Likwidacja i rozbiórka elektrowni jądrowych (decommissioning)

Likwidacja elektrowni Connecticut Yankee w USA - rozbiórka betonowej obudowy bezpieczeństwa (fot. Connecticut Yankee, 2006)

Elektrownie jądrowe i towarzyszące im zakłady cyklu paliwowego można bez trudu i relatywnie niewielkim kosztem zlikwidować, nawet całkowicie.

Do końca 2009 roku wycofano z ruchu 123 jądrowe bloki energetyczne, z czego:

• 10 zostało już całkowicie rozebranych (decommissioning) do tzw. zielonej trawy, a teren, który do tej pory zajmowały, został udostępniony do ponownego wykorzystania w innych celach, w tym upraw rolnych i wypasu zwierząt hodowlanych
• 51 znajduje się w fazie rozbiórki do „zielonej trawy”
• 48 zostało częściowo rozebranych i zabezpieczonych, z przeznaczeniem do dalszej rozbiórki po upływie określonego czasu (safe enclosure)
• 3 zostały zabetonowane (część konwencjonalną elektrowni rozebrano) z planem dalszej rozbiórki w przyszłości
• 6 kolejnych ma przygotowywane plany likwidacyjne.

W przypadku pozostałych zakładów cyklu paliwowego, do połowy 2007 r. wycofano z eksploatacji 100 kopalń uranu, ponad 250 reaktorów badawczych i wiele instalacji cyklu paliwowego.

Poziomy likwidacji elektrowni jądrowej w USA

Rozbiórka starej EJ Chapelcross w Wielkiej Brytanii (fot. Gary Henderson, CC)

W amerykańskiej energetyce jądrowej wyróżnia się trzy poziomy likwidacji. Pierwsze dwa mogą być zarówno poziomem końcowym jak i pośrednim (to znaczy można na nich poprzestać). W zależności od konstrukcji samej elektrowni, jej wielkości jak i dostępu do infrastruktury transportowej, składowisk i przepisów, czas potrzebny na likwidację może się nieznacznie różnić.

• Poziom I – zamknięcie elektrowni pod nadzorem urzędu dozoru jądrowego. Procedura sprowadza się do odstawienia bloku, wyładowania paliwa z reaktora i usunięcia materiałów eksploatacyjnych. Budynek główny reaktora zostaje zamknięty, a pozostałe pomieszczenia znajdują się pod kontrolą służb zakładowych. Przeprowadzenie tego typu działań skutkuje obniżeniem promieniotwórczości na terenie zakładu o 99,9%. Czas potrzebny na wykonanie powyższych prac wynosi od 2 do 5 lat.
• Poziom II – częściowa likwidacja. Etap ten obejmuje demontaż wszystkich urządzeń i instalacji (z możliwymi wyjątkami), a budynki w których nie stwierdzono skażeń promieniotwórczych przekazywane są zewnętrznym użytkownikom. Skutkuje to zmniejszeniem terenu pozostającego pod stałą kontrolą do około 10%. Przeprowadzenie tego etapu wymaga kolejnych 5 – 10 lat.
• Poziom III – całkowita likwidacja elektrowni do poziomu tzw. „zielonej trawy”, (green-field conditions), czyli likwidacja do spełnienia warunków czystego, zielonego terenu. Jest to ostatni, finalny etap likwidacyjny. Skutkuje całkowitym usunięciem budynków i infrastruktury elektrowni. Po elektrowni nie pozostaje nic.

Amerykański Urząd Dozoru Jądrowego (NRC) opracował szereg swoich dyrektyw dotyczących warunków likwidacji. Również i w tym przypadku wyróżnia się trzy procedury likwidacji:

• DECON (skrót od słowa decommissioning)– całkowita i natychmiastowa rozbiórka elektrowni następująca zaraz po usunięciu wyposażenia i urządzeń. Skutkuje to możliwością wykorzystania terenu zajmowanego przez zakład w dosyć krótkim czasie po jego zamknięciu. Przewidywany czas potrzebny na wykonanie wszystkich niezbędnych działań wynosi około 9 lat.
• SAFSTOR (skrót od wyrażenia safe storage) – reaktor zostaje wyłączony i opróżniony z paliwa, elektrownia pozostaje pod stałym nadzorem personelu, a czas jej ostatecznej likwidacji zostaje odsunięty na okres 40 – 60 lat.
• ENTOMB (skrót od słowa entombment)– procedura ta obejmuje zmniejszenie obszaru zajmowanego przez elektrownię do terenu, gdzie zgromadzone są materiały promieniotwórcze, reaktor zostaje opróżniony z paliwa.

Doświadczenia

Likwidacja elektrowni Connecticut Yankee w USA - rozbiórka betonowej obudowy bezpieczeństwa (fot. Connecticut Yankee, 2006)

W ciągu ostatnich lat zebrano szereg doświadczeń w demontażu instalacji jądrowych. Prym w tego typu przedsięwzięciach wiodą m.in. Stany Zjednoczone, Wielka Brytania, Francja i Niemcy.

W pierwszym wymienionym kraju jest to skutkiem stopniowego zamykania starych zakładów zbudowanych w latach 60-tych i 70-tych XX wieku (obecnie w USA pracują 52 reaktory które przepracowały od 30 do 40 lat oraz 42 reaktory o wieku 20 – 29 lat). Są to w większości reaktory wodne (zarówno PWR jak i BWR), drugiej generacji. Część z nich będzie wymagała likwidacji, niemniej większość powinna otrzymać pozwolenia wydłużające czas ich pracy z 40 do 60 lat (do 25.10.2009 r. NRC udzieliła zezwolenie na 60-letnią eksploatację już 55 blokom jądrowym).

Podobnie jak w przypadku USA także i w Wielkiej Brytanii trwa obecnie zamykanie starych reaktorów, grafitowo – gazowych (Magnox i AGR). Z uwagi na wykorzystaną technologię koszty likwidacji tego typu reaktorów są większe niż w przypadku reaktorów typu PWR z uwagi na ich rozmiary. Kilka lat temu głośno było o problemach finansowych British Energy, która to zarządzała brytyjskimi elektrowniami jądrowymi po przejęciu ich od rządu. Wskutek napływu taniej (w tamtym okresie) energii elektrycznej pochodzącej z elektrowni gazowych oraz błędnych decyzji rządu brytyjskiego firma stanęła na krawędzi bankructwa. Po przejęciu części pakietu akcji przez rząd Wielkiej Brytanii oraz wskutek wzrostu cen gazu (a tym samym kosztów energii elektrycznej) sytuacja finansowa firmy poprawiła się.

Demontaż wytwornicy pary w EJ Elk River w stanie Maine w USA (fot. US NRC)	Rozbiórka obudowy bezpieczeństwa w EJ Elk River (fot. US NRC)	Rozbiórka budynków w EJ Elk River (fot. US NRC)

Likwidacje obiektów na terenie Francji związane były w głównej mierze z wyłączaniem z użytku elektrowni jądrowych typu GCR. Elektrownie te budowane były na początku francuskiej przygody z atomem - głównie w latach 60 XX wieku. Ostatecznie Francja wybrała reaktory wodne PWR, co spowodowało odejście od technologii chłodzenia gazem i stopniowe zamykanie tego typu zakładów. W 1994 roku wyłączono ostatni tego typu reaktor.

W przypadku Niemiec EJ zamykane były z powodu przejściowej zmiany polityki energetycznej tego kraju i odwrotu od energetyki jądrowej w latach 2002-2009 (na jesieni 2009 r. uznano jednak że decyzja ta była błędna, proces likwidacji zatrzymano i rozpoczęto uchylanie ustawy nakazującej likwidację elektrowni jądrowych). Zamknięto również większą część instalacji pilotażowych, co miało miejsce głównie w latach 80-tych XX wieku (m.in. świeżo uruchomiony bardzo nowoczesny reaktor THTR-300 na paliwo torowe w Hamm-Uentrop i zakład przerobu wypalonego paliwa w Karlsruhe). Do tej pory w Niemczech całkowicie zlikwidowano 4 reaktory, natomiast w przypadku kolejnych 15 rozpoczęto procedurę likwidacyjną.

Zobacz jak likwidowano elektrownię Connecticut Yankee (zdjęcia): http://www.connyankee.com/html/snapshots.html

Likwidacja elektrowni na przykładzie EJ Maine Yankee

W tym miejscu w latach 1972-1996 pracowała Elektrownia Jądrowa Maine Yankee (USA). Tyle zostało po niej dziś (fot. pochodzi ze strony http://www.maineyankee.com/images/upload/10-1-05site2.JPG)

Elektrownia pracowała w latach 1972 – 1996, jej serce stanowił reaktor typu PWR. Moc zainstalowana wynosiła 900 MW_e. Była pierwszym dużym obiektem jądrowym na terenie USA, który został poddany procesowi całkowitej rozbiórki.

Likwidacja elektrowni pociągała za sobą konieczność utylizacji ponad 100 tysięcy ton odpadów o różnej aktywności, z czego 68 tysięcy ton stanowił beton. Ponad połowa (60 tysięcy ton) była radioaktywna. Większość tych materiałów została wywieziona przy użyciu transportu kolejowego na składowiska odpadów niskoaktywnych (odpady promieniotwórcze) lub budowlanych (odpady zwykłe). W celu odseparowania materiałów promieniotwórczych i obniżenia ich radioaktywności wykonano szereg zabiegów np. w przypadku betonu skuwano warstwę powierzchniową do głębokości 1 cm, natomiast w przypadku rurociągów przemywano je odpowiednimi chemikaliami, co pozwalało na nawet pięciokrotne obniżenie poziomu promieniowania do bezpiecznego poziomu, dopuszczanego przez amerykański dozór jądrowy.

 

Wyburzanie ładunkami wybuchowymi dolnej części obudowy bezpieczeństwa (a dokładniej tego, co z niej zostało po wycięciu otworów na demontaż urządzeń technologicznych). Następnie przystąpiono do rozbiórki młotami pneumatycznymi (zdjęcia poniżej).	Proces demontażu zbiornika ciśnieniowego reaktora. Po zdemontowaniu wszystkich urządzeń przystąpiono do rozbiórki budynku.

Najtrudniejszym etapem był demontaż obudowy bezpieczeństwa, której masa wynosiła 34 tysiące ton. Obudowa, wykonana z betonu, która przy podstawie miała 120 cm grubości i której grubość malała do 60 cm przy szczycie, została pocięta przy użyciu pił diamentowych. Stosunkowo najłatwiej poradzono sobie z demontażem urządzeń technologicznych. Zbiornik ciśnieniowy reaktora wykonany ze stali i ważący setki ton został pocięty przy pomocy strumieni wody i narzędzi tnących zgodnie z technologią dostarczoną przez Framatome (obecnie Areva). Rdzeń reaktora wypełniono betonem i przewieziono na składowisko odpadów niskoaktywnych, gdzie został zabetonowany pod ziemią w specjalnej komorze.

Ostatecznie proces likwidacji zakończył się w 2005 roku. Prace, które trwały 8 lat kosztowały wg oficjalnych danych 635 milionów dolarów. Zapłacił oczywiście właściciel elektrowni (podatnicy nigdy nie są obciążani kosztami likwidacji komercyjnych instalacji jądrowych, z wyjątkiem sytuacji gdy elektrownie wcześniej należały do państwa i nie zabezpieczono funduszy na ich likwidację).

Rozbiórka EJ Maine Yankee - wyburzanie obudowy bezpieczeństwa i rozbiórka budynku maszynowni (fot. US NRC)

Koszty

Koszty likwidacji EJ są relatywnie wysokie ale w całości pokrywa je właściciel elektrowni (jedyny wyjątek dotyczy sytuacji, gdy elektrownie wybudowało i eksploatowało państwo i jednocześnie nie zabezpieczono funduszy na ich przyszłą likwidację). Koszty te, łącznie z unieszkodliwianiem powstających przy tym odpadów radioaktywnych, maleją w ostatnich latach i stanowią tylko małą część całkowitego kosztu wytwarzania energii elektrycznej. W USA wiele przedsiębiorstw energetycznych dokonało aktualizacji ocen kosztów obniżając je w stosunku do ocen pierwotnych na podstawie zyskanego doświadczenia. Obecnie średni koszt likwidacji wycenia się na 325 milionów USD (z 1988r.) na wodny reaktor energetyczny. Według raportu OECD (Organizacji Współpracy Gospodarczej i Rozwoju) z roku 2003, koszty likwidacji reaktorów przedstawiają się następująco: PWR 200 – 500$/kWe, WWER – 330$/kWe, BWR 300 – 550$/kWe, CANDU 270 – 430$/kWe. Dla reaktorów grafitowo-gazowych koszty są znacznie wyższe w związku z dużą ilością znajdujących się w nich materiałów radioaktywnych, sięgając 2600 $/kWe dla niektórych reaktorów typu Magnox. Łatwo można policzyć, że likwidacja elektrowni o mocy 1000 MWe może pochłonąć około 500 milionów dolarów. Koszty te jednak w różnych przypadkach mogą znacznie się różnić.

Wyburzanie chłodni kominowej w EJ Trojan w stanie Oregon w USA

Najpopularniejszym sposobem pokrycia kosztów likwidacji jest odkładanie pewnej niedużej kwoty otrzymywanej ze sprzedaży każdej kilowatogodziny na specjalny fundusz. Pieniądze te odkładane są przez cały czas pracy elektrowni. W przypadku USA kwota ta wynosi od 0,1 do 0,2 centa z każdej kWh. Do 2001 roku w ten sposób udało się odłożyć 23,7 miliarda dolarów, a w najbliższych latach wpłynie jeszcze kolejne 11,6 miliarda, dając w ten sposób kwotę potrzebną na likwidację wszystkich działających obecnie reaktorów (średnie koszty likwidacji przyjęto na 320 mln dolarów na jeden reaktor).

W przypadku Francji kwota odkładana na likwidację wynosi 0,14 eurocenta z każdej sprzedanej kilowatogodziny. Do 2006 roku zgromadzono 25 miliardów euro, wymagana kwota (35 miliardów euro) pozwalająca na likwidację wszystkich działających obecnie obiektów ma zostać zebrana do 2010 roku.

EJ Fort St. Vrain, którą przerobiono na konwencjonalną elektrownięw gazową. Reaktor typu HTGR zastąpiono sprężarką powietrza i komorą spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. (fot. US NRC)

Widać, że koszty te są znaczne, jednak dzięki istniejącym obecnie standardom możliwe jest odłożenie wymaganej kwoty bez większych obciążeń dla całego projektu. Warto również zaznaczyć, że likwidacja może obejmować tylko usunięcie części reaktorowej i zaadaptowanie istniejącej infrastruktury do dalszej pracy dla energetyki. W taki sposób postąpiono w przypadku elektrowni Fort St. Vrain, gdzie blok z reaktorem typu HTGR przerobiono na konwencjonalny blok z zespołem zawierającym turbiny gazowe, co pozwoliło wykorzystać wybudowaną wcześniej infrastrukturę do dalszej produkcji energii elektrycznej.

Wielkość narażenia pracowników i ludności

Rozbiórka elektrowni nie powoduje zagrożenia zdrowia pracowników ani ludności. Dawki promieniowania jakie otrzymują pracownicy są bardzo niskie i niegroźne. Dla przykładu, dawka kolektywna przewidywana dla likwidacji EJ Maine Yankee wynosiła 5,7 osobo-Sv, a więc dwukrotnie mniej niż wartość graniczna określona w Deklaracji Wpływu na Środowisko. W praktyce całkowita dawka kolektywna przy likwidacji EJ Maine Yankee była mniejsza - wyniosła tylko 2,7 osobo-Sv.

Demontaż wytwornicy pary w EJ Trojan w stanie Oregon w USA (fot. US NRC)		Tymczasowe składowisko odpadów promieniotwórczych po rozbiórce EJ Trojan. Pojemniki zostaną przewiezione na składowisko ostateczne (fot. US NRC)

Społeczeństwo też nie jest narażone. Dla EJ Maine Yankee przyjęto, że radioaktywność pozostająca na terenie po likwidacji EJ nie może powodować mocy dawki wyższej niż 0,1 mSv/rok wszystkimi drogami zagrożenia, w tym 0,04 mSv/rok poprzez wody gruntowe. Jednocześnie różnica w wielkości tła promieniowania naturalnego w Finlandii (7 mSv/rok) i w Polsce (2,5 mSv/rok) wynosi 4,5 mSv/rok. Mieszkanie przez rok na terenie gdzie kiedyś pracowała elektrownia atomowa spowoduje taką dawkę dodatkową, jak wyjazd z Polski na 8 dni do Finlandii!

Likwidacja innych zakładów cyklu paliwowego

Nie tylko elektrownie można z powodzeniem zlikwidować. Mamy już doświadczenie w likwidacji wszystkich zakładów jądrowego cyklu paliwowego – warto wymienić choćby kilka z nich:

• Kopalnie uranu i zakładów kruszenia rudy w Beaverlodge, Sasketchean w Kanadzie
• Zakład konwersji uranu KAERI w Korei Południowej
• Zakłady wzbogacania uranu w Capenhurst w W. Brytanii. [wymiary 1200 x 150 x 30 m, 4800 stopni wzbogacania (kaskad) i 1800 km rurociągów o średnicach dochodzących do 55 cm.] Rozległe prace przy dekontaminacji: ze 180 tysięcy ton metalu odzyskano ponad 99% do recyklingu i do nowych zastosowań przemysłowych. Obecnie na miejscu zakładów znajduje się przysłowiowe zielone pole.
• Zakłady produkcji paliwa w Hanau w Niemczech, które produkowały między innymi 1350 ton paliwa rocznie do reaktorów PWR i BWR.

Również w Niemczech zlikwidowano „do zielonego pola” reaktor ciężkowodny o mocy 100 MWe w Niederaichbach i oddano jego teren do nieograniczonego użytkowania dla celów rolniczych.

Demontaż wytwornicy pary w EJ Trojan (fot. US NRC)	Rozbiórka obudowy bezpieczeństwa w jednej a amerykańskich EJ (fot. US NRC)	Pozostałość po EJ Big Rock Point (fot. US NRC)	Cięcie konstrukcji stalowych w EJ St. Lucie (fot. US NRC)

Doświadczenia polskie

W Polsce do tej pory pomyślnie przeprowadzono likwidację kilku obiektów jądrowych: zestawów krytycznych pracujących w dawnym Instytucie Badań Jądrowych w Świerku oraz reaktora EWA (również pracującego w IBJ i później w Instytucie Energii Atomowej). Korpus reaktora EWA przerobiono na suchy przechowalnik wypalonego paliwa z reaktorów EWA i MARIA (paliwo to zostanie w późniejszych latach odesłane z powrotem do Federacji Rosyjskiej w celu unieszkodliwienia, przerobu i ostatecznego składowania w składowisku głębokim). Proces likwidacji przeprowadzono w całości własnymi siłami.

 

 

Źródła:

1. Grzegorz Jezierski, Energia jądrowa wczoraj i dziś, WNT, Warszawa 2006
2. http://www.world-nuclear.org/info/inf19.html
3. http://www.maineyankee.com/
4. Nuclear Power Reactors in the World, IAEA, VIENNA, 2006 (IAEA-RDS-2/26)
5. International Status and Prospects of Nuclear Power. 2010 Edition, MAEA, Wiedeń 2011, s. 17.

 

autorzy:
Bartłomiej Ferdyn (Akademia Górniczo-Hutnicza),
prof. dr inż. Andrzej Strupczewski (Instytut Energii Atomowej POLATOM)

konsultacja: dr Krzysztof Andrzejewski (Instytut Energii Atomowej POLATOM)