Tuesday, 5 December 2017

Case study: Nuclear power is a cornerstone of the low-carbon energy mix - experts

Cairo, Egypt— December 4th, 2017
In the two years that have passed since the landmark Paris Climate Agreement that laid down the groundwork for international effort in combating the effects of global warming, the conversation has been increasingly shifting towards defining the practical steps that must be taken by individual countries if they are to meet the environmental targets in the transition to a low-carbon economy.

The need for moving away from hydrocarbons itself is no longer in any doubt; it’s the question of which power source or sources should take the place of hydrocarbons in the future energy mix and in what proportion that forms the basis of today’s climate change agenda, as evidenced by the recent COP 23 conference in Bonn and the IAEA International Ministerial Conference in Abu Dhabi. Both events made clear that any viable solution to the zero-carbon energy mix should be sustainable in that it is able meet humanity’s ever-growing demand for electricity while being clean, efficient and affordable, and that the non-hydrocarbon energy sources such as wind, solar, hydro and nuclear power are to work together in securing the world’s energy future. In the wider public discourse, however, there is a tendency to overlook nuclear as part of the renewable energy mix – an attitude that experts warn is both factually unfounded and damaging to the environmental cause.

Professor Yassin Ibrahim, Former Chairman of Nuclear Power Plants Authority, notes that, in humankind’s search for low-carbon energy forms, ‘the expansion of nuclear energy use comes on top.’ Key to that, he says, is the fact that nuclear power ‘does not rely on burning fossil sources, and even if you look at the amount of emissions throughout a nuclear power plant’s lifecycle (including emissions from the manufacture of equipment, spare parts, etc.), it has been shown in many global comparative studies that the amount of emissions from one unit of power production throughout the lifecycle of the nuclear plant is lower than that of all sources of energy production, including solar and wind power.’

If we look at the length of time a power plant needs to operate in order to produce the power to offset the energy that was expended on its construction – it stands at 181 days for wind power, 360 days for solar power – against only 9 (!) days for nuclear.

In another crucial factor, of all non-carbon-based energy sources, only nuclear is inherently capable of producing stable electricity day in, day out, regardless of the weather, time of day and other externalities. This makes nuclear power plants uniquely suited for supplying the so-called baseload power, which is the backbone of any country’s economy and is required to power its enterprises and provide electricity for its hospitals, schools etc as well as for end customers.

Professor Ibrahim also highlights nuclear power plants’ ‘operational efficiency, which is measured by the ratio between the amount of actual energy produced compared to the amount of nominal energy if the unit is operated non-stop at maximum capacity. The average of the most nuclear plants worldwide is about 85%, which does not happen in any other technologies.’
Dr. Mohamed Mounir Megahed, Independent Technical Consultant, Nuclear Energy Applications remarks, ‘In spite of solar and wind energy great potentials, these renewable energy resources are not cost effective to generate electricity at huge capacities that offered by other conventional power plants or nuclear power plants because of its low efficiency and reliability. In addition, using solar energy requires very expensive and complicated systems to track the sun for solar panels, and storage systems for solar energy.’

In terms of levelised cost of electricity (LCOE), which factors in such parameters as capital construction costs, projected service lifetime and load factor, nuclear power comes in cheaper than any other renewable (or indeed than coal), at 0.08 USD per kWh, compared with 0.15 USD for wind and 0.57 USD for solar power, and its LCOE is expected further to decrease to 0.05-0.06 USD over the next three decades.

Also importantly from a financial standpoint, nuclear fuel, in marked contrast to fossil fuel, is not subject to wild price fluctuations, further contributing to its stability. Not only that, but closed nuclear fuel cycle technologies such as fast neutron (or breeder) reactors that reuse spent nuclear fuel, create ‘an inexhaustible source by nature. It is expected over the next two decades that these applications will be available on commercial level and at competitive prices and with exceptional safety. These applications can supply continuous power for more than a thousand years,’ Professor Ibrahim points out. Furthermore, nuclear power plants’ compact size makes their construction possible in virtually any location. For instance, an NPP with a 1 MWe power output takes up on average less than 1 sq km (0.68 sq km), while a solar park of equal capacity would take up nearly 150 sq km, a wind farm would require 571 sq km and a hydropower plant would occupy a whopping 1549 sq km (while also flooding a sizeable area).

Professor Ibrahim sums up, ‘In my opinion as an energy expert, nuclear energy is the energy of the future. It is a clean, safe and cost-effective energy. The project of the nuclear power plant is a great investment. The operational life of a nuclear plant is 60 years, and this leads to a lower price of kilowatt per hour. There is also a difference of $340 million in the annual nuclear fuel cost ($60 million) compared to the annual natural gas price ($400 million) used to operate a plant with the same capacity (1200 MW).’

Dr. Ibrahim El-Osery, Former Chief IAEA Adviser, Energy and Nuclear Affairs, lists among nuclear power’s wider benefits for Egypt the fact that ‘it is very clean to environment, it is encouraging tourism and we have suitable sites for an NPP in Egypt.’
Dr Megahed  explains further, ‘The strategic, economic, technical and scientific importance of the El Dabaa NPP project increases as it will contribute to the conservation of oil and natural gas resources. These resources are inexhaustible and non-renewable and must be treated carefully so as not to deprive future generations from important resources needed for sustainable development, especially with the limited oil resources in Egypt, the lack of reliable sources of coal, and the use of available hydropower resources.’

دراسة علمية: الطاقة النووية هي حجر الزاوية في مزيج الطاقة المنخفض الكربون
القاهرة في 4 ديسمبر 2017  
خلال العاميين الماضيين ومنذ اتفاق باريس الشهير بشأن المناخ والذي أرسى الأساس للجهد الدولي في مكافحة آثار الاحتباس الحراري، أخذ الحوار يتجه بصورة متزايدة نحو تحديد الخطوات العملية التي يجب أن تتخذها من قبل الدول المختلفة إذا كانت ترغب فعلياً في تحقيق الأهداف البيئية المتمثلة في التحول إلى اقتصاد منخفض الكربون.
لا شك في أننا في حاجة ماسة إلى الابتعاد عن الهيدروكربونات؛ ولكن يبقى السؤال الأهم عن المصدر أو مصادر الطاقة التي يجب أن تحل محل الهيدروكربونات في مزيج الطاقة في المستقبل والنسبة التي تشكل أساس التغير المناخي اليوم وفقاً لما تمت مناقشته في مؤتمر المناخCOP 23  الذي عقد مؤخرا في بون والمؤتمر الوزاري الدولي للطاقة النووية في أبو ظبي.  
فقد أوضح كلا الحدثين أن أي حل قابل للتطبيق متعلق بمزيج الطاقة الخالي من الكربون لابد وأن يكون مستدام لكي يلبي احتياجات البشرية المتنامية للكهرباء بطريقة نظيفة وفعالة وتكلفتها معقولة. فمن خلال مزيج الطاقة ستعمل كافة مصادر الطاقة غير الهيدروكربونية مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة المائية والطاقة النووية معا من أجل تأمين مستقبل الطاقة في العالم. ومع ذلك، ففي الخطاب العام على نطاق أوسع، هناك ميل للتغاضي عن الطاقة النووية كجزء من مزيج الطاقة المتجددة - وهو موقف يحذر منه الخبراء حيث أن لا أساس له من الصحة على أرض الواقع ويضر بالقضية البيئية.
ويشير الأستاذ الدكتور/ ياسين إبراهيم، الرئيس السابق لهيئة محطات الطاقة النووية، إلى أنه خلال رحلة بحث البشرية عن مصادر للطاقة منخفضة الكربون، جاء التوسع في استخدام الطاقة النووية في مقدمة هذا البحث، حيث أن الطاقة النووية لا تعتمد على حرق المصادر الأحفورية، وحتى إذا نظرنا إلى كمية الانبعاثات طوال دورة حياة المحطة النووية (بما في ذلك الانبعاثات الناتجة عن تصنيع المعدات وقطع الغيار وما إلى ذلك)، فقد تبين خلال العديد من دراسات المقارنة العالمية أن كمية الانبعاثات من وحدة واحدة لإنتاج الطاقة طوال دورة حياة المحطة النووية أقل من الكمية التي تنبعث من كافة مصادر إنتاج الطاقة، بما في ذلك الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. "
وإذا نظرنا إلى طول الفترة الزمنية التي تحتاج فيها محطة توليد الكهرباء إلى العمل من أجل إنتاج الطاقة اللازمة لتعويض الطاقة التي أنفقت على بنائها – سنجد أنها تبلغ 181 يوما بالنسبة لطاقة الرياح، و360 يوما للطاقة الشمسية - مقابل تسعة  أيام فقط للطاقة النووية.
من ناحية أخرى، هناك أيضاُ عامل مهم للغاية تتمتع به الطاقة النووية، فمن بين جميع مصادر الطاقة غير المعتمدة على الكربون، فإن الطاقة النووية وحدها قادرة على إنتاج الكهرباء بشكل مستقر على مدار اليوم، بغض النظر عن الطقس والوقت من اليوم سواء نهاراً أو ليلاً أو أي عوامل خارجية أخرى. وهذا ما يجعل محطات الطاقة النووية مناسبة بشكل فريد لتوفير ما يسمى بالحمل الأساسي من الكهرباء، والذي هو العمود الفقري لاقتصاد أي دولة، والمطلوب لتشغيل شركاتها وتوفير الكهرباء لمستشفياتها والمدارس وغيرها، وكذلك المستخدم النهائي.
كما يسلط الدكتور/ إبراهيم الضوء على الكفاءة التشغيلية لمحطات الطاقة النووية، ونعني بها كمية الطاقة الفعلية المنتجة منسوبة إلى كمية الطاقة التي يمكن انتاجها من الوحدة عند تشغيلها بالقدرة القصوى لكامل الوقت دون توقف سواءً للصيانة أو لأسباب أخرى. ويبلغ متوسط معظم المحطات النووية في جميع أنحاء العالم حوالي 85%، وهو ما لا يحدث في أي تقنيات أخرى."
ومن جانبه قال الدكتور محمد منير مجاهد، المستشار الفني المستقل لتطبيقات الطاقة النووية: "على الرغم من الإمكانات الكبيرة للطاقة الشمسية وطاقة الرياح، فإن موارد الطاقة المتجددة هذه ليست فعالة من حيث التكلفة لتوليد الكهرباء بالقدرات الهائلة التي توفرها محطات الطاقة التقليدية الأخرى أو محطات الطاقة النووية بسبب انخفاض الكفاءة والاعتمادية. وبالإضافة إلى ذلك، يتطلب استخدام الطاقة الشمسية أنظمة مكلفة ومعقدة للغاية لتعقب أشعة الشمس اللازمة للألواح الشمسية، وأنظمة تخزين للطاقة الشمسية."
ويضيف الدكتور مجاهد: "تتزايد الأهمية الاستراتيجية والاقتصادية والفنية، والعلمية لمشروع محطة الضبعة النووية، حيث أنها ستسهم في الحفاظ على موارد النفط والغاز الطبيعي. فهذه الموارد ناضبة وغير متجددة ويجب التعامل معها بعناية حتى لا تُحرم الأجيال القادمة من الموارد الهامة اللازمة للتنمية المستدامة، ولا سيما مع محدودية الموارد النفطية في مصر، وعدم وجود مصادر للفحم يمكن الاعتماد عليها، واستخدام موارد الطاقة الكهرومائية المتاحة."

ومن ناحية أخرى يشير الدكتور إبراهيم: "ومن المهم أيضا، من الناحية المالية، أنه على عكس الوقود الأحفوري فإن الوقود النووي لا يخضع لتقلبات الأسعار، مما يساهم في استقراره. ليس ذلك فحسب، بل إن تقنيات دورة الوقود النووي المغلقة مثل المفاعلات النيوترونية السريعة (أو مفاعلات الاستنسال) التي تعيد استخدام الوقود النووي تخلق مصدرا لا ينضب بطبيعته. ومن المتوقع خلال العقدين القادمين أن تكون هذه التطبيقات متاحة على المستوى التجاري وبأسعار تنافسية وأمان تام. ويمكن لهذه التطبيقات توفير الطاقة بشكل متواصل لأكثر من ألف عام."
وعلاوة على ذلك، فإن الحجم الصغير لمحطات الطاقة النووية يجعل بناءها ممكنا في أي مكان تقريبا. على سبيل المثال، فإن محطة توليد الطاقة النووية التي يبلغ إنتاجها 1 ميجاواط من الطاقة تستهلك في المتوسط أقل من كيلومتر مربع (0.68 كيلومتر مربع)، في حين أن محطة الطاقة الشمسية ذات السعة المتساوية يتم بنائها على 150 كيلومترا مربعا تقريباً، أما مزرعة الرياح فتحتاج إلى 571 كيلومترا مربعا، فإن محطة الطاقة الكهرومائية ستشغل مساحة ضخمة تبلغ 1549 كيلومتر مربع (بينما تغمر مساحة كبيرة بالمياه).
ويضيف الدكتور إبراهيم: "في رأيي كخبير في مجال الطاقة، إن الطاقة النووية هي طاقة المستقبل، فهي مصدر نظيف وآمن وفعال من حيث التكلفة. لذلك يعد مشروع محطة الطاقة النووية بمثابة استثمار كبير. إن العمر التشغيلي لمحطة الطاقة النووية يبلغ 60 عاما، مما يؤدي إلى انخفاض سعر الكيلو واط في الساعة. بالإضافة إلى ذلك، فهناك فارق قدره 340 مليون دولار في التكلفة السنوية للوقود النووي (60 مليون دولار) مقارنة بسعر الغاز الطبيعي سنوياً (400 مليون دولار) المستخدم لتشغيل محطة ذات القدرة نفسها (1200 ميجاواط).
كما أوضح الدكتور إبراهيم العسيري، رئيس قسم هندسة الطاقة النووية بالجامعة المصرية الروسية وخبير الشئون النووية والطاقة وكبير مفتشى الوكالة الدولية للطاقة النووية سابقًا، الفوائد الأوسع نطاقا التي تتمتع بها الطاقة النووية بالنسبة لمصر قائلاً: "إن الطاقة النووية مصدراً نظيفاً للبيئة، وتشجع السياحة، كما أن لدينا مواقع مناسبة لإقامة محطة للطاقة النووية في مصر.