Případová studie bezemisního dálkového vytápění východních (a středních) Čech

Případová studie bezemisního dálkového vytápění východních Čech, středních Čech a Prahy – lokalita Tetov

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.

Quo vadis, české teplárenství?

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. 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 – SMR. 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.

Jaderné lokality pro elektrárny i teplárny

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 jaderné lokality.

Jaderná elektrárna Tetov

Podle staré koncepce z 80. let minulého století, neměla být dominantou Pardubicka Kunětická hora, ale jen pár kilometrů vzdálené 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 stavba JE Tetov vymazána z územního plánu Tetova. Napojení výtopny Tetov na stávající systémy CZT v Kolíně, Pardubicích a Hradci Králové je schematicky ukázáno na uvedených mapkách.

Dřívější plány na výstavbu jaderné elektrárny Tetov vyžadovaly vykácení poměrně velké plochy lesů a zbourání části 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. Proto bylo potřeba obyvatelstvo od takového zdroje alespoň částečně oddálit.

II. (Temelín, Dukovany) -vs- IV. (SMR) generace jaderných reaktorů

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 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 spalujících zemní plyn.

Zásobování teplem ve východních a středních středních Čechách, potenciálně i v Praze

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 centrálního zásobování teplem (SCZT) 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, zdroj). Tepelný výkon výměníkové stanice EOP Distribuce činí 698 MW a celkový výkon sedmi plynových záložních zdrojů tepla dosahuje 229 MW.

Teplator – jaderný zdroj tepla pro východní i střední Čechy

Konkrétním řešením, které by mohlo pomoct nasměrovat teplárenství do bezuhlíkové výroby tepla, by mohl být ve východních a potenciálně ve středních Čechách (a v Praze) nový koncept jaderného reaktoru TEPLATOR, který je určen pouze pro teplárenství.

Lokalita Tetov je vzdálena přibližně 30 km západně od Pardubic, jednoho z center soustavy zásobování teplem SCZT, a jen 10 km od Elektrárny Chvaletice. Krajská samospráva vyškrtla sice v roce 2006 jadernou lokalitu Tetov z územního plánu kraje, ale stále existuje možnost (a nikdy není pozdě) ji tam vrátit.

Do soustavy východočeské SCZT (Hradec Králové – EOP – Pardubice, Chrudim), by z lokality Tetov mohlo být dodáváno až 1000 MWt. V případě výstavby více bloků SMR by mohl být přenášen výkon cca 800 až 1200 MWt do pražské teplárenské soustavy (VEOLIA Česká republika – Pražská Teplárenská) vzdálené asi 65 km. Zapojení JE Tetov do elektrizační sítě a teplárenských soustav Východních Čech – SCZT EOP a Středních Čech (Kolín až Praha) ukazuje též obrázek plánu rozvodné elektrizační soustavy. Rozšířený „západní“ směr (Tetov – Praha) by při větším instalovaném výkonu (nebo více bloků) SMR mohl dodávat teplo i do středních Čech a do Prahy.

Kolik Teplatorů nahradí stávající i záložní zdroje tepla?

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, které by se dosáhlo spalováním plynu. Toto výhodné porovnání vůči volatilnímu plynu je ukázáno na následujícím 3D grafu pro nejmenší TEPLATOR o výkonu 50 MW.

TEPLATOR je projektovaný s tepelným výkonem od 50 MW, nejvyšší 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 bezuhlíkové výrobě tepla. Samotný průřez reaktorem, jeho 55 kanálů i palivovou kazetu VVER 440 můžete vidět na obrázku níže.

Pokud bychom uvažovali o náhradě centrálního zdroje tepla Elektrárny Opatovice (o maximálním tepelném výkonu 698 MW) Teplatorem, bylo by teoreticky potřeba umístit místo současného zdroje minimálně 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 zdrojem TEPLATOR.

Z této úvahy a z dat SCZT 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 plynové záložní zdroje (ZZ) zachovány, protože při současné koncepci transformace teplárenství přechodem z uhelných zdrojů na plynové, splňují stávající ZZ požadavek transformace. Všechny totiž spalují jako hlavní palivo zemní plyn již od roku 2003 a Teplator by sloužil jako hlavní centrální zdroj tepla.

Výhodou všech variant je již existující horkovod SCZT EOP 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.

Veřejné mínění a soukromí investoři – alfa i omega pro Teplator

Zde je však dobré vzít v úvahu i veřejné mínění. V roce 2020 byl uskutečněn výzkum CVVM, který ukázal, že umístění SMR 50 km a dále od bydliště je přijatelné pro 51 % obyvatel, zatímco pro umístění blíže než 10 km je to přijatelné pouze pro 28 % obyvatel. Zároveň však umístění mimo dosud existující jaderné elektrárny (Dukovany, Temelín) je přijatelné pro 46 % obyvatel. Pokud tedy plánujeme umístění SMR mimo existující jaderné lokality vlastněné a provozované společností ČEZ, tak do procesu musí vstoupit soukromí investoři a provozovatelé energetických zdrojů. Dobrým hypotetickým příkladem je právě popisovaný systém dálkového jaderného vytápění z lokalit TETOV a Elektrárny Chvaletice (ECHV), propojených se současnými SCZT EOP (Hradec králové, Pardubice, Chrudim), a SCZT Praha. Vlastníkem ECHV je soukromá společnost SevEn (Pavel Tykač), vlastníkem EOP je holding EPH (Daniel Křetínský) a vlastníkem pražské soustavy (dříve Pražská Teplárenská a.s.) je francouzská společnost VEOLIA Česká republika.

Závěrečné shrnutí z pohledu celkového energetického mixu ČR

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 velkým 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 zdrojů EOP jaderným TEPLATORem ztrátu menší výrobní kapacity elektrické energie, která by musela být v celkové 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. A to 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