Zpráva o mezinárodní konferenci Jaderná energetika 2024 – bezuhlíková budoucnost Evropy

Ve dnech 12. a 13. září 2024 se na Západočeské univerzitě v Plzni, v budově výzkumného centra NTIS, konal již čtrnáctý ročník odborné konference Jaderná energetika s podtitulem „bezuhlíková budoucnost Evropy“.

Zakladatelem této řady konferencí byl a stále je Jan Zdebor, vedoucí oddělení jaderné energetiky z katedry energetických strojů a zařízení Fakulty strojní ZČU v Plzni.

První den bylo přítomno téměř 200 účastníků z tuzemska a mnoha dalších zemí. Prezentace a videozáznamy většiny přednášek jsou na https://www.jadernedny.cz. Tradiční dvoudenní konference se skládala ze dvou moderovaných kulatých stolů a ze tří odborných sekcí.

První den dopoledne se konal kulatý stůl na téma „dekarbonizace energetického mixu EU a ČR“ a odpoledne sekce „příprava nových odborníků pro jadernou budoucnost Evropy“ a „životní cyklus jaderné elektrárny“. Druhý den se se konal kulatý stůl „jaderné zdroje tepla pro dálkové vytápění“ a odpoledne sekce „SMR – budoucí energetické zdroje“.

Dekarbonizace energetického mixu EU a ČR

Tomáš Ehler, pověřený řízením sekce jaderné energetiky a nových technologií ministerstva průmyslu a obchodu, seznámil účastníky s ukazateli výroby elektřiny v roce 2023. Jaderné palivo mělo podíl 40 %, hnědé uhlí 36 %, černé uhlí 2 %, OZE 14 %, zemní plyn 4 % a bioplyn a ostatní plyny 4 %. Hlavními body jeho prezentace bylo získání souhlasu Evropské komise s poskytnutím veřejné podpory pro nový jaderný zdroj v elektrárně Dukovany (30. dubna 2024) a usnesení vlády ze dne 17. července 2024 k vyhodnocení preferovaného dodavatele Korea Hydro & Nuclear Power (KHNP). Dále se věnoval malým modulárním reaktorům (SMR – Small Modular Reactor). Pokud jde o tyto zdroje, společnost ČEZ si vybrala britský SMR Rolls-Royce s elektrickým výkonem 470 MW, v rámci amerického dotovaného projektu Phoenix vybírá společnost Sokolovská uhelná – SUAS, vhodný typ SMR do lokality Tisová nebo Vřesová a dalším zájemcem o nasazení SMR je Orlen Syntos (Orlen Syntos Green Energy – OSGE) pro lokalitu Litvínov.

V závěru informoval o alianci EU Nuclear Alliance, která byla založena v roce 2023 a jejímiž členy jsou Bulharsko, Chorvatsko, Česká republika, Finsko, Francie, Maďarsko, Nizozemsko, Polsko, Rumunsko, Slovensko, Slovinsko a Švédsko plus Belgie a Itálie jako pozorovatelé.

Jan Barták, prezident francouzské konzultační a inženýrské společnosti NucAdvisor, ve své přednášce Francouzská jaderná energetika a její význam pro dekarbonizaci Evropy seznámil účastníky s úspěchy francouzského jaderného programu a se stavem francouzského jaderného průmyslu. Srovnal situaci ve Francii a v Německu: při zhruba stejné výrobě elektřiny má Německo, které je již bez jaderných zdrojů, sedmkrát vyšší emise oxidu uhličitého. Je evidentní, že Německo svojí energetickou transformací Energiewende nikdy nemůže dosáhnout tak nízkých emisí jako Francie.

Karel Vinkler, ředitel sekce Strategie ČEPS, se věnoval roli jaderné energetiky v procesu dekarbonizace z pohledu provozovatele přenosové soustavy. Ve své prezentaci zdůraznil, že po roce 2025 se změní čistá exportní pozice ČR na importní a v letech 2030 a 2035 se bude obchodní saldo elektřiny pohybovat okolo 20 %. Půjde z velké části o tzv. ekonomický import, který reaguje na konkurenční cenu v zahraničí.

Pokud jde o jadernou elektřinu, Karel Vinkler shrnul, že v ČR jsou dvě lokality o celkovém netto instalovaném výkonu 4 099 MW a roční netto výrobě téměř 29 TW·h. V Jaderné elektrárně Temelín (JETE) jsou dva bloky, každý o čistém instalovaném výkonu 1 069 MW. V Dukovanech (EDU) jsou nyní čtyři bloky o výkonu 490 MW. Životnost bloků by měla být 60 let, tj. do druhé poloviny 40. let. Aktuální výhledy provozovatele předpokládají, že okolo roku 2035 by měl být v Temelíně do provozu uveden malý modulární reaktor o instalovaném výkonu 285 MW (jako preferovaný dodavatel však byl v září 2024 vybrán Rolls-Royce, jehož reaktor má výkon 470 MW; obr. 1). V Dukovanech na základě výsledků tendru budou konsorciem KHNP vybudovány dva nové bloky, každý o výkonu téměř 1 000 MW (obr. 2). Připojení je plánováno v letech 2036 až 2038. Budování dalších zdrojů spadá až za rok 2040.

Petr Závodský, generální ředitel Elektrárny Dukovany II, podal informaci o postupu povolování a licencování nového bloku EDU 5. Alois Míka, poradce KHNP, podrobně a zasvěceně hovořil o schopnostech a ochotě KHNP vyhovět v plném rozsahu požadavkům společnosti ČEZ a Daniel Procházka, provozní a obchodní ředitel Doosan Škoda Power, prezentoval současné možnosti českého průmyslu a jaderné energetiky. Energetické strojírenství má v Česku silnou pozici, jde o výrazně exportně zaměřený obor s aspirací účasti v mezinárodních projektech SMR. Naproti tomu české firmy již déle než dvě desetiletí nevyráběly tlakové nádoby reaktoru, parogenerátory, potrubí primárního okruhu, hlavní cirkulační čerpadlo reaktoru. Tématem dne je tedy možnost znovuzískání kompetence pro opakované projekty SMR:

• komponenty jaderného ostrova (zejména Škoda JS),
• manipulace s palivem (Škoda JS, Alta, Královopolská),
• systémy chlazení aktivní zóny (Chemcomex, Arako, Moravia Systems, MSA, VAG, Sigma),
• HVAC (ZVVZ, Janka Radotín),
• nakládání s radioaktivními odpady (Nuvia, VF, Chemkomex, Žďas),
• systémy pro provoz a údržbu (Škoda JS),
• mechanická stavební část jaderného ostrova (Vítkovice Energetické strojírenství),
• parní turbína (Doosan Škoda Power),
• kondenzace, regenerace (Doosan Škoda Power, Mico, PBS),
• řídicí systém (ZAT),
• měření a regulace, elektro, kabeláž (I&C Energo, Invelt, Elektro Kroměříž),
• armatury, potrubní systémy (ABO Valve, Armatury Group, G-team, Moravia Systems, Stampa),
• čerpadla (Sigma).

Po ukončení kulatého stolu následovalo přímo v posluchárně vyhlášení vítězných studentských prací mezinárodní posterové sekce. Potom byla slavnostně otevřena výstavní expozice v aule budovy FST. Tato expozice byla přístupná nejen účastníkům konference, ale i široké odborné veřejnosti (obr. 3).

Příprava nových odborníků pro jadernou budoucnost Evropy

Sekci „příprava nových odborníků pro jadernou budoucnost Evropy“ moderoval prof. Tomáš Čechák z FJFI ČVUT v Praze, předseda CENEN (Czech Nuclear Education Network Association). V sekci prezentovali prof. John Roberts z Mezinárodní agentury pro jadernou energii (MAAE), Leon Cizelj – prezident ENS (European Nuclear Society) a ENEN (European Nuclear Education Network), Ki Sig Kang z KINGS (KEPKO International Nuclear Graduate School, Ulsan) a Jan Rataj z katedry jaderných reaktorů FJFI ČVUT.

Navečer se konala druhá sekce, „životní cyklus jaderné elektrárny“, jejímž odborným garantem byl Lukáš Vondrovic, ředitel SÚRAO. V sekci postupně vystoupili: prof. Vladimír Slugeň, STU Bratislava, Zoltán Takács, MVM EGI Maďarsko, Jaroslav Holý, vedoucí oddělení Spolehlivost a rizika ÚJV Řež, Peter Krupa, JE V1, JAVYS, a Antonín Rudolf, vedoucí oddělení Konstrukce strojní Škoda JS.

Jaderné zdroje tepla pro dálkové vytápění

Diskusní stůl druhého dopoledne moderoval Jiří Marek, prezident Spolku Jaderní veteráni. Jan Barták z firmy NucAdvisor, Francie, popisoval modulární reaktor Calogena, který je speciálně navržen pro sítě dálkového vytápění třetí a čtvrté generace. Jde o jaderné výtopny pro městské vytápění. V rámci vládního programu Francie 2030 nabízí Calogena řešení pro dekarbonizaci městského vytápění pomocí reaktoru s využitím technologií bazénového typu známého z výzkumných reaktorů (obr. 4). S tepelnou kapacitou 30 MW je reaktor určen k instalaci přímo v centrech měst nebo v příměstských oblastech, tak jako jsou mnohdy umístěné výzkumné reaktory, např. v Praze v budově FJFI ČVUT v Holešovičkách nebo v Řeži u Prahy. Reaktor bude mít výstupní teplotu 70 až 110 °C, životnost delší než 60 let, plochu areálu 3 000 m², schopnost sledovat zatížení (load following) 20 až 100 % jmenovitého výkonu, palivem bude UO₂ 3,4 %, výměna paliva bude třeba každé dva roky, vlastní spotřeba bude 3 000 kV·A, spotřeba vody 5 m³ za den.

Jiří Vecka, ředitel Teplárenského sdružení ČR, informoval o transformaci teplárenství ČR do roku 2030 a dále. Především mluvil o tom, že dopady cíle snížení emisí v EU do roku 2040 o 90 až 95 % budou pro Teplárenské sdružení problematické. Snížení emisí do roku 2040 oproti roku 2015 znamená pro jednotlivé obory: v energetice o 101 % (záporné emise), v průmyslu o 85 %, v dopravě o 85 %. Sektorem s největšími emisemi se stane zemědělství (76 %). Problematické je masivní spoléhání na technologie v průmyslovém měřítku neověřené, např. podzemní ukládání uhlíku.

Transformace teplárenství v ČR do roku 2030 vyžaduje zdroje financování. Vzhledem ke vzrůstající nutnosti dekarbonizace je třeba modernizovat zdroje do roku 2030 – aktualizované odhady nákladů jsou více než 200 miliard korun.

Významné je využití tepla z jaderných elektráren v soustavě zásobování tepelnou energií (SZTE). Především jde o stávající jaderné elektrárny:

• JE Temelín – již napojena na SZTE České Budějovice – napáječ přibližně 26 km, plánovaná dodávka 800 TJ/rok,
• JE Dukovany – plánované napojení na SZTE Brno, projekt v počáteční fázi, zařazení tepelného napáječe mezi prioritní stavby energetické infrastruktury, nicméně výhled realizace je do roku 2030 – napáječ zhruba 42 km, plánovaná dodávka minimálně 2 PJ/rok, investice přibližně 19 miliard korun.

Vladimír Wagner z Ústavu jaderné fyziky AV ČR se věnoval jaderným reaktorům jako nízkoemisním zdrojům tepla. Petr Neuman z inženýrsko-konzultačního sdružení Neureg Praha upozornil, že u bloků SMR podle klasifikace Mezinárodní agentury pro jadernou energii (IAEA) je jednou z hlavních specifikací integrovaná konstrukce bloku umožňující vyrábět všechny komponenty ve výrobním závodě, rovněž tam kompletovat moduly a pouze konečnou montáž a uvádění do provozu celého bloku rea­lizovat až na stavbě. Pro takové řešení SMR je však vhodné sekundární okruh projektovat a konstruovat modulárně a integrovaně. Další specifikací podle dokumentů IAEA je funkčnost odběru tepla do soustav zásobování teplem. Petr Neuman proto navrhuje alternativní modulární řešení strojoven s různým poměrem dodávky tepla a elektřiny v kogeneračním (teplárenském) poměru tak, aby byly splněny podmínky pro udržení a rozšíření stávajících SZTE. Takové alternativní řešení strojoven by rovněž zvýšilo konkurenceschopnost českého jaderného strojírenství a umožnilo realizaci exportních zakázek, protože poptávka po SMR ve světě je veliká. Strojovny by mohly být vyvinuty, vyráběny a dodávány i původně českými energetickými strojírnami (nyní korejská Doosan Škoda Power v Plzni, čínská ShaanGu Ekol v Brně atd.).

Podle Petra Neumana strategická koncepce Skupiny ČEZ nezahrnuje zájem o jaderné teplárenství, a to ani ve vzdálené budoucnosti. Lokality pro instalaci SMR (kromě Dukovan a Temelína) vybrané skupinou ČEZ jsou prioritně Tušimice a Dětmarovice. V těchto lokalitách má ale ČEZ elektrárny s malým odběrem tepla.

V následující diskusi namítal Vladimír Wagner, že nejprve musí být řešeny SMR jako primární zdroj elektřiny a teprve potom jako potenciální zdroj tepla. Petr Neuman s tím nesouhlasil, protože alternativní strojovny (turbínový ostrov) jsou nezávislé na jaderném ostrově. Proto lze řešit strojovny „šité dané lokalitě na míru“, a to i časově předtím, než bude vlastní reaktor (jaderný ostrov) jednotlivého typu SMR vyvinut, vyroben a uveden do provozu.

Malé modulární reaktory – budoucí energetické zdroje

Odborným garantem a moderátorem této sekce byl Vladimír Wagner z Ústavu jaderné fyziky AV ČR. Prof. Jakub Handrlica, proděkan Právnické fakulty Univerzity Karlovy v Praze, se zaměřil na flotilu malých modulárních reaktorů na obzoru a na otázku, zda potřebujeme nové jaderné právo. Jan Jílek z útvaru SMR firmy ČEZ popsal hlavní cíle programu SMR ČEZ: do roku 2038 vybudovat dva bloky SMR, jeden v lokalitě ETE do roku 2034 a druhý v nejaderné lokalitě Tušimice, a do roku 2050 vybudovat v ČR SMR s celkovým elektrickým výkonem 3 000 MW. Výstavba velkých jaderných bloků s tlakovodními reaktory a malých SMR je ve firmě ČEZ tlačena vědomím, že do tří let (tzn. do roku 2027) uzavře ČEZ své uhelné elektrárny.

Jiří Duspiva z ÚJV Řež nejprve pohovořil na téma SMR – fakta a mýty ve světle energetické transformace ČR. Pak ukázal tři typy SMR, které jsou vyvíjeny v ÚJV Řež – Centrum výzkumu Řež: Energy Well, HeFASTo (obr. 5) a CR-100. Uvedl porovnání SMR sledovaných skupinou ČEZ s těmi ve vývoji z ÚJV.

Martin Čermák, technický ředitel SUAS Group, informoval o výzkumu potenciálních lokalit pro SMR: elektrárna Tisová a průmyslový komplex Vřesová. Společnost SUAS Group se přihlásila a byla přijata do programu Phoenix, vypsaného ministerstvem zahraničních věcí USA. Společně se SUAS Group uspěl také polský Orlen Syntas Green Energy (OSGE) a firma Slovenské elektrárne. Z programu Phoenix bude hrazeno 75 % nákladů na studie proveditelnosti. Harmonogram výstavby SMR není v porovnání s některými jinými projekty z hlediska uvedení do provozu příliš ambiciózní. Otázka je, zda jde o přístup zbytečně opatrný, nebo z hlediska možností průmyslu reálný.

Martin Groch, ředitel firmy Czechatom, prezentoval její vlastní vývoj SMR David, který má elektrický výkon 100 MW a vychází z projektu již existujících velkých elektráren s tlakovodními reaktory typu VVER (водо-водяной энергетический реактор).

Celý blok David obsahuje dvě jednotky s výkonem po 175 MW tepelných a 50 MW elektrických v pasivně bezpečném provedení s bezpečnostními funkcemi při výpadku a dvojitým ochranným systémem. Jeho předpokládaná životnost je 100 let. Koncept bloku David využívá zavedenou technologii tlakovodních reaktorů, u které je primární výzkum omezený, protože je dostatečně známá. Využívá však i nová technická řešení, např. dvojí kontejnment a dvoumodulovou nádobu reaktoru. Koncept je ideální pro ústřední vytápění, výrobu vodíku a odsolování.

Základní koncepce umožňuje postavit v jedné lokalitě jeden až osm bloků s kombinovaným elektrickým výkonem až 400 MW, což je vhodné pro výměnu zastaralých elektráren a tepláren a uspokojení potřeb středně velkých aglomerací. V současnosti je zahájena etapa basic design. Zahájení vypracování detailního návrhu (detail design) se předpokládá v roce 2026.

Projekt David je velmi zajímavý i ve srovnání s velkými zahraničními projekty (obr. 6).

Tomáš Peltan z Fakulty elektrotechnické ZČU prezentoval český univerzitní projekt ZČU a ČVUT Teplator. Jde o zdroj bez­emisního tepla pro vytápění a průmysl s možnou výrobu elektřiny pomocí ORC (Organic Rankine Cycle). Chladivem a moderátorem je těžká voda, tepelný výkon je 50 až 170 MW, provozní tlak do 2 MPa, výstupní teplota až 192 °C a palivo typu VVER-440 (v současné době se vyvíjí evropská alternativa k ruskému palivu pro reaktory VVER, použít je možné také palivo od americko-kanadské firmy Westinghouse).

Koncepce Teplator využívá primární a inovativní vložený okruh, který zajišťuje bezpečné oddělení primárního okruhu a teplárenské soustavy. Úložiště tepla je určeno pro kompenzaci výroby a spotřeby tepla a pro havarijní dochlazování.

Na základě požadavků budoucích odběratelů lze připojit jednotku ORC na primární okruh, který je od sekundárního okruhu tepelně (a radioaktivně) oddělen. Obecně má ORC menší tepelnou účinnost než paroplynový cyklus, a tak by Teplator vyráběl elektřinu jen v případě jednoznačného zájmu a požadavku zákazníka.

Jako zásadní problém dalšího rozvoje projektu vidí Peltan skutečnost, že nemohou získat podporu státu, protože nejsou firma (podnikatelský subjekt), a nemohou tedy využívat finanční zdroje k tomu určené v Česku a EU. Musí tudíž potřebné lidské odborné kapacity (prozatím pro ně pracují projektanti Škoda JS na bázi individuálních smluv) financovat z českých programů na podporu výzkumu a vývoje (např. TA ČR) a podobných programů EU. Snaží se proto transformovat vývoj Teplatoru na průmyslový projekt, sehnat si průmyslového partnera a investora, což se však dosud nedaří. Teplator je tak doposud typický univerzitní projekt se všemi nevýhodami, které z toho plynou.

Závěrečné shrnutí

Závěrem lze konstatovat, že konference Jaderné dny 2024 byla velmi úspěšná, což je dáno také tím, že je jednou z mála odborných konferencí o české jaderné energetice. Nemálo k tomu přispívá skutečnost, že v Plzni je historicky velká koncentrace firem z oblasti jaderného strojírenství, a především se zázemím odborného školství a vzdělávání.

Petr Neuman,
NEUREG energetické sdružení Praha

Obr. 1. Malý modulární reaktor britské firmy Rolls-Royce – schéma (zdroj: Rolls-Royce)

Obr. 2. Jaderná elektrárna Dukovany má v současné době čtyři výrobní bloky s reaktory VVER 440 (foto: ČEZ)

Obr. 3. Na doprovodné výstavce bylo možné si prohlédnout také model reaktoru APR 1000, který firma KHNP postaví v Dukovanech jako blok EDU 5 (foto: ZČU Plzeň)

Obr. 4. Francouzský modulární reaktor Calogena je určen k dekarbonizaci vytápění městských aglomerací (schéma: Calogena)

Obr. 5. Schéma modulárního jaderného reaktoru Hefasto založeného na technologii plynem chlazeného rychlého reaktoru; může být využit např. při výrobě vodíku (schéma: ÚJV Řež)

Obr. 6. Tak nějak by ideálně mohly vypadat malé modulární reaktory z pohledu zvenčí – na obrázku je studie SMR David společnosti Czechatom (grafika: Czechatom)

Obr. 7. Reaktor Teplator využívá primární a inovativní vložený okruh, což zvyšuje jeho bezpečnost (grafika: Teplátor, a. s.)