První blok Jaderné elektrárny Temelín v květnu měnil palivo. Bylo to ještě ze zásob, které pocházelo z Ruska. V budoucnu už ho má nahradit palivo z Francie a Spojených států. Zatímco ale paliva je ve světě dostatek na 300 let, technologie se mění a zmenšují. Je budoucností české energetiky obří jaderka, nebo malé modulární elektrárny?

Stále se nacházíme v bezprecedentní energetické krizi obřích rozměrů. Během roku se Česko zbavilo závislosti na ruské ropě, plynu a teď i uranu. Jaká ale bude budoucnost elektřiny a tepla, na to a mnohem víc jsme se ptali jaderného vědce profesora Ing. Radka Škody, Ph.D.

Už nějakých 80 let žijeme v době jádra a štěpení. Dá se říct, že je to pořád moderní technologie?

Nové výpočtové metody, nové materiály a technologie posunuly dnes „jádro“ na v minulém století kvalitativně nemyslitelnou úroveň. Moderní jaderné reaktory jsou tak navrženy s ohledem na zvýšenou bezpečnost, efektivitu a udržitelnost.

Byly vyvinuty pokročilé typy reaktorů, jako jsou pokročilé tlakovodní reaktory (PWR), pokročilé varné reaktory (BWR), těžkovodní reaktory (HWR), rychlé reaktory (SFR) a další. Hlavní modernost jádra spočívá ale v nulových emisích a naprosté nezávislosti na dodavateli paliva.

V květnu Temelín instaloval nové palivové soubory, snad poslední z Ruska. Jak je vlastně „složité“ najet na jiného dodavatele? Je ruský obohacený uran jiný než z Francie nebo USA?

Není. Není na světě jaderná elektrárna, která by byla vypnuta, že by neměla jaderné palivo.

Většina jaderných reaktorů je navržena tak, aby byla schopna pracovat s palivem od různých dodavatelů. To umožňuje větší flexibilitu a možnost přechodu mezi různými zdroji paliva. Co se týče konkrétně obohaceného uranu a složení palivových peletek, skutečně existují rozdíly v specifikaci mezi různými dodavateli.

To může mít vliv na chování reaktoru a jeho výkon. V rámci přechodu na jiného dodavatele paliva jsou tyto rozdíly zohledněny a provádějí se nezbytné úpravy a testy, aby se zajistilo, že reaktor funguje správně i s novým palivem.

Jedna palivová tyč vydrží v reaktoru asi 4 roky. Potom už klesá její účinnost?

Palivová tyč je v reaktoru ponechána tak dlouho, dokud dosahuje dostatečné úrovně „spalování“ jaderného paliva a zároveň se udržuje dostatečná bezpečnostní rezerva. Zjednodušeně řečeno – po 4 letech se už „vypálí“ tak, že stávající reaktory je nejsou schopny dále použít.

Ne tak jiné moderní technologie (např. reaktor Teplator, viz box), protože i po 4 letech v palivu zůstává nevyužitých 95 % energie.

Jakou energii má jedna palivová tyč na začátku využití, ve srovnání s tím, kdy se jako vyhořelá uklidí do úložiště na tisíce let? Jde mi o potenciál na začátku a o zbytkovou energii na konci…

Odborně se množství energie v jaderném palivu vyjadřuje veličinou vyhoření, která se udává jako GWd/tHM – to je zkratka pro gigawattdny na tunu těžkého kovu (GigaWatt days per metric ton of Heavy Metal).

Těžký kov je zde buď uran, nebo plutonium. Jedná se o jednotku, která se používá k měření energetického výkonu nebo vyhoření jaderného paliva. Je třeba říci, že dnešní reaktory nedokážou „spálit“ palivo ani na licencovanou úroveň (která je výrazně nižší než potenciál), například pro licencované palivo na 56 GWd/tHM se toto standardně ve starých reaktorech vyřazuje už při 50 GWd/tHM. Jsou ale i nové reaktory, které dokážou z tohoto paliva dostat dalších např. 4 GWd/tHM a vyřadit ho při 54 MWd/tHM, což stačí na vytápění okresního města.

V každém palivovém souboru je zhruba 115 000 palivových pelet – jedna představuje asi 5 gramů obohaceného uranu. Jak se vlastně obohacuje uran?

Dnes jsou pro obohacování dominantní odstředivky. Taková hodně rychlá pračka, jak ji všichni máme doma. S tím rozdílem, že normální pračka „točí“ 1000 otáček za minutu, a odstředivka na uran 100 000 otáček za minutu.

Odstředivky využívají kompozitních rotorů, do kterých je přírodní uran převeden v plynné formě, obvykle jako hexafluorid uranu (UF6). Poté je tento plyn urychlen v rotujících centrifugách, kde jsou lehčí obohacené atomy uranu-235 sbírány v blízkosti středu centrifugy, zatímco těžší atomy uranu-238 zůstávají na okraji. Tím se dosahuje oddělení a obohacení uranu-235.

Z té jedné malinké pelety se uvolní tolik energie, která odpovídá zhruba  1600 kg uhlí, 600 l benzinu nebo 1100 kg dřevěným špalkům. Kolik jedna taková peletka stojí?

Ano, jde o vysokou hustotu energie, kdy energie z jednoho vagonu uranu se rovná energii spálení 1 milionu vagónů uhlí. To je největší výhoda jádra. Cena jaderného paliva se neudává na jednu peletku, ale na kilogram paliva v palivovém souboru, chcete-li palivové tyči.

Dle obohacení a mechanické složitosti je to u dnešního paliva někde mezi 1000 a 3000 dolarů na kg.

Jeden blok (Temelínu) sice vyrobí nějakých 10 % energie pro Česko, ale pokud se teď bude stavět nový v Dukovanech, vyjde to na minimálně 200 miliard korun. Kolik by oproti tomu měl stát malý modulární reaktor (SMR), a kolik dokáže vyrobit energie?

SMR je marketingový pojem pro reaktory nižšího výkonu. Např. 70MW elektřiny oproti 1000MW stávajících temelínských. Takže místo jednoho reaktoru musíte v tomto případě postavit 15 malých. Zásadní dva problémy SMR pro výrobu elektřiny je to, že zaprvé nedokážou vyrobit levnější elektřinu než velké reaktory, ekonomové tomu už staletí říkají úspora z rozsahu.

Zadruhé žádný výrobce je ještě nenasadil, takže nikdo není schopen potvrdit, kolik bude stát první, druhý, desátý či padesátý SMR reaktor.

ČEZ prohlásil, že plánuje stavět SMR i na místech dnešních uhelek: Tušimicích, Prunéřově, Ledvicích, Poříčí, Dětmarovicích, zároveň i v Temelíně a Dukovanech. První by měly stát za 10 let. V čem se tedy SMR liší od velkých JE?

Jen jsou menší a dražší na provoz než velké bloky. Principiálně jsou stejné. ČEZ má volbu postavit velké reaktory v Dukovanech, Temelíně, popřípadě Blahutovicích, anebo stavět mnohonásobně více výrazně menších rektorů po celé republice.

Jelikož není problém levnou (a to třeba 5krát) elektřinu do Tušimic, Prunéřova, Ledvic, Poříčí či Dětmarovic dopravit z velkých reaktorů Temelína nebo Dukovan, je jen otázka času, než si toho nějaký ekonom v ČEZ všimne.

Rozdílná je ale situace pro teplo, ať už na vytápění či průmysl (papír, chemie, gumárenství). Teplo nelze dopravovat na velké vzdálenosti, tam mají SMR smysl.

SMR mají mít maximální výkon do 300 MWe. Oproti velkým jaderným blokům mají kromě nižšího výkonu i výrazně menší zastavěnou plochu a je u nich prakticky vyloučeno nebezpečí těžké havárie s poškozením paliva. Jak je to zajištěno?

Zastavěná plocha sice je menší, ale u 15x menšího výkonu rozhodně nebude 15x menší. Takže na stejný výkon je zastavěná plocha naopak výrazně větší. Ne všechny SMR vylučují těžké havárie. Ty, které je vylučují, pracují primárně s nižší hustotou výkonu, tlaku a teploty než velké reaktory.

Palivo do Temelína a do SMR by bylo stejné?

Ne. Elektřinu produkující SMR reaktory potřebují výrazně jiné palivo než Temelín. A licencování úplně nového paliva zabere minimálně 10 let. Proto mi plán nového SMR v Česku do 10 let nepřijde reálný.

Jak dlouho by vydrželo, než by „vyhořelo“?

Záleží na typu reaktoru, od roku po několik let.

Je na Zemi dost uranu na dalších 100 let štěpení?

Uranu je na Zemi více než zlata. Na světě je dost uranu minimálně na 300 let do budoucna.

Už nějaká země na světě SMR aktivně provozuje?

Mnoho zemí, ale ne na výrobu elektřiny pro obyvatele. Nejvíce SMR je v provozu na jaderných ponorkách, a to stovky. Jinak se SMR hodí na vytápění (reaktor Happy200 je v provozu v Číně), do odlehlých lokalit bez distribučních sítí (KLT-40 v provozu na ruské Čukotce) a pro vysokoteplotní průmyslové aplikace (MSR a HTR v Číně).

Velké jaderné země (Francie, Británie, Rusko, Čína a USA) do svých fungujících elektrických rozvodných sítí SMR masivně neplánují.

Podval

Unikátní český projekt TEPLATOR

Před čtyřmi roky teplárníci oslovili profesora Radka Škodu, jestli by nešlo nahradit drahé dodávky tepla pro Prahu z teplárny Mělník. Cílem bylo 2x levnější teplo pro Pražany. Vědci z ČVUT a ZČU proto udělali základní technickoekonomický výpočet a ten ukázal, že při výkonu 50MW a výše jaderný zdroj dokáže cenou tehdy uvažovaný plyn (v cenách 2019) porazit.

Tehdy se projekt jaderné výtopny jmenoval MJR-50H a koncové teplo by se v Praze prodávalo za cca 600 Kč/GJ. V průběhu pandemie pak zjistili potenciál pro velké teplárny a vznikl projekt Teplator, který stlačil cenu tepla do 100 Kč/GJ. Pro srovnání:

na začátku roku 2023 v Praze teplo stálo více než 1000 Kč/GJ Teplator je klasickým SMR – malým modulárním reaktorem –, ale rozdíl je v tom, že zatímco všechny ostatní projekty SMR se zaměřují na produkci elektřiny, unikátní česká technologie využívá jádra pro výrobu tepla!

Konkrétně využívá už ozářené jaderné palivo (nespálené až do dosažení regulačních a projektových limitů) z komerčních lehkovodních energetických reaktorů.

„Teplator je jedinečná a cenově dostupná technologie, která umožní dodávat teplo do domácností a firem za cenu okolo 100 korun/GJ. To je méně než desetina stávajících cen v České republice. Pro instalaci bude potřeba součinnosti úřadů, krajů a teplárenských společností při povolovacím řízení,“ vysvětlil Petr Pávek, člen správní rady Invest & Property Consulting, investora projektu.

Mnohem ekonomičtější podmínky výroby tepla ale nejsou jediným benefitem projektu. Jeho cílem je zvýšit nezávislost českého teplárenství na dodávkách plynu ze zahraničí a transformovat jej z fosilních paliv do čisté energie budoucnosti.

V současné době totiž v České republice za přibližně 40 procenty emisí skleníkových plynů stojí spalování uhlí.