Master's Thesis

District heating system with SMR

Final Thesis 3.07 MB Appendix 3.41 MB

Author of thesis: Bc. Andrea Veličková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jakub Lachman, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D.

Abstract:

This master's thesis deals with the design of a district heating system for the Tušimice area using a Small Modular Reactor (SMR) by Rolls-Royce, intended to replace the aging Tušimice II and Prunéřov II coal power plants as part of the energy sector decarbonization. The thesis includes research on the heat demand of the surrounding areas and the design of the SMR secondary circuit thermal scheme for heating water in the district heating network. Two-stage and three-stage heating variants are thermodynamically and economically compared; based on the lower electrical power loss at the turbine, the three-stage heating is selected. The core of the thesis is a detailed thermal and hydraulic design of the base load district heater (ZO II), designed as a vertical shell-and-tube heat exchanger with an integrated condensate subcooler.

Keywords:

Small modular reactor, District heating, Shell and tube heat exchanger, Thermal calculation, Hydraulic calculation.

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student odprezentoval obsah své diplomové práce. Otázky oponenta byly zodpovězeny. V průběhu obhajoby byly položeny tyto doplňující otázky: Řešila se u tohoto projektu seismicita? Dokdy se plánuje těžba a provoz Tušimic? Jak jsou situovány svazky výměníků? Byly řešeny úplavy ve výměníku?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power and Thermo-fluid Engineering (N-ETI-P)

Specialization

Power Engineering (ENI)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Pavel Milčák, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Škorpík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jaroslav Štigler, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jakub Lachman, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá problematikou vyvedení tepelného výkonu modulárního reaktoru pro CZT v oblasti elektrárny Tušimice II. V úvodní rešeršní části je zpracován přehled současného provedení CZT v dané oblasti. Dále jsou představeny plánované odstávky uhelných bloků a výstavby náhradních zdrojů. Vzhledem ke složitosti celé situace byl pro potřeby navazujícího návrhu zvolen jeden konkrétní scénář, a to nahrazení zdrojů Tušimice II a Prunéřov II.

Následující kapitoly se zabývají představením výměníků tepla, ohříváků topné vody, možnosti jejich provedení, regulace apod. a představením sekundárního okruhu modulárního reaktoru společnosti Rolls-Royce SMR. Návrh výměníkové stanice tak vychází z konkrétních hodnot poskytnutých dodavatelem reaktoru a společností ÚJV Řež, a.s. V rámci návrhu byly posouzeny varianty 2° a 3° ohřevu topné vody a následně vypracováno schéma výměníkové stanice. Na základě rešerše o tepelných výměnících byla vybrána konkrétní konfigurace základního ohříváku topné vody a proveden detailní tepelný a hydraulický výpočet. Pro finální variantu výměníku studentka vypracovala základní koncepční výkres.

Po formální i grafické stránce je práce zpracována velmi dobře. Studentka si bohužel nevhodně rozložila dílčí činnosti a kvůli nedostatku času při finišování práce už nebylo možné provedení výměníku dále optimalizovat. Během řešení studentka využívala častých konzultací a připomínky byla schopna do práce zakomponovat. Studentka zvládla zpracovat poměrně složité téma a prokázala schopnosti potřebné pro inženýrskou činnost. Cíle práce byly splněny v plném rozsahu, a i přes drobné nedostatky práci doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením B / velmi dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá aktuální problematikou využití malých modulárních reaktorů pro zajištění dodávek tepla v lokalitě Tušimice. Zadání bylo splněno v plném rozsahu – autorka provedla rešerši tepelných potřeb území, navrhla schéma výměníkové stanice, porovnala varianty dvou- a třístupňového ohřevu a zpracovala detailní tepelně-hydraulický návrh hlavního ohříváku ZO II.

Práce vykazuje určitou míru samostatnosti a vlastní technický přínos.

Pozitivně hodnotím také kritickou diskusi dosažených výsledků. Autorka sama identifikuje problematická místa návrhu, například neoptimální integraci podchlazovače do společného svazku, která vedla k nadměrné teplosměnné ploše, a dokonce k výpočtu záporného počtu přepážek. Tato skutečnost ale měla být podrobněji reflektována již v návrhové části práce, a výměník měl být optimalizován – nízká úroveň optimalizace je hlavní slabinou práce - hlavní návrhová práce tak zůstává nedokončena. Určitou slabinou je rovněž rozsáhlá rešeršní kapitola o výměnících tepla, jejíž část (kapitola 2.1) působí spíše učebnicově a mohla být stručnější vzhledem k vlastnímu řešení. Kapitola 2 zabírá významný rozsah práce (str. 16–26). Vadí mi nekonzistentnost přístupu, kdy na některých místech je velmi pečlivě zdůvodněny jednotlivé kroky a volby parametrů, v některých místech pak není zdůvodnění nebo hodnocení žádné (Proč je tloušťka trubkovnice 25 mm (str. 50)?). V různých částech práce jsou náznaky ekonomického hodnocení. Nikde však není proveden korektní výpočet ani přehled podkladů pro tvorbu relevantních závěrů. 

Po formální stránce je práce přehledně strukturována, obsahuje dostatečný počet obrázků, tabulek a relevantních zdrojů. Jazyková úroveň je dobrá, přesto se místy objevují stylistické nepřesnosti a drobné překlepy (výkon turbíny bude spíše v MWe než v uváděných MWt). Na výkresech není razítko Energetického ústavu.

Celkově hodnotím práci jako dobrou diplomovou práci. Doporučuji ji k obhajobě a navrhuji hodnocení B – velmi dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Jak konkrétně zní podmínka použití vztahů s Galileovým číslem (viz str. 48)?
  2. Vysvětlete, co jste myslela odstavcem na str. 35 práce „Jelikož se vícestupňová varianta nemusí vyplatit v každém typu provozu, je nezbytné v rámci tohoto návrhu vycházet z provedeného ekonomického srovnání. V případech, kdy by finanční úspora generovaná vyšším elektrickým výkonem nedefinovala takto jednoznačně rychlou návratnost investice, bylo by nutné provést detailnější analýzu diskontovaných peněžních toků.“.
  3. V závěru i diskuzi hodnotíte finanční stránku instalace výměníku a zapojení do CZT – kde jsou pro tyto úvahy podklady? Z čeho vyplývají úvahy o návratnosti nebo extrémní investiční zátěži?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová