Historický velín Obninské jaderné elektrárny, první na světě.
Historický velín Obninské jaderné elektrárny, první na světě. Od té doby ušly dlouhou cestu…

S laskavým svolením autora a magazínu PRO-Energy přetiskujeme článek Ing. Petra Neumana o flexibilních a základních provozech jaderných zdrojů a vizích do budoucna ve stávající nejistotě. Článek je dlouhý, fundovaný, zajímavý a stojí za to! Krátký medailonek o autorovi je uveden na konci. V nejbližší době uveřejníme další článek o tom, jaká řešení navrhuje autor v podmínkách ČR.

Bezpečnost dodávek elektřiny je v posledních týdnech hodně skloňovaná a směřuje hlavně k obnovitelným (ale obtížně regulovatelným) zdrojům. Ty by mohla v českém prostředí i do budoucna doplňovat energie z jádra, o níž se tvrdí, že je obtížně regulovatelná. Jak to ale je doopravdy a jak se k regulaci výkonu jaderných elektráren staví v jiných zemích?

Jaderné zdroje v kontextu Evropy

Důvodem pro návrhy řešení energetických zdrojů dosud „ne zcela standardních“ je snaha naplňování ambiciózního cíle Evropské unie stát se světovým leaderem v oblasti dekarbonizace (New Green Deal, Fit for 55). Například v USA, obecně v Americe ani v Asii, žádné takové „šíleně“ ambiciózní cíle nemají, a proto mohou být energetické projekty posuzovány podle standardních tepelně-technických a ekonomických kritérií. Má-li však Evropská unie onen ambi­ciózní cíl stát se světovým leaderem, tak musí využívat technická řešení, která až do Green Dealu byla oprávněně považována za energeticky neefektivní, a tedy finančně velmi nákladná.

Současnou jadernou energetiku v Evropě ovlivňují zejména tyto události:

  • Na Ukrajině zuří válka, do které je zatažena i jaderná energetika, prostřednictvím odstavené elektrárny Černobyl a ostřelované jaderné elektrárny Záporožská.
  • V lednu schválená a představená taxonomie je pozitivní změnou v postoji k jaderné energetice v Evropě, kdy jaderná energetika je při dodržení určitých podmínek považována za „bezemisní-zelenou-udržitelnou“ (více o taxonomii v samostatném článku v čísle 1/2022, pozn. red.).
  • V České republice byl vyhlášen tendr na výstavbu jaderné elektrárny Dukovany, blok 5 (s možnou opcí na blok 6), který má částečně nahradit dožívající bloky 1 – 4.
  • V Belgii došlo k prodloužení provozu JE Doel 4 a Tihange 3 o deset let; obě elektrárny byly uvedeny do provozu v roce 1985 a podle plánu měly být vyřazeny po roce 2025 (a nahrazeny plynem) = musí to však zvládnout francouzská společnost Engie.
  • Ve Finsku došlo k prodloužení provozu bloků 1 a 2 jaderné elektrárny Loviisa do konce roku 2050. Zároveň Fortum Power and Heat Oy požádala o licenci k používání úložiště umístěného v lokalitě Loviisa až do roku 2090.
  • Finsko „mediálně“ s dvanáctiletým zpožděním spustilo jaderný reaktor Olkiluoto 3. Lze oprávněně říci … s „pouhým“ dvanáctiletým zpožděním, vzhledem k tomu, co se v Evropě v posledních 10 letech, zejména po havárii ve Fukušimě, dělo v protijaderných aktivitách.
  • Ve Francii byl (prezidentem Macronem) oznámen program výstavby nové jaderné flotily v první etapě 8 bloků EPR 1700 a v druhé etapě dalších 8 bloků.

Provozní režimy jaderných elektráren

V dalším textu se budeme věnovat především tlakovodním reaktorům typu VVER, které jsou v ČR provozovány v elektrárnách v Dukovanech (EDU) a v Temelíně (ETE).

Jaderné elektrárny se běžně provozují v následujících režimech:

  • základní provoz (Base Load),
  • pružný provoz reagující na potřeby změny elektrického výkonu, příp. na změny potřeb dodávaného tepla.

Základním provozem jaderné elektrárny se rozumí provoz při stálém plném jmenovitém tepelném výkonu (RTP – Rated Thermal Power) a plném jmenovitém elektrickém výkonu (REO – Rated Electrical Output). Výkon se sníží nebo vypne pouze tehdy, když je to nutné pro doplnění paliva a/nebo pravidelnou údržbu (tj. plánovanou); naléhavou údržbu k nápravě problémů s vybavením závodu (tj. neplánovaná); nebo nastala ne­očekávaná konstrukční a/nebo bezpečnostní omezení. Jinými slovy, v provozním režimu základního zatížení je snížení výstupního výkonu vyvoláno potřebami provozovatele elektrárny, nikoli potřebami provozovatele sítě. Většina jaderných elektráren v členských státech je provozována tímto způsobem, kdy provozovatel sítě je schopen vyvážit výrobu elektřiny s poptávkou a řídit frekvenci elektrické soustavy, aniž by se elektrárny musely odchýlit od plného RTP a REO (obrázek č. 2).

Obrázek č. 2: Regulace turbíny v režimu regulace výkonu – provozní režim sledující zatížení v primární regulaci (PR), sekundární regulaci (SR) Zdroj: Neuman, P. Blahodárný vliv jaderných elektráren na provoz elektrizační soustavy (1. část) ELEKTRO, č. 8–9, (2. část), ELEKTRO č.10, 2018
Obrázek č. 2: Regulace turbíny v režimu regulace výkonu – provozní režim sledující zatížení v primární regulaci (PR), sekundární regulaci (SR) Zdroj: Neuman, P. Blahodárný vliv jaderných elektráren na provoz elektrizační soustavy (1. část) ELEKTRO, č. 8–9, (2. část), ELEKTRO č.10, 2018

Pružným provozem jaderné elektrárny se rozumí jakákoli změna od provozu se základním zatížením, aby byly splněny potřeby a požadavky systému elektrické sítě. Flexibilní provoz jakékoli výrobní jednotky znamená provoz s výkonovými manévry na úrovních nižších než RTP, takže celkové množství výstupní elektrické energie je menší, než když blok pracuje při základním zatížení (obrázek č. 1).

Obrázek č. 1: Základní koncepce každodenního flexibilního provozu Zdroj: Non-baseload Operation in Nuclear Power Plants: Load Following and Frequency Control Modes of Flexible Operation, IAEA Nuclear Energy Series, No. NP-T-3.23, Vienna, 2018
Obrázek č. 1: Základní koncepce každodenního flexibilního provozu Zdroj: Non-baseload Operation in Nuclear Power Plants: Load Following and Frequency Control Modes of Flexible Operation, IAEA Nuclear Energy Series, No. NP-T-3.23, Vienna, 2018

Flexibilní provozní režim může zahrnovat sledování zátěže, řízení frekvence nebo jiné akce pro dobrovolnou změnu výstupního výkonu elektrárny (např. Heat Following), na základě doby trvání a periodicity změn výkonu. Rozsah odezvy elektrárny se může pro každý režim lišit, stejně jako provozní parametry spojené se změnou výkonu a její trvání a periodicita.

Sledování zatížení bloku/soustavy (Load Following) znamená změnit výrobu elektřiny tak, aby co nejvíce odpovídala očekávané spotřebě elektřiny. O výrobní jednotce se říká, že následuje zátěž, když se její výkon mění, buď plánovaným způsobem, nebo v reakci na pokyny nebo signály z řídicího centra elektrizační soustavy, aby výroba mohla odpovídat poptávce. Změny ve výstupu mohou být velké nebo malé a mohou být časté nebo vzácné. V technických zprávách IAEA jsou porovnávána plánovaná nebo neplánovaná zatížení elektráren a diskutují se výhody a nevýhody obou režimů.

Jaderná výrobní jednotka poskytující službu po zátěži kteréhokoli typu musí být schopna pracovat stabilně při konstantním výkonu na jakékoli úrovni výkonu mezi RTP/REO a definovanou minimální úrovní výkonu. Musí být také schopna zvyšovat nebo snižovat výkon definovanou rychlostí mezi libovolnými dvěma úrovněmi výkonu v tomto rozsahu.

Přenosová soustava - máme klid.
Přenosová soustava – máme klid.

Existují další režimy flexibilního provozu, kromě sledování zátěže a/nebo řízení frekvence, které jsou obvykle uvažovány a zahrnuty v původním návrhu stávajících technologií. Tyto schopnosti flexibility jsou však založeny na predikovaném provozu se základním zatížením s očekávanými přechodovými jevy/manévry výkonu během životnosti elektrárny se základním zatížením. Ačkoli tento návrhový předpoklad výslovně nezahrnuje sledování zátěže nebo řízení frekvence, které jsou definovány výše, některé stávající návrhy zařízení mohou mít implicitní schopnost pro omezený rozsah provozu bez základního zatížení, který se v současnosti neuplatňuje.

Například většina současných technologií výrobny je navržena tak, aby prováděla výkonové manévry v rozsahu 50–100 % RTP a mohou zvýšit výkon až o 5 % RTP/min. Tyto změny však nejsou součástí běžného denního provozu, protože filozofií návrhu je mít normální provoz jako základní zatížení při 100% RTP. Navíc, v závislosti na konstrukci systémů řízení elektrárny a ochrany reaktoru, mohou být změny elektrického výkonu odděleny od tepelného výkonu reaktoru, takže lze dosáhnout flexibilních změn elektrického výkonu při zachování tepelného výkonu (nebo bez odstavení reaktoru).

V některých případech, když je soustava vyřazena z provozu, dochází k dynamické nestabilitě, která vede ke ztrátě synchronizace mezi různými částmi přenosového systému, což může vést k částečnému výpadku systému. Pokusy provozovatelů distribuční či přenosové soustavy vyhnout se takovým ztrátám synchronismu mohou zahrnovat požadavek na provozovatele výrobních jednotek, aby rychle odpojili výrobní jednotku nebo rychle snížili (zredukovali) tepelný nebo elektrický výkon na úroveň kompenzující změny v bilanci.

Uvolněním zátěže (Load shedding) se rozumí rychlé snížení výkonu požadované výskytem poruchy sítě nebo požadavkem provozovatele přenosové soustavy zabránit takovému narušení sítě. Provozovatelé elektrárny nebudou předem vědět, kdy budou taková opatření nezbytná, ačkoli pravděpodobnost takových událostí lze odhadnout a jejich výskyt je předvídán a zapracován do projektu. Celkově by takové akce měly být reakcí na vzácné události. Pokud je například jedna nebo více přenosových soustav v blízkosti jaderné elektrárny po poruše (např. úderu blesku) vyřazena z provozu, zvýší se toky energie ve zbývajících soustavách. Pokud to způsobí, že některá ze soustav překročí své jmenovité hodnoty, může provozovatel přenosové soustavy požadovat, aby provozovatelé elektrárny přijali okamžitá opatření ke snížení výkonu, aby se zabránilo přetížení, aby se zabránilo kaskádovému vypínání jiných okruhů, což by jinak mohlo vést k místnímu nebo regionálnímu výpadku proudu.

Přenosová soustava - máme blesk a regulujeme.
Přenosová soustava – máme blesk a regulujeme.

Povaha okamžitých opatření, která mohou být vyžadována (např. o kolik a jak rychle snížit výkon) a okolnosti, za kterých mohou být opatření zapotřebí, by mohly být předem dohodnuty mezi provozovatelem přenosové/distribuční soustavy a vlastníkem/provozovatelem elektrárny, přičemž je třeba vzít v úvahu konstrukční a provozní omezení. Zda může být potřeba takových okamžitých akcí po poruchách sítě, závisí také na návrhu a konfiguraci přenosové soustavy v okolí elektrárny a může nastat až po poruše během konkrétních plánovaných odstávek přenosových okruhů.

Snížení elektrického výkonu lze stále dosáhnout udržováním tepelné energie nebo bez odstavení reaktoru, v závislosti na konstrukci systémů řízení elektrárny a ochrany reaktoru.

Někdy je ekonomicky výhodné v takovýchto případech nechat zdroj v režimu provozu na vlastní spotřebu (House load operation), ve kterém jednotka není připojena k rozvodné síti a malá část jmenovitého výkonu je generována pouze pro napájení pomocných zátěží elektrárny. Tento provozní režim je většinou spouštěn přenosovou soustavou nebo poruchou rozvodny (např. zjištěné nízké napětí na vysokonapěťové přípojce sítě nebo porucha ochrany vedení) nebo poruchou zařízení (např. vypnutí čerpadla v důsledku frekvenční poruchy). Schopnost jaderného bloku snížit provoz na vlastní spotřebu umožňuje reaktoru zůstat na výkonu během dočasných problémů se sítí.

V tomto provozním režimu, kdy malý zlomek RTP postačuje k zajištění elektrické energie pro vlastní spotřebu elektrárny, typický jaderný blok sníží tepelný výkon na nízkou úroveň, kolem 20–30 % RTP, aniž by došlo k odstavení reaktoru, a přebytečná tepelná energie je odváděna např. do kondenzátoru (nebo atmosféry, je-li to povoleno) bez přeměny na elektřinu. Schopnost provozu na vlastní spotřebu je užitečná pro výkon a bezpečnostní hlediska, protože poskytuje alternativní elektrický zdroj odlišný od rozvodné sítě a od vnitřních (místních) zdrojů (např. nouzové dieselové generátory nebo baterie) a udržuje reaktor ve výkonovém režimu (tj. bez odstavení za tepla nebo za studena), takže se po obnovení spojení přenosové soustavy může poměrně rychle vrátit do provozu na plný výkon.

Některé stávající technologie jaderných elektráren tuto schopnost mají, jiné nikoli. Dokonce i pro technologie elektrárny s možností provozu na vlastní spotřebu může existovat časový limit, obvykle několik hodin, pro dobu provozu na vlastní spotřebu kvůli omezením na konstrukci elektrárny a provozní parametry systémů a komponentů, jako je kondenzační systém, kapacity, omezení distribuce výkonu reaktoru nebo omezení ochranného systému.

JE Dukovany ve tmě.
JE Dukovany ve tmě.

Jaká jsou omezení jádra coby flexibilního zdroje

Každé technické (a tedy i jaderné) zařízení, které je provozováno „flexibilně“, tzn. s dynamickými změnami veličin (výkon, rychlost jeho změn apod.), čerpá rychleji životnost, než když je provozováno se stabilními neproměnnými parametry (v režimu tzv. Base Load).

Flexibilní „časově proměnný“ provoz jaderného bloku způsobuje také nepravidelné vyhořování jaderného paliva, což vyžaduje průběžné monitorování provozních parametrů a tomu úměrné plánování odstávek pro výměnu paliva. Doba odstávky je proměnná a musí se přizpůsobit flexibilitě provozu.

Složitost a komplexnost celé problematiky je možné dohledat v literatuře, kde se uvádí, že po odstávce na výměnu paliva tlakového reaktoru (PWR, vč. VVER) nebo varného reaktoru (BWR) je třeba jaderné palivo „upravit” na základě konstrukce paliva. Kromě toho musí být zařízení elektrárny zkalibrováno po rozsáhlé pravidelné údržbě, která se obvykle provádí společně s odstávkou na výměnu /doplňování paliva. Elektrárny obvykle požadují asi 7–14 dní bez flexibilního provozu, aby bylo možné upravit palivo a kalibrovat zařízení.

Navíc v pozdním provozním cyklu reaktoru PWR může provozovatel elektrárny omezit flexibilní provoz, protože kyselina boritá, absorbér neutronů používaný k řízení některých reaktorů, se silně zředí. Změny výkonu reaktoru na konci životnosti aktivní zóny mají za následek vznik velkého množství kapalného odpadu (primární vody), který musí být zpracován a vypuštěn. Tím se omezuje flexibilní provoz v období ke konci palivového cyklu a v závislosti na konstrukci aktivní zóny může trvat až měsíc, než bude možné opět provést flexibilní provoz.

Na obrázku 3 je znázorněn příklad francouzské jaderné elektrárny, kde jsou stanoveny neflexibilní provozní doby, které jsou sděleny provozovateli sítě.

Obrázek č. 3: Flexibilní provozní limity během palivového cyklu ve francouzském tlakovodním reaktoru Zdroj: FEUTRY, S., “Load following EDF experience feedback”, paper presented at IAEA Technical Meeting on Flexible (Non-baseload) Operation Approaches for Nuclear Power Plants, Paris, 2013
Obrázek č. 3: Flexibilní provozní limity během palivového cyklu ve francouzském tlakovodním reaktoru Zdroj: FEUTRY, S., “Load following EDF experience feedback”, paper presented at IAEA Technical Meeting on Flexible (Non-baseload) Operation Approaches for Nuclear Power Plants, Paris, 2013

Za podmínek provozu v elektrizační soustavě s dostatečným množstvím velkých systémových bloků (dosud většinově uhelných), které disponují velkou přirozenou setrvačností, je vhodnější provozovat jaderné bloky v ustáleném provozu v okolí jmenovitých hodnot. Situace se však v současnosti radikálně mění a dosud provozované systémové uhelné elektrárny se postupně odstavují. Náhrada zemním plynem je nejistá a zcela jistě bude velmi drahá. Proto je nezbytné, aby jaderné elektrárny převzaly roli systémových výkonově regulovaných, tzv. flexibilních elektráren. Tuto roli z fyzikálního principu nemohou převzít OZE (volatilní, nepredikovatelný výkon, transformace z nízkého napětí na vysoké vede k horším elektrickým poměrům, např. jiné zkratové poměry, jiné jištění, a tudíž menší bezpečnost a spolehlivost provozu).

Do budoucna je vysoce pravděpodobné, že bude vhodné, ne-li nutné, provozovat jaderné elektrárny flexibilním způsobem, i když je to pochopitelně investičně a provozně méně ekonomické než provoz Base Load. Přesné ekonomické vyhodnocení je nemožné bez znalosti provozních a investičních dat, která jsou však důvěrná a má je k dispozici pouze provozovatel jaderných elektráren, tedy v případě českých skupina ČEZ.

Inspirace ze zahraničí

Některé jaderné elektrárny v členských státech v současnosti využívají část své tepelné energie k výrobě tepla pro průmyslové nebo okresní využití. V tomto principu, který je znázorněn na obrázku 4, lze upravit přenos tepla, což umožňuje měnit elektrický výkon, přičemž tepelný výkon odebíraný z jaderného jádra zůstává nezměněn.

Obrázek č. 4: Dálkové vytápění s konstantním výkonem reaktoru a proměnným elektrickým výkonem Zdroj: Non-baseload Operation in Nuclear Power Plants: Load Following and Frequency Control Modes of Flexible Operation, IAEA Nuclear Energy Series, No. NP-T-3.23, Vienna, 2018 
Obrázek č. 4: Dálkové vytápění s konstantním výkonem reaktoru a proměnným elektrickým výkonem Zdroj: Non-baseload Operation in Nuclear Power Plants: Load Following and Frequency Control Modes of Flexible Operation, IAEA Nuclear Energy Series, No. NP-T-3.23, Vienna, 2018 

Zajištění dostatečné akumulace energie prostřednictvím zásobníků horké vody by umožnilo uspokojit měnící se požadavky na teplo, nezávisle na změnách výkonu dodávaného do topného systému reaktorem. V této aplikaci musí být ekonomické modely výroby tepla a elektřiny kompatibilní. Využití získaného tepla z reaktorů pro dálkové vytápění je realizováno v několika členských státech, zejména v severní, střední a východní Evropě (mimo ČR také ve Finsku, Švédsku, Maďarsku a na Slovensku). V těchto elektrárnách se 5–15 % tepelné energie spotřebuje na dálkové vytápění.

Další obrázky ukazují režim Heat Fol­lowing (obrázek 5) a porovnání s původním režimem Base Load bloku VVER 1000 (obrázek 6).

Obrázek č. 5: Schéma prioritního řízení výkonu v jaderných elektrárnách, Režim sledování tepla – Heat Following Zdroj: Neuman, P. “Pokročilé řízení jaderných elektráren s odběrem tepla pro systémy dálkového vytápění“, AUTOMA, č. 10, 2021
Obrázek č. 5: Schéma prioritního řízení výkonu v jaderných elektrárnách, Režim sledování tepla – Heat Following Zdroj: Neuman, P. “Pokročilé řízení jaderných elektráren s odběrem tepla pro systémy dálkového vytápění“, AUTOMA, č. 10, 2021

Elipsou jsou na obrázku 6 označeny moduly, které musí být připojeny ke komplexnímu řídicímu systému I&C. Vlevo je modul řízení výkonu reaktoru. Uprostřed je modul regulace hladiny páry PG & regulace tlaku & regulace turbogenerátoru pro kombinovanou výrobu tepla a elektřiny. Vpravo dole je modul systému dálkového vytápění (SCZT/SZTE) a vpravo nahoře modul vyvedení elektrického výkonu do sítě (ES/PS).

Obrázek č. 6: Základní režim – Base Load (výkon reaktoru je stabilní, výkon bloku je regulován), zjednodušený návrh regulačních smyček VVER 1000 Zdroj: Neuman, P. “Pokročilé řízení jaderných elektráren s odběrem tepla pro systémy dálkového vytápění“, AUTOMA, č. 10, 2021
Obrázek č. 6: Základní režim – Base Load (výkon reaktoru je stabilní, výkon bloku je regulován), zjednodušený návrh regulačních smyček VVER 1000 Zdroj: Neuman, P. “Pokročilé řízení jaderných elektráren s odběrem tepla pro systémy dálkového vytápění“, AUTOMA, č. 10, 2021

Francouzské jaderné elektrárny s EPR pracují v režimu Load Following

Francouzi realizují jaderné bloky s provozními režimy: Extended „Load Following“ and „Frequency control“ capabilities, které musí vyhovovat požadavkům a nařízením ENTSO-E.

Primární a sekundární regulace (v dnešní terminologii služby FCR (automatická regulace frekvence), resp. aFRR (regulace výkonové rovnováhy s automatickou aktivací)) poskytují flexibilitu, tzn. Load Follow, v rozsahu až do ± 7 % jmenovitého výkonu bloku Pr (tj. + 63 MW pro řady 900 MW, + 91 MW pro 1300 MW a + 105 MW pro 1500 MW) se strmostí náběhu 5 % Pr /min.

Řízení výkonové zátěže a regulace frekvence jsou dvě možnosti řízení flexibility v denním časovém horizontu. Za zmínku stojí i další možnosti. V časovém horizontu týdne lze upravit dostupnost bloků posunutím rutinních testů o několik dní. V sezónním časovém horizontu lze naplánovat operace doplňování paliva a údržby během období nízké poptávky, což poskytuje dalších 100 TWh během sezóny nejvyšší poptávky po elektrické energii. Dodaná elektrická energie 100 TWh je počítána pro celou francouzskou jadernou „flotilu“ v počtu 56 jaderných bloků, tzn. průměrně 1,786 TWh na blok.

Pro srovnání: V roce 2020 vyrobila temelínská jaderka 15,746 TWh. Průměrná „francouzská“ úspora na dva bloky 3,572 TWh potenciálně představuje 22,69 % roční výroby ETE.

U bloků vyvinutých a provozovaných před EPR, tedy PWR-900, PWR-1300N4 (1450) jsou parametry flexibility shrnuty v tabulce 1.

Tabulka č. 1: Schopnost starších jaderných elektráren ve Francii sledovat zatížení  Zdroj: Bjarne Frilund and Knud Knudsen (1978). Nuclear Steam Turbines for Power Production in Combination with District Heating and Desalination. Nuclear Technology Series, ISSN: 0029-5450 (Print) 1943–7471 (Online), Published online: 13 May 2017.
Tabulka č. 1: Schopnost starších jaderných elektráren ve Francii sledovat zatížení Zdroj: Bjarne Frilund and Knud Knudsen (1978). Nuclear Steam Turbines for Power Production in Combination with District Heating and Desalination. Nuclear Technology Series, ISSN: 0029-5450 (Print) 1943–7471 (Online), Published online: 13 May 2017.

Příklad záznamu flexibilního provozního výkonu pro francouzskou jadernou elektrárnu je uveden na obrázku 7, který ilustruje typické variace výkonu v jediném reaktoru (bloku) v elektrárně PWR s výkonem 1300 MW po dobu 24 hodin.

Obrázek č. 7: Energie vyrobená jedním reaktorem (výkon 1300 MW) za 24 hodin v září 2015 v reakci na kolísání poptávky po elektřině a nabídky místních přerušovaných obnovitelných zdrojů Zdroj: Patrick Morilhat, Stéphane Feutry, Christelle LeMaitre, Jean Melaine Favennec. Nuclear Power Plant flexibility at EDF. HAL Id:hal-01977209 https://hal-edf.archives-ouvertes.fr/hal-01977209 Preprint submitted on 23 Jan 2019.
Obrázek č. 7: Energie vyrobená jedním reaktorem (výkon 1300 MW) za 24 hodin v září 2015 v reakci na kolísání poptávky po elektřině a nabídky místních přerušovaných obnovitelných zdrojů Zdroj: Patrick Morilhat, Stéphane Feutry, Christelle LeMaitre, Jean Melaine Favennec. Nuclear Power Plant flexibility at EDF. HAL Id:hal-01977209 https://hal-edf.archives-ouvertes.fr/hal-01977209 Preprint submitted on 23 Jan 2019.

Alternativním řešením řízení výkonu bloku je udržovat konstantní tepelnou energii aktivní zóny reaktoru a odvádět páru od turbíny přes obtokové nebo pojistné ventily do kondenzátoru, do atmosféry, nebo do soustav dálkového vytápění SZT. Toto řešení má však podle francouzských inženýrů některá omezení: potenciální tepelné znečištění životního prostředí, obavu z porušení integrity kondenzátoru, zhoršenou účinnost zařízení atd.

České bloky dle ruského designu

V Rusku není flexibilní provoz využíván, pro provozní flexibilitu mají elektrárny a teplárny spalující levné domácí energetické suroviny (zemní plyn, ropu a uhlí). Proto nechtěli Rusové naprojektovat a technologicky konstruovat flexibilní bloky VVER (440, 1000) ani pro Českou republiku. Tento ruský postoj se nezměnil ani po roce 1989 při projektování jaderného ostrova ETE VVER 1000.

Na rozdíl od francouzských bloků EPR se tak u bloků ETE VVER-1000 výkon moc nemění, provozní flexilibilita je minimální. Elektrárna ETE měla sice certifikaci na primární (PR) a sekundární regulaci (SR), ale PR už nebyla obnovena (recertifikována).

JETE - profil.
JETE – profil (zdroj idnes.cz)

ETE RB1 dokáže zregulovat výkon až na polovinu svého nominálního výkonu, což dělá 500 MWe. Tohoto snížení výkonu však lze dosáhnout až po výměně původní turbíny, která proběhla v roce 2014. Před touto výměnou však první blok RB1 dokázal regulovat výkon max o 300 MWe.

Důvody, proč se za provozu výkony českých JE moc nemění, jsou jednak ekonomické, kdy menší dosud stále uhelné a plynové bloky dokáží nabídnout nižší cenu a současně se sníží výroba, a jednak technicko-bezpečnostní, kdy panuje na straně ČEZu obava ze zvýšeného rizika vzniku poruchy a zároveň ČEZ nemá zájem o „volatilní“ vyhořování paliva, tedy raději preferuje „operátorský provozní klid“ a stabilitu výkonu reaktorů.

Jaderné zdroje mohou poskytovat flexibilitu, ale i dálkové teplo

Flexibilnější jaderné elektrárny jsou zdroje, které nejen zvyšují stabilitu a spolehlivost energetických soustav, ale přinášejí také mnoho synergických efektů, zejména v oblasti systémů dálkového vytápění (SCZT). Evropská unie by měla tyto skutečnosti více zohlednit a nezaměřovat se jen na změny klimatu a dosažení uhlíkové neutrality co nejdříve (nyní do 2050) „ať to stojí, co to stojí”.

Jaderné elektrárny určené pro dálkové vytápění se v současné době nestaví, nebo jen minimálně. Existuje však řada již v minulosti detailně rozpracovaných projektů, z nichž většina má výkon 1000 MWe. Energetické stroje a zařízení, které by byly použité, již dosáhly takové technické úrovně, která umožňuje postavit je kdykoli a na míru podle potřeby.

Podobně detailně rozpracované jsou projekty i pro akumulaci tepla, a to buďto v lokalitě jaderné elektrárny jako součást strojovny a přidružených „pomocných“ zařízení, nebo v rozsahu SCZT podél tepelného potrubí, v rozdělovacích uzlech či v místě spotřeby tepla. Popis metod a zařízení akumulace tepla ve vodní páře nebo horké vodě je však již mimo rozsah tohoto článku. (Příklad takového projektu zde, pozn. Atominfo.cz)

Ukládání energie podle Holtec: vlevo skladovací modul, vpravo parní komora.
Ukládání energie podle Holtec: vlevo skladovací modul, vpravo parní komora.

O autorovi

Ing. Petr Neuman působí jako senior konzultant ve sdružení NEUREG. Je členem Asociace energetických manažerů, Spolku Jaderní veteráni a Mezinárodní federace automatického řízení – International Federation of Automatic Control, technické komise TC 6.3 – Power and Energy Systems.

Oblastí jeho odborného zájmu je modelování a simulace energetických procesů, zdrojů a soustav, simulátory a trenažéry pro energetiku, automatická regulace a řízeni procesů silnoproudé elektrotechniky a elektroenergetiky. Aktuálně se věnuje současnému stavu a rozvoji energetiky v České republice a Evropě, se zaměřením na jaderné elektrárny s odběrem tepla pro dálkové vytápění SCZT v rámci teplárenství.

Kontakt: neumanp@volny.cz

Pan autor, Ing. Petr Neuman, CSc., před jihoafrickou JE Koeberg.
Pan autor, Ing. Petr Neuman, CSc., před jihoafrickou JE Koeberg.

Zdroj: PRO-Energy

O autorovi

admin

Leave a Reply

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..