Identyfikacja i wycena kosztów i korzyści energetyki jądrowej – wyniki badań w programie ExternE Komisji Europejskiej (część pierwsza)


Obecnie polityka Państwa ukierunkowana jest na wsparcie rozwoju niskoemisyjnych źródeł energii – równolegle energetyki odnawialnej oraz jądrowej. Świadczy o tym dokument strategiczny „Polityka energetyczna Polski do 2030 roku” (PEP 2030) oraz zatwierdzony przez Rząd „Krajowy plan działania w zakresie energii ze źródeł odnawialnych”. PEP 2030 wyznacza udziały niskoemisyjnych źródeł energii w zużyciu końcowym energii w 2020 r.

Oprócz rozwoju OZE (głównie energetyki wiatrowej oraz biogazowi rolniczych i biomasy) przewiduje się powstanie w 2020 r. pierwszej elektrowni jądrowej. Ministerstwo Gospodarki opracowało projekt „Programu polskiej energetyki jądrowej” (Program PEJ) określający szczegółowy zakres oraz terminy realizacji działań mających na celu uruchomienie w Polsce pierwszej elektrowni jądrowej. 16 sierpnia 2010 r. dokument został skierowany do konsultacji międzyresortowych i społecznych. Projekt Programu PEJ winien zostać przyjęty przez Radę Ministrów do 31 grudnia 2010 r. Działania te mają na celu znaczne ograniczenie emisji gazów cieplarnianych oraz wzrost bezpieczeństwa energetycznego.

Wobec powyższego wydaje się niezmiernie istotnym rozwijanie metodyki oceny opłacalności ekonomicznej tego typu inwestycji. Szczególnie newralgicznym elementem analizy kosztów i korzyści (cost-benefit analysis, CBA), stanowiącej w UE już standardowe narzędzie wspomagające podejmowanie decyzji dotyczących projektów publicznych oraz uregulowań prawnych, wydaje się być identyfikacja i wycena kosztów i korzyści zewnętrznych, w tym zwłaszcza środowiskowych. Skwantyfikowanie kosztów zewnętrznych odgrywa szczególnie ważną rolę w procesie wyboru przyszłych technologii energetycznych oraz jest pomocne przy ustalaniu polityki fiskalnej, np. rodzajów i wielkości podatków ekologicznych. Ponadto koszty zewnętrzne powinny być brane pod uwagę przy określaniu polityki ekologicznej i energetycznej państwa, również dotyczącej bezpieczeństwa energetycznego oraz w procesie decyzyjnym, jeśli celem jest optymalne wykorzystywanie zasobów oraz zapewnienie największych korzyści dla społeczeństwa.

Pomimo iż efekty zewnętrzne produkcji energii są przedmiotem wieloletnich intensywnych badań, obliczenie ich pieniężnej wartości jest sprawą ciągle kontrowersyjną. Obecnie za najbardziej zaawansowaną i autorytatywną metodykę do szacowania kosztów zewnętrznych uznaje się metodykę ścieżki oddziaływań (impact pathway analysis, IPA), rozwiniętą w ramach kolejnych faz projektu Komisji Europejskiej ExternE (External costs of Energy) i jego sukcesorach: NewExt (New Elements for the Assessment of External Costs from Energy Technologies), ExternE-Pol (Externalities of Energy: Extension of accounting framework and Policy Applications), NEEDS (New Energy Externalities Developments for Sustainability) i CASES (Cost Assessment of Sustainable Energy Systems). Raporty w ramach każdego projektu są dostępne na oficjalnej stronie internetowej ExternE: www.externe.info.

Stosując rozwinięty i udoskonalony w kolejnych fazach projektu pakiet programów komputerowych EcoSense do wyceny szkód zdrowotnych i środowiskowych występujących przy produkcji energii elektrycznej, studium ExternE zapewnia jednolite podejście i w efekcie porównywalność wyników różnych analiz.

Metodyka ExternE

Metodyka ExternE polega na szacowaniu kosztu zewnętrznego technologii energetycznych na podstawie analizy cyklu życia (life cycle assessment, LCA). Stąd prawidłowe porównanie kosztów zewnętrznych technologii energetycznych wymaga zsumowania tych kosztów dla wszystkich faz cyklu paliwowego. Cykl paliwa jądrowego składa się z ośmiu faz (rys. 1): górnictwo uranowe i przerobu rudy, konwersja i wzbogacanie uranu, fabrykacja paliwa, wytwarzanie energii elektrycznej, składowanie odpadów nisko (LLW) i średnio (ILW) promieniotwórczych oraz przerób paliwa wypalonego i składowanie wysoko promieniotwórczych odpadów (HLW) lub finalne składowanie zużytego paliwa. Ponadto uwzględnić należy transport materiałów radioaktywnych i odpadów pomiędzy różnymi fazami cyklu, jak również budowę infrastruktury i elektrowni oraz jej zamknięcie.


Rys. 1. Cykl energetyczny dla paliwa jądrowego. Źródło: U. Radovic: Porównanie wpływu na zdrowie człowieka i środowisko naturalne różnych źródeł energii – wyniki badań w programie ExternE, referat na II Szkołę Energetyki Jądrowej, 3-5 listopada 2009, Warszawa, s. 2.

Istnieje bardzo wiele zanieczyszczeń emitowanych w różnych fazach poszczególnych cykli paliwowych charakteryzujących się różnymi skutkami dla zdrowia ludzi i środowiska naturalnego. Niektóre działają bezpośrednio, ponieważ są toksyczne, inne dlatego, że biorą udział w reakcjach chemicznym, których następstwem są szkodliwe związki chemiczne. Niektóre zanieczyszczenia lub ich kombinacja naruszają naturalną równowagę związków kwaśnych i azotu w środowisku, co może doprowadzić do zanikania różnorodności gatunków na niektórych obszarach wrażliwych.

Inne natomiast mogą przyczynić się do zmiany warunków globalnych i potencjalnie doprowadzić do poważnych zmian klimatu i poziomu mórz. Najważniejsze substancje uwzględnione w metodyce ExternE to: dwutlenek siarki – SO2, tlenki azotu – NOx, drobne pyły – PM2.5, PM10, niemetanowe lotne związki organiczne – NMVOC, ozon – O3, metale ciężkie – Hg, As, Cd, Ni, Pb, gazy cieplarniane – CO2, N2O, CH4 oraz pierwiastki promieniotwórcze. Wśród rozpatrywanych skutków dominującą rolę odgrywają efekty zdrowotne oraz ocieplenia klimatu. Uwzględniane są również ryzyka awarii oraz bezpieczeństwo energetyczne (rozwinięte w projekcie CASES).

W odniesieniu do energetyki jądrowej decydujące znaczenie ma oczywiście emisja pierwiastków promieniotwórczych. Ryzyko promieniowania występuje w całym łańcuchu obiegu paliwa jądrowego, jak również z migracji pierwiastków radioaktywnych zawartych w węglu w trakcie procesu jego wykorzystania. Uwzględniane w metodyce skutki to powstawanie nowotworów (uleczalnych i nieuleczalnych) oraz wady dziedziczne.

Metodyka ExternE określa koszty zewnętrzne, stosując podejście ścieżki oddziaływań (IPA), innymi słowy analizując serię zdarzeń łączących każdą z rozpatrywanych aktywności (np. emisji SO2) z jej skutkami (oddziaływaniem na zdrowie ludzi, rośliny, dobra materialne itp.) we wszystkich lokalizacjach dotkniętych tymi skutkami, a następnie określając wartość pieniężną tychże skutków. A zatem można określić schemat postępowania następująco: (1) emisja (emission), (2) rozprzestrzenianie zanieczyszczeń (dispersion), (3) oszacowanie skutków (impact), (4) pieniężna wartość szkód (cost).
W zasadzie szacowany jest koszt krańcowy, tzn. dodatkowy koszt zewnętrzny w wyniku wzrostu emisji rozpatrywanego zanieczyszczenia. Jest to konieczne, ponieważ powstawanie zanieczyszczeń wtórnych, jak np. aerozoli siarczanów i azotanów oraz ozonu, zależy między innymi od stężenia tła NOx, SO2, NH3, NMVOC itd. W konsekwencji obliczane są dwa scenariusze: jeden podstawowy, drugi ze zwiększoną (lub obniżoną) emisją.

Kolejnym krokiem po obliczeniu wzrostu stężenia poszczególnych składowych zanieczyszczenia jest zastosowanie odpowiednich funkcji dawka-skutek lub stężenie-skutek (E-R) w celu oszacowania wielkości skutków. Funkcje E-R określane są na podstawie badań epidemiologicznych lub szpitalnych, badań laboratoryjnych oraz danych doświadczalnych.
W analizach ExternE efekty zwiększonej śmiertelności ludzi szacowane są jako przedwczesne zgony, wyrażone jako skumulowana redukcja oczekiwanej długości życia (yearsof life lost, YOLL) dla rozpatrywanej populacji. YOLL są określane z odpowiednich krzywych E-R, biorąc pod uwagę rozkład wieku oraz prawdopodobieństwo długości życia rozpatrywanej populacji. Ostatnim krokiem procedury jest analiza ekonomiczna lub oszacowanie pieniężnych wartości szkód. W niektórych przypadkach do określenia jednostkowych kosztów szkód stosowane są po prostu wartości rynkowe lub księgowe utraconych dóbr materialnych lub usług związanych z usuwaniem szkód (np. cena rynkowa plonów rolnych, koszty wymiany zniszczonych materiałów itp.). Niestety, określenie pieniężnej wartości szkód środowiskowych i zdrowotnych pozostaje w dużym stopniu kwestią subiektywnej oceny, gdyż najczęściej nie istnieje cena rynkowa tych wartości. Dotychczas stosowano w tym celu różne metody, przy czym żadna z nich nie rozwiązuje tego problemu w zadowalający sposób. Najważniejsze i jednocześnie najbardziej kontrowersyjne w analizach kosztów zewnętrznych są koszty szkód związanych ze zdrowiem ludzi (wzrost zachorowalności/umieralności). Koszty te określane są poprzez szacunek gotowości do zapłaty (willingness to pay, WTP) za obniżenie ryzyka zdrowotnego lub gotowości do przyjęcia rekompensaty (willingness to accept, WTA) zapłaty za zwiększone ryzyko. W przypadku zachorowań uwzględniane są również koszty leczenia oraz stracone zarobki i produkcja.
Wszystkie składowe metodyki ścieżki oddziaływań zawarte są w rozwiniętym w ramach projektu ExternE integralnym pakiecie komputerowym EcoSense, pozwalającym na ujednolicone określenie priorytetowych (powodujących potencjalnie największe szkody) skutków oraz wynikających kosztów zewnętrznych związanych z produkcją energii elektrycznej.

Koszt zewnętrzny cyklu paliwa jądrowego

Chociaż w poszczególnych fazach cyklu jądrowego uwalniane są do środowiska różne substancje, najważniejsze efekty ujemne występują w wyniku uwolnienia substancji promieniotwórczych i ich oddziaływaniu na zdrowie ludzi. Uproszczony schemat szacowania skutków i kosztów w następstwie uwolnienia substancji promieniotwórczych przedstawiono na rysunku 2.
Efekty zdrowotne szacowane są stosując wskaźniki łączące emisję (wyrażonej w [Bq]) poprzez dawkę kolektywną (wyrażoną w [osobo– Sv]) z liczbą nowotworów uleczalnych i nieuleczalnych oraz wad dziedzicznych. Współczynniki łączące dawkę kolektywną z efektem narażenia nazywane są faktorem zagrożenia i zakładają liniową zależność funkcji dawka-skutek, czyli ryzyko szkód zdrowotnych obliczane jest nawet w przypadku najmniejszych mocy dawki.
Koszty zewnętrzne cyklu paliwa jądrowego zostały oszacowane w projekcie ExternE 1999 dla Francji i na tej podstawie również dla Belgii, Niemiec, Holandii i Wielkiej Brytanii oraz w ramach projektu ExternE-Pol 2005 dla typowego i najczęściej obecnie stosowanego ciśnieniowego reaktora lekkowodnego PWR (Pressurized light- Water-moderated and cooled Reactor) oraz LWR reaktora chłodzonego i moderowanego lekką wodą (Light-Watercooled and moderated Reactor). Oszacowania te dotyczyły pełnego cyklu paliwowego.


Oszacowane w ExternE 1999 koszty zewnętrzne mieszczą się w szerokim przedziale wartości (od 0.6 euro/MWh do 7 euro/MWh) oraz zależą wyraźnie od przyjętej wartości statystycznego życia (VSL) i stopy dyskonta. Późniejsze oszacowanie ExternE-Pol określa koszt zewnętrzny elektrowni jądrowej w wysokości poniżej 1,9 euro/MWh.

Według ExternE ponad 95 proc. kosztu zewnętrznego nie jest związane z samym wytwarzaniem energii elektrycznej w elektrowni jądrowej. Około 70 proc. kosztu stanowią koszty w następstwie promieniowania. Jednak podkreślono, że tę wartość kosztu zewnętrznego otrzymano przy założeniu braku dyskontowania. W przypadku dyskontowania (zwykle stosuje się dość niską społeczną stopę dyskontową, w projekcie przeprowadzono również analizę wrażliwości m.in. ze względu na wyceny pieniężne szkód, przyjmując 3 proc. stopę dyskontową) koszt zewnętrzny promieniowania byłby znacznie niższy, ponieważ większość ujmowanych w rachunku rodzajów szkód związana jest z bardzo długim horyzontem czasowym promieniowania. Ponad 20 proc. kosztu zewnętrznego związane jest z emisją w wyniku użycia energii elektrycznej z elektrowni opalanych paliwami konwencjonalnymi podczas budowy elektrowni oraz w różnych fazach cyklu jądrowego (są to zanieczyszczenia PM2.5, NOx, SO2). Gazy cieplarniane odpowiedzialne są za mniej niż 10 proc. łącznego kosztu.

Warto podkreślić, że koszty zewnętrzne energetyki jądrowej są niewielkie w porównaniu z kosztami zewnętrznymi elektrowni konwencjonalnych. Te ostatnie wg ExternE-Pol znajdują się w szerokim przedziale 16 euro/ MWh – 58 euro/MWh. Najwyższe koszty zewnętrzne generują typowe instalacje na węgiel brunatny (58 euro/MWh), następnie ropę naftową (48 euro/MWh) i węgiel kamienny (41 euro/MWh). Zastosowanie zaawansowanych technologii paliw kopalnych znacząco obniża koszt zewnętrzny, jednak nadal pozostaje on stosunkowo wysoki, rzędu 10-20 euro/MWh.

Koszt zewnętrzny energetyki jądrowej jest nieco wyższy tylko w porównaniu z kosztami zewnętrznymi energetyki odnawialnej (chociaż też nie dla każdej technologii). Według ExternE-Pol najniższe koszty zewnętrzne z wszystkich systemów energetycznych generuje energetyka wodna, poniżej 0,5 euro/ MWh (dla warunków alpejskich), energetyka wiatrowa lądowa 0,9 euro/MWh, morska nieco więcej – 1,2 euro/Mwh. Dla paneli słonecznych produkcji europejskiej oszacowano koszt zewnętrzny podany na rok 2010 rzędu 2,1 euro/MWh dla instalacji w Europie Południowej.

Niskie koszty zewnętrzne elektrowni jądrowych nie powinny dziwić, gdyż każda faza cyklu jądrowego podlega ostrym normom odnośnie bezpieczeństwa i ochrony radioaktywnej, w wyniku czego potencjalne efekty na zdrowie ludzi i środowisko są ograniczone do bardzo niskich poziomów. W konsekwencji koszty inwestycyjne oraz koszty operacyjne elektrowni jądrowych już zinternalizowały bardzo dużą część potencjalnych kosztów zewnętrznych i te są odzwierciedlone w cenie, którą musi zapłacić odbiorca elektryczności z elektrowni jądrowej. W przypadku cyklu jądrowego, dominujący udział w koszcie zewnętrznym mają bardzo małe dawki promieniowania jonizującego, stanowiące znikomą część dawek dla normalnego tła promieniowania, ale otrzymywane przez wielu ludzi i przez wiele pokoleń.

Hipoteza liniowej bezprogowej zależności skutków promieniowania od dawki jest mocno kwestionowana, gdyż wiele badań doświadczalnych wykazało, że istnieje wartość progowa,poniżej której nie zaobserwowano nigdy ujemnych skutków promieniowania. Oznacza to, że i tak niewielkie oszacowane koszty zewnętrzne elektrowni jądrowych mogą być jeszcze niższe i jest mało prawdopodobne, że są większe niż przedstawione.

Ryzyka energetyki jądrowej

Powyższe oszacowania kosztów zewnętrznych nie uwzględniają ryzyk takich jak awarie elektrowni jądrowych, ryzyko związane z długoterminowym składowaniem radioaktywnych odpadów i wywieranym wpływem na przyszłe pokolenia, ryzyka terroryzmu i proliferacji broni jądrowej, ryzyka niestabilnych rządów. Te zagadnienia wymagają akceptacji społecznej i wymykają się kwantyfikacji na zasadach, na jakich szacuje się koszty zewnętrzne energetyki.

Pomimo że wszystkie analizy techniczne wykonane w ramach projektu ExternE wskazują na bardzo niskie koszty zewnętrzne elektrowni jądrowych, nie miało to istotnego wpływu na zmianę opinii publicznej w krajach UE wobec energii jądrowej. W ramach projektu NEEDS przeprowadzono ankietę dotyczącą stosunku społeczeństwa do wielkości oszacowanych kosztów zewnętrznych poszczególnych technologii energetycznych. Ankietę przeprowadzono drogą mailową w krajach UE, badania nie można uznać za reprezentatywne ze względu na dobór próby oraz niski wskaźnik zwrotu odpowiedzi (11 proc., co stanowiło 248 ankiet), jednak wyniki są bardzo znaczące. Respondentom zaprezentowano diagram (rys. 3) kosztów zewnętrznych generowanych przez różne technologie energetyczne w układzie: emisja gazów cieplarnianych oraz emisja pozostałych zanieczyszczeń powietrza i innych. Większość ankietowanych zgadza się, że paliwa kopalne mają najwyższe, gaz umiarkowane, a źródła odnawialne niskie koszty zewnętrzne. Jednak blisko połowa ankietowanych (dokładnie 47 proc.) nie zgodziła się z propozycją, że energia jądrowa ma niskie koszty zewnętrzne.


Prawdopodobnie spowodowane jest to wspomnianą niespójnością proponowanej odpowiedzi z pospolitą percepcją niebezpieczeństw związanych z energią jądrową, przy czym oponenci energii jądrowej wskazują przede wszystkim na awarie reaktora, składowanie odpadów oraz proliferację broni nuklearnej. Awarie i proliferacja mieszczą się w kategorii rzadkich zdarzeń o bardzo dużych skutkach (ryzyko Damoklesa), dla których oszacowania pieniężne są, i możliwie, że zawsze będą problematyczne.
Pomimo że potencjalne skutki w niektórych scenariuszach mogą być bardzo poważne, to biorąc pod uwagę bardzo niskie prawdopodobieństwo awarii reaktorów stosowanych w Europie Zachodniej (awarie typu Czarnobyla nie są możliwe), „oczekiwany koszt awarii” przeliczony na jednostkę wyprodukowanej energii jest niewielki.
Trzeba podkreślić, że możliwość poważnych awarii o skutkach katastrofalnych dotyczy również innych cyklów paliwowych (awarie tam wodnych, eksplozje gazu, wybuchy metanu w kopalniach węgla, wycieki ropy naftowej itp.).

Państwowa Agencja Atomistyki (PAA) od blisko 20 lat zleca wyspecjalizowanym instytucjom przeprowadzenie ogólnopolskiego sondażu na temat postaw społeczeństwa polskiego wobec energetyki jądrowej. Od 1994 r. badania przeprowadzane są systematycznie co 2 lata, a w zestawie pytań, na które odpowiadają badani, są takie, których treść od lat pozostaje praktycznie niezmieniona. Raport z badania dla PAA z 5 grudnia 2008 r. pokazuje, iż budowę w najbliższym czasie elektrowni jądrowej w Polsce popiera 47 proc. ankietowanych (próba 1002 osób, suma odpowiedzi „zdecydowanie tak” i „raczej tak”), przeciwko opowiedziało się 3 proc. ankietowanych (suma odpowiedzi „raczej nie” i „zdecydowanie nie”), 15 proc. było niezdecydowanych (odpowiedź „nie wiem/trudno powiedzieć”).

Pomysł budowy elektrowni jądrowej w Polsce wyraźnie częściej popierają mężczyźni niż kobiety (61 proc. vs 35 proc.). Stosunkowo najmniej przychylne idei budowy elektrowni jądrowej są osoby z najstarszej kategorii wiekowej (powyżej 60 lat). Poparcie dla budowy elektrowni jądrowej rośnie wraz ze wzrostem poziomu wykształcenia.
Wyniki badań pokazują, że polskie społeczeństwo nie dysponuje prawdziwym obrazem energetyki jądrowej. Rządy krajów, gdzie energetyka jądrowa jest intensywnie rozwijana, przeznaczają na edukację i informację społeczną z zakresu energetyki jądrowej ogromne środki (rzędu 1 proc. kosztów inwestycji). Polska powinna brać przykład z doświadczonych w tej dziedzinie krajów, gdzie dość powszechnie buduje się specjalne centra informacyjne, w których wyjaśnia się wszystkie aspekty związane z pracą elektrowni jądrowej.




Literatura:
1. CASES Cost Assessment of Sustainable Energy Systems DELIVERABLE No D.4.1 Private costs of electricity and heat generation, August 2008, www.externe.info.
2. Chmielewski A.G.: Na jak długo wystarczy pierwiastków rozszczepialnych? Referat na II Szkołę Energetyki Jądrowej, 3-5 listopada 2009, Warszawa.
3. Deutch J.M. et al.: Update of the MIT 2003 Future of Nuclear Power Study, June 2009.
4. ExternE Externalities of Energy. Methodology 2005 Update, www.externe.info.
5. ExternE-Pol Externalities of Energy: Extension of Accounting Framework and Policy Applications. Final Report on Work Package 6: New Energy Technologies, 15 July 2005. www.externe.info.
6. ExternE-Pol Externalities of Energy: Extension of Accounting Framework and Policy Applications. Final Report on Work Package 2: Improving the Methodology, 30 November 2004. www.externe.info.
7. Latek S.: Stosunek społeczeństwa polskiego do energetyki jądrowej, prezentacja na II Szkołę Energetyki Jądrowej, Państwowa Agencja Atomistyki, 3-5 listopada 2009, Warszawa.
8. NEEDS New Energy Externalities Developments for Sustainability, D 14.2 – RS 1a Final report on technical data, costs and life cycle inventories of nuclear power plants, 21.12.2007. www.externe.info.
9. NEEDS New Energy Externalities Developments for Sustainability, D 12.2 RS 2b Reporting and evaluation of the survey on the “externality concept”, 2007 www.externe.info.
10. Pearce D.: Energy Policy and Externalities: An Overview, In: Externalities and Energy Policy: The Life Cycle Analysis Approach, Workshop Proceedings, Nuclear Energy Agency, Organisation for Economic Cooperation and Development, Paris, France, 15-16 November 2001, p. 23-44.
11. Power Generating Cost Assumptions, WEO 2008.
12. Projekt „Programu polskiej energetyki jądrowej” www.mg.gov.pl/node/10960.
13. Rabl A., Spadaro J.V.: The ExternE Project: Methodology, Objectives and Limitations, In: Externalities and Energy Policy: The Life Cycle Analysis Approach, Workshop Proceedings, Nuclear Energy Agency, Organisation for Economic Co-operation and Development, Paris, France, 15-16 November 2001, p. 45-61.
14. Radovic U.: Porównanie wpływu na zdrowie człowieka i środowisko naturalne różnych źródeł energii – wyniki badań w programie ExternE, referat na II Szkołę Energetyki Jądrowej, 3-5 listopada 2009, Warszawa.
15. Schieber C., Schneider T.: The external cost of the nuclear fuel cycle, In: Externalities and Energy Policy: The Life Cycle Analysis Approach, Workshop Proceedings, Nuclear Energy Agency, Organisation for Economic Co-operation and Development, Paris, France, 15-16 November 2001, p. 111-129.
16. Strupczewski A.: Aspekty ekonomiczne rozwoju energetyki jądrowej, referat na II Szkołę Energetyki Jądrowej, 3-5 listopada 2009, Warszawa.
17. Tarjanne R., Kivistö A.: Comparison of Electricity Generation Costs, Research Report, Lappeenranta University of Technology, 2008.
18. Virdis M.R.: Energy Policy and Externalities: The Life Cycle Analysis Approach, In: Externalities and Energy Policy: The Life Cycle Analysis Approach, Workshop Proceedings, Nuclear Energy Agency, Organisation for Economic Co-operation and Development, Paris, France, 15-16 November 2001.