Tetov & Teplator. Studie bezemisního dálkového vytápění východních (a středních) Čech

Válka Ruska na Ukrajině nenechává české teplárníky spalující ruský plyn klidně spát. Navíc vzhledem k neustupujícímu tlaku na snižování emisí CO₂ z Evropské unie se i v České republice přistoupilo na dekarbonizaci a útlum využívání uhlí. Na teplárny a centralizované zásobování tepelnou energií, které je závislé na ceně emisních povolenek, je však napojeno kolem 1,6 milionů tuzemských domácností, tedy přibližně 4 miliony obyvatel České republiky. Nasnadě je několik variant, jakým směrem by se české teplárenství mohlo ubírat. Jedním z těchto směrů je nahradit současné uhelné teplárny a výtopny zařízeními spalující plyn, což se v roce 2021 zdálo být, vzhledem k rozhodnutí Evropské unie zařadit plyn za určitých podmínek mezi „zelené zdroje“, poměrně rozumné řešení. Nicméně eskalace cen plynu po ruské agresi na Ukrajinu v roce 2022 tyto úvahy poslala k ledu.

Existuje i další cesta, po které se lze vydat, a tou je v tomto případě náhrada uhelných tepláren a výtopen zařízeními, která využívají teplo uvolňující se z jaderného štěpení. Jaderná energetika se na základě evropských rozhodnutí stává také za určitých podmínek „zeleným zdrojem“, což z jádra dělá zajímavou energetickou alternativu k plynu a obnovitelným zdrojům, a to nejen pro výrobu elektřiny a tepla v blocích o velkém výkonu, ale i v malých modulárních jednotkách. Vzhledem k tomu, že tento zdroj nemá prakticky žádné emise CO₂, by byla škoda nepřemýšlet o jeho dalším využití například v oblasti teplárenství. Což mimochodem Švédsko v minulosti aplikovalo a dnes se touto cestou vydává Čína.

Ohlédneme-li se zpět do minulosti, zjistíme, že plánované jaderné elektrárny v tehdejším Československu dosahovaly svým instalovaným výkonem až k značně megalomanským 21 GW. Pro srovnání je toto číslo přibližně stejně velké jako nynější instalovaný výkon všech typů elektráren a dalších zdrojů v ČR. Tehdejší vláda dokonce uvažovala o síti malých jaderných výtopen poblíž velkých měst. Mezi pečlivě vytipovaná území pro výstavbu jaderných zdrojů byly zařazeny, mimo oblastí současných jaderných elektráren Temelín a Dukovany, i lokality Tetov v Pardubickém kraji a Blahutovice v Moravskoslezském kraji. Tato území by se dala s jistým optimismem nazvat jako určitá „záloha“ do budoucnosti, kdyby se ČR rozhodla rozšířit své jaderné portfolio o další lokality.

Jaderná elektrárna Tetov

Podle staré koncepce z 80. let minulého stolení neměla být dominantou Pardubicka Kunětická hora, ale jen o pár kilometrů dále chladicí věže jaderné elektrárny u Opatovic nad Labem. Projekt pro Východní Čechy počítal se dvěma bloky, každý o elektrickém výkonu 1000 MW. Po černobylské havárii však byly plány přehodnoceny a lokalita pro slibovanou elektrárnu byla přesunuta ze zalidněné hradecko-pardubické aglomerace do řídce osídlené oblasti Tetov poblíž Chlumce nad Cidlinou. Pozdější návrhy již dokonce počítaly pouze s jadernou výtopnou. Každopádně žádný z těchto projektů nevyšel a v roce 2006 byla JE Tetov vymazána z územního plánu Tetova. Napojení výtopny Tetov na stávající systémy CZT v Kolíně, Pardubicích a Hradci Králové je schematicky ukázáno na mapce.

Dřívější plány na výstavbu jaderné elektrárny Tetov vyžadovaly vykácení poměrně velké plochy lesů a zbourání částí okolních vesnic. To však platilo pro klasickou velkou jadernou elektrárnu s takovou zónou havarijního plánování, jakou ji dnes známe u JE Temelín nebo JE Dukovany. Reaktory VVER-1000 a VVER-440, které jsou bezpečně provozovány v obou našich jaderných elektrárnách, spadají do tzv. II generace jaderných reaktorů a velikost jejich vnější zóny havarijního plánování vychází z technologického návrhu těchto reaktorů, a proto bylo potřeba obyvatelstvo od takového zdroje alespoň částečně oddálit. Současné koncepty hojně rozvíjených malých modulárních reaktoru (SMR) většinou spadají do tzv. IV generace jaderných reaktorů a spolu s pokročilými technologiemi přicházejí s příslibem, že by se vnější zóna havarijního plánování mohla smrsknout pouze na velikost pozemku jaderného zdroje, který už z principu SMR bude zásadně menší než u klasické jaderné elektrárny. Tím by SMR získaly značnou flexibilitu v otázce umísťování zařízení a snad i příznivější pohled obyvatelstva na případné umístění SMR v těsné blízkosti měst či jako náhradu současných tepláren.

Ve prospěch většího využití tepla uvolňujícího se během jaderného štěpení hovoří již fungující projekt v jihočeském Týně nad Vltavou, kterému toto teplo dodává jaderná elektrárna Temelín. JE Temelín do Týna nad Vltavou dodává průměrně jednotky až desítky MW tepelného výkonu, v závislosti na poptávce města, a teplota dodávané vody se pohybuje kolem 125 °C. Potenciál nahradit současné teplárny a výtopny jaderným zdrojem Východní Čechy jistě mají. Ať už vzhledem k historicky vybrané lokalitě vhodné pro umístění jaderného zařízení (vhodné z hlediska geologického průzkumu, hydrologie, meteorologie, klimatologie atd.) nebo vzhledem k nutnosti vyřešit otázku náhrady uhelných zdrojů tepla, v tomto případě Elektrárny Opatovice a.s. (EOP) a jejích záložních zdrojů.

Zásobování teplem ve Východních Čechách

Teplárenství, na rozdíl od výroby a rozvodu elektřiny, má lokální charakter a přenos tepla nelze provádět na takové vzdálenosti jako rozvod elektřiny. O dodávky a prodej tepla z EOP se stará akciová společnost EOP Distribuce, jež zásobuje teplem 63 tisíc domácností, průmyslové podniky a mnoho dalších subjektů. Současně tato společnost provozuje v Hradci Králové, Pardubicích a Chrudimi záložní zdroje tepla. Soustavu zásobování teplem (SZT) tvoří přibližně 317 km tepelných sítí a teplo z ní je distribuováno do těchto měst a obcí: Hradec Králové, Pardubice, Chrudim, Rybitví, Lázně Bohdaneč, Čeperka, Opatovice nad Labem a Pohřebačka. Celková poptávka regionu po teple činí přibližně 3 200 TJ/rok (3 204 TJ za rok 2020 [3]). Tepelný výkon výměníkové stanice EOP Distribuce činí 698 MW a celkový výkon sedmi záložních zdrojů tepla dosahuje 229 MW.

Jaderný zdroj tepla? TEPLATOR.

Konkrétním řešením, které by mohlo pomoct nasměrovat teplárenství do bezuhlíkaté výroby tepla, by mohl být ve Východních Čechách nový koncept jaderného reaktoru TEPLATOR určeného pouze pro teplárenství. Koncept vyvinutý ve spolupráci CIIRC ČVUT v Praze a FEL ZČU v Plzni předpokládá využití již známého a ověřeného jaderného paliva z reaktoru VVER-440 s nízkým efektivním obohacením. Cena vyprodukovaného tepla je s čerstvým i použitým palivem stále dostatečně nízko pod cenou tepla, které by se získalo spalováním plynu. Toto výhodné porovnání vůči volatilnímu plynu je ukázáno na následujícím 3D grafu pro nejmenší TEPLATOR DEMO o výkonu 50MW.

TEPLATOR DEMO, který bude sloužit jako demonstrační jednotka, je projektovaný s tepelným výkonem do 50 MW a plná verze TEPLATORu do budoucna uvažuje o tepelném instalovaném výkonu do 170 MW s výstupní teplotou kolem 180 °C. TEPLATOR je tedy vhodným potenciálním kandidátem pro přechod k bezuhlíkaté výrobě tepla. Samotný průřez reaktorem, jeho 55 kanálů i palivová kazeta VVER 440 je ukázána na obrázku č. 3.

Pokud bychom pak uvažovali o náhradě centrálního zdroje tepla Elektrárny Opatovice o maximálním tepelném výkonu 698 MW TEPLATORem, bylo by teoreticky potřeba umístit místo současného zdroje minimálně až čtyři jednotky TEPLATORu o výkonu 170 MW. Logické je ale optimalizací zapojit i některé již stávající levnější zdroje soustavy jako zálohu a lze též ještě uvažovat o náhradě záložních zdrojů opatovické elektrárny. Z této úvahy a z dat SZT EOP vyplývá, že záložní zdroje by mohl při dnešním výkonu nahradit jeden TEPLATOR o výkonu cca 135 MW pro Hradec Králové, jeden TEPLATOR o výkonu cca 60 MW pro Pardubice a Bohdaneč a jeden TEPLATOR o výkonu 40 MW pro Chrudim. Vzhledem k těsné blízkosti Pardubic, Bohdanče a Chrudimi by také bylo možné instalovat pouze jeden TEPLATOR o výkonu cca 100 MW. V případě požadavku na diverzifikaci záložních zdrojů by mohly být současné záložní zdroje zachovány a modernizovány na plynové nebo jiné bezemisní jednotky a TEPLATOR by sloužil jako hlavní centrální zdroj tepla. Výhodou všech variant je již existující horkovod do všech výše uvedených míst a fakt, že provozní parametry současného zdroje tepla jsou velice blízké i nové technologii TEPLATORu.

Menší výkon SMR společně s jejich modularitou a flexibilitou umožňují rozdělit systém zásobování teplem na menší části v jednotlivých lokalitách s výhodou menších vzdáleností pro dodávku tepla ze zdroje ke spotřebiteli. Avšak pokud by nebylo možné umístit TEPLATOR v blízkosti Hradce Králové nebo Pardubic, mohla by se do hry vrátit lokalita historicky plánované jaderné elektrárny Tetov. Tato lokalita je vzdálená přibližně 30 km od soustavy centrálního zásobování teplem v kraji, což by znamenalo dostavět od zdroje ke spotřebitelům v této lokalitě horkovod. To by nemělo být překážkou, jelikož podobně dlouhý horkovod je současně ve výstavbě z JE Temelín do Českých Budějovic, kde vzdálenost budovaného horkovodu má být 26 km. Oproti původnímu historickému plánu výstavby JE Tetov, kdy územní plán počítal s poměrně velký záborem půdy a části okolních obcí, by zastavěná plocha jaderného zařízení TEPLATOR nebyla tak velká, což hovoří v jeho prospěch.

TEPLATOR je koncipován jako jaderná výtopna a prozatím v jeho projektu není výroba elektřiny uvažovaná. To by znamenalo v případě náhrady EOP TEPLATORem ztrátu menší výrobní kapacity, která by musela být v bilanci nahrazena. Uvážíme-li však současné, a hlavně i budoucí, plány na odstavení dalších uhelných elektráren o daleko vyšších výkonech, bude i tak nutné přetvořit energetický mix ČR takovým způsobem, abychom byli schopni všechny tyto ztráty nahradit a zabezpečit tak dodávku elektrické energie.

Eva Vilímová, FEL ZČU Plzeň
Radek Škoda, CIIRK ČVUT Praha
Petr Neuman, jaderný expert

Zdroje
[1] M. Kubín a kolektiv: Rozvoj energetiky v Československu, České energetické závody, koncern, 1989
[2] https://www.nuscalepower.com/benefits/safety-features/emergency-planning-zone
[3] https://www.eop.cz/vyrocni-zpravy - EOP_vyrocni_zprava_2020_FINAL_web.pdf
[4] https://www.eop.cz/zakladni-udaje
[5] https://allforpower.cz/jaderna-energetika/teplator-ekologicke-a-ekonomicke-zhodnoceni-jaderneho-bezemisniho-zdroje-tepla-364