΜWh. Έσοδα και έξοδα Η μέση τιμή της πώλησης της κιλοβατώρας στην Ελλάδα είναι 0,12 /KWh. Συνεπώς, τα έσοδα από την πώληση της ενέργειας του πυρηνικού σταθμού υπολογίζεται σε MWh*0.12 /KWh= MWh*120 /MWh= Αντίστοιχα, τα έσοδα από την πώληση της ενέργειας από το σταθμό του λιγνίτη ανέρχονται σε και σε από το σταθμό του φυσικού αερίου. Τα έξοδα του κάθε σταθμού κατανέμονται συνοπτικά ως εξής Πυρηνικός σταθμός Σταθμός λιγνίτη Σταθμός φυσικού αερίου Αρχικό κόστος επένδυσης 312 /MWh 175 /MWh 37 /MWh Ετήσιο κόστος καυσίμου 2,95 /MWh 10,7 /ΜWh 24,5 /MWh Ετήσιο κόστος Ο&Μ 10,11 /MWh 10,00 /MWh 5.00 /MWh Κόστος αποδόμησης 1,20 /MWh 0,725 /MWh 0,15 /MWh Για να γίνουμε πιο κατανοητοί παρουσιάζουμε τον παραπάνω πίνακα υπολογίζοντας τα επιμέρους κόστη σε ευρώ. Πυρηνικός σταθμός Σταθμός λιγνίτη Σταθμός φυσικού αερίου Αρχικό κόστος επένδυσης 2,496 δις 1,4 δις 296 εκατ. Ετήσιο κόστος καυσίμου 23,6 εκατ. 85,6 εκατ. 196 εκατ. Ετήσιο κόστος Ο&Μ 80,88 εκατ. 80 εκατ. 50 εκατ. Κόστος αποδόμησης 9,6 εκατ. 5,8 εκατ. 1,2 εκατ. 68

69 Για τον έλεγχο της οικονομικής βιωσιμότητας, αλλά και γενικότερα για την οικονομική αξιολόγηση του έργου, είναι απαραίτητο να οριστεί ο χρονικός ορίζοντας της ανάλυσης. Παρακάτω παρουσιάζεται ο χρονικός ορίζοντας ανάλυσης όπου στην οριζόντια γραμμή αναφέρονται τα έτη, ενώ στις κάθετες τα έσοδα και τα έξοδα του σταθμού ανά έτος. Το κριτήριο της Καθαρής Παρούσας Αξίας Η παρούσα αξία διακρίνεται σε δύο κατηγορίες: στην παρούσα αξία όλων των ταμειακών εισροών (ωφελειών) που προκύπτουν από τη δραστηριότητα μέσα στο χρονικό ορίζοντα της οικονομικής ανάλυσης και, στην παρούσα αξία όλων των εκροών (δαπανών) που είναι απαραίτητες για την υλοποίηση και λειτουργία της δραστηριότητας, καθώς και των τυχών ζημιών που ανακύπτουν, μέσα στο χρονικό ορίζοντα της ανάλυσης. Υπολογίζοντας για τα επόμενα 20 χρόνια και με δεδομένο ότι το επιτόκιο είναι 6% έχουμε τον παρακάτω τύπο από όπου παίρνουμε την παρούσα αξία των εσόδων του πυρηνικού σταθμού: ΠΑεσόδων = E* = * = Με τον ίδιο τρόπο υπολογίζουμε και τα έξοδα του σταθμού τα οποία προκύπτουν από τέσσερις παραμέτρους, όπως είδαμε και πιο πάνω. Η παρούσα αξία του Κ2 προήλθε από το άθροισμα του κόστους καυσίμου και του κόστους Ο&Μ. Στο τέλος συνυπολογίζουμε τις παρούσες αξίες των παραμέτρων για να βρούμε τη συνολική παρούσα αξία όλων των εξόδων: ΠΑαρχικό = αρχικό = (παραμένει αναλλοίωτο) ΠΑΚ2 = Κ2 = * = ΠΑαποδόμησης = Καποδόμησης* = * =

70 ΠΑεξόδων = ΠΑαρχικό+ΠΑΚ2+ΠΑαποδόμησης = Τέλος, υπολογίζουμε το καθαρό κέρδος ανά μεγαβατώρα, = = /MWh Mε τον ίδιο τρόπο υπολογίζουμε την παρούσα αξία και των άλλων δύο μορφών ενέργειας Σταθμός λιγνίτη ΠΑεσόδων= E* = * = ΠΑαρχικό = αρχικό = (παραμένει αναλλοίωτο) ΠΑΚ2 = Κ2 = * = ΠΑαποδόμησης = Καποδόμησης* = * = ΠΑεξόδων = ΠΑαρχικό+ΠΑΚ2+ΠΑαποδόμησης = = =829,13 /MWh Σταθμός Φυσικού Αερίου ΠΑεσόδων= E* = * = ΠΑαρχικό = αρχικό = (παραμένει αναλλοίωτο) ΠΑΚ2 = Κ2 = * = = ΠΑαποδόμησης = Καποδόμησης* = * = ΠΑεξόδων = ΠΑαρχικό+ΠΑΚ2+ΠΑαποδόμησης = = =402 / MWh Ανακαλύπτουμε ότι ο πυρηνικός σταθμός είναι η πιο συμφέρουσα επένδυση. 70

71 13. Διαπιστώσεις Συμπέρασμα Πέραν του οικονομικού, που όπως είδαμε συμφέρει 100% η ανοικοδόμηση ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, συμπερασματικά προκύπτει πως υπάρχει η δυνατότητα εγκατάστασης του σταθμού στην Ελλάδα λαμβάνοντας υπ όψιν τις παραπάνω παραμέτρους. Σεισμογενείς περιοχές του ελλαδικού χώρου, όπως η Πελοπόννησος αποκλείονται αυτόματα από την προοπτική εγκατάστασής τους. Εξαιρούνται ακόμη περιοχές κοντά σε μεγάλα αστικά κέντρα όπως επίσης και οποιοδήποτε νησί. Αντιθέτως η εγκατάστασή του στην περιοχή του νομού Δράμας αποτελεί την ιδανική από γεωγραφικής άποψης περιοχή καθώς είναι πλούσια σε κοιτάσματα ουρανίου και δεν υπάρχει μεγάλη πιθανότητα σεισμού. Επιπροσθέτως, η περιοχή της Δράμας, όπως επίσης και η ευρύτερη περιοχή της βόρειας Ελλάδας πλήττεται από υψηλά ποσοστά ανεργίας. Έτσι γίνεται σαφές πως ένα τέτοιο έργο θα σημάνει την ανάπτυξη της οικονομίας της περιοχής. Ακολουθούν εικόνες από τον ερευνητικό πυρηνικό σταθμό Δημόκριτος. 71

72 72

73 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 1 Πυρηνικά ατυχήματα που σημάδεψαν το περιβάλλον και τους ανθρώπους ΘΡΙ ΜΑΪΛ ΑΪΛΑΝΤ Το πρώτο και χειρότερο ατύχημα στις ΗΠΑ 28 Μαρτίου του Η ημέρα που σημειώθηκε το πρώτο μεγάλο πυρηνικό ατύχημα στην ανθρώπινη ιστορία και το χειρότερο στην ιστορία της αμερικανικής πυρηνικής βιομηχανίας. Ο σταθμός πυρηνικής ενέργειας του Θρι Μάιλ Αϊλαντ, του Νησιού των Τριών Μιλίων στην Πενσιλβάνια των ΗΠΑ, περιελάβανε δύο αντιδραστήρες πεπιεσμένου ύδατος (PWR) των 900 μεγαβάτ. Μια αλληλουχία τεχνικών προβλημάτων και ανθρώπινων λαθών προκάλεσε βλάβη στο σύστημα ψύξης με νερό της Μονάδας 2 η οποία βρισκόταν τότε σε λειτουργία λιγότερο από τρεις μήνες. Το επίπεδο του νερού στον πυρήνα του αντιδραστήρα μειώθηκε, τμήμα των ράβδων καυσίμου υπέστησαν τήξη και ραδιενεργά αέρια απλώθηκαν στον ουρανό απελευθερώθηκαν έως και 481 PBq ραδιενεργών αερίων, αλλά λιγότερο από 74 GBq του ιδιαίτερα επικίνδυνου ιωδίου-131. Επιθεώρηση που πραγματοποιήθηκε έξι χρόνια αργότερα κατέδειξε πως είχε υποστεί τήξη το 45%του πυρήνα και περίπου 20 τόνοι ουρανίου είχαν κατακαθίσει στον πυθμένα του κελύφους. Το προστατευτικό περίβλημα του αντιδραστήρα όμως επιτέλεσε σωστά τον ρόλο του και η ραδιενεργή μόλυνση του περιβάλλοντος υπήρξε όπως επισημαίνει η «Monde» αμελητέα. 73

74 Αρκετές επιδημιολογικές έρευνες που έχουν γίνει έκτοτε στήριξαν το πρώτο πόρισμα πως η έκλυση ραδιενέργειας από τον αντιδραστήρα δεν είχε διακριτές επιπτώσεις στη συχνότητα του καρκίνου στους κατοίκους της περιοχής. Το ατύχημα όμως άλλαξε τη στάση των πολιτών απέναντι στην πυρηνική ενέργεια. ΤΣΕΡΝΟΜΠΙΛ Επηρέασε την υγεία εκατομμυρίων Ευρωπαίων Ο αντιδραστήρας Νο 4 του πυρηνικού σταθμού παραγωγής ενέργειας του Τσερνομπίλ, στην τότε ΕΣΣ και σημερινή Ουκρανία, εκρήγνυται στη 1.23 π.μ. της 26ης Απριλίου του Πρόκειται για έναν αντιδραστήρα ζέοντος ύδατος με επιβραδυντή γραφίτη, τύπου RBMK-1000, σοβιετικής κατασκευής, χωρίς προστατευτικό κέλυφος. Κατασκευαστικά προβλήματα και παραβιάσεις των κανονισμών ασφαλείας προκαλούν δύο εκρήξεις, στη διάρκεια προγράμματος ελέγχου. Στην οροφή του κτιρίου ανοίγει τρύπα, ο πυρήνας του αντιδραστήρα έρχεται σε επαφή με το εξωτερικό περιβάλλον, μεγάλο μέρος του ουρανίου που χρησιμοποιούνταν ως καύσιμο φεύγει στον αέρα μαζί με υπερουράνια στοιχεία και προϊόντα της σχάσης από τον πυρήνα του αντιδραστήρα. Η στήλη του καπνού φτάνει σε ύψος το ένα χιλιόμετρο, το ραδιενεργό σύννεφο εξαπλώνεται, θα επηρεάσει ολόκληρη την Ευρώπη αλλά οι αρχές θα παραδεχθούν την αλήθεια μόνο τρεις ημέρες μετά το τραγικό συμβάν. Για να περιοριστούν οι εκπομπές, ο κατεστραμμένος πυρήνας θα «πνιγεί» κάτω από τόνους υλικά. Κάπου «ρευστοποιητές» (στρατιώτες και εργάτες) από ολόκληρη την ΕΣΣ θα συμμετάσχουν στον καθαρισμό και την κατασκευή μιας σαρκοφάγου. 74

75 Πέραν των περίπου 30 ανθρώπων που πέθαναν εξαιτίας της έκθεσης σε ραδιενέργεια αμέσως μετά το δυστύχημα, εκτιμάται πως λόγω της επιβάρυνσης του περιβάλλοντος επηρεάστηκε η υγεία εκατομμυρίων ανθρώπων. Μέχρι και σήμερα, το Τσερνομπίλ παραμένει το χειρότερο πυρηνικό ατύχημα, το μέγιστο προβλεπόμενο στην επταβάθμια ιεθνή Κλίμακα Πυρηνικών Συμβάντων. ΦΟΥΚΟΣΙΜΑ Το επίπεδο σοβαρότητας, στο 5 της επταβάθμιας κλίμακας Τη στιγμή που σημειώθηκε ο σεισμός των 9 ρίχτερ στην Ιαπωνία, οι αντιδραστήρες 1, 2 και 3 του πυρηνικού σταθμού της Φουκουσίμα τέθηκαν αυτόματα, όπως ακριβώς προβλεπόταν, εκτός λειτουργίας. Οι υπόλοιποι τρεις αντιδραστήρες του βρίσκονταν ήδη εκτός λειτουργίας για λόγους συντήρησης. Πώς έφτασε λοιπόν η Ιαπωνία και ο πλανήτης ολόκληρος να φοβάται μια πυρηνική καταστροφή; Ο λόγος είναι πως ο σεισμός και το τσουνάμι που ακολούθησε διέκοψαν την ηλεκτρική τροφοδοσία του σταθμού. Οι ηλεκτρογεννήτριες έκτακτης ανάγκης δεν λειτούργησαν. Κατά συνέπεια, τα συστήματα ψύξης, που διοχετεύουν νερό ώστε να μην υπερθερμαίνονται οι ράβδοι καυσίμου στον πυρήνα των αντιδραστήρων, διαδικασία απαραίτητη ακόμα και όταν ο αντιδραστήρας είναι εκτός, έπαψαν να λειτουργούν. Η πρώτη έκρηξη, στον αντιδραστήρα Νο 1, σημειώθηκε μία ημέρα μετά τον σεισμό, το Σάββατο. Οι ράβδοι καυσίμου είχαν υπερθερμανθεί, η μεταλλική τους θήκη είχε εν μέρει λειώσει. Κατασκευασμένη καθώς είναι από κράμα ζιρκονίου, αλληλεπίδρασε με τον ατμό και δημιούργησε ιδιαίτερα ασταθή αέρια υδρογόνου. 75

76 Όταν οι τεχνικοί απελευθέρωσαν τα αέρια, το υδρογόνο εξερράγη. Το κτίριο του αντιδραστήρα Νο 1 κατέρρευσε. Ο πυρήνας του υπέστη μερική τήξη. Παρά τις προσπάθειες των υπευθύνων να ψύξουν τους αντιδραστήρες ρίχνοντας θαλασσινό νερό, έκρηξη σημειώθηκε και στον αντιδραστήρα Νο 3, ακολούθησε ο αντιδραστήρας Νο 2, πυρκαγιά ξέσπασε την ίδια ημέρα στον αντιδραστήρα Νο 4, νέα πυρκαγιά σημειώθηκε στον ίδιο αντιδραστήρα. Το επίπεδο σοβαρότητας του συμβάντος αναβαθμίστηκε από το 4 στο 5 (από τους Γάλλους στο 6) της επταβάθμιας κλίμακας, χαμηλά επίπεδα ραδιενέργειας έφτασαν μέχρι το Τόκιο, 220 χιλιόμετρα μακριά, και η κατάσταση χειροτερεύει. Από τις αρχές της δεκαετίας του 50 μέχρι σήμερα έχουν γίνει δεκάδες μικρότερα ή σοβαρότερα πυρηνικά ατυχήματα, κάποια χωρίς σημαντικές επιπτώσεις και άλλα με σοβαρές επιπτώσεις στο περιβάλλον και τις ζωές των ανθρώπων. Διεθνείς και εθνικοί οργανισμοί έχουν συντάξει οδηγίες ασφαλούς λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών και επιβλέπουν την εφαρμογή των μέτρων. Η Διεθνής Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας (ΙΑΕΑ) έχει δημιουργήσει την International Nuclear Event Scale που αποτελεί μια κλίμακα επικινδυνότητας σύμφωνα με την οποία τα πυρηνικά ατυχήματα και συμβάντα κατατάσσονται σε διάφορες βαθμίδες της κλίμακας. Κατ' αυτήν την κλίμακα, ατυχήματα θεωρούνται τα συμβάντα που κατατάσσονται στις βαθμίδες 4, 5, 6 και 7. Βαθμίδα 7: * Έκρηξη στη μονάδα 4 του πυρηνικού σταθμού Τσερνομπίλ (Ουκρανία, 26 Απριλίου 1986). Βαθμίδα 6: * Ατύχημα στο σταθμό επεξεργασίας πυρηνικών αποβλήτων Kyshtym με διαρροή ραδιενεργών υλικών (Ρωσία, 1957). Βαθμίδα 5: * Διαρροή ραδιενεργών υλικών στο Windscale (Ηνωμένο Βασίλειο, 1957). * Μερική τήξη του πυρήνα του αντιδραστήρα στον πυρηνικό σταθμό Three-Mile Island (ΗΠΑ, 29 Μαρτίου 1979). Βαθμίδα 4: * Διαρροή ραδιενεργών υλικών στη μονάδα επεξεργασίας πυρηνικών αποβλήτων Windscale (Ηνωμένο Βασίλειο, 1973). * Σημαντικές ζημιές σε πυρηνικές εγκαταστάσεις (Saint Laurent, Γαλλία, 1980). * Έκθεση εργατών σε ακτινοβολία (Αργεντινή, 1983) Σε αυτήν την τελευταία βαθμίδα (4) περιλαμβάνεται και το ατύχημα της Φουκοσίμα. 76

77 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 2 Ουράνιο Το ουράνιο είναι χημικό στοιχείο στη σειρά των ακτινίδων, με ατομικό αριθμό 92 και ατομικό βάρος 238,02891 g/mol. Ουράνιο Έχει θερμοκρασία τήξης K (1132,2 C ). Το ουράνιο είναι βαρύ, αργυρόλευκο, τοξικό, με μεταλλική λάμψη. Είναι ραδιενεργό και αναφλέγεται εύκολα σε λεπτό διαμερισμό. Το ισότοπό του 235 U χρησιμοποιείται ως "καύσιμο" σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και ως σχάσιμο υλικό σε πυρηνικά όπλα. Το απεμπλουτισμένο ουράνιο χρησιμοποιείται σε εμπρηστικά βλήματα. Το ουράνιο βρίσκεται συνήθως σε μικρές ποσότητες στα πετρώματα, στο χώμα, στο νερό, και σε ίχνη στα φυτά και στα ζώα (συμπεριλαμβανομένου και του ανθρώπου). Ιστορικό Το ουράνιο εντοπίστηκε από το Γερμανό χημικό Μάρτιν Κλάπροτ (Martin Klaproth) το 1789 στο ορυκτό πισσουρανίτη. Ο Klaproth απέτυχε να το απομονώσει. Αυτό επιτεύχθηκε το 1841 από τον Peligot, ο οποίος πέτυχε να αναγάγει το ουράνιο από το άνυδρο χλωρίδιό του χρησιμοποιώντας κάλιο. Ονομάστηκε ουράνιο επειδή είχε εντοπιστεί μερικά χρόνια πριν στον πλανήτη Ουρανό. Προέλευση Απαντάται ως συστατικό πετρωμάτων, ανευρίσκεται στο νερό θαλασσών και λιμνών και σε ίχνη στους ζωντανούς οργανισμούς. Κυριότερα ορυκτά του είναι ο πισσουρανίτης (UO 2 ), o ωτουνίτης (Ca(UO 2 ) 2 (PO 4 ) 2. 10H 2 O) και ο καρνοτίτης (K 2 (UO 2 ) 2 (VO 4 ) 2.1-3H2O) [1]. Όνομα Σύμβολο Γενικά Ουράνιο U Ατομικός αριθμός 92 Χημική ομάδα Ομάδα Περίοδος Ατομικό βάρος Εμφάνιση Mέταλλα ,02891 g/mol Αργυρόλευκο στερεό Ιδιότητες Σημείο τήξης C Σημείο βρασμού C Πυκνότητα g/cm 3 77

78 Παρασκευές Το ουράνιο μπορεί να απομονωθεί από τα ορυκτά του αλλά και από άλλες φυσικές πηγές, όπως ο λιγνίτης ή η μοναζιτική άμμος. Παρασκευάζεται από τις ενώσεις του με αλογόνα με αναγωγή με αλκάλια ή αλκαλικές γαίες, αργίλιο ή και άνθρακα. Μπορεί, επίσης, να παρασκευασθεί με ηλεκτρόλυση φθοριούχων ενώσεών του όταν αυτές προστεθούν σε τήγμα μίγματος χλωριούχου νατρίου και χλωριούχου ασβεστίου. Υψηλής καθαρότητας ουράνιο λαμβάνεται με αναγωγή αλογονιδίων του από διάπυρο σύρμα. Φυσικές και χημικές ιδιότητες Είναι βαρύ, αργυρόλευκο μέταλλο με ισχυρή λάμψη και ελάχιστα λιγότερο σκληρό από το χάλυβα. Σε λεπτό διαμερισμό αυταναφλέγεται στον αέρα, δημιουργώντας κινδύνους πυρκαϊάς. Η ιδιότητά του αυτή το κάνει κατάλληλο για χρήση σε εμπρηστικές βόμβες. Σε θερμοκρασία δωματίου επικαλύπτεται από λεπτότατο στρώμα οξειδίου του, το οποίο το προστατεύει από περαιτέρω οξείδωσή του. Προσβάλλεται από το νερό μόνον όταν είναι σε πολύ λεπτό διαμερισμό. Τα οξέα προσβάλλουν, επίσης, το ουράνιο, όχι όμως και τα καυστικά αλκάλια. Το ουράνιο είναι ραδιενεργό στοιχείο, που σημαίνει ότι ο πυρήνας του ατόμου του είναι ασταθής και διασπάται αυτόματα. Το φυσικό ουράνιο είναι μίγμα τριών κυρίως ισοτόπων του: 238 U (~99,2%), 235 U (~0,75%) και 234 U (~0,05%) (και τα τρία είναι ραδιενεργά). Στη διάσπαση πυρήνων ουρανίου και θορίου αποδίδεται, κατά μία θεωρία, η θερμότητα του γήινου πυρήνα. 78

79 Χρήσεις Χρησιμοποιείται δευτερευόντως στην κατασκευή ειδικών τύπων γυαλιού. Κύρια χρήση του είναι η ελεγχόμενη διάσπασή του 235 U σε εργοστάσια παραγωγής ενέργειας (γι' αυτό και αποκαλείται "καύσιμο", χωρίς, φυσικά, να καίγεται) σε ειδικές εγκαταστάσεις, τους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Σε μη ελεγχόμενη διάσπαση (ελεύθερη διάσπαση) απελευθερώνει πολύ μεγάλα ποσά ενέργειας σε πολύ μικρό χρόνο και χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή της ατομικής βόμβας ουρανίου. Χρησιμοποιείται, επίσης, σε λεπτό διαμερισμό και αφού έχουν αφαιρεθεί τα πυρηνικής σημασίας ισότοπά του, στην κατασκευή εμπρηστικών βομβών. Η αφαίρεση των ισοτόπων δεν κάνει τις συνέπειες αυτών των βομβών λιγότερο σημαντικές για το περιβάλλον, αφού όλες οι μορφές ουρανίου είναι ραδιενεργές. 79

80 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3 Πυρηνικό Καύσιμο Ο Κύκλος του πυρηνικού καυσίμου Ο κύκλος των πυρηνικών καυσίμων είναι η σειρά των βιομηχανικών διαδικασιών που περιλαμβάνουν την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από το ουράνιο σε πυρηνικούς αντιδραστήρες ισχύος. Το ουράνιο είναι ένα σχετικά κοινό στοιχείο που βρίσκεται σε όλο τον κόσμο. Εξορύσσεται σε πολλές χώρες και πρέπει να υποβάλλεται σε επεξεργασία πριν χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο σε πυρηνικό αντιδραστήρα. Τα καύσιμα που αφαιρούνται από έναν αντιδραστήρα, αφού έχει φτάσει στο τέλος της κατανάλωσής τους, μπορεί να υποστούν επανεπεξεργασία για την παραγωγή νέων καυσίμων. Οι δραστηριότητες που αφορούν στο καύσιμο και συνδέονται με την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από πυρηνικές σχάσεις καλούνται κύκλος του πυρηνικού καυσίμου. Ο κύκλος του πυρηνικού καυσίμου ξεκινά με την εξόρυξη του ουρανίου και τελειώνει με αποθήκευση των αποβλήτων. Με την επανεπεξεργασία του χρησιμοποιημένου καυσίμου ώστε, μέρος αυτού, να μπορεί να ξαναχρησιμοποιηθεί κλείνει ο κύκλος. Ουράνιο Το ουράνιο είναι ελαφρώς ραδιενεργό μέταλλο που συναντάται σε όλο το φλοιό της Γης. Τα αποθέματά του είναι περίπου 500 φορές πιο πλούσια από το χρυσό και στις ίδιες ποσότητες με εκείνα του κασσίτερου. Βρίσκεται στα περισσότερα εδάφη καθώς και σε πολλά ποτάμια και στο θαλασσινό νερό. Παραδείγματος χάρη, βρέθηκε σε συγκέντρωση περίπου τέσσερα μέρη ανά εκατομμύριο (ppm) σε γρανίτη, που αποτελεί το 60% του φλοιού της Γης. Στα λιπάσματα, η συγκέντρωση ουρανίου μπορεί να φτάσει και τα 400 ppm (0,04%) ακόμη μερικά κοιτάσματα άνθρακα περιέχουν ουράνιο σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από 100 ppm (0,01%). Το μεγαλύτερο μέρος της ραδιενέργειας που σχετίζεται με το ουράνιο στη φύση οφείλεται στην πραγματικότητα σε άλλα μέταλλα που προέρχονται από αυτό με ραδιενεργό μεταστοιχείωση και τα οποία παρέμειναν μετά την εξόρυξη και επεξεργασίας. Υπάρχουν μια σειρά από περιοχές σε όλο τον κόσμο, όπου η συγκέντρωση του ουρανίου στο έδαφος είναι αρκετά υψηλή και η εξαγωγή του για χρήση ως πυρηνικό καύσιμο είναι οικονομικά συμφέρουσα. Τέτοιες συγκεντρώσεις ονομάζονται ουρανιούχα μεταλλεύματα. 80

81 Εξόρυξη ουρανίου Η εξόρυξη μεταλλεύματος ουρανίου γίνεται τόσο με εκσκαφή όσο και με in situ τεχνικές. Η εκσκαφή μπορεί να γίνεται σε υπόγεια ή υπαίθρια ορυχεία. Σε γενικές γραμμές, υπαίθρια ορυχεία έχουμε, όπου τα κοιτάσματα βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια και υπόγεια εξόρυξη χρησιμοποιείται για υπόγεια κοιτάσματα σε βάθος κατά κανόνα μεγαλύτερο από 120m. Η επιφανειακή εξόρυξη απαιτεί μεγάλες τρύπες στην επιφάνεια, μεγαλύτερες από το μέγεθος του κοιτάσματος, αφού τα τοιχώματα του λάκκου πρέπει να έχουν κλίση για να αποφευχθεί η κατάρρευση. (ως αποτέλεσμα, η ποσότητα του υλικού που πρέπει να αφαιρεθεί, ώστε να έχουμε πρόσβαση στο μετάλλευμα μπορεί να είναι μεγάλη. Τα υπόγεια ορυχεία έχουν σχετικά μικρή επιφανειακή διαταραχή και η ποσότητα του υλικού που πρέπει να αφαιρεθεί ώστε να υπάρχει πρόσβαση στο μετάλλευμα είναι σημαντικά μικρότερη από ό, τι στην περίπτωση ενός ανοικτού ορυχείου. Ειδικές προφυλάξεις, κυρίως σε αυξημένο εξαερισμό, απαιτούνται σε υπόγεια ορυχεία για την προστασία των εργαζομένων από αερομεταφερόμενη ραδιενεργό σκόνη και ραδόνιο. Ένα ολοένα αυξανόμενο ποσοστό του ουρανίου στον κόσμο προέρχεται από την in situ leach (ISL) εξόρυξη, όπου οξυγονωμένο υπόγειο νερό κυκλοφορεί μέσα από ένα πολύ πορώδες σώμα μεταλλεύματος για να διαλύσει το οξείδιο του ουρανίου και να το φέρει στην επιφάνεια. Η ISL μπορεί να γίνει με ελαφρώς όξινα ή αλκαλικά διαλύματα για να κρατήσει το ουράνιο σε διάλυμα. Το οξείδιο του ουρανίου στη συνέχεια ανακτάται από το διάλυμα, όπως σε ένα συμβατικό εργοστάσιο. Η απόφαση ως προς το ποιά μέθοδος εξόρυξης θα χρησιμοποιηθεί για ένα συγκεκριμένο κοίτασμα εξαρτάται από τη φύση του κοιτάσματος, την ασφάλεια που απαιτείται και οικονομικούς λόγους. Άλεση ουρανίου Η άλεση, η οποία πραγματοποιείται συνήθως κοντά στο ορυχείο ουρανίου, εξάγει το ουράνιο από το μετάλλευμα. Οι περισσότερες εγκαταστάσεις εξόρυξης περιλαμβάνουν μύλο, ενώ όταν τα ορυχεία βρίσκονται κοντά μεταξύ τους, ένα εργοστάσιο μπορεί να επεξεργαστεί το μετάλλευμα από διάφορα ορυχεία. Η άλεση παράγει ένα συμπύκνωμα οξειδίου του ουρανίου, που στη συνέχεια μεταφέρεται για περεταίρω επεξεργασία. Μερικές φορές αναφέρεται ως «yellowcake» και γενικά περιέχει περισσότερο από 80% ουρανίου. Το αρχικό μετάλλευμα μπορεί να περιέχει μόλις 0,1% ουράνιο ή ακόμα λιγότερο. Σε ένα μύλο άλεσης, το ουράνιο εξάγεται από το θρυμματισμένο και αλεσμένο μετάλλευμα με εκχύλιση κατά την οποία ένα ισχυρό οξύ ή ένα ισχυρό αλκαλικό διάλυμα χρησιμοποιείται για να διαλύσει το οξείδιο του ουρανίου. Το οξείδιο του ουρανίου στη συνέχεια κατακρημνίζεται και απομακρύνεται από το διάλυμα. Μετά την ξήρανση και θέρμανση συνήθως συσκευάζεται σε μεταλλικά δοχεία 200Lt. Το υπόλοιπο του μεταλλεύματος, που περιέχει το μεγαλύτερο μέρος της ραδιενέργειας και σχεδόν όλο το πετρώδες υλικό τοποθετείται σε εγκαταστάσεις 81

82 κοντά στο ορυχείο (συχνά σε εξαντλημένα ορυχεία). Τα απορρίμματα αυτά πρέπει να απομονωθούν από το περιβάλλον, διότι περιέχουν μακρόβια ραδιενεργά υλικά σε χαμηλές συγκεντρώσεις και τοξικά υλικά όπως τα βαρέα μέταλλα, ωστόσο, η συνολική ποσότητα των ραδιενεργών στοιχείων είναι μικρότερη από το αρχικό μετάλλευμα, και η συνολική τους ραδιενέργεια έχει πολύ μικρότερη διάρκεια ζωής. Μετατροπή και εμπλουτισμός. Το οξείδιο του ουρανίου που εξέρχεται ως προϊόν από το εργοστάσιο άλεσης, δεν είναι άμεσα χρησιμοποιήσιμο ως καύσιμο από έναν πυρηνικό αντιδραστήρα και απαιτείται επιπλέον επεξεργασία. Μόνο το 0,7% του φυσικού ουρανίου είναι «σχάσιμο». Το ισότοπο του ουρανίου που είναι σχάσιμο είναι το ουράνιο-235 (U73 235). Το υπόλοιπο είναι το ουράνιο-238 (U-238). Για τα περισσότερα είδη αντιδραστήρων, η συγκέντρωση του σχάσιμου ουρανίου-235 πρέπει να αυξηθεί - συνήθως κυμαίνεται μεταξύ 3,5% και 5% U-235. Αυτό γίνεται με μια διαδικασία γνωστή ως εμπλουτισμό, που απαιτεί το ουράνιο να είναι σε αέρια μορφή. Το συμπυκνωμένο οξείδιο του ουρανίου ως εκ τούτου μετατρέπεται πρώτα σε εξαφθοριούχο ουράνιο, το οποίο είναι αέριο σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Στη μονάδα μετατροπής, το οξείδιο του ουρανίου πρώτα μετατρέπεται σε διοξείδιο του ουρανίου, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο από τύπους αντιδραστήρων που δεν απαιτούν εμπλουτισμένο ουράνιο. Στη συνέχεια μετατρέπεται σε εξαφθοριούχο ουράνιο, έτοιμο για το εργοστάσιο εμπλουτισμού. Ο κύριος κίνδυνος σε αυτό το στάδιο του κύκλου του καυσίμου είναι η χρήση υδροφθόριο κατά τη διαδικασία μετατροπής. Το εξαφθοριούχο ουράνιο στη συνέχεια διοχετεύεται σε κυλίνδρους 14 τόνων όπου στερεοποιείται υπό υψηλή πίεση. Αυτά τα ισχυρά μεταλλικά δοχεία αποστέλλονται στο εργοστάσιο εμπλουτισμού. Η διαδικασία εμπλουτισμού χωρίζει το αέριο εξαφθοριούχο ουρανίο σε δύο ροές ρευμάτων: η μια ροή εμπλουτίζεται σε U-235 στο απαιτούμενο επίπεδο (και είναι γνωστό ως χαμηλού βαθμού εμπλουτισμένο ουράνιο), στην άλλη ροή προοδευτικά αφαιρείται U-235 και προκύπτει απεμπλουτισμένο ουράνιο. Υπάρχουν δύο διαδικασίες εμπλουτισμού σε μεγάλης κλίμακας εμπορική χρήση, κάθε μια από τις οποίες χρησιμοποιεί εξαφθοριούχο ουράνιο με τη μορφή αερίου ως πρώτη ύλη: η διάχυση και η φυγοκέντρηση. Αυτές οι διαδικασίες χρησιμοποιούν για το διαχωρισμό του U-235 από το U-238, τη διαφορά μάζας κατά 1% μεταξύ των πυρήνων των δύο ισοτόπων. 82

83 Οι τελευταίες μονάδες εμπλουτισμού με διάχυση αναμένεται να καταργηθούν σταδιακά μέχρι το Το προϊόν αυτής της φάσης του κύκλου του πυρηνικού καυσίμου είναι το εμπλουτισμένο εξαφθοριούχο ουράνιο το οποίο χρησιμοποιείται για την παραγωγή εμπλουτισμένου οξειδίου του ουρανίου. Κατασκευή ράβδων πυρηνικού καυσίμου Το καύσιμο του αντιδραστήρα έχει συνήθως τη μορφή μεταλλικών σφαιριδίων με μεταλλική μορφή (pellets). Αυτά δημιουργούνται από πεπιεσμένο οξείδιο του ουρανίου (UO2), το οποίο συσσωματώνεται (ψήνεται) σε υψηλή θερμοκρασία (πάνω από 1400 C. Τα σφαιρίδια στη συνέχεια, κλείνονται ερμητικά σε μεταλλικούς σωλήνες για να σχηματίσουν ράβδους καυσίμου, οι οποίες συγκροτούνται σε διατάξεις έτοιμες για εισαγωγή στον αντιδραστήρα. Οι διαστάσεις των σφαιριδίων και των άλλων συστατικών στοιχείων της διάταξης των καυσίμων ελέγχονται σχολαστικά για να εξασφαλιστεί η σωστή συναρμογή τους. Στο εργοστάσιο κατασκευής πυρηνικών καυσίμων ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στο μέγεθος και το σχήμα των δοχείων που γίνεται η επεξεργασία του καυσίμου για την αποφυγή της κρισιμότητας (μια αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση που απελευθερώνει ακτινοβολία) σε αυτά. Με χαμηλού εμπλουτισμού καύσιμα η κρισιμότητα είναι απίθανη, αλλά σε μονάδες οι οποίες χειρίζονται ειδικά καύσιμα για τους ερευνητικούς αντιδραστήρες αυτή είναι μια ζωτικής σημασίας ελεγχόμενη παράμετρος. Παραγωγή ενέργειας και κατανάλωση καυσίμου. Μέσα σε ένα πυρηνικό αντιδραστήρα ο πυρήνας του ατόμου του U-235 διασπάται (σχάζεται) και, στο πλαίσιο της διαδικασίας αυτής, απελευθερώνει ενέργεια. Αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται για να θερμάνει νερό και να το μετατρέψει σε ατμό. Ο ατμός χρησιμοποιείται για να κινήσει έναν στρόβιλο που συνδέονται με μια γεννήτρια που παράγει ηλεκτρισμό. Μερικοί από τους πυρήνες του ισοτόπου U-238 του καύσιμου, στον πυρήνα του αντιδραστήρα, μετατρέπονται με πρόσληψη νετρονίου σε Pu-239. Το εν λόγω ισότοπο του πλουτώνιου είναι επίσης σχάσιμο και αποδίδει περίπου το ένα τρίτο της ενέργειας σε έναν τυπικό πυρηνικό αντιδραστήρα. Η σχάση του ουρανίου (και του πλουτώνιου που παράγεται) χρησιμοποιείται ως πηγή θερμότητας σε ένα σταθμό πυρηνικής ενέργειας με τον ίδιο τρόπο που η καύση του άνθρακα, αέριου ή του πετρελαίου που χρησιμοποιείται ως πηγή θερμότητας σε εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής από ορυκτά καύσιμα. Συνήθως, περίπου 44 εκατομμύρια κιλοβατώρες ηλεκτρικής ενέργειας παράγονται από έναν τόνο φυσικού ουρανίου. Η παραγωγή αυτής της ποσότητας ηλεκτρική ενέργεια από ορυκτά καύσιμα θα απαιτούσε την καύση άνω των τόνων άνθρακα ή 8,5 εκατομμύρια κυβικά μέτρα φυσικού αερίου. 83

84 Ένα θέμα κατά τη λειτουργία του αντιδραστήρα είναι η απόδοση του καυσίμου. Αυτή μετριέται σε gigawatt-days (GWD/t) ανάτόνο και είναι ανάλογη με το επίπεδο εμπλουτισμού. Μέχρι σήμερα, ένας περιοριστικός παράγοντας ήταν η αντοχή των διατάξεων καυσίμου, και ως εκ τούτου η απόδοση του καυσίμου κυμαινόταν περίπου σε 40 GWD/t, για περίπου 4% βαθμό εμπλουτισμού. Αλλά με τη βελτίωση του εξοπλισμού και των διατάξεων καυσίμων, 55 GWD/t απόδοση είναι δυνατή (με 5% εμπλουτισμό), και 70 GWD/t μπορεί να επιτευχθεί στο μέλλον, αν και αυτό θα απαιτήσει 6% εμπλουτισμό. Το όφελος από αυτό είναι ότι οι κύκλοι λειτουργίας των εργοστασίων μπορεί να είναι μεγαλύτεροι -περίπου 24 μήνες- βαθμός χρησιμοποίησης καυσίμου να τριπλασιασθεί. Το συσχετιζόμενο, με τον κύκλο ζωής των καυσίμων κόστος αναμένεται να μειωθεί κατά περίπου 20%. Όπως και στους συμβατικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας περίπου τα δύο τρίτα της θερμότητας απορρίπτονται στο περιβάλλον προκαλώντας θερμική ρύπανση. Χρησιμοποιημένο καύσιμο. Με την πρόοδο της χρήσης του καυσίμου και της ακτινοβόλησης, η συγκέντρωση προϊόντων σχάσης και βαρέων στοιχείων (που σχηματίζονται με τον ίδιο τρόπο όπως το πλουτώνιο) στο καύσιμο αυξάνεται σε σημείο όπου δεν είναι πλέον πρακτικό να συνεχιστεί η χρήση του. Έτσι μετά από μήνες χρήσης, το καύσιμο που χρησιμοποιείται αφαιρείται από τον αντιδραστήρα. Το ποσό της ενέργειας που παράγεται από μια διάταξη καυσίμου ποικίλει ανάλογα με τον τύπο του αντιδραστήρα και την πολιτική του φορέα εκμετάλλευσης του αντιδραστήρα. Όταν απομακρύνεται από τον αντιδραστήρα, το καύσιμο θα συνεχίσει να εκπέμπει ακτινοβολία, κυρίως από τα προϊόντα σχάσης, αλλά και θερμότητα. Το χρησιμοποιημένο καύσιμο εκφορτώνονται σε μια πισίνα αποθήκευσης ακριβώς δίπλα από τον αντιδραστήρα έως τα επίπεδα ακτινοβολίας και η παραγόμενη θερμότητα που συνεχίζει φθίνοντας εκθετικά (decay heat) να μειωθούν σε κατάλληλα ασφαλή επίπεδα. Στην πισίνα το νερό λειτουργεί ως θώρακας απέναντι στην ακτινοβολία και απάγει τη θερμότητα με ειδικό ψυκτικό σύστημα. Το χρησιμοποιημένο καύσιμο παραμένει σε τέτοιες πισίνες για αρκετά χρόνια. Μπορεί να μεταφερθεί σε φυσικά αεριζόμενο ξηρό αποθηκευτικό στο χώρο on site μετά από περίπου πέντε χρόνια. Ανάλογα με τη χώρα, το χρησιμοποιημένο καύσιμο μπορεί να μεταφερθεί σε κεντρικές εγκαταστάσεις αποθήκευσης. Τελικά, το χρησιμοποιημένο καύσιμο πρέπει είτε να υποστεί επανεπεξεργασία ή να προετοιμαστεί για μόνιμη απόθεση. 84

85 Επανεπεξεργασία. Το χρησιμοποιημένο καύσιμο αποτελείται περίπου από 94% U-238, αλλά περιέχει επίσης σχεδόν 1% U-235 που δεν έχει σχασθεί, σχεδόν 1% πλουτώνιο και 4% προϊόντα σχάσης, τα οποία είναι ιδιαίτερα ραδιενεργά. Σε μια εγκατάσταση επανεπεξεργασίας το χρησιμοποιημένο καύσιμο χωρίζεται σε τρία μέρη: ουράνιο, πλουτώνιο και απόβλητα, τα οποία περιέχουν τα προϊόντα σχάσης. Η επανεπεξεργασία επιτρέπει την ανακύκλωση του ουρανίου και πλουτωνίου σε νέο καύσιμο, και παράγει ένα σημαντικά μειωμένο ποσό των αποβλήτων (σε σύγκριση με το να θεωρήσουμε όλο το χρησιμοποιημένο καύσιμο απόβλητο). Σύμφωνα με μελέτη της Εταιρίας AREVA[I2], περίπου οκτώ διατάξεις επανεπεξεργασμένου καυσίμου μπορούν να αποφέρουν μια διάταξη καυσίμου ΜΟΧ, τα δύο τρίτα μιας διάταξης καυσίμου εμπλουτισμένου ουρανίου, και περίπου τρεις τόνους απεμπλουτισμένου ουρανίου συν περίπου 150 κιλά αποβλήτων. Αποφεύγεται έτσι η αγορά περίπου 12 τόνων φυσικού ουρανίου από ορυχείο. Ανακύκλωση ουρανίου και πλουτωνίου. Το ουράνιο που προέρχεται από επανεπεξεργασία, το οποίο συνήθως έχει ελαφρώς υψηλότερη συγκέντρωση U-235 από το φυσικό, μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί ως καύσιμο, μετά από μετατροπή και εμπλουτισμό. Το πλουτώνιο μπορεί να γίνει απευθείας καυσίμο μικτού οξειδίου (ΜΟΧ), στο οποίο συνδυάζονται οξείδια ουρανίου και πλουτωνίου. Στους αντιδραστήρες που χρησιμοποιούν καύσιμα MOX, το πλουτώνιο υποκαθιστά το U-235 στο κανονικό καύσιμο από οξειδίου του ουρανίου. Απόθεση χρησιμοποιημένου καυσίμου. Προς το παρόν, δεν υπάρχουν εγκαταστάσεις απόθεσης (σε αντίθεση με εγκαταστάσεις αποθήκευσης), σε λειτουργία στις οποίες χρησιμοποιημένο καύσιμο, που δεν προορίζεται για επανεπεξεργασία, και τα απόβλητα από επανεπεξεργασία να μπορούν να τοποθετηθούν. Παρά το γεγονός ότι τα τεχνικά ζητήματα που σχετίζονται με την απόθεση έχουν αντιμετωπιστεί, σήμερα δεν υπάρχει πιεστική ανάγκη δημιουργία τέτοιων εγκαταστάσεων, καθώς ο συνολικός όγκος των αποβλήτων αυτών είναι σχετικά μικρός. Επιπλέον, όσο περισσότερο διατηρείται αποθηκευμένο το απόβλητο τόσο πιο εύκολη είναι η μελλοντική διαχείρισή του, λόγω της σταδιακής μείωσης της ραδιενέργειάς του. Ορισμένες χώρες διεξάγουν μελέτες για να προσδιοριστεί η βέλτιστη προσέγγιση για την απόθεση χρησιμοποιημένου καυσίμου και των αποβλήτων από την επανεπεξεργασία. Γενικά ευνοείται ως λύση η ταφή του σε μεγάλα βάθη στο υπέδαφος όπου και θα σφραγιστεί μόνιμα. 85

86 Αναλογίες υλικών στον κύκλο του πυρηνικού καυσίμου. Τα παρακάτω στοιχεία του Πίνακα μπορούν να θεωρηθούν ως τυπικά για την ετήσια λειτουργία πυρηνικού αντιδραστήρα1000 MWe Πίνακας Π.1 Αναλογίες υλικών στον κύκλο του πυρινικού καυσίμου Κόστος πυρηνικού καυσίμου. Βασικό πλεονέκτημα της πυρηνικής ενέργειας είναι το χαμηλό κόστος καυσίμου ανά μονάδα παραγόμενης Ηλεκτρικής ισχύος σε σύγκριση με τον άνθρακα, πετρέλαιο και φυσικό αέριο. Το ουράνιο ωστόσο, πρέπει να υποστεί επεξεργασία, να εμπλουτιστεί και να συσκευαστεί σε στοιχεία καυσίμου κατάλληλα για χρήση στον αντιδραστήρα. Περίπου το ήμισυ του κόστους του πυρηνικού καυσίμου οφείλεται στον εμπλουτισμό και την κατασκευή των στοιχείων αυτών. Κατά την εκτίμηση του κόστους της πυρηνικής ενέργειας πρέπει να συμπεριληφθούν έξοδα για τη διαχείριση του ραδιενεργού χρησιμοποιημένου καυσίμου και την τελική απόθεση αυτού ή των αποβλήτων που δίνει. Αλλά ακόμη και με αυτά τα κόστη, το συνολικό κόστος καυσίμου του πυρηνικού σταθμού κυμαίνεται στο ένα τρίτο των μονάδων που καίνε άνθρακα και μεταξύ ενός τετάρτου και το ενός πέμπτου του κόστους φυσικού αερίου για μονάδες συνδυασμένου κύκλου. Το αμερικανικό Ινστιτούτο Πυρηνικής Ενέργειας δείχνει ότι το 78% του κόστους για μονάδες που καίνε άνθρακα αντιστοιχεί στο κόστος καυσίμου και σε μια μονάδα καύσης φυσικού αερίου το αντίστοιχο ποσοστό είναι 89% ενώ σε ένα πυρηνικό πυρηνικό εργοστάσιο είναι περίπου 14%, ή το διπλάσιο αν συμπεριλάβουμε τα κόστη απόθεσης του χρησιμοποιημένου καυσίμου Τον Μάρτιο του 2011, το κόστος σε US$ 1 κιλού ουρανίου σε μορφή UO 2 για χρήση ως καύσιμο σε αντιδραστήρα αναλύεται όπως στον Πίνακα 86

87 Πίνακας Π.2 Κόστος Επεξεργασίας Πυρηνικού Καυσίμου Ο πίνακας δείχνει ότι το κόστος χρήσης ενός κιλού εμπλουτισμένου ουρανίου είναι 2770$. Για το φυσικό ουράνιο σύμφωνα με τα παραπάνω στοιχεία 7.5kg ουρανίου κοστίζουν 1398$ και με κόστος κατασκευής καυσίμου 240$ ανά kg ένα κιλό καυσίμου φυσικού ουρανίου κοστίζει 426,4$ Στον πίνακα που ακολουθεί παρουσιάζεται η θερμαντική αξία του εμπλουτισμένου και του φυσικού ουρανίου καθώς και η τιμή του ως καύσιμο σε $/ εκατομμύρια Btu. Πίνακας Π.3 Στοιχεία Καυσίμου Αντιδραστήρα Όσον αφορά στο κόστος απόθεσης του πυρηνικού καυσίμου ανάλογα με τη χώρα, και το μοντέλο που αυτή εφαρμόζει, υπάρχουν διαφορές. την αμερικάνικη όπου ο παραγωγός χρεώνεται με 0.1 cent/kwh την ισπανική όπου ο παραγωγός χρεώνεται με 3 Euro/MWh ή 3,93$/MWh ή 0,4( 0,393) cent/kwh. 87