Új nukleáris erőművek épülhetnek az Egyesült Államokban

BME OMIKK ENERGIAELLÁTÁS, ENERGIATAKARÉKOSSÁG VILÁGSZERTE 45. k. 12. sz. 2006. p. 13 21. Az energiagazdálkodás alapjai Új nukleáris erőművek épülhetnek az Egyesült Államokban Öt évvel ezelőtt nem volt olyan magára valamit is adó erőművi vállalati vezető, aki új nukleáris erőmű építésére mert volna gondolni, és ezt ki is mondta volna. Ma több közműszolgáltató a jelentős költségekkel járó engedélyezési eljárás beindítását tervezi, a hatályos 2005. évi energiapolitikai törvény pedig az első hat új atomerőműre komoly anyagi biztosítékokat és támogatásokat garantál. Több technológia és gyártó verseng a beruházók kegyeiért, a verseny egyelőre nyitott. Öszszeállításunk betekintést nyújt e nagyjelentőségű folyamatba. Tárgyszavak: nukleáris erőmű; atomerőmű; engedélyezési eljárás; NRC; USA. Öt évvel ezelőtt nem volt olyan magára valamit is adó erőművi vállalat élén álló vezető, aki új nukleáris erőmű építésére mert volna gondolni, és ezt ki is mondta volna. Ma, amikor az Egyesült Államok nukleáris erőműállománya biztonságosságával és 90%-os kihasználási fokával tűnik ki, a globális felmelegedés növekvő aggodalmat kelt, közel tucatnyi villamos társaság komoly megfontolás tárgyává teszi új atomerőmű építését. Többé nem az a kérdés, hogy épül-e, hanem az, hogy mikor épül. Az Egyesült Államok nukleáris erőművei Az Egyesült Államok atomerőművei folyamatosan iparági és egyes egységekre vonatkozó teljesítményrekordokat állítanak fel. A 2004. év során az átlagos kihasználási fok, vagy kapacitástényező (capacity factor CF) rekordértéket, 91%-ot ért el. A 2005 szeptemberéig (az összeállítás alapját képző kutatások lezárásáig) rendelkezésre álló adatok szerint 13

1. táblázat Az Egyesült Államok atomerőművei teljesítményének változása az évek során Év Az engedélyezett egységek száma A megtermelt villamos energia (kwh, millió) A kihasználási fok (%) 1973 42 83 479 53,5 1975 57 172 505 55,9 1980 71 251 116 56,3 1982 96 383 691 58,0 1990 112 576 862 66,0 1995 109 673 402 77,4 1996 109 674 729 76,2 1997 107 628 644 71,1 1998 104 673 702 78,2 1999 104 728 254 85,3 2000 104 753 893 88,1 2001 104 768 826 89,4 2002 104 780 064 90,3 2003 104 763 733 87,9 2004 104 788 556 90,1 2005 a 104 448 269 88,4 a Július 31.-ig bezárólag. ez az érték 2005-ben is elérheti a 90%-ot. Ez igen jelentős javulás az 1980-as évek 60%-os kihasználási fokához képest (lásd az 1. táblázatot), és sokkal nagyobb, mint a szénerőművek átlagos 71%-os kihasználási foka. A kapacitástényező csak az egyik jellemzője a nukleáris erőművek teljesítményének. A következő három jellemző adat szintén igen pozitívnak bizonyult hosszú távon: az Egyesült Államok nukleáris erőműveinek átlagos fajlagos hőfogyasztása jelentősen javult az 1980. évi 10 500 BTU/kWhról a mai 10 050 BTU/kWh-ra 1 ; 1 1 BTU = 1055,055 J a nukleáris erőművek ma csak töredékét termelik a két évtizeddel ezelőtti radioaktív hulladéknak; a reaktorok váratlan leállása 20 évvel ezelőtt átlagosan 7000 üzemóra alatt hétszer fordult elő, jelenleg 1-nél kevesebbszer; Mindez a működtetés és a tervezés éretté válásának köszönhető. Az Egyesült Államokban a nukleáris villamosenergia-termelés legnagyobb növekedése az 1990-es években ment végbe, ekkor a nukleáris erőművek kapacitása 20%-kal, termelésük pedig 31%-kal nőtt. A hirtelen növekedés fentieken kívüli másik előidézője a meglévő erőművek teljesítményének növelése volt. Az 14

Egyesült Államok Nukleáris Szabályozó Testülete (Nuclear Regulatory Commission NRC) több mint 100 esetben hagyta jóvá az erőmű teljesítményének növelését, így az Egyesült Államok nukleáris erőműveinek kapacitása 13 200 MW-tal növekedett. Ez a növekedés összesen 25 új 1000 MW-os erőműnek felel meg, amelyeket nem kellett megépíteni. Államokban az atomerőművek fejlesztésére vonatkoztatva. Az elmúlt évtizedek kimagasló eredményeit felhasználva, és támaszkodva a 2005. évi energiapolitikai törvény (Energy Policy Act EPAct) új előírásaira, a nukleáris fejlesztések jövője biztosnak látszik. Elérkezett az ideje új amerikai atomerőművek építésének, de legalábbis tervezésének. A nukleáris erőművek üzemeltetésének és karbantartásának (operation and maintenance O&M) tökéletesedését jelzi, hogy a folyamatos működési idő újabb és újabb rekordokat dönt meg. Például 2005 szeptemberében az Exelon Nuclear forralóvizes reaktorral (boiling water reactor, BWR) működő Peach Bottom-3 egysége 707 napos, 17 órás és 28 perces folyamatos működésével országos rekordot állított fel. A korábbi rekordot ami 707 nap, 5 óra és 39 perc volt a Progress Energy nevű cég Brunswick-1 forralóvizes reaktora érte el 3 évvel korábban. Elismerésként a POWER folyóirat a Brunswick-1-et a 2003. évi Marmadukedíjjal jutalmazta az üzemeltetésben és karbantartásban elért kiváló teljesítményéért. A törvényi környezet kedvező az atomerőművek új generációja számára A megfelelő időzítés minden szokták mondani, és ez ma nyilvánvalóan igaz az Egyesült Az elfogadó környezetet a következő tendenciák és események egybeesése idézte elő: várható az alapterhelési kapacitás növelésének igénye; a földgáz magas és egyre növekvő ára, a globális felmelegedés miatti aggodalom, a támogató kormányzati magatartás, az augusztusban életbe lépett EPAct serkentő hatása. Az EPAct többek között megadta azt az Egyesült Államok nukleáris ipara számára, amit az évek óta igényelt: védelmet az építkezés és az indítás rajta kívülálló okokból bekövetkező elhúzódásának pénzügyi következményeitől. Az EPAct szövetségi biztosítást nyújt az első hat új reaktor számára. Az első két reaktor esetében a törvény a késlekedés költségeinek 100%-os térítését ígéri egyenként 500 millió USD erejéig. A következő négy egységre az állam 50%-os pénzügyi fedezetet nyújt egyenként 250 millió USD erejéig. Az EPAct szövetségi adójóváírást ír elő továbbá a nukleáris villamosenergia-termelés számára, ez hasonló a szélenergia hasznosításának támogatásához. A szélenergiából termelt vil- 15

lamos energia adókedvezménye (production tax credit PTC) 1,5 UScent/kWh (inflációval korrigálva) a szélerőműtelep működésének első tíz évében; nukleáris erőműnél a jóváírás 1,8 UScent/kWh, de csak a reaktor működésének első 8 évére és maximálisan 125 millió USD adójóváírást igényelhet évenként egy 1000 MW-os reaktor. Így a hat új (6000 MW összteljesítményű) reaktor évi állami támogatása elérheti a 750 millió USD-t. Az engedélyezési folyamat felgyorsítása legalábbis elvben Ismerve az engedélyezés során a Nukleáris Szabályozó Testület által bekért és előállított bürokratikus aktahegyek sokaságát, a nukleáris erőművet építeni szándékozó közműtársaságok érthető módon aggódnak azért, hogy bekerülhessenek az első hat kedvezményezett beruházás közé. Az ügynökség felkészül az új reaktorokra benyújtott pályázatok elbírálásának felgyorsítására, de mivel erre harminc éve nem volt precedens, az ügy kimenetele kétes, nem lehet tudni, hány pályázatot lesz képes évente feldolgozni a hatóság. Az NRC új kedvező eljárása két szakaszból áll, és kombinált építési és üzemeltetési engedélyt (combined construction and operating licence COL) eredményez a modern nukleáris erőművek részére (lásd az 1. ábrát). Az első szakasz a projekt tervezését, az engedélyezési eljáráshoz szükséges szervezet létrehozását és a reaktor elvi tervezését tartalmazza. A második szakaszban a főhangsúly a reaktor tervezésének befejezésére, a COL pályázat elkészítésére esik végeredménye a kombinált engedély megadása. a helyszín előzetes engedélyezése a a kombinált engedély a építés az építés elfogadásának kritériumai a üzemeltetés a tervek minősítése a a nyilvános 1. ábra Az NRC új engedélyezési menetrendje nukleáris erőművek esetén 16

Az NRC új engedélyezési eljárása lehetővé teszi, hogy a COL-pályázat egy már felülvizsgált tervre hivatkozzon, valamint a helyszín előzetes engedélyeztetését (early site permit ESP), ami lényegesen leegyszerűsíti a COL előkészítését. Az ESP lehetővé teszi a pályázó társaság számára, hogy tartalék helyet tartson fenn meglevő telephelyén 20 évre előre reaktor építéséhez, és ezt az engedélyt további 20 évvel meghosszabbíthassa. Az NRC a 2007. év folyamán egy pályázat, 2008-ban pedig 3 5 pályázat benyújtására számít. Az ügynökség becslése szerint egy pályázat elbírálása 33 hónapot fog igénybe venni. Ha ez megvalósul, akkor 1978 után ez első új reaktor tényleges építése az Egyesült Államokban 2010-ben kezdődhet. Becslések szerint az első néhány új reaktor építése egyenként 48 hónapot fog igényelni. A következő reaktorok építési ideje lerövidülhet Japánban az építési eljárás folyamatos tökéletesítése 40 hónapos átlagos építési időt eredményezett. Az első harmadik generációs (G3) reaktor üzembeállításának éve így 2015 lehet. A döntő lépés Melyik erőműtársaság kísérli meg elsőnek, hogy pályázatot nyújtson be az új engedélyezési eljárást alkalmazó NRC-hez, és vajon milyen típusú fejlett reaktorra fog esni a választása? A Baltimore-i székhelyű Constellation Energy Group Inc. bejelentette tervét, hogy 2007-ben ESP-ért, 2008-ban COL-ért folyamodik; a kivitelezést az UniStar Nuclear végezné közös vállalkozásban a párizsi székhelyű Areva cég Egyesült Államokban működő leányvállalatával (Areva Inc., Bethesda, Md.). Az UniStar konzorciumban részt vesz a San Francisco-i székhelyű Bechtel Corp. építészeti-mérnöki-konstruktőri vállalkozás is. Még nem születetett döntés az új erőmű telephelyéről, de a cég ügyvezető alelnöke szerint csak néhány helyszín kerülhet szóba, így a vállalat tulajdonában lévő Calvert Cliffs és Nine Mile Point nevű telephelyek. A döntés fontos tényezői az állam és a helyi hatóságok által nyújtott gazdasági kedvezmények. E kedvezmények nagy összeget tehetnek ki, mert a társulás nem egy, hanem egész flotta, négy vagy még több azonos egység építését tervezi. A COL-ben az Areva Inc. III. generációs (G3) technológiájú evolúciós (továbbfejlesztett) reaktora (US Evolutionary Power Reactor EPL) szerepel; ez 1600 MW teljesítményű, fejlett nyomottvizes reaktor (pressurized-water reactor PWR). Csak a tisztánlátás kedvéért: az 1970-es, 1980-as és 1990-es években épült reaktorokat G2 (második generációs) reaktoroknak tekintik, G1 reaktorok jelenleg már 17

csak az Egyesült Királyságban működnek. Az Areva Inc. a Framatome ANP által az európai közműtársaságok számára kifejlesztett EPR 60 Hz-es változatát készíti elő. A Framatom ANP kétharmadát az Areva, egyharmadát a Siemens AG birtokolja. Minden UniStar reaktor esetében az Areva lesz a fővállalkozó, a reaktoron kívül ők szállítják a kisegítő rendszereket, a műszerezést, az irányítórendszert, valamint a kezdeti nukleáris üzemanyagot. Az UniStar Nuclear különös gondot fordít a szabványosításra, a maximális eredményességre és a versenyképességre. A társulás tagjai szerint ez csak úgy valósítható meg, ha egy csapat a felelős a több erőművet magába foglaló állomány megépítéséért és működtetéséért, ahogy ez Franciaországban is megvalósult. Az első amerikai US EPR típusú erőmű építése nem a tanulási görbe kezdeti szakaszára esik: megelőzi a Finnországban már épülő 1600 MW-os egység, és valószínűleg egy Franciaország által tervezett is. A Framatom ANP és a Siemens által létrehozott francianémet konzorcium teljes felelősséggel tartozik a finn Teollisuuden Voima Oy (TVO) társaság Olkiluoto-3 egységének építéséért; a Framatome szállítja a reaktoregységet, a Siemens a turbinatelepet. Az Olkiluoto-3 építése múlt év elején kezdődött, az áramszolgáltatás a tervek szerint 2009 közepén indul. Az UniStar várakozása szerint az US EPR a várható 60 éves élettartama 92%-ában termelőképes lesz. Az Electricité de France (EDF) első EPR-blokkjának építését (Flamanville-3) 2007 végén kívánja kezdeni, és úgy tervezi, hogy az erőmű élettartama legalább 91%-ában termelőképes lesz. A Framatom ANP ügyvezető alelnöke szerint a 92%-os kapacitástényező egyszerre EPR szabvány, és célkitűzés a TVO erőmű számára. Azt is megerősítette, hogy az UniStar partnerei az 1600-2000 USD/kW beruházási költséget az US EPR esetében a hely és az erőmű jellegétől függően reálisnak tartják. A finnek járnak az élen A NuStart két helyszínt választ A NuStart konzorciumot 2004-ben hozták létre abból a célból, hogy segítséget nyújtson a nukleáris ipar számára új építkezésekhez. Feladata volt igazolni, hogy lehetséges a COL megszerzése és a kiválasztott reaktortípus tervezése ésszerű határidőn belül és gazdaságosan. A játék nem babra megy: egy COL-pályázat elkészítésének becsült költsége 50 millió USD. A konzorcium befolyásossága tagjainak tekintélyéből ered; tagja kilenc villamos erőműtár- 18

saság (Constellation Energy, Duke Energy, EDF International North America Inc., Entergy Nuclear, Exelon Generation, Florida Power & Light Co., Progress Energy, Southern Company, Tennesse Valley Authority [TVA]), valamint két szállító (a GE Energy és a Westinghouse). Bár a Constellation Energy részt vállal az Arevával együtt az US EPR fejlesztésében is, továbbra is tagja marad a NuStartnak. Az Egyesült Államok nukleáris ipara a várakozások szerint összesen mintegy 260 millió USD-t költ az új reaktortípus tervezésére, ehhez a DOE (Department of Energy Energiaügyi Minisztérium) ugyanekkora állami hozzájárulást tesz hozzá. A DOE azonban eddig még nem különített el elegendő pénzt két beadott pályázat tervezési munkáihoz. A NuStart konzorcium 2005 szeptemberében két COL benyújtásának tervét jelentette be: Westinghouse AP1000 típusú reaktort kíván építeni a TVA Bellfonte-ben lévő telephelyén, a GE Energy pedig Economic Simplified BWR-t (gazdaságos egyszerűsített forralóvizes reaktor, ESBWR) kíván építeni az Entergy Grand Gulfban lévő telephelyén. Az Entergy azt is bejelentette, hogy saját költségén egy másik COL-pályázatot is előkészít a River Bend telephelyén létesítendő reaktorra, ez néhány hónapos késéssel követi a Grand Gulf telephelyre vonatkozót. A pályázatok benyújtásáról 2007 végén, vagy 2008 elején fognak dönteni. A TVA korábban két 1235 MW-os nyomottvizes reaktort tervezett építeni Bellefonte-ben lévő telephelyén. Az I. egység 88%-ban, a II. egység 58%-ban már elkészült, amikor az építkezés 1988-ban félbeszakadt. Az új üzem a félig megépült egységek mellett lesz. A TVA a bellefonte-i telephelyre eddig 4 milliárd USD-t költött, ez az összeg tartalmazza az évi karbantartási költségeket is. Ezért a cég megpróbál minél több egységet hasznosítani a befejezetlen üzemből, így a hűtőtornyokat, a transzformátorállomásokat, a vízvételi szivattyúrendszert. Verseny melyik gyártó győz? A GE Energy vállalat az ESBWR típusra vonatkozó több lehetséges COL-pályázatával némi előnyben van versenytársaival szemben. Az ESBWR továbbfejleszett, III+ generációs, 1500 MW-os teljesítményű reaktor. A III+ jelölés a reaktor tervezésének áttekinthetőségére és passzív biztonsági tulajdonságaira utal. Ez utóbbi azt jelenti, hogy a biztonság kevesebb aktív szivattyúkkal és szelepekkel működő mechanikai rendszertől függ, e helyett a megbízhatóbb passzív rendszerekre támaszkodik, amelyek a természetben működő erőket, így a természetes áramlást és a gravitációt hasznosítják. A GE Energy szerint az ESBWR modellnek kisebb a helyigénye, ez 19

lerövidíti az építési időt és csökkenti a költségeket. A Westinghouse azonban szintén azt reméli, hogy az AP1000 reaktorra számos vevő lesz, köztük az első a TVA, ha a COL-folyamat befejezése után az új építkezés mellett dönt. A TVA döntése a többi társasághoz hasonlóan 2009-ben várható; új alaperőműre várhatóan 2015 elejétől lesz szüksége. A Westinghouse tulajdonosa a British Nuclear Fuels plc, ez utóbbi tulajdonosa pedig az Egyesült Királyság kormánya. A Westinghouse AP1000 modellje sokkal közelebb van az NRC-engedély megszerzéséhez, mint a GE ESBWR modellje. A Westinghouse a pályázatát 2002 márciusában, a GE pedig csak 2005 szeptemberében nyújtotta be az NRC-hez. Az NRC becslése szerint a reaktortervek engedélyezési eljárása 42 60 hónapot vehet igénybe. szakaszában, az Egyesült Államokban még egy cég sem kötelezte el magát határozottan e modell mellett. Senki sem akar egyedül maradni; így lehetséges, hogy a versenyben az ABWR mellett senki se fog dönteni. Mindezek ellenére, a TVA most fejezte be 13 hónapig tartó vizsgálatát, amely során megbecsülték a Bellefonte-ben megkezdett két ABWR-reaktora befejezésének költségét. A két 1371 MW-os egység 40 hónap alatt befejezhető, 1611 USD/kW fajlagos költséggel. A vizsgálat azt is kimutatta, hogy a TVA számára ez a legolcsóbb megoldás új alapterheléses kapacitás létrehozásához. A vizsgálat szerint jelenlegi áron számolva az energiatermelés ára 20 éven át 6 UScent/kWh, és ebből a a beruházás költsége 4 UScent/kWh. 8. Elárvult modell Ha egy erőműveket birtokló társaság reaktort kíván vásárolni, alapvető kérdésként merül fel: ki akar még hasonló modellt rendelni. E kérdéssel szembesülnek a GE NRC által jóváhagyott, továbbfejlesztett BWR (ABWR advanced BWR) reaktormodelljének potenciális vásárlói. Három kereskedelmi ABWR működik jelenleg, mindhárom Japánban. Bár világszerte több ABWR van tervezés vagy építés További három lehetséges pályázó 2005 októberében a Duke Power bejelentette, hogy 24-30 hónapon belül COL-pályázatot fog benyújtani két Westinghouse AP1000 reaktor létesítésére, még meg nem nevezett helyszínen. Márciusban az NRC-hez küldött levelében a Duke úgy becsülte, hogy a pályázatot 2008 elején fogja benyújtani, de jelezte, hogy az időpont lehet későbbi vagy korábbi is a decemberben befejeződő helyszíni vizsgálatok eredményétől függően. 20

A Duke Power képviselője bejelentette, hogy a választás azért esett az AP1000 típusra, mert az jól összeegyeztethető a PWR technológiával. A Duke két már működő nukleáris erőműve (McGurie és Catawba) Westinghouse gyártmányú négyhurkú PWR-rel működik, amely hasonló az AP1000-hez, ez utóbbi tulajdonképpen továbbfejlesztett kéthurkú PWR. A Westinghouse bejelentette, hogy a projekt megvalósítása során együttműködik a The Shaw Group Inc. (Baton Rouge, La.) tervező és kivitelező céggel. A két társaság a japán Mitsubishi Heavy Industries céggel közösen négy AP1000 típusú reaktor építésére tett árajánlatot Kínában. Újabb jelentkezőként a Progress Energy 2005 novemberében bejelentette, hogy 2007 végén COL-pályázatot nyújt be egy helyszínen megépítendő két egységből álló nukleáris erőműre. A cégnek további alapterheléses erőművekre van szüksége az elkövetkező 10-15 év során szolgáltatási területén Észak- és Dél- Karolinában, valamint Floridában. A Progress Energy még nem döntött a kiválasztandó reaktor típusáról, de a két szóba jövő lehetőség az AP1000 és az ESBWR. Az erőmű helyszínéről még nem született döntés, a már meglévő három nukleáris telephely mindegyike alkalmas legalább még egy reaktor elhelyezésére. A harmadik nukleáris erőmű létrehozását tervező közművállalat a Southern Nuclear Operating Co.; az NRC-hez benyújtott terve szerint 2015. februárjától legalább egy új reaktor működtetését tervezi a Georgiában lévő Vogtle telephelyén. Erre a telephelyre eredetileg négy egységet terveztek, ezek közül két 1215-MW Westinghouse PWR már üzemel. Az elmúlt két év során ez volt az Egyesült Államok leggazdaságosabb nukleáris erőműtelepe; az áramtermelés ára, beleértve a fűtőanyagköltséget, nem érte el 1,2 cent/kwh-t. A Progress Energyhez hasonlóan a Southern Company is 2015-től igényli alapterhelést vivő erőműveinek kapacitásnövelését; ehhez nyitva kívánják tartani az atomerőmű építésének lehetőségét is. A COL-pályázat tervezett elkészítési ideje 2008 márciusa, ami megelőzi az ESP elfogadásának 2009 augusztusára várható idejét. A cég tervei szerint a COL elfogadásának ideje 2010 júniusa lesz. Összeállította: Schultz György Irodalom [1] Peltier, R.: U.S. utilities driving for a license. = Power, 149. k. 9. sz. 2005. p. 36 44. [2] A Nuclear Regulatory Commission honlapja. = http://www.nrc.gov/ 21