W obliczu gwałtownie rosnących cen energii i ponownej potrzeby zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego profesor Radek Skoda z Czeskiego Uniwersytetu Technicznego przedstawia argumenty przemawiające za innowacyjnym systemem ciepłowniczym zasilanym energią jądrową.
Prawie każde większe miasto w Europie Środkowej i Wschodniej posiada system elektrociepłowni zasilanych węglem lub gazem ziemnym. Jednak w związku z rosnącymi cenami gazu ziemnego i stopniowym odchodzeniem Unii Europejskiej od węgla jako źródła energii, miasta te chętnie szukają alternatyw.
O ile przejście z węgla na gaz ziemny jest technologicznie możliwe, o tyle obecnie ciepło będzie w efekcie znacznie droższe. Niezależnie od wojny na Ukrainie, eksploatacja gazu ziemnego emituje również gazy cieplarniane, co czyni go jedynie rozwiązaniem krótkoterminowym, zwłaszcza przy nowej taksacji Unii Europejskiej.
Od początku 2022 roku UE zaczęła, w ślad za “Fit for 55”, odchodzić od spalania węgla, a wiele miast uzależnionych od ogrzewania miejskiego było zainteresowanych przejściem na gaz ziemny. Teraz, w związku z konfliktem na Ukrainie, z cenami gazu ziemnego osiągającymi nowe rekordy, żadne paliwo kopalne nie wydaje się być akceptowalną opcją na zimowy sezon grzewczy 2022 roku. Wiele miast, jak Praga czy Brno, już zaczęło podnosić ceny ciepła dla swoich klientów o dziesiątki procent, a nie jest to nawet początek sezonu grzewczego.
Zespół czeskich naukowców z Uniwersytetu Zachodnioczeskiego (UWB) w Pilźnie i Czeskiego Uniwersytetu Technicznego (CTU) w Pradze wymyślił nowatorskie rozwiązanie ogrzewania miast z wykorzystaniem napromieniowanych zespołów paliwa jądrowego, które prawdopodobnie będzie bardziej opłacalnym i z pewnością ekologicznym wyborem w porównaniu z paliwami kopalnymi.
Teplator jest niezawodnym rozwiązaniem ciepłowniczym, które może zapewnić bezemisyjne, konkurencyjne cenowo ciepło, jednocześnie wykorzystując już istniejące sieci ciepłownicze dla wielu miast. Zespół czeskich naukowców opracował nieskomplikowane, innowacyjne rozwiązanie Teplator: prosty niskotemperaturowy, niskociśnieniowy reaktor jądrowy o niewielkiej mocy, przeznaczony wyłącznie do celów grzewczych, w którym można spalać nisko wzbogacone świeże paliwo jądrowe lub wykorzystać już napromieniowane zespoły paliwa jądrowego z istniejących elektrowni jądrowych.
Takie napromieniowane paliwo, wciąż zawierające wiele niewykorzystanej energii, nie może być wykorzystane w obecnych reaktorach i czasami nazywa się je “zużytym”, mimo że rzadko kiedy osiągało ono swoje limity projektowe i wypalenia. Teplator może poddać recyklingowi i ponownie wykorzystać te już napromieniowane zespoły paliwowe, których jest mnóstwo w krajach, w których obecnie działają elektrownie jądrowe i które nie muszą być importowane z żadnego regionu objętego konfliktem. Zespół Teplatora, rozmawiający obecnie z prywatnymi inwestorami, złożył patenty na koncepcję i projekt tego, co według niego jest bardzo opłacalną alternatywą dla elektrowni zasilanych węglem i gazem. Skupiając się przede wszystkim na ekonomii, jeszcze przed kryzysem ukraińskim koszt ciepła z niego był ułamkiem kosztu ciepła z gazu ziemnego.
Teplator zapewnia nie tylko dobrą ekonomię. Dla wielu rządów projekt oparty na już zakupionym paliwie jest szczególnie godny uwagi, ponieważ gwarantuje bezpieczeństwo energetyczne, przy niewielkim uzależnieniu od zagranicznych dostawców paliwa jądrowego. Obecna sytuacja zwłaszcza na rynku paliwa jądrowego VVER-440, gdzie kilka krajów europejskich stara się zastąpić rosyjskich dostawców paliwa, pokazuje jak bezpieczeństwo dostaw paliwa stało się kluczowym interesem narodowym.
Patrząc przez pryzmat popularnej koncepcji “Przemysłu 4.0”, czyli gospodarki cyrkularnej, Teplator jest jednym z niewielu przykładów w sektorze energetycznym, pozwalającym elektrowniom na wytwarzanie ciepła z zespołów paliwowych, które w przeciwnym razie musiałyby być przechowywane i chłodzone przy dużych kosztach przez wiele lat.
Pod względem paliwowym kraje eksploatujące elektrownie jądrowe mają już gotowe dziesiątki tysięcy napromieniowanych zestawów, a Teplator wymaga jedynie 55 zestawów paliwowych rocznie przy pracy na poziomie 150 MW. Na przykład z dostępnych już dziś w Czechach rezerw zużytego paliwa z czterech działających reaktorów jądrowych na terenie elektrowni atomowej Dukovany można by ogrzać wszystkie czeskie duże miasta powyżej 100 000 mieszkańców. Jest ona podobna do “mini” jądrowych reaktorów badawczych działających już w dużych miastach europejskich, takich jak Wiedeń, Praga czy Monachium. Typ paliwa jądrowego, dla którego zoptymalizowano Teplator, to sprawdzony projekt zespołu VVER-440, a CTU opracował studia przypadków dla największych czeskich miast, w tym Pragi, Brna i Ostrawy, gdzie Teplator może być zbudowany poza miastem i podłączony do już istniejącej sieci ciepłowniczej.
Konstrukcja oparta jest na rosyjskim sześciokątnym paliwie VVER-440. Możliwa jest jednak modyfikacja projektu w celu wykorzystania zespołów paliwowych z lekkich flot reaktorów wodnych wrzących (BWR) lub ciśnieniowych (PWR). Ponieważ jest on zaprojektowany jako jądrowy system ogrzewania wody, a nie jako elektrownia, ogólny projekt systemu jest znacznie bardziej elastyczny i prosty w porównaniu z elektrowniami jądrowymi. Dlatego też ta prostota konstrukcji stwarza możliwość zaadoptowania podstawowego projektu Teplatora do pracy z innymi konstrukcjami i geometriami wypalonego paliwa.
Profesor Aghara, dyrektor programu inżynierii jądrowej i dziekan ds. badań na Uniwersytecie Massachusetts Lowell powiedział, że zmodyfikowana konstrukcja Teplatora może być również doskonałą opcją dla systemów centralnego ogrzewania stosowanych w regionie Nowej Anglii w USA. Czeski zespół współpracuje z UMass Lowell w celu zbadania możliwości wykorzystania zespołów paliwowych BWR, na przykład z niedawno zlikwidowanej elektrowni Pilgrim BWR w Plymouth.
Najprostsza wersja Teplatora została zaprojektowana do pracy przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze poniżej 100°C, co wymaga w większości standardowych rozwiązań technicznych i materiałów. Większość sieci ciepłowniczych wymaga większych temperatur, a Teplator może zapewnić temperaturę do 200°C i moc 150 MW. Reaktor jest chłodzony i moderowany ciężką wodą, dzięki czemu układ przypomina sprawdzoną technologię CANDU. Dla celów ciepła technologicznego istnieją nawet wczesne badania nad wariantem Teplatora o temperaturze wylotowej do 425°C; wymaga on jednak innego chłodziwa i dodatkowych testów paliwowych.
Jak wykazują recenzowane badania, oczekuje się, że pojedynczy reaktor cieplny Teplator będzie od 42% do 55% bardziej ekonomiczny niż podgrzewacz gazu ziemnego, w zależności od ceny paliwa i ceny węgla, a taka jednostka – na przykład z rezerwą gazu ziemnego – mogłaby zmniejszyć emisję dwutlenku węgla o około 90%. Skuteczne wdrożenie będzie zależało od wypracowania modelu regulacyjnego, który uwzględni wielkość jednostki i jej cechy pasywne oraz będzie miał przewidywalny wynik, aby ograniczyć ryzyko dla działalności w zakładzie przyjmującym.
W czeskich badaniach stwierdzono, że Teplator stanowi “realną alternatywę” dla węgla lub gazu ziemnego, z niewielką zależnością od jakiegokolwiek dostawcy paliwa. Obniżony koszt ogrzewania zapewnianego przez reaktor może również zapewnić możliwości dodatkowego wzrostu gospodarczego. Wreszcie, upcykling napromieniowanych zespołów zużytego paliwa stanowi ekonomiczną alternatywę dla recyklingu paliwa jądrowego lub powszechnego otwartego cyklu paliwowego.
Źródło: orld-nuclear-news.org
