Az atomerőműveket nem a klímaváltozásra tervezték

Bár a nyári szezonban belebotlunk egy-egy energetikai jelentésbe a hírportálokon is, hogy Paks 1 termelését vissza kellett fogni a Duna alacsony vízszintje vagy a szabályozásban megengedett magasabb hőmérséklete miatt, sajnos nem érzékelhető, hogy Magyarországon ezeknek a növekvő veszteségeknek, kockázatoknak túl nagy jelentőséget tulajdonítanának, esetleg megalapozott szakpolitikai, gazdasági és technológiai megoldásokra törekednének a döntéshozók. Pedig a probléma már érezteti hatását, és elsősorban komoly pénzügyi veszteségeket jelenthet a jövőben a társadalom és az államháztartás számára, hiszen hazánkban az atomenergia alkalmazását és esetleges erőmű fejlesztést (Paks 2) az adófizetők finanszírozzák – akik, mindezeken felül, éppen az energiaválság súlyos terheit viselik.

Az éghajlattal összefüggő leállások gyakorisága és jellemzői

A változó éghajlatra vonatkozó, több mint három évtizedes adatok birtokában most már empirikusan is értékelhetjük az éghajlatváltozásnak az erőművek működtetésére gyakorolt hatását, megbecsülhetjük az erőművek jövőbeli ellenállóképességét (rezíliencia). Az éghajlatváltozás okozta üzemzavarok átlagos gyakorisága drámaian megnövekedett: 0,2 üzemszünet/évről 1,5-re emelkedett az elmúlt évtizedben. Az előrejelzések alapján a globális nukleáris flotta átlagos éves termeléscsökkenése középtávon (2046-2065) 0,8% és 1,4%; míg hosszú távon (2081-2100) 1,4% és 2,4% között mozog. Ezek a jelenlegi kapacitásfaktorok fényében nem tűnnek drámai mértékű csökkenésnek, ugyanakkor nem hagyhatjuk figyelmen kívül a prognózisokat a villamos energiafogyasztásunk és az elektrifikáció jelentős növekedésére vonatkozóan, és így már 1-2%-os termeléscsökkenés is súlyos társadalmi és gazdasági károkat okozhat.

Ugyanis – más technológiákhoz hasonlóan – az atomenergia is érzékeny az éghajlatváltozás hatásaira. A szakirodalomban a környezeti hőmérséklet emelkedésével és annak a reaktorok hűtésére és az általános termikus hatékonyságra gyakorolt hatásával kapcsolatos kockázatokat emelik ki. A többi hőerőműtől (fosszilis tüzelőanyagok és biomassza) eltérően azonban az atomenergiára szigorúbb biztonsági előírások vonatkoznak. Ezért egy nem tervezett leállást követően a reaktor beindítása tovább késhet, amíg a leállás okának megértését célzó hatósági vizsgálat be nem fejeződik.

A hőhullámok és az aszályok közvetlen és közvetett módon befolyásolják az atomerőművek működését. Az atomerőműveknek nagy mennyiségű hűtővízre van szükségük a megfelelő működéshez. Következésképpen, ha a hőnyelő (tenger, folyó vagy tó) környezeti hőmérséklete a szokásosnál magasabb, a hűtés hatása romlik, ami részleges vagy teljes leálláshoz vezethet. Ugyanakkor az erőmű visszahat a környezetére, ami megemelkedő hőmérséklet formájában okozhat kihívásokat. A vizsgált leállások közül például számos esetben tapasztalták, hogy a vízbevezető csatorna elzáródott a melegebb vizekben elszaporodó medúzák túlzott jelenléte miatt. Ezenkívül a hőhullámok erdőtüzeket okozhatnak, amelyek ugyancsak hatással lehetnek az erőművek működésére. A magas környezeti hőmérséklet átviteli és elosztási veszteségekhez is vezet, ami korlátozhatja az elektromos áramnak a központi erőművekből az alacsonyabb feszültségű elosztóhálózatokba történő eljutását; 5 °C-os léghőmérséklet-emelkedés 7,5%-kal csökkenti egy teljesen terhelt átviteli vezeték szállítókapacitását. Bár ez a hálózatra csatlakoztatott valamennyi villamosenergia-termelőt érinti, az atomerőművekre fokozottan hat, azok kisebb rugalmassága miatt. A viharos időjárási körülmények is okozhatnak részleges vagy teljes kiesést, például a közeli transzformátorok, alállomások vagy távvezetékek villámcsapásából eredő elektromos károk miatt. A heves esőzések árvizeket és ezzel megnövekvő törmelékszállítást okozhatnak, amely hűtési nehézséget eredményezhet olyan rendszerek esetében, ahol folyók biztosítják a hűtővizet. Sok esetben okozott kiesést a villamosenergia-termelésben, hogy az atomerőműveket biztonsági megfontolásból már előre leállították egy közelgő hurrikán vagy tájfun miatt.

Az éghajlati jelenségek kívül esnek a reaktorüzemeltetők által befolyásolható tényezők körén. Az 1990-es években a környezeti (elsősorban éghajlatváltozással összefüggő) tényezők okozta leállások átlagos gyakorisága 0,2 leállás volt reaktorévenként, de ez azóta csaknem nyolcszorosára nőtt, és az elmúlt évtizedben elérte a 1,5-ös átlagot. Összehasonlításképpen, azon „külső eredetű” üzemszünetek száma, amelyek NEM az éghajlattal összefüggő okok miatt következtek be, csupán 50%-kal nőtt ugyanebben az időszakban. Az éghajlati eredetű zavarok így a külső eredetű kiesések vezető okává váltak.

A termeléskiesések havi eloszlását tekintve, az éghajlatváltozás okozta kiesések 53%-a július, augusztus és szeptember hónapokban következik be, főként a magasabb környezeti hőmérséklet és a hurrikánok miatt. Érdekes, hogy a vízellátási problémák miatt bekövetkező teljes leállások leginkább Franciaországban jelentkeznek, ahol az atomerőművek többsége tavak és folyók partján található és ahol szeptemberben október és november hónapokban alacsonyabb vízhozam jellemző.

Az aszályokhoz és a folyók, tavak alacsonyabb vízszintjéhez kapcsolódó vízellátási problémák okozzák a leghosszabb kieséseket (110 óra kiesésenként), és így az energiaszolgáltatás szempontjából nagyobb zavarokat (135 GWh veszteség kiesésenként). A hurrikánok/tájfunok hatása rövid életűnek tűnik, az átlagos kiesési idő 65 óra, ami átlagosan 59 GWh energiaveszteség alkalmanként.

2 °C-os globális felmelegedés és villamos energia ellátáshiány

A múltbeli éghajlattal összefüggő elektromos áramkimaradások növekedési mintázatának és a jövőbeli éghajlati forgatókönyveknek az összekapcsolása révén a középtávú (2046–2065) és hosszú távú (2081–2100) energiaveszteség előre jelezhető. Középtávon a magas kibocsátású forgatókönyv (RCP 8.5) szerint az átlagos éves energiakiesés 0,8 - 1,4% lehet, míg hosszú távon a kieső termelés átlagosan 1,4 - 2,4% között lehet – ugyanakkor a telephely-specifikus veszteségek ennél sokkal magasabbak lehetnek. Az UN IPCC szerint már 2050 előtt is el lehet érni a 2 °C-os felmelegedést, különösen magas kibocsátási forgatókönyvek esetén. A regressziós modell alapján a 2 °C-os felmelegedés alig 1%-os energiaveszteséget eredményezne a globális atomerőmű-flottában, feltételezve, hogy a szélsőséges időjárási események előrejelzett hatása lineárisan nő a hőmérséklet felmelegedésével.

A szélsőséges időjárási viszonyok gyakorisága és intenzitása továbbra is bizonytalan, és valószínűleg erős regionális és nemlineáris eltérésekkel jár, különösen az 1,5 °C-os határérték átlépése után.

A szélsőséges éghajlati események mind a szárazföldi, mind a tengerpart menti erőműveknél megszakíthatják a működést, ám a tengerpart menti területeken a következmények általában nem olyan súlyosak – állította egy elemzés[1], a fukushimai balesetet megelőzően.

Az éghajlatváltozás a radioaktív hulladéktárolók szempontjából is olyan tényező, amit nem lehet figyelmen kívül hagyni.  Ezzel kapcsolatban súlyosbító tényező, hogy a kiégett fűtőelemek elhelyezése, tárolása és kezelése kapcsán évezredes időtávlatokban kellene gondolkodni.

A hőhullámok legközvetlenebbül a kontinentális helyzetű reaktorok működését veszélyeztetik. Az aszály miatti alacsony vízhozam és a nyári hónapok melegebb hőmérsékletének kombinációja megemeli a hűtővizek hőmérsékletét a hőhullámok kezdete előtt. A Carnot-hatékonysággal kapcsolatos fizikai korlátok miatt az atomreaktorok kevesebb energiát termelnek a hűtővíz hőmérsékletének növekedésével. Amikor hőhullámok érkeznek, és az atomerőműveknek csökkenteniük kell a teljesítményt, hogy megfeleljenek a hőkibocsátási előírásoknak, az ellátási hiány még nagyobb lesz. Következésképpen az energiát más forrásokból kell kiegészíteni, amelyek potenciálisan üvegházhatású gázokat bocsátanak ki. [2]

Atomerőmű telepítésre alkalmas helyszínek számának csökkenése várható

Az éghajlatváltozás akadályt jelent a jövőbeli reaktorépítés előtt azáltal, hogy korlátozza a megfelelő helyszínek számát. Az atomerőművek meglévő helyszíneken történő építése a legegyszerűbb és leggyorsabb megoldás, de a meglévő atomerőművek már most is sérülékenyek az éghajlattal szemben. Például a vízhiány jelenleg a világ számos régióját sújtja, és ez az éghajlatváltozással tovább fog romlani. A Hadley Centre globális éghajlati modellje azt jósolja, hogy a szélsőséges aszály által érintett földterületek aránya a mai 1%-ról a huszonegyedik század végére 30%-ra fog nőni. Ezért az atomerőművek számára megfelelő szárazföldi helyszínek a jövőben korlátozottabbak lesznek.

A jelenlegi és jövőbeli atomerőművek koncepcionálisan alkalmazkodhatnak az éghajlatváltozás hatásaihoz. Az alkalmazkodásnak kontextus-, technológia- és régióspecifikusnak kell lennie. Az atomenergia eszközparkjának kockázatértékelésébe be kell építeni a szélsőséges időjárási viszonyokra vonatkozó előrejelzési modelleket, különösen az éghajlat szempontjából sérülékeny környezetben és régiókban. A termeléskimaradások havi és regionális eloszlása alapján a tervezett reaktorleállások összehangolhatók az éghajlattal összefüggő áramkimaradások időbeliségével.

Azokon a területeken, ahol gyakoriak a hőhullámok és az aszályok, recirkulációs vagy száraz hűtési megoldások szükségesek. Mivel azonban ezek a mechanizmusok csökkentik az atomerőművek termikus hatékonyságát, további bevételkieséseket okoznak, amik tovább rontják az amúgy is kétséges megtérülést. Ugyanakkor, míg a száraz hűtés enyhíti a hűtővíz kapcsán jelentkező sebezhetőséget, újabb kihívásokat eredményezne a levegő hőmérsékletével kapcsolatosan. A víztől eltérő hűtőfolyadékokat (gázokat vagy folyékony fémeket) használó fejlett reaktorkoncepciókat is be lehetne vetni, de ezek jelentős telepítési és költséghatékonysági kihívásokat jelentenek. Részletes és átfogó, forgatókönyv-alapú gazdasági modellezésre lenne szükség, amely értékeli az egyes lehetőségek költség-haszon arányát a zavarok valószínűségével és gazdasági hatásával szemben.

Az új, IV. generációs reaktorok a tervek szerint megbízhatóbbak, kevésbé sérülékenyek lesznek - azonban ilyenek még nem épültek kereskedelmi forgalomra (egy demonstrációs reaktor üzemel 2021. december 20. óta Kínában) és nem tesztelték őket. Ezek legkorábban a 2030-as években fognak üzembe kerülni. Az éghajlatváltozás üteme azonban nem engedi meg azt az időcsúszást, amely alatt ezek a reaktorok eljutnak a tervezőasztaltól a kereskedelmi forgalomba és villamos energiarendszerekbe. Továbbá, a kívánt biztonsági szint elérése és az éghajlatváltozáshoz való alkalmazkodásra gyakorolt hatás minimalizálása valószínűleg sok helyen túl költséges lesz. Ezért az atomenergia most sem megfelelő enyhítő intézkedés az éghajlatváltozás kapcsán, és semmi jelét nem tapasztaljuk, hogy azzá válhat a belátható jövőben.

Nyugat-Európai kitekintés

Az elmúlt években az éghajlatváltozás által okozott szélsőséges időjárási események több atomerőmű esetében is időszakos lezárásához vezettek, és az ilyen nem tervezett leállások a jövőben még gyakoribbak lesznek - miközben az atomerőművek már most is nehezen tudnak versenyezni a villamosenergia-piacokon az olcsóbb alternatívák elérhetősége miatt.

A hat vizsgált országban az atomerőművek együttesen 565 TWh villamos energiát termeltek 2020-ban, ami Nyugat-Európa teljes villamosenergia-termelésének mintegy 42%-a. Ennek a villamosenergia-termelésnek csaknem kétharmada Franciaországban történt, amely 2020-ban villamos energiájának mintegy 70%-át atomerőművekből állította elő. Nyugat-Európát esettanulmányként azért választották, mert rendelkezésre állnak az adatok, és az a tény, hogy bármely más régiónál nagyobb mértékben támaszkodik az atomenergiára.

1. ábra: A vizsgált hat ország atomerőművi termelése és annak aránya az energiamixben (2020) – összevetésképpen: a paksi termelés 16 TWh/év körüli

Az Electricite de France (EDF) 2018-ban három erőmű működését volt kénytelen leállítani a hőhullámok miatt, különösen a folyóvízi hűtéssel működő atomerőműveit érintően. 2022. májusában az EDF ismét arra figyelmeztetett, hogy a szokatlanul meleg folyóhőmérséklet miatt valószínűleg kénytelen lesz csökkenteni az atomerőművei energiatermelését, ami az utóbbi években egyre gyakoribb esemény. Egyre nyilvánvalóbb, hogy az ilyen időjárási események, amelyek megzavarták ezeket az atomerőműveket, összefüggésbe hozhatók az éghajlatváltozással.

Növekvő költségek

Mivel az éghajlattal összefüggő zavarok kérdése egyre sürgetőbbé válik az áramszolgáltatók és a nukleáris ipar számára, technológiai és/vagy tervezési megoldásokat lehet alkalmazni a szélsőséges időjárási viszonyok atomerőművek működésére gyakorolt hatásainak enyhítésére. Az atomerőműveket utólag fel lehet szerelni „klímabiztos” alkatrészekkel és rendszerekkel, de ez részben további tekintélyes költségeket jelent, részben pedig – az átállásból fakadó – hosszú üzemszüneteket, amely tovább rontja a megtérülési mutatókat.

A reaktorok parttól távolabb történő elhelyezése megnövekedett csővezeték-távolságokat jelent, amelyek növelik az építési költségeket, csakúgy, mint az árvízvédelmi intézkedések. Ezenkívül a kontinentális helyszíneken az erőművek aszályhoz és hőhullámokhoz való igazítása magasabb építési és üzemeltetési költségekkel jár. A hűtőtornyok, különösen a száraz hűtőtornyok, kevesebb vizet használnak, de nagyobb építési és üzemeltetési költségekkel járnak. Például a nedves hűtőtornyok 3–5%-kal csökkentik az erőmű általános hatékonyságát. Míg a száraz hűtőtornyok a nedves hűtőtornyokhoz szükséges víz kevesebb mint 10%-át használják fel, ezeknek a rendszereknek sokkal nagyobb építési költségei vannak, és az üzem által termelt energiát igényelnek.

A nukleáris műveletek éghajlatváltozáshoz való alkalmazkodásának elmulasztása rendkívül jelentős veszéllyel és potenciális költségekkel jár. A biztonságos működés szélsőséges éghajlati események esetén továbbra is kihívást jelent, például annak okán, hogy az éghajlatváltozás előrejelzésének bizonytalansága magas fokú: például a történelmi árvízszintek már nem szolgálhatnak megfelelő előrejelzésként a jövőbeli árvizekre. Franciaországban már láthattuk, a közelmúltbeli árvizek meghaladták a tervezési alapszintet.

Az európai üzemekben – különösen Dél-Franciaországban – tapasztalható a legnagyobb százalékos növekedés az egymást követő száraz napokon, ami aláhúzza a szigorú biztonsági felülvizsgálatokhoz kapcsolódó alkalmazkodási rendelkezések bevezetésének fontosságát.

A Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) és a Nemzetközi Atomenergia-ügynökség (IAEA) azt állítja, hogy az atomenergia bővítése az éghajlatváltozás mérséklésére irányuló erőfeszítések kulcsfontosságú eleme lesz. A fenti szervezetek szerint ahhoz, hogy az atomenergia jelentősen csökkentse a globális kibocsátást, számos országban új atomerőműveket kellene építeni. Azonban az elkövetkező évtizedekben számos földrajzi területen kell szélsőséges időjárási eseményekkel számolni. Ugyanakkor az atomenergia láthatóan egyre sebezhetőbb az éghajlatváltozással összefüggő szélsőséges időjárási eseményekkel szemben. Az éghajlati zavarok napokig vagy hetekig befolyásolják az atomerőműveket. A pénzintézetek is egyre inkább felismerik, hogy az éghajlatváltozás kihívásokat jelent az atomerőmű-tulajdonosok pénzügyi helyzetére nézve.

A jelenleg működő atomerőművek mindegyike nagy teljesítményű, jellemzően GW léptékű. Ezért ezek kiesése jelentősen befolyásolja a hálózat működését a kieső elektromos teljesítmény pótlása szempontjából. A közművek pénzügyeire gyakorolt hatás is jelentős. 2017-ben az EDF hosszan tartó üzemszüneteivel kapcsolatos pénzügyi veszteségeket napi 1,1-2 millió euróra becsülték. 2018 nyarán hasonló esetek fordultak elő, amikor a finnországi Loviisa és a németországi Muehleberg atomerőművek is csökkenteni kényszerültek teljesítményüket, míg az EDF-nek a Bugey atomerőmű 3. blokkját (900 MW) és a St. Alban atomerőmű 1. blokkját (1300 MW) kellett leállítania. 2020-ban az EDF Chooz atomerőművének két blokkját is le kellett állítani a Meuse folyó alacsony vízhozama miatt. Az időjárással összefüggő atomerőművi üzemzavarok gyakorisága az elmúlt évtizedben (2010-2019) nyolcszor nagyobb, mint az 1990-es években, és becslések szerint a jövőben az összes atomerőművi termelés 1,4-2,4%-a eshet ki az időjárás okozta üzemzavarok miatt 2100-ig.

Az összes éghajlatikatasztrófa-eredetű atomerőművi termeléskiesés mintegy kétharmada június és október között következik be, a legnagyobb valószínűséggel júliusban. Ezeket a kieséseket az átlagosnál magasabb környezeti hőmérséklet és az aszály, valamint esetleg árvizek is okozzák, amelyek főleg szeptemberben és októberben vezetnek a termelés kieséséhez.

Az efféle termeléskiesések pénzügyi költsége három fő változótól függ: a) a kiesések gyakoriságától; b) az egyes kiesések során jelentkező energiaveszteségtől; c) a villamos energia áráról, amikor a kiesés bekövetkezik. Az éghajlatváltozással összefüggő jövőbeli kiesések gyakorisága növekedni fog a globális éghajlatváltozással, de jelentős eltérések vannak a kiesések gyakoriságában. Még az elmúlt két évtizedben is, jelentős eltérések vannak, ami valószínűleg így lesz a jövőben is.

A nyugat-európai reaktorok különösen érzékenyek a szélsőséges időjárási eseményekre. Az éghajlatváltozással összefüggő termeléskiesésekből eredő veszteség jelenleg évente körülbelül 3 TWh, ám ez várhatóan 5-7 TWh-ra vagy rosszabb esetben 6-9 TWh-ra nő 2-3 °C-os felmelegedés esetén. Ez a 565 TWh/év nyugat-európai termelés fényében ez 0,88-1,59%-os veszteséget tesz ki.

A villamos energia átlagos költsége az EU-ban a fogyasztók számára 22 eurócent/kWh, tehát az éghajlatváltozással összefüggő bevételkiesés jelenleg évente 660 millió euróra tehető. A 2 °C-os hőmérséklet-emelkedéssel járó forgatókönyv szerint a veszteségek valószínűleg 1,1-1,54 milliárd euróra nőnek, illetve 3 °C-os hőmérséklet-emelkedés esetén 1,32-1,98 milliárd euróra emelkednek évente. Ezek a számok azonban alábecsülik a nem tervezett kiesések valódi költségeit, mivel az üzemeltető közműszolgáltatónak áramot kell vásárolnia, hogy pótolja a kiesést. Ez minden esetben drágább, mint az atomenergia – máskülönben az atomenergia nem került volna be az energiamixbe a termelési egységköltség sorrendisége (vagy bekapcsolási sorrend/merit order) alapján. Így az atomerőmű tulajdonosa két negatív pénzügyi hatással szembesül: az egyik, hogy nem kap bevételt az atomenergiáért, a másik pedig, hogy a kereslet kielégítésére villamos energiát kell vásárolnia. Továbbá, ha a leállás nem tervezett, az atomerőmű kiesése az első percekben nagy frekvencia- és teljesítményegyenetlenséget okoz a hálózatban, ami még a regionális áramkimaradások kockázatát is növeli. Ezeket sokkal nehezebb számszerűsíteni, de még sokkal drágábbak lehetnek.

A fentiekből fakadóan a jövőben a kondenzációs hőerőműveknek (pl. atom) rendszeresen korlátozniuk kell a vízfelhasználásukat. Az üvegházgázok globális kibocsátásának gyors visszafogása nélkül a nukleáris létesítményeknek otthont adó régiók további és mélyreható környezeti átalakuláson mennek keresztül, amelynek jellemzője az lesz, hogy súlyosbodnak a szélsőséges időjárási események és nőnek ezek összetett kockázatai.  A hűtés tekintetében édesvízre támaszkodó hőerőművek egyharmada már most is erősen vízhiányos területeken található. Ugyanez a helyzet a meglévő atomerőművek 15%-a esetében is, és ez az arány a következő 20 évben várhatóan 25%-ra emelkedik (IEA, 2021a).

A működő vagy építés alatt álló atomerőművek több mint 70%-a három régióban – Észak-Amerika keleti részén, Nyugat- és Közép-Európában, valamint Kelet-Ázsiában – található, amelyek mindegyike sokféle éghajlati veszéllyel fog szembesülni, beleértve a rendkívüli hőségeket, a heves csapadékot, a tengerszint-emelkedést, folyami árvizeket és a trópusi ciklonokat. Az ilyen éghajlati veszélyek, és számos egyéb kockázati tényező még bonyolultabbá (de mégis egyre fontosabbá) teszik a rezílienciatervek kidolgozását és végrehajtását.

Amíg az atomenergia megvívja a maga csatáit a geopolitika, a társadalom, a gazdaságosság és a környezetvédelem területén, hazai szinten a legfontosabb teendő lenne az energiamixünk diverzifikációja, azaz a „minél több lábon állás”. Ehhez elengedhetetlen, hogy teret kapjanak a szélerőművek, maximálisan kiaknázzuk a fűtési célú geotermikus energiát, valamint, különösen a mezőgazdaságban, alapvető megoldás legyen a biomassza és biogáz alkalmazása. A háztartási méretű napelemek minél több tetőre kerüljenek fel, az ipari léptékű naperőműveket a hatékonyabb területi tervezés (pl. kettős hasznosítás) és a biodiverzitás megőrzése jellemezze. Az emberek alkossanak energiaközösségeket és kapjanak megfelelő tájékoztatást. A tudatos tervezést és a kreativitást kellene ösztönözni már helyi és közösségi szinten is.

[1] Kopytko, N., & Perkins, J. (2011). Climate change, nuclear power, and the adaptation–mitigation dilemma. Energy Policy, 39(1), 318–333. doi:10.1016/j.enpol.2010.09.046

[2] Ahmad, A.  (2021). Increase in frequency of nuclear power outages due to changing climate. Nature Energy , 6(7), 755–762. doi:10.1038/s41560-021-00849-y