Upał a praca elektrowni jądrowych. Ekspert wyjaśnia, dlaczego francuski przypadek nie jest wyjątkiem

Trzy francuskie reaktory jądrowe zostały czasowo wyłączone. Osiem kolejnych musiało ograniczyć moc z powodu fali upałów. To pokłosie lipcowej spiekoty, która w zeszłym tygodniu dała się we znaki nie tylko Francji, ale też innym państwom Europy Zachodniej. I chociaż wysoka temperatura nie zagroziła bezpośrednio bezpieczeństwu energetycznemu, to problem wystąpił gdzie indziej. Mianowicie chodzi o odprowadzanie ogromnych ilości ciepła do rzek, w których woda i tak była już nagrzana.

Francuski atom nieodporny na upały?

Upały, które miały miejsce w weekend i poniedziałek 10-13 lipca dały się we znaki francuskiej energetyce. Operator EDF czasowo wyłączył trzy bloki jądrowe. W komunikacie prasowym była informacja o wyłączeniu reaktora nr 2 w elektrowni Golfech, reaktora nr 3 w Bugey, a także reaktora nr 2 w Chooz. Kolejne osiem jednostek pracowało z ograniczoną mocą.

Ograniczenia objęły jednostki m.in. nad Rodanem, Garonną i Mozą. Lokalizacja nad rzekami ma tutaj duże znaczenie. Elektrownie pobierają z nich wodę potrzebną do chłodzenia, a następnie odprowadzają z powrotem do środowiska.

Wysoka temperatura występuje nie tylko w powietrzu, ale też w wodzie w rzece. Niskie stany wód zmniejszają ich zdolność do przyjmowania dodatkowego ciepła. Operator musi pilnować, aby woda oddawana przez elektrownię nie podniosła temperatury rzeki ponad poziom dopuszczony w przepisach środowiskowych. Ostatnie ograniczenia zmniejszyły francuską produkcję jądrową o kilka GW, natomiast nie zagroziły stabilności całego systemu.

Reaktor nie wyłącza się dla tego, że „jest mu za gorąco”

Twierdzenie o przegrzaniu reaktorów i wystąpieniu ryzyka awarii jest uproszczeniem. Reaktor jest projektowany tak, aby bezpiecznie pracował również w trakcie wysokich temperatur. Ograniczenia wynikają przede wszystkim w wydajności całego obiegu cieplnego, a także konieczności ochrony rzek i żyjących w nich organizmów. EDF podkreślił, że ostatnie redukcje produkcji nie były związane z zagrożeniem dla bezpieczeństwa jądrowego.

Rozszczepienie paliwa jądrowego dostarcza ciepło. Ciepło pozwala wytworzyć parę wodną, która napędza turbinę. Turbina obraca generator produkujący energię elektryczną. Po przejściu przez turbinę para musi jednak zostać ponownie skroplona, aby woda mogła wrócić do obiegu. I właśnie do tego służy układ chłodzenia

Dlaczego elektrownia musi oddawać ciepło?

Elektrownia jądrowa nie zamienia całej energii cieplnej reaktora w energię elektryczną. Znaczna jej część musi zostać odprowadzona do otoczenia. Nie jest to wada charakterystyczna dla atomu, lecz podstawowa cecha elektrowni cieplnych.

Jak wyjaśnia prof. dr inż. Henryk Anglart z Narodowego Centrum Badań Jądrowych:

Problem wysokiej temperatury otoczenia i wód chłodzących nie dotyczy wyłącznie elektrowni jądrowych, lecz wszystkich siłowni – również konwencjonalnych – które wykorzystują wodę z naturalnych zbiorników lub cieków wodnych do chłodzenia. Wynika to zarówno z praw termodynamiki, jak i z przepisów ochrony środowiska.

Zgodnie z zasadami termodynamiki, przy określonej mocy elektrowni i jej zakładanej sprawności, woda chłodząca musi mieć odpowiednio niską temperaturę na wlocie oraz zwiększyć ją o określoną wartość po przejściu przez skraplacz. Gdy temperatura wody pobieranej przez elektrownię wzrasta, pojawiają się następujące konsekwencje:

• sprawność elektrowni maleje, ponieważ zmniejsza się różnica temperatur między parą w skraplaczu a wodą chłodzącą;
• przy niezmienionej ilości ciepła oddawanego do otoczenia rośnie również temperatura wody na wylocie, czyli tej odprowadzanej z elektrowni.

Przepisy ochrony środowiska ściśle określają dla każdej elektrowni maksymalną dopuszczalną temperaturę wody odprowadzanej do rzeki lub jeziora. Jeśli wartość ta może być przekroczona, operator zazwyczaj obniża moc elektrowni, aby utrzymać temperaturę w granicach dopuszczalnych norm. W skrajnych przypadkach – gdy temperatura wody pobieranej jest bardzo wysoka, a poziom wody w rzece niski – elektrownię trzeba czasowo wyłączyć.

Cieplejsza rzeka to gorsze warunki pracy skraplacza

Warto zwrócić uwagę na skraplacz, do którego trafia para po przejściu przez turbinę. Przepływająca przez instalację woda chłodząca odbiera od niej ciepło i zamienia parę z powrotem w ciecz.

Im chłodniejsza jest pobierana woda, tym skuteczniej może odbierać ciepło. Gdy jej temperatura rośnie cały proces staje się mniej efektywny.

Dlaczego nie można po prostu zrzucić cieplejszej wody?

Wzrost temperatury rzeki nawet o kilka stopni może zmienić warunki życia ryb, bezkręgowców, roślin i mikroorganizmów. Cieplejsza woda zawiera również mniej rozpuszczonego tlenu, którego potrzebują organizmy wodne.

Dlatego każda elektrownia ma określone warunki korzystania z wód. Przepisy mogą wskazywać zarówno maksymalną temperaturę odprowadzanej wody, jak i dopuszczalny wzrost temperatury rzeki poniżej miejsca zrzutu.

Operator nie może zignorować tych ograniczeń po to, aby utrzymać pełną produkcję. Gdy z obliczeń i pomiarów wynika, że graniczne wartości mogą zostać przekroczone, najczęściej ogranicza moc bloku. Reaktor wytwarza wtedy mniej ciepła, turbina produkuje mniej energii, a układ chłodzenia może odprowadzić wodę o temperaturze mieszczącej się w dozwolonym zakresie. Dopiero gdy obniżenie mocy okazuje się niewystarczające, jednostka może zostać częściowo odstawiona.

Upał nie jest problemem wyłącznie energetyki jądrowej

Historia z Francji przyciąga uwagę głównie dlatego, że atom odpowiada za dużą część produkcji energii w tym kraju. Francuzi eksploatują 57 reaktorów, a energetyka jądrowa od lat odpowiada na ok. dwie trzecie krajowego zapotrzebowania.

Techniczne źródło problemu nie tkwi w reakcji jądrowej. Podobne ograniczenia mogą dotknąć każdej dużej elektrowni cieplnej, korzystającej z rzeki lub jeziora jako źródła wody chłodzącej.

Różnice leżą w konstrukcji układu chłodzenia. Elektrownie stosują m.in. obiegi otwarte, w których woda pochodzi ze zbiornika i po przejściu przez instalację wraca do środowiska oraz obiegi zamknięte z chłodniami kominowymi. Chłodnia ogranicza ilość wody odprowadzanej bezpośrednio do rzeki, ale nie usuwa problemu całkowicie. Nadal potrzebuje wody, a jej skuteczność zależy również od warunków atmosferycznych.

Czy morze rozwiązuje ten problem?

Gdy zbyt dużo ciepłej wody trafia ponownie do rzeki czy jeziora, może nastąpić złamanie kolejnych przepisów.

W konsekwencji mogą być przekroczone normy środowiskowe. Problem ten dotyczy wszystkich rodzajów elektrowni niezależnie od lokalizacji. Można się go pozbyć budując elektrownie w pobliżu bardzo dużych zbiorników wody o niskiej i stabilnej temperaturze. Ma to miejsce na przykład w Szwecji, gdzie wszystkie reaktory jądrowe chłodzone są wodą morską. – dodaje prof. Anglart.

Ogromna objętość wody ułatwia rozproszenie ciepła. Elektrownia nad morzem jest zwykle mniej podatna na krótkotrwałe fale upałów, niż obiekty korzystające z mniejszych zbiorników i rzek.

Nie oznacza to jednak stuprocentowej odporności. Jeżeli woda morska osiągnie wystarczająco wysoką temperaturę, to również spowoduje, że elektrownia będzie miała trudności z utrzymaniem parametrów chłodzenia. W lipcu 2026 r. ryzyko ograniczeń dotyczyło we Francji także elektrowni w Martigues, położonej nad Morzem Śródziemnym.

Energetyka musi przygotować się na coraz cieplejsze lata… i coraz większe koszty

Upały w Europie już bardzo dużo kosztują, a możemy się spodziewać, że będzie jeszcze gorzej. Niedawne wyłączenia we Francji nie świadczą o tym, że energetyka w ogóle przestaje działać w trakcie lata. Pokazuje to natomiast, że stabilne źródła energii są częścią środowiska naturalnego i zależą od warunków w jakich pracują.

Ocieplenie klimatu to coraz wyższe temperatury wody, długotrwałe susze i spadek przepływu w rzekach. Operatorzy muszą brać to wszystko pod uwagę. Możliwe rozwiązanie to modernizacja układów chłodzenia, zwiększenie udziału obiegów zamkniętych odpowiedni dobór lokalizacji oraz zachowanie większej rezerwy mocy w systemie.