Główne czynniki wpływające na koszty energii elektrycznej z elektrowni jądrowej

Energetyka jądrowa jest konkurencyjna ekonomicznie wobec innych źródeł energii z wyjątkiem krajów, które mają bezpośredni dostęp do paliw organicznych.  Koszty paliwowe w elektrowniach jądrowych są małą częścią kosztów łącznych, co zapewnia tym elektrowniom konkurencyjność,  chociaż nakłady inwestycyjne są większe niż na elektrownie węglowe i dużo większe niż na elektrownie opalane gazem. Przy ocenie kosztów energii jądrowej uwzględnia się w pełnym wymiarze koszty likwidacji elektrowni oraz unieszkodliwiania odpadów promieniotwórczych. Budowa elektrowni jądrowej jest podobna do innych wielkich projektów infrastrukturalnych, w których często nie docenia się stopnia trudności i kosztów.

Ocena porównawcza kosztów nowych elektrowni wykorzystujących różne technologie jest trudna, a rezultaty zależą silnie od ich lokalizacji. Węgiel jest i zapewne pozostanie atrakcyjnym ekonomicznie krajach takich jak Chiny, USA i Australia, dopóki emisje CO₂ nie są tam opodatkowane. Koszty energetyki opartej na wykorzystaniu wiatru i słońca, nazywanych  w skrócie Odnawialnymi Źródłami Energii (OZE) są także silnie zależne od lokalizacji. Oczywiste jest, że energetyka wykorzystująca ogniwa fotowoltaiczne (PV) jest dużo tańsza krajach na południu Europy lub w południowych stanach USA niż w Polsce i krajach Europy środkowej.  Z kolei energia wiatrowa jest znacznie łatwiejsza do wykorzystania i oferuje bardziej stabilną generację energii elektrycznej w rejonach nadmorskich, szczególnie wystawionych na działanie wiatru znad Atlantyku, niż w krajach takich jak Polska, gdzie wiatry są znacznie słabsze i nieprzewidywalne.

Przy ocenie kosztów w skali całego okresu eksploatacji elektrownie jądrowe są źródłem taniej, niezawodnej i czystej energii elektrycznej. Istniejące elektrownie pracują z wysoką niezawodnością, osiągając współczynniki wykorzystania mocy zainstalowanej, czyli stosunek mocy średniej w ciągu roku do mocy nominalnej, przekraczające 90%. Koszty eksploatacyjne włącznie z kosztami paliwa są niższe niż innych źródeł energii, włączając w to elektrownie wiatrowe i słoneczne, w których koszty obsługi są znaczące, mimo że „wiatr wieje za darmo”.

Elektrownie jądrowe są obecnie projektowane do pracy przez 60 lat i dłużej. Głównym zagrożeniem ekonomicznym dla istniejących elektrowni jest możliwy ujemny wpływ działania OZE, subsydiowanych przez rządy, a dostarczających energię nieregularnie, nieprzewidywalnych i zmuszających elektrownie systemowe do zmian ich mocy, zależnie od warunków pogodowych. Dodatkowym zagrożeniem jest możliwość przyjęcia przez rząd polityki antynuklearnej z wprowadzaniem specjalnego opodatkowania, nie związanego z emisjami, ale mającego na celu odebranie inwestorom jądrowym korzyści z zainwestowanych kapitałów.

Najważniejszym składnikiem kosztu energii jądrowej są nakłady poniesione na budowę elektrowni. Stanowią one ponad 60% ceny energii elektrycznej uśrednionej na okres życia elektrowni. Gdy elektrownia jądrowa jest już zbudowana, koszty wytwarzania energii elektrycznej są niskie i stałe.

Z uwagi  na zagrożenia polityczne związane z budową elektrowni jądrowej, banki uważają to przedsięwzięcie za ryzykowne i wymagają wyższego oprocentowania kredytów. W przypadku, gdy rząd popiera budowę i gwarantuje doprowadzenie budowy do końca, ryzyko znacznie maleje i  maleją też stopy procentowe. Dlatego udzielenie przez rząd gwarancji ma wielkie znaczenie dla oceny konkurencyjności ekonomicznej energii jądrowej.

Ważny jest też okres, podczas którego udzielona przez bank pożyczka jest zamrożona i nie przynosi dochodu, to jest okres budowy od wylania pierwszego betonu konstrukcyjnego do uruchomienia elektrowni jądrowej. Przy pięcioletnim cyklu budowy, oprocentowanie kapitału może sięgać 30% łącznych wydatków na budowę elektrowni. W przypadku siedmioletniej budowy, wielkość ta może wzrosnąć do 40%. Sprawne i szybkie zbudowanie elektrowni ma więc ogromny wpływ na jej koszt.  Okresy budowy są różne, głównie w zależności od tego, czy budowany jest blok prototypowy, czy też kolejny w serii wielu bloków i jakie doświadczenie w budowie tych bloków ma dostawca reaktora.  Dobrym na to przykładem jest budowa reaktorów EPR. Pierwszy blok w Olkiluoto w Finlandii i pierwszy we Flamanville we Francji cierpiały na choroby wieku dziecięcego, które spowodowały duże opóźnienia w budowie. Takie bloki klasyfikuje się jako pierwsze danego rodzaju – FOAK (first of a kind) i zakłada się dla nich dłuższy okres budowy i wyższe koszty. Natomiast już blok nr 3 i 4 w Taishan w Chinach był budowany sprawnie, a blok nr 4 rozpoczął pracę w sieci w 2019 roku zgodnie z harmonogramem. Jeśli w Polsce budowany będzie kiedyś reaktor EPR, to będzie on już którymś z kolei i można oczekiwać, że doświadczenia ze zbudowania wielu poprzednich bloków zapewnią sprawne i terminowe zrealizowanie tej elektrowni jądrowej.

Ocena ekonomiczna elektrowni jądrowej wymaga uwzględnienia szeregu składników, o których piszemy poniżej.

Nakłady inwestycyjne

Nakłady inwestycyjne, obejmują koszty przygotowania lokalizacji, budowy,  produkcji urządzeń, montażu, rozruchu i sfinansowania budowy. Nakłady inwestycyjne na elektrownie jądrowe są wysokie w porównaniu do elektrowni węglowych i gazowych, bo elektrownie te są od początku wyposażone w układy zapewniające niezawodną produkcję energii elektrycznej przy utrzymaniu czystego powietrza, czystej wody i gleby. Ponadto elektrownie jądrowe z reaktorami III generacji są odporne nawet na największe możliwe awarie i nie powodują zagrożenia okolicy. Polska przyjęła zasadę, że lepiej jest płacić więcej na etapie budowy i mieć pewność bezpieczeństwa, niż zaoszczędzać na wydatkach inwestycyjnych, ubezpieczać potem elektrownię na wysokie sumy i w razie awarii ponosić skutki zakłócenia życia mieszkańców i gospodarki kraju.

Budowa dużego reaktora wymaga pracy tysięcy robotników, techników i inżynierów, ogromnych ilości stali i betonu, tysięcy elementów i szeregu systemów zapewniających zasilanie w energię elektryczną, chłodzenie, wentylację, przepływ informacji,  sterowanie i komunikację. Aby móc porównywać różne rodzaje technologii, nakłady inwestycyjne muszą być odniesione do mocy elektrowni, np. jako USD/kW. Mylące jest podawanie jako parametru mocy szczytowej, osiąganej np. przez wiatraki przez około godzinę w roku. Znacznie lepszy obraz daje odniesienie nakładów do oczekiwanej mocy średniej w ciągu roku. Różnica w wyniku takiej oceny jest duża, np. dla wiatraków na lądzie, których moc średnia jest 4 razy mniejsza niż moc nominalna, pokazanie nakładów na moc średnią daje wynik 4 razy wyższy od wyniku obliczonego dla mocy nominalnej. Dodatkowo trzeba uwzględnić, że moc z wiatru otrzymujemy nie wtedy, gdy jest ona potrzebna, lecz wtedy, gdy wieje wiatr. Podobnie moc elektrowni słonecznych jest zerowa wieczorem i w nocy, chociaż właśnie wieczorem zapotrzebowanie na prąd elektryczny jest największe. Dlatego nawet przeliczenie nakładów na moc średnią faworyzuje wiatr i słońce, bo nie uwzględnia potrzeby magazynowania energii lub zapewnienia źródłom OZE wsparcia ze strony elektrowni systemowych.

Koszty eksploatacji elektrowni

Koszty eksploatacji elektrowni obejmują koszty paliwa, obsługi, napraw, koszty likwidacji elektrowni oraz unieszkodliwiania zużytego paliwa i odpadów. Dzielimy je na koszty stałe niezależne od tego, czy elektrownia pracuje i wytwarza energię elektryczną, czy nie, oraz koszty zmienne zależne od mocy elektrowni w rozważanym okresie. Zwykle te koszty wyraża się w odniesieniu do jednostki produkowanej energii, np. centy/kWh. Aby ocenić konkurencyjność elektrowni, trzeba obliczyć koszty ponoszone w ciągu całego życia elektrowni (LCOE – levelised cost of energy). Przedstawiają one cenę, jaką elektrownia musi uzyskać za wytwarzaną przez nią energię elektryczną, by uniknąć strat.

Koszty w końcowej części cyklu paliwowego, obejmujące przechowywanie wypalonego paliwa i odpadów radioaktywnych w składowisku oddzielonym od środowiska człowieka, stanowią poniżej 10% kosztu produkcji energii elektrycznej na kWh, lub mniej, jeśli zamiast wieczystego składowania stosuje się przerób i odzysk paliwa. W programie USA, przewidującym łączne koszty unieszkodliwiania odpadów w wysokości 26 miliardów USD, wpłaty elektrowni wynoszą 0,1 centa/kWh.

Koszty likwidacji elektrowni jądrowej stanowią około 9-15% początkowych nakładów inwestycyjnych na jej budowę. Po zdyskontowaniu na okres użytecznej pracy elektrowni okazuje się, że stanowią one zaledwie kilka procent nakładów inwestycyjnych, a jeszcze mniej w stosunku do kosztów wytwarzanej energii elektrycznej. W USA ocenia się, że jest to od 0,1 do 0,2 centa/kWh, a więc nie więcej niż 5% kosztu energii elektrycznej.

Według przepisów polskich, operator elektrowni jądrowej, musi odłożyć 17,16 PLN/MWh, to jest powyżej 4 USD/MWh na unieszkodliwianie odpadów i likwidację elektrowni jądrowej. Jest to wartość większa niż wymagana w USA i w wielu krajach UE.

Wydatki na wymianę i modernizację urządzeń elektrowni jądrowych rosły od 2002 roku i osiągnęły maksimum w 2012 roku, a więc w rok po Fukushimie. W następnych latach stale malały. Były one skutkiem przygotowywanie reaktorów do przedłużenia okresu eksploatacji po osiągnięciu przewidzianego w licencji okresu 40 lat. W wyniku tych prac, 86 z działających w USA 99 reaktorów otrzymało przedłużenie licencji o 20 lat, a 92 reaktorom wydano zezwolenia na podniesienie mocy, łącznie o 7900 MWe.