Zahraničné projekty veľkých jadrových blokov na diaľkové vykurovanie

Systém centrálneho zásobovania teplom vo Varšave (Poľsko)

Vlastník a prevádzkovateľ – Veolia Energia Warszawa S.A.

Varšavská teplárenská sieť (obr. 7) zásobuje oblasť cca 510 km2 (SCZT 30 až 36 PJ: SJ 23 km, VZ 22 km) a pokrýva 80 % potrieb mesta na vykurovanie. V tomto ohľade zaujíma Varšava druhé miesto v EÚ po kodanskej teplárenskej sieti, ktorá uspokojuje až 90 % spotreby tepla v dánskom hlavnom meste. Na porovnanie Praha má 310 km2 (1,2 mil. obyvateľov), SCZT 14 až 18 PJ: SJ 17 km, VZ 18 km, dĺžka potrubnej siete je 700 km -> hustota vykurovania približne rovnaká.

Maximálny dopyt po tepelnej energii vo varšavskej vykurovacej sieti je asi 3 600 MWt, minimálny v lete je asi 290 – 300 MWt. Z toho je zrejmé, že vyrovnaniu by pomohla „sezónna akumulácia“ v horúcej vode.

Prevádzkové výpočtové parametre siete sú 119/59 °C v zime a 73/43 °C v lete s najnižšou teplotou spiatočky okolo 42 °C v prechodnom období. Napájací tlak vo varšavskej sieti sa pohybuje v rozpätí 0,8 a 1,4 MPa, zatiaľ čo spätný tlak v zdrojoch v rozpätí 0,2 a 0,3 MPa. Objem ročného predaja tepla z tejto siete je asi 30 až 36 PJ v závislosti od intenzity vykurovacej sezóny. Úroveň tepelných strát sa pohybuje v rozpätí 11 a 12 % s približne 1,5 % strát vyplývajúcich zo straty vody v sieti, ktoré robia objemovo asi osem až deväť výmen vody za rok, t. j. asi 2 100 až 2 300 m3 vody. Tepelné straty vo varšavskej sieti sa vďaka investíciám do optimalizácie riadenia (napr. riadená akumulácia tepla v horúcej vode) znižujú, celková energetická efektívnosť siete sa zvyšuje.

Pripravované poľské jadrové zdroje zahŕňajú vo všetkých prípadoch tiež napojenie na sústavy diaľkového vykurovania SCZT. Lokalizačné štúdie vykonané v rokoch 1969 – 1970 pre región Hel-Ustka a oblasť Dolnej Visly umožnili vydať v decembri 1972 rozhodnutie, ktorým sa stanovilo miesto na prvú JE v Poľsku: oblasť pri jazere Żarnowieckie. Výstavba pôvodnej jadrovej elektrárne Żarnowiec sa začala v roku 1982, stavebné práce sa začali v novembri 1985.

Prieskum o umiestnení druhej poľskej JE sa začal za predpokladu, že JE bude založená na štyroch blokoch s výkonom 1 000 MW. Výskum bol vykonaný na severe krajiny (severne od línie Varšava – Poznaň), a to vzhľadom na to, že tu sú k dispozícii väčšie zdroje vody. Na základe vykonaných štúdií a prieskumu bola v júni 1988 schválená lokalita Warta – Klempicz, tzn. na rieke Warta v blízkosti lokality Klempicz.

Súbežne v rámci prípravy procesu výberu umiestnenia tretej a ďalšej JE sa vybrala oblasť rieky Wisly blízko Varšavy – severne (Nowe Miasto, Wyszków, Malkinia) a južne (Otwock – tu sú umiestnené výskumné reaktory MARTA a EWA), kde by mohli byť postavené dve JE, každá s výkonom 1 000 MWe.

Centrálny vykurovací systém mesta Helsinky (Fínsko)

Helsinský mestský systém by mohol byť vykurovaný z bloku 3 JE Loviisa, ktorú vlastní a prevádzkuje spoločnosť Fortum Heat Division, Nuclear Power Dpt.

Prieskum, ktorý realizovala spoločnosť Fortum v rokoch 2008 – 2010 (podobný prieskum bol vykonaný už na začiatku 80. rokov) a ktorý uvažoval kombinovanú výrobu elektriny a tepla (KVET) z bloku 3 JE Loviisa, predpokladal prepravu tepla do helsinskej metropolitnej oblasti na vzdialenosť asi 80 km s tepelnou prenosovou kapacitou do 1 000 MW. Projekt je veľmi podobný pripravovanému NJZ JEDU5 v SR. V oboch JE sú pôvodné 2./4. blok VVER 500 MW (440), 3./5. blok budú mať vyšší výkon – vo Fínsku 1 200 až 1 700 MW. V SR sa novo uvažuje len do 1 200 MW. Z tohto pohľadu je prienik iba v ruskom bloku PWR 1 200 MW (Fínsko: AES 2006; ČR: MIR 1200). Fíni pripúšťajú aj variant BWR (2/6, T-W 1600, GE-H 1650), v SR iba VVER = PWR.

Variant KVET JE Loviisa 3 má nasledujúce synergické účinky:

a) výmena jadrového tepla za fosílne palivá, spotreba tepelnej energie (diaľkové teplo) 11 – 12 TWh/r,

b) veľké zníženie emisií oxidu uhličitého, až 4 milióny ton ročne (6 % celkových emisií CO2 vo Fínsku),

c) vyššia účinnosť zariadenia, zníženie úniku tepla do Fínskeho zálivu, čistá strata elektrickej energie v pomere asi 1/6 k vyrobenej tepelnej energii,

d) odber pary z turbíny, z vysokotlakových dielov alebo z nízkotlakových turbín, optimalizácia a prepracovanie existujúcej turbíny alebo návrh novej turbíny.

Odoberané teplo z JE Loviisa 3 by bolo použité na základnú spotrebu (5 700 h/rok = 65 % plné vyťaženie horúcovodov, zvyšných 3 060 h/rok v priemere na 60 % = 600 MW). Krivka trvania spotreby tepla v metropolitnej oblasti Helsinki je na obr. 10. Výkonovo je to podobný projekt ako DHS/CZT Varšava.

SCZT v metropolitnej oblasti Helsinki zahŕňa mestá Vantaa (20 km severoseverovýchodne od Helsínk), Helsinki (700-tis obyvateľov) a Espoo (20 km západne od Helsínk) so susedným Kauniainen (pri Espoo na spojnici s Helsinkami) a tvorí Veľké Helsinki. V meste (2.) Espoo žije asi 250 000 ľudí, čím sa radí na druhé miesto podľa počtu obyvateľov za (1.) Helsinki a pred (3.) Tampere. V meste (4.) Vantaa žije 215 813 ľudí a radí sa na štvrté miesto za Tampere a pred (5.) Oulu.

Potrubie horúcovodov z JE Loviisa do centra Helsínk: vzdialenosť je asi 80 km – mapka prepojenia horúcovodov je na obr. 11. Technické údaje systému potrubia 2 x O 1 500 mm, PN25 bar = 2,5 [MPa], Q = 4 – 5 [m3/s] = 14,400 – 18 000 [t/h], počet čerpacích staníc 4 – 7 (celkový čerpací výkon potrebuje desiatky MW, takisto na kompenzáciu strát tepla). Schéma riadenia je postavená buď na regulácii teploty prítoku (kvalitatívne) alebo prietoku (kvantitatívne). Potrebné a výhodné sú akumulátory tepla, distribúcia tepla do miestnej diaľkové tepelnej siete je realizovaná prostredníctvom tepelných výmenníkov.

Realizácia transportu tepla bola projekčne riešená týmito alternatívami:

1. V potrubí v tuneli, montáž v skalnom tuneli s prierezom 30 m2, so stabilnými podmienkami a pozitívnymi aspektmi údržby (priechod razeným tunelom – obr. 12, jednoduchá montáž a diagnostika stavu).

2. Inštalácia tesne pod povrchom (obr. 13, 14) sa vyznačuje nižšími nákladmi, ale je to environmentálne náročnejšie (s ohľadom na životné prostredie).

Pri projekte AE (Nuclear Power Plant – NPP) Loviisa 3 s kombinovanou výrobou elektriny a tepla (KVET, CHP) boli technologické aj tepelné varianty diaľkovej dopravy tepla simulované v simulačnom prostredí APROS (obr. 15).

Spoločnosť Fortum požiadala o rozhodnutie o výstavbe novej jednotky jadrovej elektrárne (Loviisa 3) v rozmedzí od 2 800 do 4 600 MWt na mieste Loviisa na južnom pobreží Fínska. Atraktívnou skúmanou alternatívou je kogeneračné zariadenie (CHP) určené na rozsiahlu diaľkovú dopravu tepla pre helsinskú metropolitnú oblasť, ktorá sa nachádza približne 75 km západne od lokality Loviisa. Základným bodom je kapacita dodávky tepla z JE Loviisa 3 asi 1 000 MWh.

Možnosť výroby diaľkového tepla pre helsinskú metropolitnú oblasť dvoma existujúcimi jednotkami JE Loviisa (VVER 440 MW) bola preskúmaná už v 80. rokoch, ale v tom čase sa ukázala ako nepraktická. S rastúcim znepokojením zo zmeny klímy a následnými požiadavkami na výrobu tepla a energie je dnes táto myšlienka oveľa atraktívnejšia, najmä keď si uvedomíme potenciál výrazného zníženia emisií oxidu uhličitého vo Fínsku. V súčasnosti je výroba tepla v Helsinkách v metropolitnej oblasti založená na uhlí a zemnom plyne a produkuje približne päť až sedem miliónov ton emisií oxidu uhličitého ročne.

JE Petrohrad (Rusko)

JE Petrohrad II (blok 1) poskytuje diaľkové vykurovanie sústavy SCZT – Sosnovyj Bor – Petrohrad. JE Petrohrad II poskytuje podľa správy prevádzkovateľa Rosenergoatom z 2. decembra 2019 prvý blok ruskej jadrovej elektrárne Petrohrad II na diaľkové vykurovanie tým, že bol integrovaný do systému zásobovania teplom mesta Sosnovyj Bor. Reaktor VVER-1200 nahradí dodávky elektriny a vykurovacie kapacity po uzavretí prvej zo štyroch jednotiek RBMK-1000 v neďalekej JE Petrohrad I. Výrobné spoločnosti umiestnené v priemyselnom parku v meste Sosnovyj Bor získali teplo vyrobené JE Petrohrad II-1. Ďalšou fázou bude integrácia dodávky tepla generovaného reaktorom do mestského systému vykurovania. Okrem toho použitie tepla vyrobeného v jadrovej energetike zabraňuje emisiám oxidu uhličitého a má menší vplyv na životné prostredie. Petrohradská jadrová elektráreň je základným zdrojom tepla pre sosnovoborský mestský okruh (žije v ňom vyše 68-tisíc obyvateľov, obr. 16). Náklady na teplo produkované jadrovou elektrárňou sú v porovnaní s klasickou teplárňou spaľujúcou fosílne palivá výrazne nižšie. Využitie tepla z jadrovej elektrárne je navyše ekologickejšie, pretože počas jeho výroby nie sú vypúšťané emisie skleníkových plynov do ovzdušia.

Tepelný výkon nového energetického bloku je 3 200 MWt, resp. 250 Gcal/h, čo je dosť na to, aby dodával teplo priemyselnému parku a spotrebiteľom v meste Sosnovyj Bor (5 km). Neskôr sa predpokladá dodávka tepla cez Petrodvorec aj do Petrohradu (88 km). V súčasnosti využívajú iba jednu tretinu kapacity zariadenia a uspokojujú 60 % potreby tepla v lokalite. V budúcnosti sú pripravení plne využiť jadrovú kogeneračnú jednotku a spustiť predaj tepelnej energie na ústredné vykurovanie a zásobovanie horúcou vodou v meste a uspokojiť tak celý dopyt po teple.

Záver

Slovensko možno považovať za lídra v oblasti jadrového vykurovania vzhľadom na to, že JEBO masívne vykuruje sústavu SCZT JEBO: Trnava – Hlohovec/Leopoldov. Z JEBO V2 sa odoberá tepelný výkon takmer 200 MWt (so špičkovým odberom 240 MWt). Podľa oficiálnych dokumentov Medzinárodnej agentúry pre atómovú energiu (IAEA) [2] je to najväčší tepelný odberový výkon v celej Európe. Sústava SCZT JEBO Trnava môže byť preto vzorom pre Európu, pretože jadrové elektrárne s odberom tepla sú z pohľadu uhlíkovej neutrality veľmi perspektívne, aj keď EÚ a EK to prehliadajú. Rovnako Česká republika „spí a sníva“ o teplárenských zdrojoch, ktoré nie sú schopné zaistiť kompletné elektroenergetické potreby štátu (Obnoviteľné zdroje energie – RES), alebo o zdrojoch ešte prevádzkovo a už vôbec nie ekonomicky overených a vývojovo ukončených (Small Modular Reactors – SMR).

Literatúra

[1] Neuman, P.: Štáty EÚ s podobnými podmienkami ako SR pripravujú veľké jadrové bloky s diaľkovým vykurovaním, len ČR „spí a sníva“ o malých modulárnych reaktoroch SMR. In: ENERGETIKA, 2020, č. 2, s. 102 – 108.

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

[3] Hezoučký, F.: Malé jadrové elektrárne s malými (SMR) či malými (klasickými) modulárnymi reaktormi – čo od nich môže očakávať Česká republika? In: All for Power, 2019, č. 4. SMR podla IAEA pod 300 MWe. Projekty malých reaktorov s klasickým blokovým usporiadaním.

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

[5] Neuman, P.: Zdroje pre českú elektroenergetiku. ELEKTRO, 2017, č. 10, s. 44 – 48.

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

[7] Neuman, P.: Alternatívy pre vývoj českej energetiky. In: Energia 21, 2018, č. 1, s. 8 – 9.

[8] Neuman, P.: Blahodarný vplyv jadrových elektrární na prevádzku elektrizačnej sústavy 1, 2. In: ELEKTRO, 2018, č. 8 – 9, s. 85 – 89; 2018, č. 10, s. 44 – 48.

[9] Neuman, P.: Uplatnenie jadrových elektrární v energetickom mixe 1, 2, 3. In: Energia 21, 2018, č. 6, s. 38 – 39; 2019, č. 1, s. 30 – 31; 2019, č. 2, s. 28 – 29.

[10] Neuman, P.: Synergické pozitívne efekty pre energetiku SR získané prepojením elektroenergetiky a zdrojov JE s teplárenstvom 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