Případová studie bezemisního dálkového vytápění Prahy

Případová studie bezemisního dálkového vytápění Prahy

V současné době odklonu od spalování uhlí a celkově od fosilních paliv se nejen Česká republika snaží implementovat do svého portfolia takové zdroje energie, které budou šetrné k životnímu prostředí, bezpečné pro obyvatelstvo, budou finančně smysluplné, a hlavně budou dostatečně výkonné a stálé co se týče jejich výkonu a dodávek energie. Možnou alternativou by mohl být nově vznikající koncept teplárenského jaderného reaktoru TEPLATOR.

Fosilní zdroje, plyn ani uhlí, nemají v EU budoucnost

Vzhledem k současné světové politice snižování emisí skleníkových plynů (převážně CO₂₎, se jednotlivé země světa zavázaly snížit tyto emise za určité časového období. Největším producentem CO₂ jsou fosilní zdroje energií, zejména pak spalování uhlí v elektrárnách či teplárnách a výtopnách. V ČR byl již odklon od uhlí schválen, a nejen díky rostoucím cenám emisních povolenek (současná cena překročila 50 EUR/t CO₂) by se v budoucnu získávání energie z uhlí stávalo méně konkurenceschopné. Celkově by snížení emisí do roku 2030 mělo činit 55 % úrovně emisí z roku 2019, kdy tato dohoda byla evropským parlamentem schválena.

Často diskutovaná náhrada vyřazovaných uhelných kapacit plynem ovšem do budoucna neřeší problém s produkcí CO₂, jedná se rovněž o fosilní zdroj a cena emisních povolenek se ceny vyprodukované energie z plynu rovněž silně dotýká. Současné studie také ukazují, že i když množství uvolněného CO₂ ze spalování zemního plynu oproti hnědému uhlí je zhruba poloviční, dopad na životní prostředí je téměř srovnatelný, vezmeme-li v potaz, že při těžbě zemního plynu část unikne (zemní plyn je zhruba z 90 % tvořen methanem, který se řadí k nejškodlivějším skleníkovým plynům). V krajních případech může být jeho vliv i horší než vliv současně využívaného uhlí.

Vytápění energeticky náročné Prahy

V současné době se naše hlavní metropole řadí mezi města s nejvyšší spotřebou tepelné energie distribuovanou centrálním zásobovacím systémem v celé ČR a v porovnání s evropskými metropolemi je rovněž její spotřeba jedna z nejvyšších. Finální spotřeba tepla v roce 2019 vykazovaná energetickým regulačním úřadem činila pro Prahu 11 300 TJ/rok. Tato energie odpovídá pouze spotřebě z centrálních zásobovacích zdrojů, není započteno individuální vytápění. Vzhledem k faktu, že pražská teplovodní síť čítá na 700 km potrubí a větší část Prahy je zásobována právě z centrálních zdrojů, tvoří hodnota finální spotřeby tepla větší část celkové spotřeby Prahy.

Největší podíl na dodaném teple má Teplárna Mělník, která je spojena s Teplárnou Třeboradice na severu Prahy 40 km dlouhým napaječem horké vody. Topný výkon Teplárny Mělník dosahuje zhruba 650 MW a ročně do Prahy dodá přes 9 000 TJ tepla. Ostatní zdroje pražské sítě jsou již menších výkonů a jsou umístěny přímo v Praze. Mezi tyto zdroje patří Teplárna (a spalovna odpadů) Malešice, Teplárna Michle, Teplárna Hostivař, Teplárna Krč a Výtopna Invalidovna. Jak je vidět z předcházejícího výčtu, tepláren a výtopen je v Praze celá řada. Často využívají pro získání tepla fosilní paliva, a proto je nasnadě zamyslet se nad přijatelným řešením náhrady těchto paliv do budoucna.

Teplator je vhodný kandidát pro přechod k bezemisnímu centrálnímu vytápění

Vhodným řešením by mohl být nový koncept jaderného reaktoru TEPLATOR. Tento reaktor je projektován výhradně jako zdroj tepla, nikoliv elektřiny a pro jeho produkci využívá buď čerstvé či již použité jaderné palivo z elektrárenských bloků. Typ jaderného paliva není do určité míry zcela limitující, vhodnou úpravou aktivní zóny reaktoru lze využít různé typy paliv. Současný TEPLATOR, který je vyvíjen výzkumným týmem z CIIRC ČVUT v Praze a FEL ZČU v Plzni, jako vhodné palivo uvažuje i použité palivové články typu VVER-440 (stejné, které se používají v JE Dukovany a které jsou v současnosti skladovány ve skladu vyhořelého jaderného paliva při této elektrárně). Pro provoz lze též použít lehce obohacené palivové články VVER-440, jejichž cena je výrazně nižší než cena „elektrárenského“ jaderného paliva.

Výhodou TEPLATORu pak je možný provoz v duchu cirkulární ekonomiky, kdy TEPLATOR využívá použité palivo ze stávajících reaktorů. Jen v ČR je takového paliva přes 10 000 kusů a na roční provoz 150MW TEPLATORu je potřeba pouze 55 palivových článků. „Upcycling“ tohoto již zakoupeného paliva je ekologickým příspěvkem pro snížení emisí škodlivin a CO₂. Z použitých palivových článků by se dalo získat nemalé množství tepla s prakticky nulovými palivovými náklady, jeho cena by se odvíjela pouze od ceny transportu na danou lokalitu.

Cena vyprodukovaného tepla je s čerstvým i ozářeným (použitým) palivem stále dostatečně nízko pod cenou tepla, které by bylo získané spalováním zemního plynu. TEPLATOR do budoucna uvažuje o instalovaných výkonech do 170 MW tepelných s výstupní teplotou kolem 180 °C. TEPLATOR je tedy vhodným potenciálním kandidátem pro přechod k bezuhlíkatému centrálnímu vytápění.

Použití jaderné energie pro vytápění není ve světě ojedinělé a jeho použití lze najít i u nás v Čechách. Jako reprezentativní příklad lze uvést jadernou elektrárnu Temelín, která od dob svého uvedení do provozu v roce 2001 vytápí přilehlé město Týn nad Vltavou se zhruba 8 000 obyvateli (zhruba 470 rodinných domů, 2 100 bytů a několik průmyslových objektů). JE Temelín do Týna dodává průměrně jednotky až desítky MW tepelného výkonu a teplota dodávané vody se pohybuje kolem 125 °C. V současné době je ve výstavbě i horkovod z JE Temelín do 26 km vzdálených Českých Budějovic, který měl podle plánů dodávat teplo už během topné sezóny 2020/2021. V současné době jsou stavební práce z důvodu insolvence stavební firmy přerušeny a projekt za necelé 1,5 miliardy Kč stojí, respektive leží v zemi. JE Temelín by do Českých Budějovic měl dodávat zhruba 750 TJ tepla ročně pomocí topné vody o teplotě okolo 140 °C.

Může být Praha pionýrem v jaderném vytápění hlavních měst? Už dávno jím být mohla…

Vrátíme-li se ke konkrétní myšlence vytápění Prahy pomocí jaderného zdroje, zjistíme, že ani tato myšlenka není novým objevem. V roce 1970 byla na objednávku Československé komise pro atomovou energii (dnes je tento subjekt přetransformován na odbor Ministerstva průmyslu a obchodu a na Státní úřad pro jadernou bezpečnost) vypracována studie na umístění celkem dvou jaderných elektráren, které by zásobovaly Prahu jak elektřinou, tak hlavně teplem.

Teplo v daném období bylo v rostoucí Praze vysoce žádané, ať už pro bydlení či pro průmysl. Jako dvě lokality vhodné pro umístění zařízení pro zásobování teplem a elektřinou byly vybrány lokality Holešovice v areálu dosluhující uhelné teplárny (u Trójského mostu) a lokalita Modřany-Braník. Holešovická elektrárna měla zásobovat teplem severní a centrální část Prahy, elektrárna v Modřanech měla obsluhovat rozsáhlé bytové jednotky na jižním okraji Prahy. V obou lokalitách byly uvažovány tlakovodní reaktory s vyspělým kulovým kontejnmentem s instalovaným výkonem 1400-1500 MWt.

Důvodem návrhu dvou jaderných zdrojů v různých lokalitách byl fakt, že tehdejší Praha neměla dostatečně propojenou teplovodní síť a nebylo tedy možné z jednoho zdroje obsloužit poptávku po celém území. V dnešní době má Praha celou svou síť dokonale propojenou, v průběhu let došlo k výměně starších teplovodů a výstavbě přeložek a bypassových tras. Dnes by tedy postačovala pouze jedna lokalita, která by se k teplo-přenosové soustavě připojila.

Kolik Teplatorů by zajistilo teplo pro Prahu a kde by měly stát?

Pokud se zamyslíme nad případným umístěním TEPLATORu, zjistíme, že v okolí Prahy i vzhledem k existující infrastruktuře dálnic a letišť existují lokality, kde v současné době jaderná zařízení stojí a jsou provozována. Jedním je již zmiňovaná Holešovická lokalita, kde se nachází experimentální reaktor VR-1 (Vrabec) a buduje se experimentální reaktor VR-2, které slouží studentům ČVUT. Jako druhou vhodnou lokalitou se jeví lokalita Řež, která se nachází severně od Prahy a kde jsou v současné době provozovány dva výzkumné reaktory LR-0 a LVR-15. S ohledem na výkony teplárenských zařízení, která zásobují celou Prahu, by bylo pravděpodobně nutné (v případě požadavku na vyšší výkony) vystavět více jednotek TEPLATORů. Z tohoto důvodu se lokalita v Holešovicích jeví jako nevyhovující, protože se v současné době jedná o celkem hustě urbanizovanou oblast. V případě řežské lokality by bylo možné umístit i více jednotek TEPLATORu. Připojení těchto jednotek by bylo možné realizovat pomocí dálkového teplovodu, podobně jako je tomu mezi JE Temelín a Českými Budějovicemi. V případně lokality Řež by bylo nejvhodnější vytvořit napojení podobně jako napojení Teplárny Mělník, která je přímým teplovodem propojena s Prahou přeš Teplárnu Třeboradice.

V tomto případě by odhadovaná investice do teplovodu mezi TEPLATORy a Teplárnou Třeboradice (na základě odhadu z ceny teplovodu mezi JE Temelín a ČB) činila zhruba 600 mil Kč. Za předpokladu, že by se v lokalitě postavilo více jednotek, je tato investice pouze menší částí teplárenského celku a nebránila by tedy v umístění TEPLATORů v dané lokalitě (např. pro tři jednotky 150 MW by cena přivaděče byla menší než čtvrtinová). Aby bylo možné nahradit například výrobu Teplárny Mělník, tedy výrobu zhruba 9 000 TJ ročně, bylo by potřeba vystavět 3 jednotky TEPLATORu, každá o instalovaném výkonu 150 MW. Možným snížením investičních nákladů by se mohlo dosáhnout tehdy, pokud by se dané jednotky vystavěly v bezprostřední blízkosti Teplárny Třeboradice. Otázkou je, jestli by tato lokalita byla akceptovatelná z řad obyvatelstva, a zdali splňuje veškeré potřebné charakteristiky území pro umístění jaderného zařízení.

Na základě těchto úvah je možné nový bezemisní zdroj TEPLATOR použít i v jiných městech s dostatečně vysokým odběrem tepla, která mají zároveň dobře rozvinutou teplovodní infrastrukturu. Jednalo by se tedy jen o doplnění tepelného zdroje do existující sítě, nikoliv o budování celé rozvodné soustavy. Dnešní velké sítě centrálního zásobování teplem (např. Brno, Praha) pracují standardně s několika zdroji tepla (např. ZEVO [zařízení pro energetické využití odpadů], uhlí, zemní plyn, štěpka, kogenerace, systémové služby akumulace), a tak optimalizace těchto zdrojů z hlediska nejen ceny, ekologie, ale i pružnosti dodávek je šance pro levné a ekologické jaderné technologie.