Finský SMR jako výtopna pro dálkové vytápění

Společnost Steady Energy byla v roce 2023 vyčleněna z finského státního technického výzkumného střediska VTT a vyvíjí malý modulární reaktor LDR-50 s tepelným výkonem 50 MW, který je navržen pro provoz při teplotě kolem 150 °C. Na rozdíl od téměř všech ostatních malých modulárních reaktorů, které se vyvíjejí po celém světě, není navržen tak, aby vyráběl elektřinu, nebo elektřinu a teplo. Místo toho je navržen tak, aby produkoval pouze teplo.

Technologie reaktoru

• Nízkotlaký lehkovodní reaktor umožňující výstupní teploty až 150-160°C na základě reaktoru typu LDR-50, vyvíjeného ve VTT od roku 2020.
• Nastavitelné moduly v režimu sledování zátěže, přičemž každý reaktor má rozsah od 10 do 50 MW.
• Vestavěný a plně pasivní systém odvodu zbytkového tepla pro zvýšenou bezpečnost.
• Hlavní chladicí kapalina je poháněna přirozenou cirkulací, což zajišťuje spolehlivý výkon.
• Využití standardního paliva 17x17 PWR s 37 svazky v aktivní zóně.
• Vhodné pro různé aplikace, včetně procesní páry pro průmysl a odsolování.

Tommi Nyman, generální ředitel finské společnosti Steady Energy, vysvětluje cíle malého modulárního reaktoru LDR-50

Nyman je původem strojní inženýr, který pracoval v evropském jaderném výzkumném středisku CERN, mimo jiné na projektu Higgsova bosonu, a poté 15 let ve finské společnosti TVO. Zde působil také v týmu projektového řízení pro třetí blok JE Olkiluoto a v poslední době ve finských národních laboratořích VTT. Připojil se k podcastu World Nuclear News, aby vysvětlil myšlenku stojící za LDR-50. Zde jsou upravené citace z jeho rozhovoru:

Zrození myšlenky o SMR pouze na teplo

Ambicí finských národních laboratoří VTT bylo přinášet inovace do života a ne jen vytvářet vědecké články. Naši výzkumníci zjistili, že téměř 10 % všech emisí CO₂ pochází z ohřevu vody nebo páry na 150 °C. Ve VTT jsme se zajímali o to, kde by se dala co nejekonomičtěji využít jaderná energie a najít patřičný trh. Inovace LDR-50 se zrodila z konceptu "proč nepostavit něco jednoduchého, co by pokrylo pouze trhy s nízkoteplotním teplem". V souvislosti s klimatickou krizí je jaderná energie velmi dobrou volbou. Problémem je získat ekonomicky zdravé projekty, aby bylo možné využívat jadernou energii bez dotací. Víme, že nejekonomičtějším způsobem využití jádra je právě výroba tepelné energie bez následného využití tepla k výrobě elektřiny. A právě takový byl původ myšlenky naší inovace – proč nepostavit reaktor pouze pro účely vytápění.

Jaké jsou výhody SMR produkujícího pouze teplo?

Jednoduchost je základním stavebním kamenem naší technologie. Vrátili jsme se k základům a stavíme na všech znalostech a technologiích, které jsou k dispozici. Jednoduchost nás vede k řešení ekonomických omezení, která existují pro naše klienty a trhy - veřejné služby a komunální energetické organizace. Produkt musí zapadat do jejich investičního portfolia. Tím, že budete vyrábět pouze teplo, můžete snížit složitost zařízení o 50 % oproti jaderné elektrárně. I technické podmínky jsou jednodušší, zejména pokud se soustředíte na tzv. nízkopotenciální teplo - teplo o nízké teplotě, což je 150 °C a méně. Provozní tlak pod 10 barů (1 MPa) v reaktorové nádobě je 20krát nižší než v reaktorech určených pro výrobu elektrické energie (je to podobná úroveň jako u kávovaru na espresso), takže tloušťka tlakové nádoby je jen několik centimetrů, zatímco u větších reaktorů je to 20 centimetrů. Díky tomu je struktura nákladů mnohem jednodušší a zařízení je hospodárnější.

A co náklady na teplo?

Náklady jsou nižší než 40 eur za MWh, v závislosti na tom, jak chce elektrárenská společnost jednotku provozovat. Pamatujte, že využíváme téměř 100 % energie vyrobené v reaktoru, zatímco v elektrárně, kde vyrábíte elektřinu, ztratíte 60 % energie jako ztráty a rozpadové teplo.

Jaké jsou výhody systémů dálkového vytápění?

Síť dálkového vytápění je vybudována obvykle pod zemí a dodává ohřátou vodu nebo v některých případech páru do domů, kde každý dům nebo bloky domů mají svůj vlastní výměník tepla, který pak distribuuje teplo do jednotlivých domácností. Jedná se o infrastruktury s dlouhou životností analogické elektrickým kabelům. V Evropě je více než 17 000 topných sítí, ale obvykle nejsou viditelné a nejsou příliš známé, protože teplo dostanete domů, aniž byste přemýšleli o tom, odkud pochází. Centralizované vytápění znamená úspory. V Evropě se diskutovalo o zvýšení využití dálkového vytápění, možná až ztrojnásobení počtu sítí, takže ze současných 24 milionů domácností vytápěných těmito sítěmi by to mohlo být až 80 milionů.

Jaký by měla dekarbonizace dálkového vytápění dopad na klima?

Počítali jsme, že prostřednictvím dekarbonizace sítí, které jsme identifikovali na nejslibnějších trzích, jako je Finsko, Švédsko a Polsko, by došlo okamžitě k snížení emisí CO₂ o více než 60 milionů tun. To je pozoruhodné množství a pokud spočítáte potenciál z ohřevu vody na 150 °C, pak by to představovalo snížení CO₂ v měřítku gigatun. Helen, městská společnost hlavního města Finska, stanovila strategii, jak ve 30. letech 20. století přestat používat fosilní paliva a biomasu. Tento druh strategie pro řešení emisí CO₂ spolu s jaderným vytápěním je skutečně velmi, velmi slibným řešením. Již jsme podepsali prohlášení o záměru postavit až 10 reaktorů jen v Helsinkách.

Jaká je plánovaná časová osa?

První bude pilotní zařízení, reaktorový modul v měřítku jedna ku jedné s elektrickými odpory - takže jako elektrický bojler, ale jeho účelem bude demonstrovat chování tepelného hardwaru - "jaderného kotle". Chceme také získat důkaz o tom, že dodavatelský řetězec bude schopen dodávat. Příští rok chceme zahájit stavbu pilotního zařízení a nyní jsme ve fázi výběru staveniště. Zároveň připravujeme naše koncepční posouzení a podnikáme nezbytné regulační kroky. Doufáme, že v roce 2028 podepíšeme smlouvu na první reaktor, abychom do roku 2030 dodali první jadernou výtopnu.

A co regulační překážky?

Ve Finsku nejsou velké regulační překážky. Je to jen inženýrské dílo, kterým musíme projít a ukázat, že náš zjednodušený reaktor funguje, jak má. Dokážeme umístit zařízení velmi blízko stávajících sítí, dokonce i ve městech, kde dříve musela být pětikilometrová uzavřená zóna kolem jakékoli jaderné elektrárny. Nyní musíme prokázat, že můžeme dosáhnout podobné úrovně bezpečnosti na kratší vzdálenosti. Reaktor s pasivními bezpečnostními systémy může být umístěn ve skalním podloží, takže uzavřená zóna na povrchu je v podstatě jen oplocená oblast, kterou používáme pro přístup k zařízení. Mohlo by dojít k určitému zpoždění na straně plánování, jak a kde mohou být elektrárny postaveny - komunální proces, zonace atd.

Co další aplikace mimo dálkové vytápění?

Jednou ze zajímavých možností je odsolování. Ještě před ním je to ale využití tepla v průmyslu. Továrny, kde je tepelná energie klíčová při procesech sušení nebo sterilizací - průmysl lékařský, potravinářský, celulózový a papírenský -, používají páru nebo vodu, která se ohřívá na přibližně 100 °C. Což nám přináší další velký trh. Musíme o tom začít zvyšovat povědomí a získávat nové trhy pro jadernou energetiku. Lidé si obvykle spojují jadernou energii s elektřinou. Takže to je pro nás marketingové cvičení, abychom pochopili, že s jadernou energií můžete mít přístup k čistému a ekonomickému teplu. Potenciálním klientům elektrárny nejen prodáváme, ale nabízíme k nim i servisní smlouvu, od provozování až po geologickou likvidaci vyhořelého paliva.

K obecným vyhlídkám pro jadernou energetiku

Svět se v posledních letech velmi rychle změnil a jaderná energetika má nyní své místo v jednáních a diskusích o tom, co by nám jako zdroj energie mohlo v budoucnu pomoci. Jsme zde, abychom získali nové trhy pro jadernou energetiku a pomohli ozřejmit, že přínosy jaderné energetiky mohou být poměrně rychlé. 80 % veškeré energie stále pochází z fosilních paliv. Nyní roste naděje, že můžeme přinést nová řešení, která tuto závislost vyřeší.

Domovská stránka podcastu World Nuclear News: World Nuclear News podcast homepage

Zdroj: Podcast: Finland's innovative SMR aims to decarbonise district heating : Perspectives - World Nuclear News (world-nuclear-news.org)