Slovensko – európsky líder vo využívaní jadrového vykurovania (1)

Jadrové elektrárne s odberom tepla sú perspektívne z pohľadu nízkouhlíkovej energetickej budúcnosti Európy [1], a to z mnohých synergických dôvodov [8], [9], [10]:

1. stabilizácia prenosových aj distribučných sústav (ES), ktorá sa zhoršuje nedostatkom „prirodzenej zotrvačnosti“ v ES proporcionálne s masívnym nasadzovaním veterných (Vt) a fotovoltických (Fv) elektrární,

2. riešenie nedostatku uhlia alebo jeho nedostatku z dôvodov obmedzovania,

3. zníženie emisných limitov prispievajúcich k splneniu cieľov EÚ, teda dosiahnutie uhlíkové neutrality,

4. zvýšenie rozsahu regulácie elektrickej energie z JE dosiahnutej veľkým regulovaným odberom tepla z JE, ktoré tak môžu viac kompenzovať volatilný a nepredikovateľný výkon VtE a FvE (vhodné je použitie iného spôsobu regulácie výkonu jadrového reaktora),

5. realizácia dennej a sezónnej akumulácia tepla s využitím prevádzkovej integrácie jadrového bloku s vodnými či parnými akumulátormi,

6. principiálne zvýšenie energetickej účinnosti JE s kogeneračnou kombinovanou výrobou elektriny a tepla (KVET),

7. realizácia sebestačného, bezemisného a trvalo udržateľného teplárenstva s centrálnym zdrojom JEOT pre sústavy diaľkového vykurovania (v ČR je cca 45 % domácností vykurovaných diaľkovo centrálne).

Štáty EÚ a krajiny Vyšehradskej skupiny V4 (Česko, Slovensko, Maďarsko, Poľsko) s podobnými podmienkami ako ČR a SR pripravujú veľké jadrové bloky s diaľkovým vykurovaním blízkych aj vzdialenejších miest. Z pohľadu dostupných informácií v Českej republike je to tak aj na Slovensku, kde sa po dokončení jadrovej elektrárne Mochovce (JEMO), blokov 3, 4 (po prekonaní finančno-technických problémov sa uvedenie do prevádzky už rýchlo blíži) pripravuje nový jadrový zdroj JEBO V3 s blokom triedy 1 200 MW (pravdepodobne VVER – PWR/LWR) rovnako s diaľkovým vykurovaním blízkych či vzdialenejších miest.

V zmysle Nariadenia EÚ/EK Green Deal je Slovensko vzorom pre „modernú energetiku“ budúcnosti: „Slovenské elektrárne vyrobili v roku 2019 celkovo 18 865 gigawatthodín elektriny. Čistá dodávka elektriny slovenských elektrární dosiahla 17 097 GWh. Vďaka jadrovej a vodnej energii až 92,5 % elektriny dodanej do siete bolo bez emisií CO2 z produkcie jadrových, vodných a fotovoltických elektrární a spoluspaľovaním biomasy.“

Z krajín Vyšehradskej skupiny V4 v článku stručne opíšeme vybrané projekty jadrového vykurovania:

1. Slovensko (SCZT JEBO V2 – Trnava – Hlohovec).

2. Maďarsko (Nuclear District Heating Network Paks).

3. Poľsko (Výskumný reaktor MARIA a tepelné aplikácie v národnom stredisku pre jadrový výskum, Swierk v mestečku Otwock pri Varšave). Doteraz žiadna komerčná jadrová elektráreň nie je v Poľsku prevádzkovaná, ale sú pripravené ambiciózne plány na výstavbu až šiestich JE s blokmi cca 1 200 MWe, a to s masívnym odberom tepla do sústav SCZT (JE Wisla – Warszawa, JE Żarnowiec – Gdynia, Sopot, Gdansk, JE Warta – Poznaň).

4. Fínsko – vyprojektovaný fínsky systém diaľkového vykurovania JE Loviisa – Veľké Helsinki.

5. Rusko – systém diaľkového vykurovania JE Leningrad – Sosnovyj Bor, Petrohrad.

Ambiciózne plány EÚ sa nezaobídu bez jadrovej energetiky

Nariadenie EÚ/EK typu Zimný balíček a teraz Green Deal s cieľom získania uhlíkovej neutrality v roku 2050 vyvolávajú absolútnu nevyhnutnosť využívania jadrovej energie, ak chceme stanovené klimatické ciele dosiahnuť. Extrémne náročným cieľom sa nevyhneme, pretože nová predsedníčka Európskej komisie Ursula von der Leyen je v zameraní na klimatické ciele oveľa ambicióznejšia než predchádzajúce komisie s predsedom Jeanom-Claudom Junckerom.

Na prenos tepla sa spravidla používajú dva nosiče tepla: voda a vodná para. Aby sa uspokojilo sezónne zaťaženie a zaťaženie dodávkou teplej vody, zvyčajne sa používa voda ako nosič tepla a para v priemyselných procesoch. Na dopravu veľkého množstva tepla (~GW) na veľké vzdialenosti (~100 km) je k dispozícii niekoľko technických možností. Jedna možnosť je používať tekutinu – kvapalinu, plyn (voda, para, čpavok, metanol, etanol atď.) v prirodzenej alebo nútenej konvekcii (zdieľaní tepla) v jedno- alebo dvojfázovom toku. Na prenos tepla na vzdialenosť mnohých desiatok alebo dokonca stoviek kilometrov (100 – 150 km alebo viac) možno použiť chemicky viazaný stav nosičov tepla v systémoch diaľkového vykurovania (obr. 1).

Medzi najjednoduchšie a najpokrokovejšie technológie dnes však stále patrí horúca voda prúdiaca v predizolovaných rúrkach uložených v zákopoch alebo inštalovaných v podzemnom tuneli. V posledných rokoch boli urobené významné zlepšenia izolačného výkonu tepelných potrubí, čo umožňuje navrhnúť vedenie MHT (hlavný prenos tepla – Main Heat Transport) s extrémne nízkymi stratami (<1 % nad 100 km). Transport tepelnej energie sa môže porovnávať s prepravou elektriny, kapacitné a diaľkové parametre sú uvedené na obr. 2. Číslicové vyjadrenie vybraných pracovných bodov je v tab. 1.

Tab. 1 Číselné vyjdrenie vybraných pracovných bodov (v grafoch uvedených na obr. 2)

Bezpečnostné pravidlá zavedené po fukušimskej havárii odporúčajú, aby jadrové elektrárne neboli bližšie ako 100 km od veľkých miest. Našťastie 100 km je vzdialenosť, na ktorú sa môže ekonomicky dodávať teplo na vykurovanie v prípade, že ide o vykurovanie veľkého mesta alebo husto zabývaných aglomerácií, teda o veľkú tepelnú spotrebu. Táto skutočnosť aplikovaná v koncepcii JEOT-SCZT bola dokumentovaná na obr. 1 a 2, zostavených s využitím oficiálnych dokumentov MAAE (IAEA) vydaných v časovom intervale od 1986 (napr. Low-Temperature Nuclear Heat Applications: IPA for District Heating [9]) do 2019 (napr. Guidance on Nuclear Energy Cogeneration [2]) a ďalších dokumentov z webu a osobného archívu autora. Všetky súčasné i budúce veľké jadrové bloky (VVER 1200 alebo iné typy vo výkonovom rozsahu 1 000 až 1 700 MWe) by mohli zabezpečovať diaľkové vykurovanie SCZT, v Českej republike aj inde. Z každého bloku VVER 1 200 MWe možno odoberať cca 1 000 MWt, prípadne i viac.

Veľká časť krajín EÚ s podobnými podmienkami ako Česká republika plánuje a pripravuje využitie jadrových elektrární s výrobou elektrickej energie a s masívnym odberom tepla na zaistenie diaľkového vykurovania blízkych a vzdialených mestských aglomerácií, kde systémy diaľkového vykurovania už fungujú. Pri využití veľkých systémových blokov VVER (PWR, LWR) je to v časovo prijateľnom horizonte 10 až 20 rokov realizovateľný spôsob, ako zužitkovať existujúce prevádzkované vykurovacie systémy, do ktorých boli investované obrovské finančné prostriedky [5]. Okrem JEOT-SCZT existujú pochopiteľne aj iné technické riešenia [6], [4], ktoré sú však zo zrejmých alebo tušených dôvodov prehliadané alebo nedocenené [7].

Napríklad český vládny splnomocnenec pre jadrovú energetiku ČR Jaroslav Míl „spí a sníva“ o malých modulárnych reaktoroch SMR [1], [4], ktoré však ešte „nedozreli“ na okamžité riešenie problémov elektroenergetiky a teplárenstva, nie sú a ešte dlho nebudú komerčne dostupné na trhu [3]. Pritom v ČR je na riešenie JEOT-SCZT mimoriadne priaznivá technologická a inžinierska situácia daná skúsenosťami s výstavbou a dlhodobou prevádzkou, servisom, údržbou a postupnou modernizáciou JE Temelín 1 000 MW. Dôležitým predpokladom je aj výroba parných turbín (pre nasýtenú/mokrú paru) v spoločnosti DOOSAN ŠKODA POWER (predtým plzenská ŠKODA Works). V Českej republike sú tiež dlhodobé skúsenosti (19 rokov) s jadrovým vykurovaním z JE Temelín (JETE) do neďalekého mesta Týn nad Vltavou a od zimnej vykurovacej sezóny 2020/2021 bude vykurované tiež krajské mesto České Budějovice.

Ing. Petr Neuman, CSc. V združení NEUREG pôsobí ako starší konzultant. Je členom Asociácie energetických manažérov (AEM), Spolku jadrových veteránov (F.NV) a medzinárodnej organizácie International Federation of Automatic Control (IFAC), Technical Committee TC 6.3 – Power and Energy Systems. Oblasťou jeho odborného záujmu je modelovanie a simulácia energetických procesov, zdrojov a sústav, sieťové simulátory a operátorské/dispečerské trenažéry, automatická regulácia a riadenie procesov v silnoprúdovej elektrotechnike a elektroenergetike. Aktuálne sa venuje súčasnému stavu a rozvoju energetiky v Českej republike a Európe so zameraním na jadrové elektrárne s odberom tepla na diaľkové vykurovanie SCZT (District Heating Systems).

Literatúra

[1] Neuman, P.: Státy EU s podobnými podmínkami jako ČR připravují velké jaderné bloky s dálkovým vytápěním, jenom ČR „spí a sní“ o malých modulárních reaktorech SMR. In: ENERGETIKA, 2020, č. 2, s. 102 – 108.

[2] Guidance on Nuclear Energy Cogeneration. In: IAEA Nuclear energy Series, No. NP-T-1.17, Vienna 2019.

[3] Hezoučký, F.: „Malé jaderné elektrárny s malými, či malými modulárními reaktory – co od nich může očekávat Česká republika?“. In: All for Power, 2019, č. 4.

[4] Kolokvium s Jaroslavom Mílom, vládnym splnomocnencom pre jadrovú energetiku, na tému Nový jadrový reaktor pre Česko v súvislostiach. Praha: ČVUT FJFI, 4. 12. 2019.

[5] Neuman, P.: Zdroje pro českou elektroenergetiku. In: ELEKTRO, 2017, č. 10, s. 44 – 48.

[6] Neuman, P.: Současná česká energetika a její vývoj. In: Sdělovací technika, 2018, č. 1, s. 4 – 10.

[7] Neuman, P.: Alternativy pro vývoj české energetiky. In: Energie 21, 2018, č. 1, s. 8 – 9.

[8] Neuman, P.: Blahodárný vliv jaderných elektráren na provoz elektrizační soustavy (1. a 2. část). In: ELEKTRO, 2018, č. 8 – 9, s. 85 – 89; č. 10, s. 44 – 48.

[9] Neuman, P.: Uplatnění jaderných elektráren v energetickém mixu – 1, 2, 3. In: Energie 21, 2018, č. 6, s. 38 – 39; 2019, č. 1, s. 30 – 31; 2019, č. 2, s. 28 – 29.

[10] Neuman, P.: Synergické pozitivní efekty pro energetiku ČR získané propojením elektroenergetiky a zdrojů JE s teplárenstvím – 1, 2. In: Energetika, 2019, č. 3, s. 156 – 160; 2019, č. 4, s. 230 – 236.

   
Ing. Petr Neuman, CSc.
NEUREG, energetické združenie, Praha
Tel.: +420 777 648 906
neumanp@volny.cz