Použité jaderné palivo pro dálkové vytápění

Vědci z Českého vysokého učení v Praze a Západočeské univerzity v Plzni navrhují převratné inovativní řešení – využít použité (vyhořelé) jaderné palivo jako zdroj tepla pro města či průmysl! V použitých palivových článcích už neprobíhá žádná štěpná reakce, ale stále se v něm rozpadají štěpné produkty, přičemž vzniká mnoho tepla. Teplo z radioaktivního rozpadu by se dalo využít k ohřevu vody a odtud je jen krůček k systému veřejného dálkového vytápění či zásobování průmyslu teplem.

Nápad vznikl ve výzkumném ústavu CIIRC ČVUT ve spolupráci s fakultou elektrotechnickou ZČU v Plzni. Tým vedený profesorem Radkem Škodou již patentoval tuto technologii pod názvem Teplator. Rozměry zařízení jsou podobné rozměrům výzkumných reaktorů, které se běžně provozují v Evropě. Technologie a projekt jsou jednodušší, protože zařízení produkuje pouze tepelnou energii a nikoliv elektřinu. Podle Radka Škody by bylo možné ze zásob použitého paliva, které je už nyní v ČR k dispozici, vytápět všechna velká česká města. 

Teplator 

Koncepce centrálního zásobování teplem používá pouze známé a ověřené komponenty. Použité palivo z jaderných elektráren se nemusí nijak upravovat. Bude používat použité palivo, které je vhodné nejen pro české jaderné elektrárny, ale které je například i v odstavené jaderné elektrárně v Greiswaldu ve východním Německu. Její vyhořelé  palivo by mohlo vytápět například  Lipsko (Leipzig) nebo Halle. Náklady na vytápění by byly asi poloviční ve srovnání se zemním plynem. Nejjednodušší verze Teplatoru je projektována na provoz při atmosférickém tlaku a teplotě vody 100 °C a bude vyžadovat méně složitá technická řešení a materiály. Vzhledem k současnému přechodu na čisté energie je o tuto koncepci vytápění zájem. Po postavení Teplatoru by náklady na palivo byly zanedbatelné, což by výrazně ovlivnilo i cenu za dodané teplo a zejména její stabilitu. 

Teplator bude mít výkon v rozmezí 50–200 MW, investiční náklady by měly být nižší než 30 milionů eur a náklady na teplo nižší než 4 eura/Gigajoule (v cenách roku 2019). Využitím tepla z tohoto zdroje se sníží ekologická stopa a díky využívání použitého paliva z konvenčních tlakovodních reaktorů se rovněž lépe využije jaderné palivo. Díky tomuto projektu a velikosti Teplatoru bude možno využít toto zařízení v blízkosti konečných uživatelů. Nová technologie bude zvlášť vhodná pro země, které skladují tisíce vyhořelých palivových článků v kontejnerech nebo v bazénech vyhořelého paliva. 

Kontroverze 

Projekt Teplator dosud nezískal stavební povolení, ale hledá se vhodná lokalita pro výstavbu prvního zařízení. Teoreticky by mohl být v provozu do deseti let – klíčový je ovšem postoj Státního úřadu pro jadernou bezpečnost.

„Teoreticky to samozřejmě smysl dává, ovšem problémy především s využitím již vyhořelého paliva jsou tak velké, že si neumím představit zajištění bezpečnosti. Nemluvě o fyzické ochraně, kdyby se po republice pohybovalo na příliš mnoha místech různě vyhořelé palivo, které samo o sobě představuje riziko. Nikde není zmíněn režim manipulace s palivem na lokalitě, která je v tomto případě naprosto klíčová,“ říká Dana Drábová, předsedkyně SUJB. „Použité palivo, které by bylo pro vytápění prakticky zadarmo, láká fyziky a inženýry déle než 40 let. Zhruba tucet vědců, kteří se podíleli na vývoji Teplatoru, mnohdy nebylo ještě na světě, když jejich předchůdci po delší úvaze myšlenku využití použitého paliva opustili. Tím není řečeno, že se nemůže objevit nový nápad, který by nebyl uskutečnitelný", říká František Hezoučký, někdejší ředitel Jaderné elektrárny Temelín. 

Demonstrační Teplator má následujícící charakteristiky: 

pracuje při atmosférickém tlaku,

má tři těžkovodní smyčky,

má tři tepelné výměníky v primárním okruhu,

má tři oběhová čerpadla,

má 55 palivových článků v aktivní zóně reaktoru.  

Aktivní zóna je tvořena nádobou s kanály, v nichž je uloženo palivo. Meziprostor mezi kanály je zaplněn moderátorem. V kanálech, v nichž je uloženo palivo, proudí chladivo, které dále proudí soustavou trubek, na jejichž výstupu se nachází kolektor, kam je chladivo svedeno ze všech kanálů, potažmo trubek. Z tohoto kolektoru jsou vyvedeny tři trubky, každá ústí do jednoho výměníku. Chladivo projde primární stranou výměníku a přes čerpadlo a spodní rozdělovací komoru se dostává zpět do kanálů s palivem. V sekundárním okruhu (tzv. meziokruhu) proudí sekundární teplonosné médium (dle provozních parametrů se zvažuje  voda nebo roztavená sůl), které předává teplo z primárního okruhu do vlastního topného okruhu přes sekundární výměník. Součástí meziokruhu jsou dva zásobníky sloužící jako systém na ukládání energie pro teplárenské špičky. Zásobníky jsou napojeny do okruhu a jsou schopny zároveň odvést a uložit teplo ze zbytkového výkonu paliva. Terciární neboli vlastní topný okruh je pak již sestava sekundárního výměníku a trubek, které rozvádí teplonosné médium (vodu/páru) ke koncovému zákazníkovi.

(Obrázky na TEPLATOR – dostupné teplárenství 21. století | CIIRC (cvut.cz))

Zdroje:

Czech researchers propose used fuel as a source for district heating - Nuclear Engineering International (neimagazine.com)     

TEPLATOR – dostupné teplárenství 21. století | CIIRC (cvut.cz)

Nezralý koncept. Český jaderný Teplátor je podle expertů nedomyšlený - Seznam Zprávy (seznamzpravy.cz)