Horkovod z Temelína až do Prahy, případně do Plzně a dalších měst, nebo z Dukovan do Brna. Takové jsou zatím nevyužité možnosti jaderných elektráren v České republice. Je to také jedna z cest, jak efektivně snížit emise oxidu uhličitého v Česku.

Téma snižování emisí skleníkových plynů v posledních 20 letech trvale sílí. Ekologická hnutí a zájmové organizace dokonce navrhují úplnou dekarbonizaci energetiky. Tuto vizi rozpracovává například dokument Roadmap 2050, který požaduje snížit emise skleníkových plynů k roku 2050 o 80 až 95 % oproti stavu roku 1990. Výrazného snížení emisí skleníkových plynů navrhují tyto organizace docílit pomocí kombinace vysokých úspor a dekarbonizace především v průmyslu a energetice.

 

Proč vytápět jadernými zdroji?

Opatření na úspory energií jsou integrální součástí evropské energetické politiky i národních politik a akčních plánů. Přinejmenším v posledním desetiletí je za pomoci dotací výrazně investováno do snižování energetické náročnosti, zateplování, do výměny spotřebičů za energeticky efektivnější. Důvodně očekáváme, že rozhodující podíl na snížení emisí skleníkových plynů bude dosažen nikoliv pomocí úspor, ale pomocí změny způsobu výroby elektřiny, tepla a využití energie v dopravě.

V rámci projektu Očekávaná dlouhodobá rovnováha mezi nabídkou a poptávkou elektřiny a plynu, který pro operátora trhu, společnost OTE, a. s., vytváří EGÚ Brno, a. s., byla v roce 2015 analyzována mimo jiné i limitní varianta s názvem Nízkouhlíková. Jedná se o Case Study, ve které je rozvoj energetiky navržen tak, aby bylo v roce 2050 dosaženo snížení emisí CO₂ o 93 % oproti roku 1990, a aby tedy byl splněn cíl Roadmap 2050 pro oblast energetiky.

Aby bylo dosaženo požadovaného snížení emisí, byl v této variantě navržen extrémní a v některých oblastech až limitní rozvoj obnovitelných zdrojů. Navrženy byly také velmi vysoké úspory ve spotřebě energií až na hranici realizovatelnosti. Při návrhu varianty bylo postupováno od nejméně nákladných řešení snižování emisí směrem k nejnákladnějším a pokaždé bylo prověřováno, zdali aplikované změny již vedou k požadovanému snížení emisí CO₂. Podrobnější informace o analýzách a výsledcích budou publikovány na webu společnosti OTE, a. s.

V tomto článku ukážeme, jak by v prostředí ČR bylo možno snížit emise CO₂ a také škodlivin využitím vytápění z jaderných elektráren Temelín a Dukovany. K možnosti vytápění z jaderných elektráren bylo během řešení přikročeno až po vyčerpání ostatních, méně problematických způsobů redukce emisí CO₂ (úspory, náhrada uhlí, využití obnovitelných zdrojů).

 

O hlavním městě se dosud neuvažovalo

Vytápění z jaderných elektráren je v české energetice téma relativně staré. Existuje zpracovaná studie na využití tepla z Dukovan v Brně. Uvažováno bylo rovněž se zavedením tepla do Českých Budějovic. Ostatní lokality nebyly nikdy prověřovány z důvodu malé významnosti či velké vzdálenosti od jaderné elektrárny. Aktuálně je v provozu horkovod o délce 34 km z hnědouhelné Elektrárny Mělník, dimenzovaný na 650 MW_t. Tento horkovod zásobuje 95 tisíc domácností; je rozhodujícím zdrojem dodávek tepla pro pražskou aglomeraci. Jeho provozní parametry ukazují, že dálkový rozvod tepla může být velmi efektivní. Horkovod funguje s účinností přibližně 98 %.

Na Slovensku byl projekt jaderného vytápění dotažen do stadia realizace a jaderná elektrárna Jaslovské Bohunice je dnes rozhodujícím dodavatelem tepla pro Trnavu i další města.

O možnosti vytápění z jaderných elektráren hovoří i Státní energetická koncepce prostřednictvím návrhu dílčího cíle D.6. v oblasti Výroby a dodávky tepla (kapitola 5.4 SEK): „Podporovat maximální využití tepla z jaderných elektráren k vytápění větších aglomeračních celků v blízkosti těchto zdrojů. V úvahu tak připadají lokality Brna, Jihlavy, Dukovan, Českých Budějovic, příp. dalších v horizontu do r. 2030.“

 

Technická realizace

V mnoha článcích je opakovaně chybně uváděno, že jelikož je tepelná účinnost jaderné elektrárny přibližně 30 %, bylo by vhodné využít k vytápění zbylých 70 % tepla, které se nyní bez využití vypouští pomocí chladících věží. Toto teplo ale pro účely vytápění využitelné není, protože teplota chladící vody na vstupu do chladící věže je v jaderných elektrárnách v ČR jen přibližně 30 °C. Pro vytápění pomocí jaderné elektrárny přichází v úvahu pouze teplo odběrové páry z turbíny. Ještě v areálu elektrárny by teplo páry pomocí výměníku přešlo v teplo horké vody, která by byla dále přenášena přetlakovým potrubím. Teplota vody přímé větve horkovodu by byla přibližně 160 °C, teplota vody vratné větve pak 70 °C.

Pokud by se toto řešení využilo u stávajících jaderných elektráren, znamenalo by ale vedle problémů s koordinací odběru tepla a výroby elektřiny se striktními požadavky na jadernou bezpečnost také snížení jejich dosažitelného výkonu, a to přinejmenším pro období topné sezóny. Přibližně můžeme konstatovat, že za určitých okolností na každý megawatt odebírané tepelné energie dojde ke snížení elektrického výkonu jaderných elektráren v ČR o přibližně 137 kW. Ztrátový koeficient tedy dosahuje hodnoty 0,137 MW_e/MW_t.

Jak by vypadal předpokládaný horkovod? Projekt dodávek tepla z Jaderné elektrárny Dukovany do brněnské aglomerace, připravovaný už v 80. letech 20. století, počítal s tím, že půjde o potrubí 2x DN 1000 (přímá a vratná větev), vedené na nadzemních patkách. Uvažováno bylo i s podzemním vedením, které by snížilo ztráty, či zmenšila vrstva izolace. Náročnější by ovšem byla výstavba a vzhledem k ochrannému pásmu by i tak byl pozemek nad potrubím blokován pro jiné využití. Přeprava tepla na velké vzdálenosti by vyžadovala instalaci čerpacích stanic i po trase, zejména v případě členitějších terénů.

 

Zásobované lokality a výrobny

Vytápění jadernými elektrárnami přichází z důvodu vzdálenosti a významnosti odběru tepla v úvahu především pro dvě největší aglomerace (Prahu a Brno) a dále pro České Budějovice a pro Plzeň. Jako další alternativy se nabízí několik menších odběrů z hypotetického horkovodu na Prahu, které jsou blízko trasy: pro vedení horkovodu po levé straně Vltavy, které je nutné pro zavedení do Plzně, by v úvahu přicházely ještě Strakonice, Písek, Příbram a Beroun. Pro případ pravobřežního vedení, které prakticky znemožňuje vedení tepla do Plzně, pak Tábor a Benešov. Pro tuto analýzu bylo z technicko-ekonomických důvodů navrženo pouze zásobování Prahy, Plzně, Brna a Českých Budějovic.

V grafu na obrázku 1 vidíme současný stav odběru tepla z CZT a očekávanou situaci roku 2050 ve výše zmíněných lokalitách. Poklesy spotřeby tepla jsou výsledkem predikce, která zahrnuje jak ekonomický růst a demografický vývoj, tak aplikaci úsporných opatření a částečně pak také přechod k decentrálnímu zásobování teplem (bližší informace by byly nad rámce tohoto článku).

Jak vidíme z grafu na obrázku 1, zdaleka nejvýznamnější odběr představuje hlavní město Praha, a to i po redukci spotřeby (stav roku 2050). Součet spotřeb všech ostatních možných lokalit představuje přibližně stejné množství tepla jako odběr Prahy. Tepelný odběr Plzně je v uvedeném seznamu druhý nejvýznamnější.

Níže uvedená tabulka 1 ukazuje délky a navržené přepravní výkony horkovodů do uvažovaných lokalit. Vedení horkovodu směrem na Prahu je uvažováno po levém břehu Vltavy a umožnilo by napojení také Strakonic, Písku, Příbrami a Berouna. Vzhledem k významnosti odběru však nepředpokládáme, že by byla tato napojení rentabilní, a to ani při vysokém tlaku na snižování emisí CO₂.

 

 

Další tabulka ukazuje přehled výroben v kombinované výrobě elektřiny a tepla, které nyní zásobují teplem z CZT Prahu, Plzeň, Brno a České Budějovice. Spalovny komunálního odpadu nejsou započteny, protože se nepočítá, že by byly nahrazeny.

 

Energeticky převládá hnědé uhlí. V případě realizace vytápění těchto lokalit z jaderných elektráren Temelín a Dukovany by právě tyto výrobny byly odstaveny a jejich spotřeba fosilních zdrojů a příslušná produkce skleníkových plynů a škodlivin by zcela odpadla. Celkem jde o přibližně 19 PJ ( 5 TWh) tepla.

 

Jaký bude vliv na primární zdroje a emise škodlivin?

Využití tepla z jaderných elektráren by výrazným způsobem snížilo emise škodlivin a skleníkových plynů na celostátní úrovni. Níže uvedené tabulky ukazují odhadované hodnoty pro rok 2016 (tabulka 3) a situaci roku 2050 (tabulka 4) pro vývoj navržený v základních rysech dle varianty Nízkouhlíkové, ale se zachováním využití fosilních zdrojů pro tři řešené lokality (viz tabulku 2).

Jak je ze srovnání tabulek 3 a 4 vidět, hodnoty emisí škodlivin a CO₂ významně klesnou: u oxidu siřičitého je očekáván pokles o 66 %, u oxidu uhličitého o 25 %. Tyto poklesy jsou dány zejména aplikací ekologizačních opatření (souvisí se směrnicí 2010/75/EU, o průmyslových emisích), přechodem k decentrální výrobě a aplikací úsporných opatření.

Pokud by byly prezentovány výsledky po realizaci jaderného vytápění Prahy, Plzně, Českých Budějovic a Brna, obsahovala by další tabulka jen nulové hodnoty. Veškerá dodávka tepla pro tyto čtyři řešené lokality by byla nahrazena dodávkou tepla z jaderných elektráren Temelín a Dukovany.

 

 

 

Využití jaderných elektráren k vytápění Prahy, Plzně, Českých Budějovic a Brna by výrazně zasáhlo do struktury dodávek tepla z CZT v ČR. Obrázek 2 uvádí srovnání struktury výroby centrálně dodávaného tepla v ČR pro současný stav (rok 2016) a pak pro rok 2050 bez využití jaderného tepla (odpovídá tabulce 4) a s využitím jaderného tepla. Podíl jaderné energie na dodávkách tepla v CZT by po realizaci vytápění ve výše navržené podobě (třetí sloupec v obrázku 2) činil 20 %. Propad dodávky tepla v CZT pro rok 2050 je způsoben jednak aplikací úspor a jednak odchodem od CZT k decentrální výrobě.

Následující tabulka ukazuje, kolik paliv bude možno ušetřit, pokud se přikročí k navrženému zásobování vybraných lokalit z jaderných elektráren. Tabulka ukazuje, kolik paliv bude pravděpodobně spotřebováno v roce 2016, kolik by bylo spotřebováno v roce 2050, kdyby nedošlo k realizaci jaderného vytápění (třetí sloupec) a stejné množství je přímo uspořené množství paliva při realizaci jaderného vytápění.

 

 

Návrat investice i do 10 let

V předchozích odstavcích bylo ukázáno, jak by mohlo být využití jaderného energie pro vytápění z CZT realizováno a jaké by to mělo dopady. Další otázkou všech těchto úvah je investiční náročnost a rentabilita.

Bilanci investic a doby návratnosti si můžeme ukázat na příkladu dodávky tepla z jaderné elektrárny Temelín do Prahy v délce kolem 100 km. Investiční náročnost byla stanovena na základě srovnání s obdobnými projekty potrubních liniových staveb.

Odhad ceny horkovodu Temelín–Praha včetně nutných úprav v objektu jaderné elektrárny a napojení na teplovodní síť pouze v Praze činí přibližně 25 mld. Kč (všechny hodnoty v korunách jsou uvedeny v cenách roku 2016). Tato částka by zvýšila současnou cenu nového jaderného bloku 1200 MW o cca 14 %. Plánovaný horkovod by tak vyžadoval investice přibližně 200 mil. Kč na kilometr délky. Pokud by se Praze dodávalo z Temelína ročně kolem 8 PJ tepla v ceně 250 Kč/GJ, pak by roční tržby z dodávky tepla dosáhly přibližně 2 mld. Kč. Do kalkulace návratnosti pak zasáhne rovněž ztráta tržeb na nevyrobenou a nedodanou elektřinu, která by při ceně 30 Euro za MWh činila 234 milionů Kč ročně. Jestliže by se roční palivové a provozní náklady na výrobu a dodávku tepla (včetně ztráty příjmů za elektřinu) pohybovaly na úrovni kolem 1 mld. Kč, pak by roční cash flow z dodávky tepla dosáhl hodnoty kolem 1 mld. Kč a prostá doba návratnosti by činila přibližně 25 roků.

 

Uvedený odhad je jen orientační a říká pouze, že projekt by mohl být ekonomicky efektivní a nepatří mezi ty projekty, které by z titulu ekonomické nenávratnosti měly zůstat mimo vážnou diskusi. Výsledky analýz pro všechny tři lokality shrnuje tabulka 5. Tabulka uvádí i kalkulaci ztráty za nevyrobenou a nedodanou elektřinu.

 

Závěry

Analýza, o jejíchž některých výsledcích informuje tento text, byla provedena v rámci řešení studie Očekávaná dlouhodobá rovnováha mezi nabídkou a poptávkou elektřiny a plynu. Výsledky byly uveřejněny se svolením společnosti OTE, a. s., která projekt zaštiťuje. Z provedených analýz je možno učinit několik závěrů:

• Využití jaderné energie pro vytápění pomocí CZT by mohlo být racionálním řešením v situaci výrazného tlaku na snižování emisí skleníkových plynů, tedy v situaci, kdy by byl vyžadován vývoj v intencích dokumentu Roadmap 2050.
• V podmínkách ČR existují čtyři lokality, do kterých by se velmi pravděpodobně vyplatilo dodávat teplo z jaderných elektráren: Praha, Plzeň, České Budějovice a Brno. Další lokality, u kterých by zásobování přicházelo v úvahu, jsou: pro případ levobřežního vedení (které je nutné pro napojení Plzně) Strakonice, Písek, Příbram a Beroun, a pro vedení horkovodu z Temelína do Prahy po pravé straně Vltavy pak Tábor a Benešov (prakticky znemožňuje zásobování Plzně).
• Realizace jaderného vytápění Prahy, Plzně, Brna a Českých Budějovic by v roce 2050 umožnila uspořit přibližně 1 mil. tun hnědého uhlí, 77 tis. tun biomasy a 90 mi. m³ zemního plynu. Poměry mezi palivy by mohly být při jiné koncepci rozvoje odlišné.
• V roce 2050 by se nahrazením fosilních paliv jadernou energií při CZT vytápění Prahy, Plzně, Českých Budějovic a Brna mohlo ušetřit přibližně 19 PJ primární energie fosilních paliv, což by znamenalo snížení emisí SO₂ o 1,2 kilotun, snížení emisí NO_x také o 1,3 kilotun a snížení emisí CO₂ o 1,4 megatuny (ve srovnání se stavem zachování využití fosilních paliv).
• Bez realizace jaderného vytápění (tedy ve srovnání se stavem zachování využití fosilních paliv) Prahy, Plzně, Českých Budějovic a Brna by v sektoru elektroenergetiky a teplárenství byly emise SO₂ vyšší o přibližně 39 %, emise NO_x by byly vyšší o přibližně 17 % a emise CO₂ o přibližně 40 %.
• Doba návratnosti investice do jaderného vytápění čtyř vybraných lokalit vychází při cenách tepelné energie a elektřiny na dnešní úrovni okolo od 24 do 47 let. Zásobování všech lokalit vyjma Prahy by za těchto okolností bylo nerentabilní. Důvodně však předpokládáme, že ceny energií budou již k horizontu roku 2020 růst na úroveň obvyklou přibližně před rokem 2008, a že se tak doby návratnosti investic výrazně zkrátí na úroveň přibližně 9 až 18 let.
• Nejkratší návratnost vychází pro zásobování Prahy, a to především díky násobně vyšší spotřebě. Naopak rentabilita zásobování Plzně by i při výrazném nárůstu cen energií zůstala diskutabilní.
• Projekt jaderného vytápění nepatří v podmínkách České republiky mezi ty, které by měly například z titulu ekonomické nenávratnosti zůstat mimo vážnou diskusi. Naopak doporučujeme provést detailnější analýzy a kalkulace, především pro zásobování Prahy a Českých Budějovic.
• Využití jaderného tepla je vážnou variantou zajištění vytápění v situaci výrazného tlaku na snižování emisí skleníkových plynů a škodlivin a v situaci výstavby nových jaderných bloků a nutnosti refrofitu stávajících výrobních jednotek tepla, tedy přibližně k horizontu roku 2040.
• Přinejmenším z pohledu vlastníků a provozovatelů teplárenských sítí a jaderných elektráren jde podle výsledků našich předběžných analýz o zajímavou příležitost nevyklidit pole jiným způsobům zajištění energetické poptávky.

 

Pavel Liedermann, EGU Brno, a. s.

Michal Macenauer, EGU Brno, a. s.

Oldřich Muselík, EGU Brno, a. s.

Zdeněk Nuzík, EGU Brno, a. s.

Jan Toufar, EGU Brno, a. s.

 

O AUTORECH:

Ing. Pavel Liedermann

Absolvent oboru Elektroenergetika na Fakultě elektrotechnické VUT Brno. Od roku 1987 zaměstnán ve společnosti EGÚ Brno, a. s.; zabývá se problematikou zdrojové základny elektrizační soustavy, sektoru plynárenství jako celku, oblastí primárních energetických zdrojů a bilancemi elektrizační a plynárenské soustavy.

Mgr. Ing. Michal Macenauer, Ph.D.

Absolvent oborů Elektroenergetika a Elektrické stroje, přístroje a pohony Fakulty elektrotechniky a informatiky VŠB-TUO a oboru Sociologie fakulty Sociálních studií Masarykovy univerzity; od roku 2005 zaměstnán v poradenské firmě EGÚ Brno, a. s.; věnuje se otázkám systémové elektroenergetiky a plynárenství, zejména problematice predikcí spotřeby elektřiny, plynu a tepla, a oblasti nových technologií.

Ing. Oldřich Muselík, CSc.

Absolvent oboru Elektroenergetika Fakulty elektrotechniky VUT Brno; od roku 1971 zaměstnán v poradenské firmě EGÚ Brno, a. s.; věnuje se otázkám systémové elektroenergetiky, zejména problematice bilancí energetických soustav, oblasti nových zdrojů energie a problematice ekonomie energetiky.

Ing. Zdeněk Nuzík

Absolvent oboru Elektroenergetika Fakulty elektrotechniky VUT Brno; od roku 1979 zaměstnán v poradenské firmě EGÚ Brno, a. s.; věnuje se otázkám systémové elektroenergetiky, zejména problematice spolehlivosti provozu soustavy.

Ing. Jan Toufar

Absolvent oboru Elektroenergetika Fakulty elektrotechniky VUT Brno; od roku 1993 zaměstnán v poradenské firmě EGÚ Brno, a. s.; věnuje se otázkám systémové elektroenergetiky, zejména problematice provozu soustavy a regulačních výkonů.