SMR-2021 Einleitung

Die Kerntechnik bekommt gerade einen unerwarteten Aufschwung: Immer mehr junge Menschen drängen in die einschlägigen Studiengänge, es entstehen unzählige neu gegründete Unternehmen und es steht plötzlich auch viel privates Kapital zur Verfügung. Darüberhinaus zeigt dieser Winter in Texas auch dem gutgläubigsten Menschen, daß eine Stromversorgung (nur) aus Wind, Sonne und Erdgas ein totes Pferd ist.

  • Texas ist nahezu doppelt so groß wie Deutschland, hat aber nur etwa ein Drittel der Einwohner, die sich überwiegend in einigen Großstädten ballen. Windparks waren deshalb höchstens ein Thema für Vogelfreunde und Landschaftsschützer. Texas ist darüberhinaus auch noch sehr windreich durch seine Lage „zwischen Golf und mittlerem Westen“.
  • Texas liegt etwa auf der „Breite der Sahara“ (Corpus Christi 27°N, Amarillo 35°N; Kanarische Inseln 28°N, Bagdad 33°N). Mal sehen, wann in Deutschland wieder von der Photovoltaik in der Sahara gefaselt wird.
  • In Texas kommt das Erdgas aus der Erde. Trotz der inzwischen gigantischen Verflüssigungsanlagen für den Export, muß immer noch Erdgas abgefackelt werden. Das alles ändert aber nichts an der Tatsache, daß im Ernstfall nur das Gas am Anschluss des Kraftwerks zählt. Kommt noch parallel zum Strombedarf der Bedarf für die Gebäudeheizungen hinzu, ist schnell die Grenze erreicht. Wohl gemerkt, das Gas kommt in Texas aus der Erde und nicht aus dem fernen Russland.

Das Kapital ist bekanntlich ein scheues Reh. Nach den Milliarden-Pleiten in Texas wird man sich schnell umorientieren. Darüberhinaus fängt die Bevölkerung an zu fragen, warum man eigentlich zig Milliarden Steuergelder mit Wind und Sonne versenkt hat.

Was sind SMR?

SMR (Small Modular Reactor) sind kleine Kernkraftwerke mit einer elektrischen Leistung von bis zu 300 MWel. Eine ziemlich willkürliche Grenze, die auf kleine Reaktoren abzielt, die gerade noch mit der Eisenbahn (in den USA) transportierbar sein sollen. Eine weitere Untergruppe sind Mikroreaktoren mit einer elektrischen Leistung von bis zu etwa 10 MWel. Bei den bisherigen Kernkraftwerken hat man immer größere Leistungen (z. B. EPR mit 1650 MWel) angestrebt, um die in der Verfahrenstechnik üblichen Skaleneffekte zu erzielen. Problem dabei ist, daß man einen erheblichen Montageaufwand auf der Baustelle hat, da alle Bauteile sehr groß werden. Bei den SMR geht man umgekehrt den Weg, das Kraftwerk weitesgehend in Fabriken in Serie zu fertigen und zu testen. Es steht also Kosteneinsparung durch Skaleneffekte gegen Serienfertigung (wie z. B. im Flugzeugbau). Welcher Weg letztlich kostensparender ist, kann vorab gar nicht gesagt werden. Vielmehr kann durch SMR ein völlig neuer Markt der „kleinen Netze“ erschlossen werden. Das betrifft beileibe nicht nur Schwellenländer, sondern vielmehr lernen wir in Deutschland gerade, welche enormen Netzkosten entstehen, wenn man zentrale Windparks baut. Ferner ist die Finanzierung wegen des kleineren (absoluten) Kapitalbedarfes weniger risikoreich und damit leichter handhabbar. Ein „Kraftwerk von der Stange“ erfordert eine wesentlich kürzere Zeitspanne – also Vorfinanzierung – von der Bestellung bis zur Inbetriebnahme. Hinzu kommt, daß die kleineren Bauteile auch nur kleinere Fertigungsanlagen erfordern. Beispielsweise baut Indien zur Zeit 15 Schwerwasserreaktoren, da dafür alle Komponenten im eigenen Land hergestellt werden können. Der ursprünglich angedachte Bau von konventionellen Druckwasserreaktoren wurde aufgegeben, da dafür wesentliche Komponenten (z.B. Reaktordruckbehälter) im Ausland gegen Devisen gekauft werden müßten. Aus gleichem Grund treffen SMR auch in Europa (z. B. Tschechien, Großbritannien) auf großes Interesse.

Die Sicherheitsfrage

Bei kleineren Kraftwerken kann man näher an die Städte heranrücken und damit Kraft-Wärme-Kopplung in vorhandenen Fernwärmenetzen abgasfrei betreiben. Finnland z. B. plant mittelfristig die vorhandenen Kraftwerke in den Ballungszentren durch SMR zu ersetzen. Analog gelten die gleichen Überlegungen für Fernkälte und Meerwasserentsalzungsanlagen z. B. in der Golfregion. Will man jedoch in der Nähe von Großstädten bauen, müssen solche Kernkraftwerke zwingend „walk away“ sicher sein, damit sie überhaupt genehmigungsfähig sind. Dazu gehört insbesondere der Verzicht auf eine aktive Notkühlung. Reaktoren kleiner Leistung kommen dem physikalisch entgegen: Um die Leistung zu produzieren, ist eine entsprechende Anzahl von Kernspaltungen notwendig. Bei der Kernspaltung entstehen radioaktive Spaltprodukte, die auch nach der Abschaltung noch Zerfallswärme produzieren. Bei kleinen Reaktoren ist diese Nachzerfallswärme so gering, daß sie problemlos passiv abgeführt werden kann – oder anders ausgedrückt, die Temperatur im abgeschalteten Reaktor steigt nur so weit an, daß keine Grenzwerte erreicht werden. Dies war z. B. beim Unfall in Fukushima völlig anders. Dort hat die Nachzerfallswärme gereicht, um eine Kernschmelze auch noch nach der Abschaltung der Reaktoren auszulösen.

Damit Kernkraftwerke in oder in unmittelbarer Nähe zu Städten akzeptiert werden, muß faktisch gewährleistet sein, daß keine (nennenswerte) Radioaktivität das Betriebsgelände überschreitet. Damit an dieser Stelle kein Missverständnis entsteht: Es gibt keine absolute Sicherheit. Es wird auch zukünftig Unfälle in Kernkraftwerken geben, genauso wie immer wieder Flugzeuge abstürzen werden. Trotzdem fliegen Menschen. Der Mensch ist nämlich durchaus in der Lage, Risiken und Vorteile für sich abzuwägen – solange er nicht ideologisch verblödet wird. Selbst eine ideologische Verblödung kann aber nicht unendlich lange aufrecht erhalten werden: Gerade durch Tschernobyl und Fukushima sind die Märchen der „Atomkraftgegner“ von „Millionen-Toten“ etc. als Propaganda entlarvt worden. Auffällig still ist es in den letzten Jahren um die „Gefahren durch Atomkraft“ geworden. Übrig geblieben ist einzig die Lüge von dem „Millionen Jahre strahlenden Atommüll, für den es keine Lösung gibt“. Auch dieser Unsinn wird sich von selbst widerlegen.

Die Vielzahl der Entwürfe

Es gibt unzählige Entwürfe von Kernreaktoren. Jeder Professor, der etwas auf sich hält, erfindet einen neuen Reaktor zu Übungszwecken. Der Weg zu einem Kernkraftwerk ist aber lang. Irgendwann stirbt die überwiegende Anzahl wegen irgendwelcher unvorhergesehenen Detailprobleme. Hier werden nur Entwürfe betrachtet, für die ausreichend Unterlagen aus Genehmigungsverfahren, Veröffentlichungen etc. zur Verfügung stehen. Immerhin blieben noch über 90 Konzepte übrig, die sich auf dem Weg zu einem Prototypen befinden. Für jedes einzelne Konzept wurde bereits mindestens ein zweistelliger Millionenbetrag investiert und ein Unternehmen gegründet. Als erstes soll etwas Systematik in dieses Angebot gebracht werden. In späteren Folgen werden dann einzelne Entwürfe näher vorgestellt und diskutiert werden.

Neutronenspektrum

Je langsamer Neutronen sind, je höher ist die Wahrscheinlichkeit einer Spaltung eines U235 – Kerns. Demgegenüber können alle schnellen Neutronen auch Kerne von U238 bzw. anderer Aktinoiden spalten. Schnelle Reaktoren haben den Vorteil, daß sie mit „Atommüll“ (so verunglimpfen „Atomkraftgegner“ immer die abgebrannten Brennelemente aus Leichtwasserreaktoren) betrieben werden können. Eine verlockende Perspektive: Betrieb der Kernkraftwerke mit „Abfall“, bei gleichzeitiger Entschärfung der „Endlagerproblematik“ auf wenige Jahrzehnte bis Jahrhunderte. Nur hat alles seinen Preis, gerade kleine Reaktoren (im räumlichen Sinne, nicht nur im übertragenen, bezogen auf die Leistung) sind schwierig als schnelle Reaktoren zu bauen. Es ist deshalb nicht verwunderlich, daß 59 Entwürfe mit thermischem Spektrum und nur 20 als schnelle Reaktoren ausgeführt sind.

Die angestrebten geringen Abmessungen (Transport) sind faktisch auch bei thermischen Reaktoren nur über eine höhere Anreicherung realisierbar. Mit der bei heutigen Druckwasserreaktoren üblichen Anreicherung von weniger als 5% lassen sich kaum SMR bauen. Man hat deshalb den neuen Standard HALEU mit einer Anreicherung von knapp unter 20% eingeführt. Der Begriff „thermisch“ im Zusammenhang mit der Geschwindigkeit von Neutronen bezieht sich auf die Geschwindigkeitsverteilung der brownschen Molekularbewegung. Je höher deshalb die Betriebstemperatur eines Reaktors ist, um so höher auch die Geschwindigkeit der Neutronen und damit um so geringer die Wahrscheinlichkeit einer Spaltung eines Urankernes. Deshalb sind „Hochtemperaturreaktoren“ schon wegen der neutronenphysikalischen Auslegung anspruchsvoller.

Moderatoren

Wenn man Neutronen abbremsen will, benötigt man einen Moderator. Bei den Leichtwasserreaktoren ist das das Arbeitsmedium Wasser. Die einfachste Konstruktion ist der Siedewasserreaktor, bei dem der im Reaktor erzeugte Dampf unmittelbar die Turbine antreibt (5 Entwürfe). Demgegenüber wird beim Druckwasserreaktor erst in einem zusätzlichen Wärmeübertrager der Dampf erzeugt (24 Entwürfe). Eine gewisse Sonderstellung nehmen Schwerwasserreaktoren ein, in denen Deuterium die Funktion des Moderators übernimmt (2 Entwürfe). Bei Mikroreaktoren kommen noch andere Moderatoren zum Einsatz.

Kühlmittel

Bei thermischen Reaktoren kommen Wasser, Helium und Salzschmelzen zur Anwendung. Bei Wasser sind die erreichbaren Temperaturen durch die abhängigen Drücke begrenzt (31 Entwürfe). Für eine reine Stromerzeugung ist das jedoch kein Hinderungsgrund. Will man hohe Temperaturen erreichen, bleibt Helium (20 Entwürfe) oder eine Salzschmelze (13 Entwürfe). Bei beiden kommt man mit relativ geringem (Helium) oder gar Atmosphärendruck (Salze) aus. Will man schnelle Reaktoren bauen, bleibt nur Helium (2 Entwürfe), Blei (9 Entwürfe), Natrium (5 Entwürfe) oder Salzschmelzen (3 Entwürfe). Tauscht man Wasser gegen andere Kühlmittel, wird man zwar den hohen Druck und den Phasenübergang los – was oft als Sicherheitsgewinn dargestellt wird – handelt sich aber damit eine Menge neuer Probleme ein: Einfrieren bei Raumtemperatur (Blei und Salzschmelzen), Korrosion (Blei und Salzschmelzen), Staub (Helium), Brandgefahr (Natrium), Zeitstandsfestigkeit usw. Es verwundert deshalb nicht, daß die Überzahl der Entwürfe bei Wasser als Moderator und Kühlmittel bleibt. Durch die überragenden thermodynamischen Eigenschaften des Wasser-Dampf-Kreisprozesses ist das für eine Stromproduktion auch kein Hinderungsgrund. Oft gehörte Argumente von möglichen höheren Wirkungsgraden sind bei den geringen Brennstoffkosten eher Scheinargumente. Anders sieht es mit der Entwicklung von schnellen Reaktoren aus. Blei und Natrium haben hier eine überragende Stellung. Allerdings sind die Preise für Natururan immer noch im Keller und die Zwischenlagerung abgebrannter Brennelemente ist ebenfalls konkurrenzlos billig. In einigen Jahren könnte jedoch ein geschlossener Brennstoffkreislauf aus politischen Gründen (Angst vor Atommüll) zum Renner werden. Momentan liegt Russland bei dieser technischen Entwicklung mit großem Abstand vorn. Die USA haben das erkannt und starten gerade eine beeindruckende Aufholjagd.

Brennstoff

Standard ist immer noch Uran. Bei schnellen Reaktoren kann man den „Abfall“ der konventionellen Reaktoren weiter nutzen. Thorium bleibt vorläufig auch weiter ein Exot. Das Uran kann in unterschiedlichen chemischen Verbindungen (metallisch, Uranoxid, Urannitrid, Legierungen usw.) im Reaktor verwendet werden und in unterschiedlichen geometrischen Formen (als Brennstäbe, als TRISO-Elemente, im Kühlmittel aufgelöst usw.) eingebaut werden. Der Brennstoff ist in seiner chemischen Zusammensetzung und seiner geometrischen Form bestimmend für die maximale Betriebstemperatur. Ferner ist er das erste Glied der Sicherheitskette: Er bindet während des Betriebs die Spaltprodukte und soll diese auch bei einem Störfall zurückhalten. SMR benötigen wegen der höheren Anreicherung mehr Natururan und sind wegen der höheren Trennarbeit teurer in der Herstellung als konventionelle Brennelemente.

Die Hersteller

Mit deutlichem Abstand sind die beiden führenden Länder in der Entwicklung von SMR Russland und die USA.

Alle Projekte befinden sich in einer unterschiedlichen Realisierungsphase von Konstruktion, Genehmigungsverfahren, über Bau bis Probebetrieb. Der chinesische SMR vom Typ ACPR50S (Druckwasserreaktor in klassischer Bauweise mit 50 MWel) ist fast fertiggestellt. Er soll bei Serienfertigung als schwimmender Reaktor auf einem Ponton verwendet werden. Der argentinische SMR Carem (integrierter Druckwasserreaktor mit 30 MWel) ist eine Eigenentwicklung und soll 2023 in Betrieb gehen.

Land LWR Gas Blei Natrium Salz Summe
Argentinien– – – – 1
China– – 7
Dänemark– – – – 
Finnland– – – 
Frankreich1– – – 
GB1– – – 
Indonesien– – – 
Japan– 
Kanada– – 
Luxemburg– – – – 
Russland11 – 17 
Schweden– – – – 
Südafrika– – – – 
Süd Korea– – – 
USA21 
Summe29 17 13 – 
Betrachtete SMR-Entwürfe nach Ländern und Typen geordnet.

Der chinesische HTR-PM (Hochtemperaturreaktor, Kugelhaufen mit Helium, 105 MWel) befindet sich im Testbetrieb. Sein Vorläufer HTR-10 von der Tsinghua University, China (Kugelhaufen mit 2,5 MWel) ist seit 2018 in Betrieb. Der japanische HTTR 1 (prismatischer Hochtemperaturreaktor, Helium, 30 MWth) ist seit 2007 mit Unterbrechungen für Umbauten in Betrieb. Der russische RITM-200M (modularer Druckwasserreaktor mit 50 MWel) ist seit 2020 auf Eisbrechern in Betrieb und soll bis 2027 in Ust-Kuyga in Sibirien als Kraftwerk in Betrieb gehen. Der russische KLT-40S (Druckwasserreaktor in klassischer Bauweise, 35 MWel) ist zweifach auf einem schwimmenden Ponton seit 2020 in Pevek in Chukotka als Heizkraftwerk in Betrieb.

Beginn einer atemberaubenden Serie

Anfang September 2020 wurde der Reaktor Fuqing 5 mit 177 Brennelementen zum ersten mal beladen. Ein in mehrfacher Hinsicht bemerkenswertes Ereignis. Es ist der erste Reaktor der chinesischen Eigenentwicklung ≫Hualong One≪ – ein sogenannter „First Of A Kind“ (FOAK). Der Bau des allerersten Reaktors eines neuen Modells dauert zumeist sehr lange, da bei ihm noch viele Fehler gemacht werden, die zeitaufwendig behoben werden müssen. Abschreckendes Beispiel ist die Baustelle Olkiluoto in Finnland mit dem Baubeginn im Jahr 2004. Gänzlich anders die Situation bei Fuqing 5: Dort war der Baubeginn (erster nuklearer Beton) im Mai 2015. Rund 5 Jahre Bauzeit gegenüber 16 Jahren mit gigantischer Kostenexplosion. Deutlicher kann man die Leistungsfähigkeit der chinesischen kerntechnischen Industrie nicht darstellen. Doch damit noch nicht genug: Im Dezember 2015 war der Baubeginn für die Blöcke Fuqing 6 und Fangschenggang 3, im Dezember 2016 für Fangschenggang 4, im Oktober 2019 für Zhangzhou 1 und im September 2020 für Zhangzhou 2 und Taipingling 1. Um dem ganzen noch die Krone aufzusetzen, wurde parallel im August 2015 mit dem ersten Auslandsauftrag Karachi 2+3 in Pakistan begonnen. Man hat also gleichzeitig 9 Reaktoren eines neuen Typs in Arbeit. Da China auch noch andere Kernkraftwerke baut, kommt es seinem Ziel, in den nächsten Jahrzehnten durchschnittlich alle sechs Monate einen Kernreaktor in Betrieb zu nehmen, sehr nahe.

Die Geschichte des Hualong

Im Jahr 2012 wurde durch das zentrale Planungsbüro in Peking beschlossen, die Eigenentwicklungen ≫ACP1000≪ von China National Nuclear Corporation (CNNC) und ≫ACPR1000≪ von China General Nuclear (CGN) zu einem standardisierten Modell ≫Hualong One≪ zusammenzulegen. Es sollte ein Reaktor der dritten Generation entstehen, in dem auch ausdrücklich alle Erfahrungen des Unglücks in Fukushima berücksichtigt werden sollten. Da jeder Hersteller seine eigenen Zulieferketten hat, unterscheiden sich noch heute die Modelle geringfügig.

Ursprünglich sollten 2013 in Pakistan zwei ≫ACP1000≪ in der Nähe von Karachi gebaut werden. Dieses Vorhaben wurde 2015 in zwei ≫Hualong One≪ umgewandelt. Darüberhinaus befindet sich der ≫Hualong One≪ in der Variante Fuqing 5+6 in Großbritannien im Genehmigungsverfahren als Modell für das geplante Kernkraftwerk Bradwell. Allerdings ist es höchst fragwürdig, ob dieses Projekt noch politisch durchsetzbar ist. Nach den Ereignissen in Hongkong und um den Ausbau des Mobilfunknetzes durch Huawei ist die Stimmung in Großbritannien gekippt. China ist in einer Schlüsselfunktion wie der Stromversorgung nicht mehr erwünscht.

Die Lernkurve

Obwohl diese Serie von Hualog One weitestgehend parallel gebaut wird, kann man laufend Verbesserungen entdecken. Selbst an so simplen Bauteilen wie dem Containment. Es besteht aus Stahlringen (ca. 46m Durchmesser, etwa 7m hoch, Wandstärke 6 mm, mit einem Gewicht von 180 to), die auf einem separaten Platz auf der Baustelle aus vorgefertigten Segmenten zusammengeschweißt werden. Sie werden dann mit einem Schwerlastkran übereinander gestapelt und zu einem zylindrischen Containment montiert. Den oberen Abschluss bildet eine Kuppel, die ebenfalls vor Ort aus Segmenten zusammengeschweißt wird und mit einem Kran aufgesetzt wird. Auf diese Stahlkonstruktion wird nun die eigentliche Hülle aus Spannbeton aufbetoniert. Man erhält so ein gasdichtes und hochfestes Sandwich als Wand. Als Schutz gegen Flugzeugabstürze etc. wird diese Konstruktion noch einmal als äußere Hülle wiederholt. Zwischen den Wänden verbleibt ein Spalt, der später zur Überwachung im Unterdruck gehalten wird.

Vergleicht man nun die innere Kuppel von Fuqing 5 (Montage im Januar 2017) mit der von Fangschenggang 3 (Montage im Mai 2018), so stellt man fest, daß sich das Gewicht von 305 to auf 260 to verringert hat. Umfangreiche 3-D-Simulationen, eine Optimierung der Statik und die Verwendung besonders geformter Segmente haben zu diesem Fortschritt geführt. Materialeinsparungen sind praktisch auch immer Kosteneinsparungen.

Wie flexibel die Chinesen vorgehen, zeigt sich aber auch am Ablauf der Montage. Bisher hat man klassisch erst den Rohbau fertiggestellt und anschließend die Großkomponenten eingebracht. Dazu muß man die drei Dampferzeuger (Länge 21 m, 365 to) und das Druckgefäß waagerecht durch die Schleuse einbringen und innerhalb des Containment aufwendig aufrichten und mit dem Polarkran in Position bringen. Beim Kraftwerk Karachi hat man die Einbauten vor dem Aufsetzen der Kuppel eingebracht. Bei Fuqing 5 dauerte das Einbringen der Dampferzeuger und des Druckgefäßes rund 2,5 Monate. In Karachi reduzierte sich der Einbau auf rund 5 Stunden pro Dampferzeuger bzw. 3 Wochen für alle nuklearen Großkomponenten. Eine beträchtliche Zeit- und Kostenersparnis.

Die Rolle ausländischer Zulieferer

Klein, Schanzlin und Becker (KSB) aus Frankenthal war einst die Perle für Pumpen in der Kraftwerkstechnik. Der Ausstieg aus Kerntechnik und Kohle in Deutschland hat sie (noch) nicht aus dem Markt gedrängt, sondern lediglich ins Ausland vertrieben. So erhielt SEC-KSB den Auftrag für die sechs Hauptkühlmittelpumpen (10,000-Volt-Motor mit einer Antriebsleistung von 6600 kW, 110 to schwer, Leistung 24 500 Kubikmeter pro Stunde) für das Kraftwerk Zhangzhou. Ein Auftrag in dreistelliger Millionenhöhe. Dafür muß man in Deutschland eine ganze Menge Heizungspumpen verkaufen. SEC-KSB ist ein im Juni 2008 gegründetes Joint Venture zwischen Shanghai Electric (55%, wer da wohl das sagen hat?) und KSB (45%), welches für das komplette Geschäft mit kerntechnischen Komponenten in China verantwortlich ist. Ein typisches Schicksal eines deutschen Unternehmens der Spitzentechnologie: Entweder man macht den Laden in Öko-Deutschland sofort dicht oder man versucht sich ins Ausland zu verlagern.

Vielleicht verläuft ja das Schicksal von Rolls-Royce (R&R) etwas anders. R&R hat für das gleiche Kraftwerk ebenfalls einen dreistelligen Millionenauftrag eingeworben über die Lieferung der Neutronenfluss-Messeinrichtungen. Allerdings werden diese komplett in Grenoble Frankreich konstruiert, gefertigt und getestet…

Die Preise

Man kann den Chinesen nicht so richtig in die Karten schauen. Es handelt sich immer noch um eine Planwirtschaft mit ihren Eigenheiten bezüglich Kosten und Finanzierung. Man kann aber einen guten Eindruck über Geschäfte mit dem Ausland gewinnen. So hat sich schon 2016 der thailändische Energieversorger RATCH in das Kernkraftwerk Fangchenggang II eingekauft. Aus den Veröffentlichungen des Unternehmens kann man entnehmen, daß das Kraftwerk einen Wert von US$ 6 Milliarden, bei einer Leistung von 2 x 1180 MWel hat. Dies entspricht spezifischen Investitionskosten von 2542 US$/kW. Ganz ähnlich sind die Daten für das pakistanische Kraftwerk Karachi: CNNC gibt Pakistan einen Kredit über US$ 6,5 Milliarden. Es scheint, daß die Chinesen das gesamte Kernkraftwerk im engeren Sinne (2 x 1100 MMWel) komplett vorfinanzieren. Die Projektkosten für das Kernkraftwerk werden von dem pakistanischen Prime Minister Nawaz Sharif mit US$ 9.59 Milliarden angegeben. Dies ergibt spezifische Kosten von 4359 US$/kW für das Projekt mit allen notwendigen Ausgaben (z. B. Hochspannungsleitungen und Infrastruktur).

Bauweise

Bei dem Hualong One oder auch als HPR-1000 bezeichnet, handelt es sich um einen Druckwasserreaktor mit drei Kreisläufen (jeweils Dampferzeuger, Hauptkühlmittelpumpe und Hauptkühlmittelleitung) und einer Nennleistung von 1180 MWel. Er ist für eine Betriebsdauer von (mindestens) 60 Jahren ausgelegt. Er besitzt ein doppelwandiges Containment, welches gegen Flugzeugabstürze etc. ausgelegt ist. Das Brennelementelager und die Gebäude für sicherheitstechnische Anlagen sind ebenfalls gegen Flugzeugabstürze etc. verbunkert. Die Schnellabschaltung bei Störfällen erfolgt vollautomatisch. Erst nach 30 Minuten sind menschliche Eingriffe nötig. Erst nach 72 Stunden sind Hilfsmaßnahmen von außen nötig (z. B. Nachfüllen von Wasser in die internen Becken). Jeder Reaktor ist nicht nur für die Grundlast, sondern auch für einen extremen Lastfolgebetrieb konstruiert.

Innerhalb des Containment – genauso geschützt gegen Einwirkungen von außen wie der Reaktor selbst – befindet sich ein großer Wassertank (IRWST), der Wasserverluste im Kreislauf (z. B. Rohrbruch im Primärkreis) ersetzen kann. Es ist also kein „Umschalten“ in andere Gebäudeteile notwendig. Diesem Tank kann auch Wasser für die „Beregnung“ des Sicherheitsbehälters entnommen werden. Durch den Regen kann der Druck und die Temperatur im Notfall reguliert werden. Es können auch Chemikalien hinzugesetzt werden, die etwaige freigesetzte radioaktive Stoffe auswaschen und binden können (Lehre aus Fukushima). Dies entlastet die Filteranlagen, wenn die Luft nach einem schweren Störfall über den Kamin abgegeben werden muß. Aus dem IRWST kann auch ausreichend Wasser bereit gestellt werden, um die Kaverne, in der das Reaktordruckgefäß steht, vollständig zu fluten. Damit ist das Austreten von Kernschmelze aus dem Reaktordruckgefäß ausgeschlossen. Die gesamte Nachzerfallswärme wird über passive Systeme mit Naturumlauf und Wärmeübertrager an die Umgebung abgegeben. Insofern handelt es sich beim Hualong One um einen echten Reaktor der sogenannten Generation III+.

Solange der Primärkreislauf intakt ist, aber die Wärmesenke (Kühlturm, Meerwassereinlauf, Pumpen etc.) total ausfallen sollte (Fukushima), kann die Wärme über die Dampferzeuger sicher im Naturumlauf abgeführt werden. Zum Nachfüllen von Wasserverlusten dienen jeweils 2 x 50% Motorpumpen und 2 x 50% Pumpen mit Dampfturbinen, die Wasser aus Tanks entnehmen. Es liegt also auch hier nicht nur Redundanz, sondern auch Diversität vor.

Für die Notstromversorgung sind pro Reaktor zwei Notstromdiesel in getrennten Gebäuden vorgesehen. Zusätzlich gibt es im Kraftwerk noch eine weitere Notstromversorgung über eine Gasturbinenanlage (Lehre aus Fukushima) und transportable Notstromaggregate. Zusätzlich gibt es Batterien für eine Versorgungszeit von 72 h (Lehre aus Fukushima). An diese Gleichstromversorgung sind alle Instrumente, Notbeleuchtung, EDV sowie die Ventile der passiven Sicherheitseinrichtungen angeschlossen.

Wie die probabilistischen Sicherheitsberechnungen ergeben, ist beim Hualong One mit einem Kernschaden (CDF) in höchstens einer Million Betriebsjahren zu rechnen. Mit einer Freisetzung großer Mengen radioaktiver Stoffe in die Umwelt (LRF) in höchstens 10 Millionen Betriebsjahren. Um gleich den üblichen Missverständnissen entgegenzutreten: Es handelt sich um Betriebsjahre und nicht Kalenderjahre. Gemeint ist damit, wenn 10 gleiche Reaktoren ein Kalenderjahr lang laufen, ergibt das 10 Betriebsjahre. Und ja, es handelt sich um Wahrscheinlichkeiten, ein Schaden könnte auch schon morgen eintreten. Absolute Sicherheit gibt es halt in der Natur nicht. Solche Zahlen dienen Fachleuten nur um unterschiedliche Risiken vergleichbar zu machen. Was aber ausschlaggebend ist, hier handelt es sich um Eintrittswahrscheinlichkeiten für Ereignisse – nicht um Opferzahlen. Spätestens nach Tschernobyl und Fukushima wissen wir doch, daß auch schwerste Unglücke in Kernkraftwerken zu wenig bis gar keinen Todesopfern führen. Ganz im Gegensatz z. B. zu einem Flugzeugabsturz. Der Kampfschrei der „Anti-Atomkraft-Bewegung“: Millionen Tote, für zehntausende von Jahren unbewohnbar, war und ist einfach nur grottenschlechte Propaganda – wenngleich er gerade in Deutschland höchst erfolgreich war und ist.

Erster Reaktor in Weißrussland

In Ostrovets in der Region Grodno (54° 36′ 49″ N, 25° 57′ 19″ E) geht das erste Kernkraftwerk Weißrussland ans Netz. Es besteht aus zwei Druckwasserreaktoren des Typs VVER-1200 mit insgesamt 2340 MWel,netto. Die Auftragserteilung und erste Baustellenvorbereitungen erfolgten noch 2011. Die Grundplatte von Reaktor 1 wurde im November 2013 und von Reaktor 2 im May 2014 betoniert (offizieller Baubeginn eines Kernkraftwerks). Damit hat auch die russische Nuklearindustrie gezeigt, daß sie Kernkraftwerke fristgerecht und ohne Kostenüberschreitungen im Ausland fertigstellen kann. Der erste Reaktor dieses Typs ging 2016 (Novovoronezh II-1) in Betrieb. Es folgten 2017 Leningrad II-1 und 2019 Novovoronezh II-2. Auch hier zeigt sich wieder, der Bau von Kernkraftwerken in der vorgesehenen Zeit zu festen Kosten ist keine Hexerei. Das Geheimnis liegt im Bau möglichst baugleicher Kraftwerke in dichter Folge: So hat man stets geübtes Personal im Einsatz und dies ist die beste Garantie vor Termin- und Kostenüberschreitungen.

Preis und Finanzierung

Die Exporterfolge der russischen Nuklearindustrie beruhen auf der gleichzeitigen Finanzierung durch russische Banken. Der Auftragswert für das Kraftwerk betrug 10 Milliarden US$ (entsprechend 4274 US$/kW). Das ist durchaus günstig für ein Kraftwerk der Generation III+ mit allem Schnickschnack, wie doppeltem Beton-Containment und Kernfänger. Bei diesem Typ hat sich der Hersteller eng an europäischen Vorstellungen orientiert, wie sie auch im französischen EPR realisiert werden.

Die Finanzierung erfolgt quasi nach einem Bauherrenmodell: Es gibt einen Zahlungsplan mit festgelegten Raten zu festgelegten Zahlungsbedingungen. Dies ergibt eine interessante Aufteilung des Risikos zwischen Auftragnehmer und Auftraggeber. Bis zur jeweiligen vertragsgemäßen Teillieferung trägt der Anbieter das Risiko von Kostensteigerungen durch Bauverzögerungen. Erst ab diesem Zeitpunkt wirken sich für den Auftraggeber zusätzliche Zinszahlungen durch eine verzögerte Inbetriebnahme aus. Wird eine Rate an den Hersteller fällig, wird diese durch eine russische Bank als Kredit für Weißrussland bereitgestellt. Erst ab diesem Moment muß der Kapitaldienst durch den Auftraggeber geleistet werden. Rußland finanziert so etwa 90% der Baukosten vor. Ganz nebenbei, haben die USA inzwischen erkannt, welchen Exportvorteil Rußland gegenüber finanzschwachen Ländern durch dieses Modell hat und streben wieder staatliche Ausfallbürgschaften an. So hat Rosatom im März 2020 veröffentlicht, daß es für die nächsten zehn Jahre über ein Auftragsvolumen im Ausland von US$ 140 Milliarden verfügt. Rosatom besteht aus 400 Unternehmen mit mehr als 250 000 Mitarbeitern. Für Rußland bedeutet dies nicht nur die Einwerbung von Exportaufträgen, sondern auch die Wandlung der stets schwankenden Deviseneinnahmen aus dem Rohstoffgeschäft in stetige langfristige Zahlungsströme – z. B. für Pensionszahlungen.

Die russische kerntechnische Industrie ist seit dem Zusammenbruch der Sowjetunion wie ein Phönix aus der Asche wiederauferstanden. Im Oktober 2015 wurde der erste Reaktordruckbehälter von Atomash in Wolgodonsk – nach 30 Jahren Pause – hergestellt. Das Werk wurde 1973 gegründet und stellte bis 1986 allein 14 Reaktorgefäße her. 1997 ging es endgültig pleite und hangelte sich dann mit Aufträgen aus dem Gas- und Ölsektor durch. Heute ist es wieder das Zentrum für Druckwasserreaktoren und verfügt über die Kapazität von vier kompletten Kernkraftwerken (Druckgefässe, Dampferzeuger etc.) jährlich. Das Werk verfügt über einen eigenen Anschluß an den Wolga-Don-Kanal. In diesem Jahr wurden bereits drei Reaktordruckgefäße und 17 Dampferzeuger für Projekte in Indien, Bangladesch und der Türkei ausgeliefert.

Der Bauablauf

Man bevorzugte in Weißrussland ein zur Errichtung paralleles, abschnittsweises Genehmigungsverfahren. Dies funktioniert sehr gut bei Serienbauweise ohne große lokale Anpassungen. Wie hier gezeigt, kann das die gesamte Bauzeit einschließlich notwendiger Planung und Vertragsverhandlungen vom „Wunsch“ ein Kernkraftwerk zu bauen, bis zur Inbetriebnahme auf rund zehn Jahre begrenzen. Wendet man dieses Verfahren jedoch beim erstmaligen Bau eines Kernkraftwerks (FOAK) an, kann es sehr schnell zu einem wirtschaftlichen Desaster führen. Eindringliches Beispiel hierfür ist die „ewige“ Baustelle des EPR in Finnland.

Auch bei diesem Projekt zeigt sich wieder der grundsätzliche Vorteil von Baustellen mit doppelten Blöcken. Auch die französische Industrie ist nun diesem Weg in Hinkley Point gefolgt. Die gesamte Baustelleneinrichtung, wie z. B. Schwerlastkran, Werkstätten, Unterkünfte usw. halbiert sich automatisch (bezogen auf die spezifischen Kosten). Man kann bei allen Projekten bereits beim zweiten Block eine merkliche Senkung der notwendigen Arbeitsstunden feststellen, da man bereits vor Ort eine geübte und aufeinander eingestellte Truppe im Einsatz hat. Dies gilt um so mehr, je mehr man lokale Unternehmen beauftragt. So kam man in Ostrovets mit angeblich 3000 Fachkräften aus.

Am 10. July 2016 ereignete sich beim Einbau des Reaktordruckbehälters ein Missgeschick: „Der Behälter rutschte langsam etwa 4 m ab und setzte sanft auf den Grund auf, keine Beschädigung, die Aufhängung am Gehäuse wurde verschoben“, so die offizielle Stellungnahme. Auf Wunsch der weißrussischen Genehmigungsbehörde wurde er durch einen neuen ersetzt. Am folgenden 3. April wurde der für Block 2 vorgesehene Behälter in Block 1 eingebaut. Für den Block 2 wurde der ursprünglich für das Kraftwerk Kaliningrad 2 vorgesehene Reaktordruckbehälter ersatzweise geliefert. An diesem Beispiel erkennt man, wie robust die Strategie einer Serienfertigung ist. Der notwendige Ersatz eines Bauteils mit 36 Monaten Lieferzeit wäre bei einem Einzelprojekt zu einer wirtschaftlichen Katastrophe geworden. So konnte der Fahrplan nahezu eingehalten werden und im August 2020 die Beladung mit den 163 Brennelementen abgeschlossen werden.

Der nukleare Friedhof

Es ist eine russische Tradition, die nuklearen Abfälle in unmittelbarer Nähe des Kraftwerks zu lagern. Man hat deshalb parallel die Genehmigung für ein Endlager durchgeführt. Die erste Stufe für US$ 10 Millionen soll bis 2028 fertiggestellt sein. Man geht bei einer Betriebsdauer des Kernkraftwerks von (erstmal) 60 Jahren aus. In diesem Zeitraum sollen 9360 m3 feste Abfälle (leicht und mittelaktiv) und 60 m3 hochaktive Abfälle anfallen. Beim Abbruch der Anlage sollen noch einmal 4100 m3 leicht und mittelaktive Abfälle und 85 m3 hochaktive Abfälle anfallen. Die leicht und mittelaktiven Abfälle sollen dauerhaft lokal gelagert werden. Für die hochaktiven Abfälle wird ein unterirdisches Zwischenlager geschaffen.

Die Geschichte der VVER-Baureihe

In Rußland werden Druckwasserreaktoren als Wasser/Wasser-Energie Reaktoren (VVER) bezeichnet. Diesem Kürzel wird die gerundete elektrische Leistung in Megawatt und gegebenenfalls eine Fertigungsnummer angehängt. So ist der VVER-1200 ein Druckwasserreaktor mit rund 1200 MW elektrischer Leistung. Erst am 8.9.1964 wurde der erste Druckwasserreaktor als VVER-210 im Kraftwerk Novovoronezh kritisch und blieb bis 1984 in Betrieb. 1971 folgte der erste VVER-440 und 1980 der erste VVER-1000. Die beiden letzten Typen wurden auch exportiert (Ukraine, Armenien, Finnland, Bulgarien, Ungarn, Tschechien., Slowakei, Iran, China).

Alleinstellungsmerkmal aller VVER sind liegende Dampferzeuger und sechseckige Brennelemente. Das grundsätzliche Konstruktionsprinzip wurde bis heute beibehalten und ist ausgereizt. Durch die stetige Leistungssteigerung ergibt sich eine evolutionäre Entwicklung, bei der man die Betriebserfahrungen, technische Weiterentwicklungen (z. B. Werkstoffe) und zusätzliche Sicherheitsanforderungen (Containment, Kernfänger etc.) stets in die nächste Baureihe ohne all zu große Entwicklungsrisiken einfließen lassen kann. Führt man jedoch eine Baureihe über einen solch langen Zeitraum fort, verkompliziert dies irgendwann die Anlage. Dies gilt beispielsweise für die liegenden Dampferzeuger (Durchmesser 4 m, Höhe 5 m, Länge 15 m, Gewicht 340 to). Stehende Pumpen, Druckbehälter usw. mit liegenden Dampferzeugern zu verbinden, führt zu einer sehr unaufgeräumten Konstruktion mit langen und verschlungenen Rohrleitungen. Dies erschwert Wartung und Wiederholungsprüfungen. Das Reaktordruckgefäß wächst auch mit steigender Leistung. Durch die Beibehaltung der Grundkonstruktion mit zwei Anschlussebenen (4 Rücklauf und 4 Vorlaufleitungen plus Noteinspeisung) besteht das Druckgefäß aus 6 geschmiedeten Ringen und einer Kalotte. Die Schweißarbeiten am oberen und unteren Teil dauern jeweils 15 Tage bei einer Temperatur von 200 °C. Anschließend muß jede Hälfte noch bei 300 °C geglüht werden um die Spannungen in den Nähten zu verringern. Nachdem beide Hälften in einem weiteren Schritt zusammengeschweißt wurden, muß das gesamte Gefäß noch komplett mit einer korrosionsbeständigen Legierung plattiert werden. Alles sehr umständlich und damit teuer. Die Fertigungszeit beträgt deshalb etwa 36 Monate.

Hintergründe

Weißrussland ist als selbstständiger Staat aus der Auflösung der Sowjetunion hervorgegangen. Es ist ein relativ kleines und dünn besiedeltes Land mit knapp 60% der Fläche von Deutschland, aber nur 10 Millionen Einwohnern. Durch die enge Verknüpfung der Wirtschaft in der ehemaligen Sowjetunion – die bis heute noch nicht überwunden ist – kommt praktisch die gesamte Kohle, das Rohöl und Erdgas immer noch aus Rußland. Diese extreme Abhängigkeit hat immer wieder zu Spannungen zwischen beiden Ländern geführt. Vereinfacht kann man sagen, daß Putin-Rußland hat immer wieder versucht durch angedrohte Preiserhöhungen und Lieferunterbrechungen Weißrussland seinen Willen aufzudrücken – umgekehrt hat Weißrussland versucht, seine „Kosten“ durch Erhöhung von Transitgebühren erträglich zu halten. Insofern sind die Ostsee-Pipeline und das Kernkraftwerk Ostrovets unmittelbare Produkte dieses Konflikts. Rußland mußte Weißrussland ein Kernkraftwerk bauen und vorfinanzieren, sonst hätte es Weißrussland durch den Bau der Ostsee-Pipeline unweigerlich in die Arme des „Westens“ getrieben. Ein weiterer Satellitenstaat wäre dem „roten Zaren“ – wie schon vorher die Ukraine – davongelaufen.

Ein Kernkraftwerk entzieht sich weitestgehend politischer Erpressbarkeit: Wegen der außerordentlichen Energiedichte von Uran kann es für Monate und Jahre ohne neue Brennstofflieferungen betrieben werden. Auch ein russisches Kernkraftwerk stellt heute kein Problem mehr da. Es gibt für die Reaktoren heute Brennelemente von verschiedenen Herstellern außerhalb der russischen Einflußsphäre. Auch die Versorgung mit Ersatzteilen und „Kow-how“ ist nicht unbedingt ein Problem. Eine enge Kooperation mit der Ukraine, Finnland usw. kann im Ernstfall helfen – es haben schließlich all diese Länder ein Problem mit russischer Technik und Politik.

Der erste Reaktor der VAE ist kritisch

Mit der Inbetriebnahme des Kernkraftwerks Barakah sind die Vereinigten Arabischen Emirate (VAE) als 33. Nation in den weltweiten Kreis der Nationen mit friedlicher Nutzung der Kernenergie aufgestiegen. Ein unter verschieden Gesichtspunkten erwähnenswerter Schritt.

Proliferation

Die VAE haben sich bewußt zur ausschließlichen friedlichen Nutzung bekannt. Sie haben deshalb bewußt auf einen eigenen Brennstoffkreislauf vertraglich verzichtet: Keine Anreicherung von Uran und keinerlei Gewinnung von Plutonium um „Verdachtsmomente“ einer militärischen Nutzung vollständig auszuschließen. Bezug von Brennstoff nur in der Form einsatzbereiter Brennelemente. So radikal hat sich bisher keine Nation positioniert. Extremes Gegenbeispiel ist der Nachbar auf der anderen Seite des Golfs. Im Mullah-Iran wird die Anreicherung von Uran und die Gewinnung von (waffengrädigem) Plutonium leichtgläubigen Europäern als notwendig für den Betrieb des Kernkraftwerks Busher verkauft.

Der Verzicht auf einen eigenen Brennstoffkreislauf hat einerseits enorme diplomatische Verwerfungen ausgelöst und andererseits interessante neuartige Ansätze erschaffen. So haben die USA größte Bauschmerzen bei der Lieferung von Kernkraftwerken an Saudi Arabien oder Indien. Indien ist bereits faktisch „Atommacht“. Saudi Arabien ist nicht grundsätzlich bereit einen faktischen Verzicht auf Kernwaffen auszusprechen solange der „Erzfeind Iran“ weiter offen an der „Atombombe“ bastelt. Schon aus diesem Grunde ist das – insbesondere von Deutschland immer noch verzweifelt hoch gelobte „Iranabkommen“ äußerst kontraproduktiv gewesen. Andererseits ist durch die inzwischen verwirklichte Brennstoffbank mehr als ein Ansatz für die Nichtverbreitung von Kernwaffen geschaffen worden.

Um die Brennstoffversorgung zu sichern, wurde die Versorgung durch die VAE in fünf Bereiche vom Uranbergbau bis zum Brennelement gegliedert. Für jede Stufe wird mit mehreren Lieferanten aus unterschiedlichen Ländern Lieferverträge abgeschlossen. Für die Erstbeladung allein mit sechs Unternehmen. Für abgebrannte Brennelemente werden drei Perioden (bis 20 Jahre, bis 200 Jahre und darüber hinaus) definiert. Für die Lagerung bis zu 20 Jahren sind Abklingbecken vorgesehen. Alle sechs Jahre sollen die Elemente in oberirdische Betontresore für mindestens (mögliche) 200 Jahre umgelagert werden. Für den Zeitraum danach kann eine Wiederaufbereitung im Ausland durchgeführt oder eine direkte Endlagerung vorgenommen werden. Eine endgültige Entscheidung wird dann wahrscheinlich nach Kosten gefällt werden.

Die Energiesituation in den VAE

Im Jahr 2007 wurde eine umfangreiche Energiestudie durchgeführt. Man kam zu der Erkenntnis, daß der Verbrauch an elektrischer Energie mit einer Rate von 9% jährlich wachsen würde. Es blieb daher nur der Weg über den Neubau von Kernkraftwerken oder Kohlekraftwerken. Ab dem Jahr 2007 wurde die VAE bereits zum Netto-Gasimporteur mit stetig steigender Tendenz. Noch heute wird fast 98% der elektrischen Energie aus Erdgas gewonnen. Der Primärenergieverbrauch wurde 2018 aus etwa 40% Öl und 59% Erdgas gedeckt. Im Jahr 2017 wurden 127 TWh elektrische Energie verbraucht. Das Kernkraftwerk Barakah mit 4 Blöcken vom Typ APR1400 kann rund 44 TWh jährlich produzieren. Damit können erhebliche Mengen Erdgas in den nächsten Jahren für die Industrie oder den Export freigesetzt werden.

Finanzierung

Nach internationaler Ausschreibung und mehr als einjähriger Prüfung ging der Auftrag 2009 an die Korea Electric Power Company über die schlüsselfertige Lieferung zum Festpreis von 20 Milliarden USD für das Kernkraftwerk Barakah (3600 USD/kW). Es war der erste Exporterfolg Koreas für Reaktoren der sog. III. Generation. Insofern ein mutiger Schritt auf beiden Seiten. Vor der Entscheidung wurden zahlreiche internationale Fachleute mit Erfahrungen im Bau von Kernkraftwerken im Auftrag der VAE nach Korea entsandt. Ihr Auftrag war die Beurteilung der Zulieferer und der Baustellen des gleichen Typs. Die VAE selbst verfügen über zahlreiche Erfahrungen in der Abwicklung von Großprojekten ihrer Öl- und Gasindustrie und den Bau und Betrieb zahlreicher Gas-Kombi-Kraftwerke.

Im Jahr 2016 gingen die VAE und Korea eine gegenseitige Beteiligung ein. Man gründete ≫Barakah One (BO)≪ als Finanzierungs- und ≫Nawah≪ als gemeinsame Betriebsgesellschaft. An diesen beiden Gesellschaft hat jeweils die ≫Emirates Nuclear Energy Corporation (ENEC)≪ einen Anteil von 82% und die ≫Korea Electric Power Corporation (KEPCO)≪ einen Anteil von 18%. BO verfügt über ein Kapital von 24,4 Milliarden USD. Davon sind 4,7 Milliarden Eigenkapital und rund 19,6 Milliarden Fremdfinanzierung. Das Department of Finance of Abu Dhabi hat 16,2 Milliarden beigesteuert und die Export-Importbank von Korea (KEXIM) 2,5 Milliarden. Weitere Mittel kommen von einem Bankenkonsortium (National Bank of Abu Dhabi, First Gulf Bank, HSBC, Standard Chartered Bank). Das Volumen beinhaltet den Auftragswert (overnight cost), die Zinsen und etwaige Kostensteigerung durch Inflation während der Bauzeit, sowie die erste Brennstoffladung.

Die Baustelle als ein Konjunkturprogramm

Im July 2012 begann der Bau mit dem Betonieren der Grundplatte des Reaktors 1. Diese Arbeiten gelten international als der Baubeginn eines Kernkraftwerks. Im May 2013 folgte die Grundplatte des Reaktors 2 und im September 2014 Grundplatte 3 bzw. im September 2015 Grundplatte 4. Hier wird schon das Prinzip eines kostengünstigen Bauens erkennbar: Man baut viermal die gleiche Anlage, aber geringfügig zeitversetzt. So hat man jeweils nach dem Bau der Anlage 1 ein bereits geübtes Team für die Anlagen 2 bis 4 vor Ort. Dies bietet die größte Rationalisierung und Sicherheit vor Fehlern, die zu Bauverzögerungen führen. Eine stets wiederkehrende Erfahrung auf allen Baustellen der Welt. Dieser Takt wurde auch bei den Komponenten gehalten: Z. B. Einbau des ersten Reaktordruckgefäßes im May 2014, im Reaktor 2 im Juni 2015, im Reaktor 3 July 2016 und 2017 im Reaktor 4. Eine solche Auftragsvergabe wirkt sich natürlich auch kostensenkend bei den Zulieferern aus. Eine Kleinserie ist immer günstiger als eine spezielle Einzelanfertigung. Jedes „erste Mal“ birgt immer das Risiko nicht vorhergesehener Probleme, die automatisch zu Verzögerungen führen.

Auf der Baustelle arbeiteten mehr als 18 000 Menschen. So viele Menschen über so lange Zeit mit Unterkunft, Essen, sauberer Arbeitsbekleidung etc. zu versorgen, ist ein enormer Input für die lokale Wirtschaft. Hinzu kommen die Aufträge im Inland. Rund 1400 Unternehmen aus den VAE erhielten vom Generalunternehmer Aufträge über mehr als 3 Milliarden USD. Viel bedeutender als der Geldwert ist jedoch der Wissenstransfer: Alle Produkte und Dienstleistungen müssen den strengen Qualitätsanforderungen der Kerntechnik genügen. So haben die koreanischen Zulieferer durch tatkräftige Hilfe dazu beigetragen, daß zahlreiche Unternehmen sich erstmalig für eine Zulassung bei der American Society of Mechanical Engineers (ASME) zertifizieren konnten. So besitzen z. B. Emirates Steel durch ihre Lieferung für Betonstahl nun eine ASME-Zulassung für Kernkraftwerke. Solche Zertifikate müssen beileibe keine Eintagsfliegen sein. So konnte der Kabellieferant Ducab inzwischen sogar Kabel für das Kernkraftwerk Shin Hanul in Korea liefern. Es ist kein Zufall, daß hier keine Rede mehr von DIN und sonstigen deutschen Regelwerken ist. Keine Exporte von Kernkraftwerken, keine Verbreitung von deutscher Spitzentechnik. Wer seinen Betrieb einmal aufwendig auf die US-Maßsysteme und ihre Technik-Philosophie eingestellt hat, wird nur sehr unwillig alles ändern. Dies gilt auch für andere Produkte.

Die Folgeaufträge

Ein solches Projekt ergibt eine gegenseitige Verknüpfung der Wirtschaftsbeziehungen für Jahrzehnte. Für den Lieferanten ergeben sich unzählige lukrative Folgeaufträge. So hat die Korea Hydro und Nuclear Power (KHNP) mit der Betriebsgesellschaft Nawah ein ≫Operating Support Service Agreement (QSSA)≪ abgeschlossen. Für 10 Jahre nach Fertigstellung sollen 400 Fachkräfte von KHNP den Betrieb vor Ort unterstützen. Der Auftragswert: 880 Millionen USD. Hinzu kam 2017 ein weiteres Abkommen zwischen KHNP und Nawah über den gemeinsamen Einkauf von Ersatzteilen für die koreanischen und VAE Kraftwerke vom Typ APR1400. Im März 2019 hat Nawah einen fünfjährigen Wartungsvertrag mit Kepco und Doosan Heavy Industries abgeschlossen. Man muß nicht nur unzählige „Elektro-Golfs“ verkaufen, bis man einen Umsatz von 20 Milliarden erzielt hat, sondern bei einem Kernkraftwerk fallen einem auch noch weitere Milliardenaufträge quasi ins Haus. Nicht zu unterschätzen, welche ganz anderen Aufträge man durch solch enge Kontakte einwerben kann. So haben sich die Koreaner schon vorher durch den Bau von Gaskraftwerken und Meerwasserentsalzungsanlagen einen Namen in den VAE gemacht. So wie einst Siemens – jedenfalls sind nicht immer höhere Lohnkosten in Deutschland eine Ausrede für alles. Politischer Wille spielt auch eine nicht ganz unwichtige Rolle. Wenn man jedenfalls sein Heil in der Neuerfindung mittelalterlicher Techniken sucht, sollte man sich über keinen Stellenabbau wundern.

Der steinige Weg

Es ist eine nicht zu unterschätzende Leistung, ein bitterarmes Volk aus einer nahezu unbewohnbaren Salzwüste in das 21. Jahrhundert zu katapultieren. Inzwischen setzt sich in allen Ölförderländern die Erkenntnis durch, daß nur durch eine konsequente Industrialisierung dauerhaft gut bezahlte und anspruchsvolle Arbeitsplätze geschaffen werden können. Davor steht wiederum Bildung und Ausbildung. So ist die Emirates Nuclear Energy Corporation (ENEC) buchstäblich aus dem Nichts 2008 entstanden. Heute hat die ENEC über 2900 Mitarbeiter. Der Anteil der Emiratis ist inzwischen auf 60% angestiegen und der Anteil der Frauen beträgt 20%, was vielleicht viele „Gender-GaGa-Anhänger“ erstaunen mag. Hier wächst eine Generation hoch qualifizierter Frauen heran, von denen bereits einige Führungspositionen – ganz ohne Quote, sondern durch Fleiß (Kerntechnik-Studium) und Befähigung – erklommen haben.

Der Weg ist durchaus eine Orientierung für andere Schwellen- oder gar Entwicklungsländer die Kernenergie nutzen wollen. Auch Wissen kann importiert werden. Man hat Fachleute aus aller Welt mit mindestens 25-jähriger einschlägiger Berufserfahrung angeworben. Der eigene Nachwuchs lernt durch die unmittelbare Zusammenarbeit an dem konkreten Projekt. Für die Grundausbildung sind vier Züge vorgesehen:

  1. Weiterbildung von erfahrenem Personal aus anderen Industriezweigen des Landes.
  2. Studium von besonders qualifizierten Studenten der eigenen Hochschulen zur Erlangung eines „Nuclear Masters“ an renommierten Universitäten im Ausland.
  3. Aufbau eines „Bachelors der Kerntechnik“ an den Hochschulen des Landes.
  4. Techniker für Wartung und Betrieb im eigenen Kraftwerk.

KHNP und ENEC haben 2016 einen Vertrag über die Entsendung von 50 Fachkräften für die Ausbildung in Korea abgeschlossen. Daraus sind unter anderem 10 voll ausgebildete und zertifizierte Reaktorfahrer hervorgegangen. Seit 2010 läuft das ≫Energy Pioneers Program≪ mit den USA. Bisher wurden 500 Emiratis ausgebildet. Weiter werden 200 Emiratis durch die USA zu Reaktorfahrern ausgebildet. Im July 2019 wurden die ersten 15 Reaktorfahrer nach 3-jähriger praktischer Ausbildung in Korea, Südafrika und USA von der ENEC zugelassen. Für den Betrieb des Kraftwerks geht ENEC von etwa 2000 Dauerarbeitsplätzen aus.

Zwangsläufige Verzögerungen

Die Kernenergie in den VAE wurde praktisch auf einem weißen Blatt begonnen. Von Anfang an hat man die Kooperation mit dem Ausland angestrebt um aus Erfahrungen und Fehlern zu lernen. Auf Transparenz gegenüber allen internationalen Institutionen wurde stets großer Wert gelegt. Die Federal Authority for Nuclear Regulation (FANR) der VAE ging nie allein vor.

Bereits im Mai 2017 wurden vertragsgemäß die Brennelemente für den ersten Reaktor geliefert und im Kraftwerk bis zur Erlangung einer Betriebsgenehmigung eingelagert. Im Oktober 2017 hat ein ≫Pre-Operational Safety Review Team (Pre-OSART)≪ der ≫World Association of Nuclear Operators (WANO)≪ die Anlage auf ihre Betriebssicherheit überprüft. 15 internationale Fachleute aus 7 Ländern haben 18 Tage vor Ort das Kraftwerk begutachtet. Hierbei geht es vor allen Dingen um die Einhaltung der Sicherheitsstandards der ≫International Atomic Energy Agency (IAEA)≪. Der Bericht schloß mit einem Lob für die Bildung der „Multi-Kulti“ Betriebsmannschaft, aber auch mit einiger Kritik ab. Es wurde für die Behebung der Mängel ein Zeitraum von 18 Monaten vorgegeben.

Im März 2018 wurde der erste Reaktor offiziell fertig gestellt und dem Kunden übergeben. Damit sind alle Tests und Prüfungen unter Fremdenergie abgeschlossen und die Betriebsfähigkeit nachgewiesen. Der Reaktor durfte aber erst mit Kernbrennstoff beladen werden, nachdem die Betriebsgesellschaft Nawah eine Betriebserlaubnis erhalten hatte.

Im November 2019 führte die WANO eine ≫Pre-Start Up Review≪ durch und erklärte den Reaktor 1 für betriebsbereit. Am 17.02.2020 erteilte die FANR als zuständige Institution der Nawah eine Betriebsgenehmigung für 60 Jahre. Dies geschah nachdem über 14 000 eingereichte Seiten technische Dokumentation geprüft, 255 Inspektionen durchgeführt, 2000 ergänzende Anfragen bearbeitet und 40 internationale Inspektionen durch WANO und IAEA durchgeführt worden waren. Damit konnte Reaktor 1 mit Kernbrennstoff beladen werden. Die Erstbeladung konnte bereits durch ein Team aus 90% Emitatis eigenverantwortlich durchgeführt werden. Trotz Corona konnte nun endlich zum 1. August der erste Block seine Kettenreaktion einleiten. Es beginnen jetzt die üblichen Garantietests in verschiedenen Leistungsstufen. Man strebt eine vollständige Übergabe bis Ende des Jahres an. Gleichwohl wird schon in dieser Inbetriebnahmephase elektrische Energie in das Verteilnetz der VAE eingespeist.

APR1400 aus Korea

Der APR1400 (Advanced Power Reactor mit 1400 MWel) besitzt sogar die Zulassung der US-Genehmigungsbehörde. Es ist allerdings unwahrscheinlich, daß er je auf dem Gebiet der Vereinigten Staaten errichtet wird. Trotzdem hat die Korea Hydro & Nuclear Power Company Ltd. (KHNP) zig Millionen in diesen umfangreichen Genehmigungsprozess investiert. Diese Zulassung gilt international als der „Goldstandard“. Nahezu ein muß, wenn man ein Kernkraftwerk auf dem Weltmarkt an Länder mit ausreichend harten Devisen verkaufen will – und nur das verspricht langfristig Gewinn. China versucht über eine Kooperation mit EDF ihren HUALONG-Reaktor wenigstens in GB zugelassen zu bekommen. Rußland lernt gerade in Finnland und der Türkei, wie umfangreich und inhaltsschwer ein Genehmigungsverfahren in „westlichen Kulturen“ ist. Die sprichwörtliche Geheimniskrämerei und Arroganz gegenüber „kleinen Nationen“ ist dabei wenig hilfreich, eher hinderlich. So ist das mit viel Selbstbewußtsein gestartete Projekt Hanhikivi 1 in Finnland seit Jahren im Genehmigungsverfahren stecken geblieben. Man wollte schon 2018 mit dem Bau begonnen haben und hofft nun wenigstens auf eine Genehmigung bis 2021. Die resultierenden Kosten (Festspreisangebot) bei jetzt schon absehbarer Verzögerung um mindestens 10 Jahre könnten noch eine harte Nuss für Putin werden, stammen die Mittel doch aus dem russischen Pensionsfond. So viel vorweg, um die Leistung der koreanischen Industrie und den Startvorteil auf dem Weltmarkt richtig einzuordnen.

Ein weiterer Vorteil ist, daß mit Shin Kori 3 (seit 2016) und Shin Kori 4 (seit 2019) bereits zwei Reaktoren erfolgreich am Netz sind. Shin Kori 5 ist seit 2017 und Shin Kori 6 seit 2018 in Bau, ebenso Shin Hanul 1 und Shin Hanul 2. Vier weitere Reaktoren stehen vor der Fertigstellung in Barakah in den vereinigten Emiraten. Was aber fast noch wichtiger in der heutigen Zeit ist, der Bau von Barakah 1 begann 2012 und die fristgerechte Fertigstellung erfolgte 2018 – in einem entfernten Land, mitten in der Wüste, fast ohne vorhandene kerntechnische Infrastruktur. Parallel mußte die gesamte zugehörige Betriebsmannschaft erst ausgebildet werden, was zu einiger Verzögerung bei der Inbetriebnahme führt. Besonders attraktiv ist jedoch der Preis mit rund 3600 US$ pro Kilowatt. Wohlgemerkt für eine Energiequelle mit 90 %iger Verfügbarkeit gemäß Bedarf. Damit kann keine Sonnenenergie – auch nicht am Golf – konkurrieren, denn auch dort ist es des Nachts dunkel und oft genug ist der Himmel am Tage bedeckt (jährliche Arbeitsausnutzung). Wie konnte Süd-Korea dies Gelingen?

Die koreanische Geschichte der Kernkraftwerke

Korea unterteilt seine kerntechnische Geschichte selbst in vier Phasen. In der ersten Phase (70er Jahre) wurden Kernkraftwerke vollständig importiert. In der zweiten Phase (80er Jahre) wurden immer mehr nukleare Komponenten im eigenen Land hergestellt. Hierfür wurden enge Kooperationen – einschließlich Wissenstransfer – mit den einschlägigen Zulieferern im Ausland abgeschlossen. Hierdurch gelang es sehr schnell, eine eigene kerntechnische Industrie aufzubauen. Das Ziel der dritten Phase (90er Jahre) war die Entwicklung eines möglichst unabhängigen (im Sinne von Lizenzbedingungen) eigenen Reaktors. Ausländische Zulieferer konnten nur noch als Subunternehmer einheimischer Zulieferer tätig werden. Es entstand der Reaktor OPR1000. Von ihm wurden im Zeitraum von 1989 bis 2015 zehn Reaktoren in Korea gebaut und in Betrieb genommen. Parallel wurde die komplette kerntechnische Infrastruktur von Forschung, Entwicklung, Schulung, Genehmigungsverfahren usw. installiert. Aus Korea wurde eine international respektierte Kernenergienation. Ausdrücklich ohne jedes militärische Interesse. Ganz im Gegensatz zum Glaubensbekenntnis tumber „Atomkraftgegner“, daß Kernenergie immer einen militärischen Hintergrund hat. Im rohstoffarmen Südkorea ging es vielmehr um eine gesicherte Eigenversorgung mit Energie und hochwertige Exportgüter. Bis hierher, eine Menge Parallelen zu Deutschland…

Nach dem Reaktorunfall in Harrisburg USA und Tschernobyl in der Sowjetunion setzte weltweit ein Run auf die Entwicklung noch sicherer Reaktoren der sog. „III. Generation“ ein. Eine (teilweise) Kernschmelze wie in Harrisburg sollte noch unwahrscheinlicher werden und selbst über die bisherigen Auslegungskriterien hinausgehende Unfälle sollten in ihre Wirkung auf das Betriebsgelände beschränkt werden. Aus diesen Überlegungen entstand in Südkorea seit Anfang des Jahrhunderts der Typ APR1400. Man orientierte sich wieder an den USA (Modell 80+ von Combustion Engineering), achtete aber auf eine Unabhängigkeit über Lizenzerwerb und konsequente Entwicklung eigener Berechnungs- und Konstruktionsverfahren. Heute kann man ein komplettes Kernkraftwerk der Generation III, einschließlich (digitaler) Steuerung und Regelung und aller nuklearen Komponenten bauen. Ein Zustand, den China gerade erst erreicht und Russland immer noch nicht erreicht hat (Regelung, Turbine etc.).

Wie sich durch Projekte in Flamanville (EPR in Frankreich) oder Vogtle (AP1000 in USA) zeigt, ist aber die nahezu wichtigste Voraussetzung für die Einhaltung geplanter Bauzeiten eine geübte Mannschaft an qualifizierten Fachleuten. Südkorea hat dies durch den kontinuierlichen Ausbau erreicht. Eine jahrzehntelange Unterbrechung hingegen, bedeutet faktisch einen Neuanfang in der Kerntechnik. Wissen und Übung geht schlichtweg verloren. Ferner ist für die Kosten auch eine möglichst einfache Konstruktion erforderlich. Jeder Kubikmeter umbauter Raum treibt die Kosten vielfach, jede Schweißnaht auf der Baustelle ist eine potenzielle Fehlerquelle etc.

Die Konstruktion des APR1400

Der APR1400 ist eine konsequente evolutionäre Weiterentwicklung vorhandener Druckwasserreaktoren. In jedes Bauteil sind die Betriebs- und Montageerfahrungen der vorausgegangenen 10 OPR 1000 eingeflossen. Eine schrittweise Entwicklung, wie man sie z. B. auch aus der Automobilindustrie (vom Golf x, über den Golf y zum Golf z) kennt. Entwicklungssprünge und Verfahrenswechsel hingegen (z. B. vom Käfer mit luftgekühltem Benzinmotor auf den Golf Diesel), sind immer mit Risiko und Kinderkrankheiten verbunden. Mit anderen Worten, man hat gar nicht versucht den „Superreaktor“ zu bauen, sondern vielmehr eine solide Arbeitsmaschine, die dafür aber kostengünstig ist.

Bei den Sicherheitsanforderungen eines Reaktors der sogenannten „dritten Generation“ hat man sich konsequent an den Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in den USA (CE80+ von Combustion Engineering/Westinghouse) orientiert. Die dort entwickelten Rechenprogramme und Versuche an Modellen und in Kraftwerken haben die Zulassung enorm beschleunigt. Dies betrifft ganz besonders auch die Werkstoffe, denn anders als z. B. in der „Klimafolgenforschung“ muß jedes Rechenprogramm seine Aussagefähigkeit durch Nachrechnung von Versuchen unter Beweis stellen. Eine höchst kosten- und zeitintensive Angelegenheit.

Bei der Konstruktion und Zulassung hat man gleich ein „Plant Life“ von 60 Jahren angesetzt. Es scheint leider immer wieder notwendig, darauf hinzuweisen, daß es bei einem Kernkraftwerk keine technische Lebensdauer gibt, sondern lediglich eine wirtschaftliche. So ist z. B. die Betriebserlaubnis für vier Kraftwerke in USA (Peach Bottom 2,3 und Turkey Point 3,4) bereits auf 80 Jahre verdoppelt worden. Alles hängt nur von den Wartungs- und Modernisierungskosten ab. So gibt es andererseits z. B. in Japan Kraftwerke jüngeren Datums, die wegen erforderlicher Anpassung an heutige Sicherheitsanforderungen (Tsunami) nicht mehr zu vertretbaren Kosten nachrüstbar sind. Von ideologischem Aktionismus wie in Deutschland, gar nicht zu reden. Eine Orientierung bietet immer der Verschleiß (Neutronenbeschuß) des Reaktordruckgefäßes. Heute besitzt man spezielle Werkstoffe und ein besseres Verständnis der Zusammenhänge als noch vor 50 Jahren. So kann man einen rechnerischen Nachweis für mindestens 60 Jahre erbringen. Entsprechend der später tatsächlich aufgezeichneten Belastungen kann die „Lebensdauer“ weiter angepaßt werden.

Ähnlich sieht es mit den Dampferzeugern aus. Einerseits hat sich die Qualität, die Wasserchemie, die Werkstoffe (Inconel 690) usw. bedeutend verbessert, andererseits kann man schlicht durch eine Überdimensionierung eine Reserve schaffen. So besitzt jeder der zwei Dampferzeuger 13102 Rohre, von denen bis zu 10% ohne Leistungseinbuße verschlossen werden können.

Der Brennstoff ist für Wechselintervalle von mindestens 18 Monaten ausgelegt. Dies erlaubt eine Arbeitsverfügbarkeit von deutlich über 90%. Die Instrumentierung und Steuerung ist voll digital. Südkorea kann eine Eigenentwicklung anbieten. Es handelt sich um eine offene Architektur, die ebenfalls eine Nutzungsdauer von zig Jahrzehnten auch bei Hardware-Veränderungen erlaubt. Die Steuerung ist so konzipiert, daß der Reaktor voll automatisch Laständerungen folgen kann.

Sicherheitssysteme

Anders als z. B. bei dem französischen EPR wurde auf sicherheitstechnischen Schnickschnack wie eine doppelte Betonhülle (gegen fiktive Flugzeugabstürze und Terror) und einen „Core Catcher“ (gegen Hollywoods China Syndrom) verzichtet. Beides Kostentreiber. Trotzdem wurde die Wahrscheinlichkeit für eine Beschädigung des Kerns (Unfall in Harrisburg) auf unter ein Ereignis in 100 000 Reaktorbetriebsjahren und ein Containment-Versagen (Fukushima) mit Freisetzung von Radioaktivität auf weniger als einmal in 1 Million Reaktorbetriebsjahren gedrückt.

Reaktorkern

Ein Reaktorkern muß stets ausreichend gekühlt werden (Nachzerfallswärme nach Abschaltung). Wenn Kühlmittel verloren geht (z. B. Bruch einer Rohrleitung) muß dies sofort ersetzt werden. Der APR1400 besitzt hierfür einen ausreichend großen Tank innerhalb des Sicherheitsbehälters (IRWST, in-containment refueling water storage tank). Einem Wasserverlust und damit Druckverlust im Primärkreislauf wird passiv durch einen Druckspeicher entgegengewirkt. Es ist ein Druckbehälter mit Stickstoffpolster, der ab einem Systemdruck von 40 bar etwa 51 m3 nachspeisen kann. Es ist ein passives Sicherheitssystem (keine Fremdenergie nötig), das automatisch auslöst. Zusätzlich gibt es vier völlig voneinander getrennte Noteinspeisungen, die mit elektrischen Pumpen oder Dampfturbinen betrieben werden. Sie speisen direkt über eigene Anschlüsse in den Druckbehälter – oder wenn noch möglich – in die Dampferzeuger ein. Bei Störfällen, die über die Auslegung hinausgehen, wird zusätzlich die Grube, in der sich der Reaktordruckbehälters befindet mit Wasser gefüllt. So wird der Druckbehälter auch dann dauerhaft gekühlt, wenn bereits eine Kernschmelze eingetreten ist (Fukushima). In den ersten 30 Minuten laufen alle Maßnahmen ohne jeden Eingriff des Betriebspersonals ab. Man will damit Fehlbedienungen (Harrisburg) verhindern, bis das Personal sich einen detaillierten Überblick verschafft hat und wieder etwas Ruhe eingekehrt ist. Die weitere Notkühlung ist für einen automatischen Betrieb über acht Stunden ausgelegt. Genug Zeit, um auch Hilfe von außen heranführen zu können.

Sicherheitsbehälter

Das Containment besteht aus einem zylindrischen Spannbetonbehälter. Er übernimmt den Schutz gegen Einwirkungen von außen (Flugzeugabsturz, Terror etc.). Gleichzeitig verhindert er die Freisetzung von radioaktiven Stoffen auch bei schwersten Störfällen mit zerstörtem Kern. Gegen Wasserstoffexplosionen (Fukushima) gibt es 30 Katalysatoren und 10 Zündeinrichtungen, die gefährliche Konzentrationen verhindern. In dem Sicherheitsbehälter befinden sich Sprinkler, die radioaktive Stoffe (z. B. Jod) aus der Atmosphäre im Containment auswaschen können, bevor sie über die Filteranlagen und den Kamin in die Umwelt gelangen (Tschernobyl, Fukushima). Zusätzlichen Schutz gegen Einwirkungen von außen bietet die Architektur: Alle Hilfs- und Nebengebäude sind schützend um das Containment angeordnet. Dabei wird das Prinzip vierfacher Sicherheit beibehalten. Es gibt vier hermetisch von einander getrennter Gebäudeteile. Sie sind durch Brandmauern und Flutschutz (Fukushima) vollständig getrennt.

Bauweise

Durch den konsequenten Einsatz von 3-D-Simulationen und Baustellenmanagement konnte die Bauzeit schon bei Shin-Kori 3&4 auf 55 Monate (vom ersten Beton der Grundplatte bis zur Übergabe) beschränkt werden. Bei einem „Bau in Serie“ geht man von 48 Monaten Bauzeit aus. Dies wird auch durch eine Sektionsbauweise mit vorgefertigten Modulen, Einsatz von Schweißrobotern, Einbringung von Dampferzeugern und Druckgefäß von oben mittels Schwerlastkran etc. erreicht. Wichtig ist die kontinuierliche Auslieferung von Kernkraftwerken im In- und Ausland. Nur so kann auf allen Teilgebieten mit geübten Fachkräften gearbeitet werden und Erfahrungen geteilt werden. Reißt die Pipeline für viele Jahre ab – wie in USA und Frankreich geschehen – fängt man quasi wieder von vorne an. Kraftwerksbau wird zum unkalkulierbaren wirtschaftlichen Risiko (gemacht).

Nachwort

Südkorea und China beweisen, daß Kernenergie immer noch die kostengünstigste und zuverlässigste (vom Wetter unabhängig) Methode ist elektrischen Strom zu erzeugen. Selbst in Ländern, in denen fossile Energieträger (USA, China, Indien, arabischer Raum) reichlich vorhanden sind. Man muß es nur richtig machen!

Druck- und Siedewasserreaktoren sind noch lange nicht an ihrem technologischen Ende angekommen. Genauso wenig, wie Heizkessel durch Wärmepumpen und „Mao-Diesel“ verdrängt worden sind, obwohl das schon vor fast 50 Jahren in den Ölkrisen 1973 und 1976 prophezeit wurde. Es gilt auch weiterhin die Kostendegression durch Anlagengröße. Reaktorgrößen zwischen 1000 und 1500 MWel werden deshalb weiterhin gebaut werden. Industriell gefertigte Kleinreaktoren (SMR) werden noch für lange Zeit ein Nischenprodukt bleiben. Betrachtet man die Gesamtkosten (Personal, Bewachung, Wiederholungsprüfungen usw.) werden sie noch unter Beweis stellen müssen, daß die Stromkosten tatsächlich geringer sind.

Vergleicht man Deutschland und Südkorea, stellt man eine Menge Parallelen fest. Nicht nur die Rohstoffarmut und das Wiedererstehen nach schrecklichen Kriegen. Wenn Deutschland nicht von Öko-Sozialistischen-Irrlehren heimgesucht worden wäre und es in der Energiewirtschaft Unternehmer (ein Unternehmer unternimmt etwas) an der Stelle von Kombinatsleitern (sich selbst als ausführender Arm der Politik verstehend, nur auf staatliche Subventionen schielend) geben würde, wäre Deutschland noch heute ein hoch geschätzter Lieferant von Kraftwerken auf dem Weltmarkt. Wohlstand durch Exporterfolge wäre garantiert und als Bonbon zusätzlich „billige Strompreise“ im Inland und nicht Zwangsabschaltungen von „Kleinverdienern und Rentnern“. Wie ging noch mal das Märchen von „Hans im Glück“?

So geht Kohleausstieg

Rechtzeitig zum Winterbeginn wurde am 15. November in Haiyang in der Shandong Provinz in China die erste Stufe einer nuklearen Fernwärmeversorgung in Betrieb genommen. Vorerst werden 700 000 Quadratmeter Wohnfläche aus dem Kernkraftwerk Haiyang mit Wärme versorgt. Es handelt sich um die eigene Wohnsiedlung und einige öffentliche Gebäude. Schon dieser allererste Schritt spart rund 23 200 to Kohle pro Jahr ein. Die lokale Umwelt wird von 222 to Feinstaub und Ruß, 382 to Schwefeldioxid und 60 000 to CO2 jährlich entlastet. Ab 2021 soll ganz Haiyang mit 30 Millionen Quadratmeter versorgt werden. Im Endausbau sollen bis zu 200 Millionen Quadratmeter Wohnfläche in einem Radius von 100 km aus diesem Kernkraftwerk versorgt werden. Dies soll dann 6,6 Millionen to Kohle pro Jahr einsparen. Wohl gemerkt, nur für die Heizung in einem Ballungsraum.

Klimatische Verhältnisse

Neben seiner Größe und seines Bevölkerungsreichtums herrschen in China recht extreme Temperaturen. So liegt Haiyang etwa auf der gleichen Breite wie Tunis, hat aber eher Berliner Temperaturen. Im Januar bewegen sich die mittleren Temperaturen zwischen -5° und 1°C. Obwohl an der Küste gelegen, sind aber auch Temperaturen von unter -10°C durchaus nicht selten. Im Sommer herrscht feuchte Hitze zwischen 24° bis 28°C. Je nach Windrichtung (Monsun), herrscht Meeres- oder Kontinentalklima vor. Im Nordosten von China sind die Winter extrem lang und bitterkalt. Die vielen Kohleheizungen sind dort Ursache für die extrem schlechte Luft im Winter, die von der Bevölkerung nicht mehr länger toleriert wird. Luftverschmutzung ist eins der wesentlichen Probleme für die Regierenden auf allen Ebenen. Als (wirtschaftlich praktikable) Lösung bieten sich nur zwei Ansätze: Ersatz der „schmutzigen“ Kohle durch „sauberes“ Erdgas als Brennstoff oder Ausbau der Fernwärme und Einspeisung von nuklearer Abwärme. Erdgas muß überwiegend importiert werden und erfordert damit einen kontinuierlichen Devisenbedarf. Der Bau von Kernkraftwerken erfordert lediglich in der Bauphase einen großen Kapitalaufwand, während der Uranverbrauch später kaum noch ins Gewicht fällt. Langfristig sicherlich die günstigere Lösung. Mit jedem Kernkraftwerk das in Betrieb geht, sinkt der Kohlenverbrauch gleich um mehrere Millionen Tonnen pro Jahr.

Der Drang in die Ballungsräume

Weltweit wachsen die Ballungsräume immer schneller. Sie sind insbesondere für junge Menschen wegen der angebotenen Arbeitsplätze und der vielfältigen Freizeitangebote höchst attraktiv. Dies haben Berlin und Lagos – wenn auch auf völlig unterschiedlichem Niveau – gemeinsam. Die hohe Bevölkerungsdichte führt allerdings zu enormen Umweltbelastungen (Luftverschmutzung, Verkehr, Müll, Abwasser, usw.), die die Lebensqualität stark einschränken (können). Im Grunde genommen, sind Großstädte wie Mars-Kolonien: Sie sind nur durch „Technik“ überhaupt lebensfähig. Hat man erstmal eine Einwohnerzahl wie Peking (21 Millionen) oder Shanghai (23 Millionen) erreicht, ist eine Heizung bzw. Klimatisierung nur noch über Fernwärme- oder Kaltwassernetze sinnvoll möglich. Will man die Luftqualität merklich verbessern, muß man die Abgasquellen beseitigen oder zumindest aus der Stadt schaffen. Absolut keine neue Erkenntnis. Genau diesen Weg hat man in allen Industrieländern beschritten. Es ist der einzig gangbare Weg: Unabhängig von Region, Kultur und Wirtschaftssystem. Zentraler Gesichtspunkt ist dabei die Energiedichte. Will man den sehr hohen Energiebedarf pro Fläche in einer Großstadt ausgerechnet mit „Regenerativen“ (Wind, Sonne, Biomasse) bereitstellen, zerstört ein Ballungsraum eine ganze Region oder sogar ein ganzes Land. Immerhin hat das „kleine“ Shanghai inzwischen mehr Einwohner als ganz Österreich.

Der chinesische Weg

China hat ernsthafte Probleme mit der Luftverschmutzung. Hauptursache ist der gewaltige – und immer noch steigende –Verbrauch an Kohle. 2016 verbrauchte China 3349 Millionen to Steinkohle (Deutschland 57 Mio to), sowie 140 Millionen to Braunkohle (D 168 Mio to). China setzt deshalb konsequent auf den Ausbau der Kernenergie. In der ersten Phase hat man sich weltweit alle möglichen Reaktortypen zusammengekauft. Diese Phase scheint abgeschlossen. Von jetzt an, setzt man auf den Bau von Eigenentwicklungen (Hualong und CAP1000) auch für den Export. Bisher wurden fast alle Reaktoren an der Küste gebaut (billige Kühlung durch Meerwasser). Endgültige Klarheit über Typen und Standorte wird das Inkrafttreten des 14. Fünfjahrplan (2021–2026) verschaffen.

Von Anfang an, ist man aber mit großen Kraftwerken (bis 6 Reaktoren) möglichst nah an die Ballungszentren herangerückt. Dies spart schon mal lange und kostspielige Hochspannungstrassen. Auch mit diesen – anders als in Deutschland – hat man bereits seine Erfahrungen gesammelt. Das Hochspannungsnetz von China hat eine Länge von etwa einer Million km (Deutschland 35 000 km). Paradestücke ist z. B. die 800 kV Tian-Zhong Stromtrasse mit einer Länge von fast 2200 km. Zehn weitere solcher Trassen sind in Bau oder Planung. Thermische Kraftwerke in der Nähe von großen Städten bieten sich aber auch für die Kraft-Wärme-Kopplung an. Darunter versteht man die doppelte Ausnutzung des Brennstoffs für die Stromerzeugung und Heizung – eine besonders effiziente und umweltfreundliche Energienutzung.

Wenn man jedoch so nah an Ballungsräume heranrückt, ist ganz besonderer Wert auf die Sicherheit zu legen. Bei den zwei Reaktoren vom Typ AP-1000 handelt es sich wohl um die zur Zeit sichersten und modernsten Druckwasserreaktoren, die auf dem Weltmarkt zu kaufen sind. Zwei dieser Reaktoren befinden sich auch in Vogtle USA im Bau, zwei weitere in Sanmen China sind schon in Betrieb. Dieser Reaktor verfügt über passive Sicherheitseinrichtungen, die ein Unglück wie in Fukushima („station blackout“, dies ist ein totaler Ausfall des Kraftstroms) ausschließen. Die Nachzerfallswärme könnte ohne jeden Eingriff des Betriebspersonals abgeführt werden.

Die Verknüpfung mit dem Fernwärmenetz der Fengyan Thermal Power geschieht in einem separaten Gebäude auf dem Gelände des Kernkraftwerks. Wichtig unter Sicherheitsaspekten ist, daß das Fernheiznetz physikalisch durch Wärmeübertrager vom sekundären Dampfkreislauf des Kernkraftwerks völlig getrennt ist. Eine „Ausbreitung von Radioaktivität“ im Heizungsnetz kann also ausgeschlossen und ständig automatisch überwacht werden. Jeder muß nun selbst entscheiden, was für ihn ein größeres Risiko darstellt: Eine virtuelle Strahlenangst oder eine chronische Belastung durch Abgase.

Übertragung auf deutsche Verhältnisse

In Deutschland sind rund 14% aller Wohnungen an Fernwärme angeschlossen und damit werden rund 9% des gesamten Wärmebedarfs abgedeckt. Dies ist z. B. gegenüber Dänemark bescheiden: Dort werden 62% aller Haushalte durch Fernwärme versorgt. In großen Städten ist dort die Versorgung nahezu vollständig. So oder so, lassen sich durch den Ausbau der Fernwärme in Deutschland noch beträchtliche Mengen an fossilen Brennstoffen einsparen. Schneller und kostengünstiger als durch jedwede „Elektromobilität“. Aus ideologischen Gründen verdrängt man in Deutschland umweltfreundliche Kohlekraftwerke (mit Entstaubung, Entstickung und Rauchgaswäsche) durch kaum bessere Gaskraftwerke. Gemessen an den Entwicklungen z. B. in China, kann das nur eine Übergangslösung sein.

Es kann also nicht schaden, sich schon jetzt ein paar Gedanken für die Zeit nach dem Öko-Sozialismus zu machen. In dem dann wieder aufzubauenden Deutschland wird eine kostengünstige und sichere Energieversorgung (wieder) eine zentrale Aufgabe sein. Die Kerntechnik entwickelt sich beständig weiter. Sie hat bereits heute ein sicherheitstechnisches Niveau erreicht, das es erlaubt Kernkraftwerke in unmittelbarer Nähe von Städten zu errichten – jedenfalls eher als Chemieanlagen, Raffinerien, Windparks etc. Allerdings gibt es einen Unterschied zu China: Unsere Städte sind bedeutend kleiner. Der Einsatz konventioneller Reaktoren ist daher begrenzt. In Deutschland gehört die Zukunft den SMR (kleine Reaktoren bis zu etwa 300 MWel). Mit diesen könnten ganz unmittelbar bisherige Heiz-Kraftwerke (Kohle oder Erdgas) ersetzt werden. Alle notwendigen Einrichtungen (Stromanschlüsse, Pumpstationen etc.) könnten weiter benutzt werden. Durch diese dezentrale Lösung entfielen auch neue Hochspannungstrassen, wie sie z. B. für Windenergie aus der Nordsee nötig sind. Hinzu kommt eine enorme Versorgungssicherheit (Abdeckung des Bedarfs 24h an 7 Tagen die Woche) und Unabhängigkeit von Energieimporten. Da in solchen Kraftwerken nur alle paar Jahre ein Brennstoffwechsel notwendig ist, sind z. B. Erpressungsversuche durch Abstellen der Erdgaspipelines ausgeschlossen.

Wasserstoff, der neue Heilsbringer

Es gibt einen guten Grundsatz im Bankgeschäft: Werfe nie gutes Geld schlechtem hinterher. Energiewende geht anders. Zuerst hat man die Landschaft mit Windmühlen und Sonnenkollektoren zugepflastert. Die zwei zentralen Werbeslogans waren ≫Die Sonne schickt keine Rechnung≪ und ≫Irgendwo weht immer der Wind≪. Beide gleichermaßen trivial und im Zusammenhang mit dem europäischen Stromnetz schlicht weg falsch. Kritik wurde einfach – z. B. durch die unvergleichliche Energie-Fach-Frau Claudia Kemfert –weg gelächelt. Sie schwafelte sich monatelang mit ihrem ≫smarten Netz≪ und ihren ≫intelligenten Zählern≪ durch die Gesprächsrunden im Staatsfernsehen. Leider kam die gemeine Hausfrau sehr schnell dahinter, daß es sich dabei nur um Neusprech für Rationierung handelte. Lebensmittelkarten, egal ob elektronisch oder nicht, sind nun mal in Deutschland aus Erfahrung gemieden. Auch wollte besagte Hausfrau ungern die Wäsche des nachts im Plattenbau schleudern lassen oder solange im Saft stehen lassen, bis mal wieder der Wind weht. Was natürlich unsere Schlangenölverkäufer und Kombinatsleiter nicht davon abhält – nun eher in aller Stille – die guten alten Stromzähler durch neue und wesentlich teurere auszutauschen. Geschäft ist Geschäft und man erfüllt damit natürlich nur die Vorgaben der Politik. Innerlich war man schon immer irgendwie kritisch.

Nun weiß man aber aus der Werbung, daß es wenig effektiv ist, abgedroschene Werbeslogans weiter zu senden. Es mußte also ein neuer Gimmick her, mit dem man in einschlägigen Talkshows brillieren konnte: Das batteriebetriebene Elektroauto ward geboren. Wohlgemerkt, die Betonung lag auf ≫batteriebetrieben≪. Damit sollte der Hipster aus der Vorstadt sein Auto aufladen, wenn die Sonne scheint oder der Wind weht und sollte sogar noch ein Zubrot erzielen können, wenn er dem Prekariat im Sozialbau bei kalter Dunkelflaute mit ein bischen Strom aus seinem Drittauto aushelfen würde. Leider ist dieser Markt zu klein, um für die deutsche Autoindustrie profitabel zu sein. Otto-Normalverbraucher hingegen muß lange und schwer arbeiten, bis er ein paar Zehntausend Euro für ein Elektroauto über hat. Er wird sich hüten, sein Fahrzeug irgendwelchen Windmüllern als Speicher zur Verfügung zu stellen. Wohlwissend, daß die Batterie das teuerste Bauteil an seinem Auto ist und deren Lebensdauer stark von der Anzahl der Ladezyklen abhängt. Ganz nebenbei, wird von ihm als Steuerzahler auch noch erwartet, daß er jeden Tag pünktlich auf seiner Arbeitsstätte erscheint. Chef, meine Batterie war leer, geht nicht. Wenn sich das Elektroauto tatsächlich ausbreitet, wird es zu einer Zunahme der Nachfrage nach elektrischer Energie und vor allem auch elektrischer Leistung führen. Mit einfachen, aber deutlichen Worten: Wir brauchen noch mehr konventionelle Kraftwerke als heute. Kohle und Kernenergie soll es aus ideologischen Gründen nicht mehr sein, also muß was anderes her. Die nächste Schnapsidee lautet Neudeutsch ≫Power to Gas≪ oder doch wenigstens ≫Wasserstoff≪, denn die GröKaZ irrt sich nie oder wie man früher auch sagte ≫Die Partei hat immer recht≪.

Wasserstoff

Wasserstoff hat den Charme aus fast überall verfügbarem Wasser herstellbar zu sein und nach getaner Arbeit auch wieder zu Wasser zu werden. Das die Umwandlung nicht so ganz einfach ist und durchaus auch nicht ganz ohne Schadstoffe vonstatten geht, soll hier erst einmal nicht interessieren. In diesem Zusammenhang geht es um die Frage der Speicherung. Was die Stromversorgung angeht, haben sich unsere grünen Schlehmile schon einen Weg ausgesucht. Sie wollen Wasserstoff durch ihre Windmühlen und Sonnenkollektoren erzeugen oder präziser gesagt, aus der von ihnen produzierten elektrischen Energie. Dies ist beileibe keine feinsinnige sprachliche Unterscheidung. Würden sie die Anlagen selber bauen und betreiben, würden sie an den Kapital- und Betriebskosten schlichtweg ersticken und das alles nur, um die ≫Nachfrage nach elektrischer Leistung≪ befriedigen zu können. Man kann es nicht oft genug betonen, solche Anlagen können nur dann Wasserstoff produzieren, wenn auch Wind weht bzw. die Sonne scheint. Wobei noch nicht einmal geklärt ist, ob solch eine Wasserstoffherstellung bei ständig schwankender und zufälliger Stromproduktion überhaupt funktioniert. Man denke nur mal einen Augenblick an tagelangen Frost im Winter. Wasser einfrieren lassen oder die bereits kostspielig gewonnene Energie zur notwendigen Heizung der Wasserstoffproduktion verbraten? Mit Sicherheit wird man auch hier den bewährten Weg des Schmarotzen gehen: Das Stromnetz und zukünftig auch noch das Erdgasnetz, werden sich selbstverständlich kostenlos den Bedürfnissen der grünen Energiebarone anpassen und unterordnen müssen. Alle notwendigen Mehrkosten werden wie gehabt direkt auf die Allgemeinheit umgelegt (Netzentgeld etc.).

Noch einmal zurück zur aktuellen Frage: Ist Wasserstoff als Antrieb bei Kraftfahrzeugen besser geeignet, als die (berüchtigte) Batterie? Beide haben das gleiche Problem: Geringe Energiedichte und/oder lange Ladezeiten. Jedes Fahrzeug (ausgenommen Schienenfahrzeuge) muß nicht nur sein komplettes Antriebssystem, sondern auch seinen kompletten Energievorrat mit sich führen. Bei Benzin und Diesel ist das bekanntlich kein Problem, denn es sind Flüssigkeiten mit hoher Energiedichte. Flüssigkeit bedeutet nahezu drucklos, hohe Energiedichte bedeutet kleiner Tank und was immer gern vergessen wird, beides zusammen ergibt eine sehr kurze Zeit zur vollständigen Betankung. Eine Autobahntankstelle mit Elektrozapfsäulen oder Verdichter für Wasserstoff benötigt einen eigenen Hochspannungsanschluss um die benötigte elektrische Leistung bereitzustellen. Wie gesagt, Wasserstoff ist ein Gas und es gibt damit nur drei Möglichkeiten es im Auto mitzuführen: In Druckgasflaschen (mindestens 300 bar), in einem Kryotank (Temperatur -252 °C) oder chemisch gebunden. Die Lösung Druckgas ist technisch einfach und kostengünstig und bei PKW wohl auch die einzig realistische. Aber auch hier wieder der Nachteil langer Ladezeiten bzw. geringer Reichweite (bei der notwendigen Verdichtung im Tank erwärmt sich das Gas und verringert somit die mögliche Beladung). Dämmert es jetzt, warum schon jetzt hinter vorgehaltener Hand von ≫synthetischen Kraftstoffen≪ gewispert wird? Das ist lediglich ein Neusprechwort für das, was Deutschland schon im zweiten Weltkrieg machen mußte. Diesmal will man nur nicht Braunkohle als Ausgangsstoff verwenden. Dabei nicht vergessen, wir reden nicht mehr nur von dem Sektor Stromerzeugung, sondern inzwischen auch schon von Verkehr und immer öfter auch von Industrie und Gebäuden. Alles versorgt durch Wind und Sonne. Bald auch wieder ≫Volk ohne Raum≪ für Windkraftanlagen? Regiert von Vegetariern als ≫Schutzstaffel≪ des Klimas?

Jetzt auch noch Kernkraftwerke

Das ist kein Witz. In den USA planen bereits Kernkraftwerke auf ihrem Gelände eine Wasserstoffproduktion aufzubauen. Es gibt dafür auch reichlich Subventionen, „wegen Klima“. Erstes Projekt ist der Bau einer Elektrolyseanlage für das Kernkraftwerk Davis Besse (Druckwasserreaktor mit 894 MWel) in Oak Harbor, Ohio. Die Anlage soll $11,5 Millionen kosten (davon $9,2 Millionen Zuschuss vom US Department of Energy). Sie soll 1–3 MWel aus dem Kernkraftwerk nutzen, um damit Wasserstoff für die Versorgung öffentlicher Fahrzeuge und der lokalen Wirtschaft bereitzustellen. Das Demonstrationsprojekt wird federführend vom Idaho National Laboratory (INL) betreut, Industriepartner ist FirstEnergy Solutions, die Partner als Stromversorger sind Xcel Energy und Arizona Public Service. Das Projekt soll mindestens zwei Jahre laufen. Betriebsbeginn soll schon nächstes Jahr sein.

Das Interesse der Versorger in Arizona an diesem Projekt ist nicht ganz abwegig. Das Kernkraftwerk Palo Verde in Tonopa, Arizona produziert mit seinen drei Reaktoren (3397 MWel) rund 35% des gesamten Verbrauchs an elektrischer Energie in diesem Bundesstaat. Arizona ist aber auch der Sonnenstaat der USA. Vor einigen Jahren gab es erbitterte Auseinandersetzungen um einen „Atomausstieg“ und alternativ eine Vollversorgung durch „Sonnenstrom“. Die Bürger in Arizona entschieden sich durch Volksentscheid für die Erhaltung ihres Kernkraftwerks. Gleichwohl nimmt die Produktion durch „Sonnenkraftwerke“ dank hoher Steuervergünstigungen im gesamten Süden der USA beständig zu. Dies führt zu erheblichen Störungen im Stromnetz. Die Preise für Spitzenstrom an heißen Sommertagen (Klimaanlagen) betragen inzwischen mehr als $8 pro kWh. Diese Stunden sind die Domäne der offenen Gasturbinen (geringe Investition, aber hoher Gasverbrauch). Noch ist Erdgas als Beiprodukt der Ölförderung in Texas und New Mexico extrem billig. Die Brennstoffkosten liegen bei rund $Cent 3,4 pro kWhel. Dies muß aber nicht so bleiben.

Letztendlich wird sich die Frage, Wasserstoff hergestellt aus Erdgas (heute überwiegende Produktion) oder aus Kernenergie über den Preis entscheiden. Am Preis aber, will die Politik über eine CO2 – Abgabe zukünftig kräftig drehen. Mit Sicherheit wird aber Wasserstoff aus „Wind und Sonne“ kein konkurrenzfähiges Produkt ergeben. Die geringe Arbeitsausnutzung solcher Anlagen und ihre wetterabhängige Zufallsproduktion können niemals mit Kernkraftwerken konkurrieren. Ist dies der Grund, warum unser Wirtschaftsminister neuerdings immer öfter darauf hinweist, daß wir heute schließlich auch den größten Teil unserer Primärenergie (Steinkohle, Erdgas, Öl) importieren?

Die Chinesen sind gelandet

Bisher etwas unbeachtet, beginnen die Chinesen den europäischen Markt für Kernkraftwerke zu erobern. Der erste Schritt ist mit dem Genehmigungsverfahren in Großbritannien eingeleitet.

Die französische Vorgeschichte

Schon seit längerem betreibt der staatliche französische Energieversorger EDF (Electricite de France) auch die Kernkraftwerke in England. Etwas ungewöhnlich, handelt es sich doch um gasgekühlte (CO2) und mit Graphit moderierte Reaktoren älteren Datums. Ein Typ, der schon lange in Frankreich abgeschaltet wurde. Gleichwohl ist EDF somit als ein zuverlässiger und etablierter Betreiber in GB bekannt.

Es war damit folgerichtig, daß auch bei der Renaissance der Kernkraft die EDF an vorderster Stelle mit dabei sein würde. Es entstand das Projekt Hinkley Point C in Somerset mit zwei ebenfalls französischen Reaktoren vom Typ EPR. Alles schien ganz einfach – wenn nicht der französische Versorger chronisch unterfinanziert wäre. Es mußte deshalb unbedingt ein kapitalkräftiger Investor mit ins Boot, zumal noch weitere Kernkraftwerke geplant waren. Die Chance für den chinesischen Staat einen Fuß in die Tür des europäischen Marktes zu bekommen. Seltsamerweise ist die Angst vor einer Abhängigkeit in der volkswirtschaftlichen Schlüsselgröße der Stromversorgung von der chinesischen Diktatur noch geringer, als die Furcht vor dem „friedliebenden und aufrechten Demokraten“ Putin. Irgendwie scheint in den Hirnen europäischer Politiker der Irrglaube, elektrische Energie sei so etwas ähnliches wie Kartoffeln, fest verwurzelt zu sein.

Die chinesische Vorgeschichte

China baut inzwischen mehrere Reaktoren pro Jahr. Hunderttausende hoch qualifizierte und überdurchschnittlich bezahlte Arbeitskräfte sind dafür nötig. Allerdings ist jedem klar, daß auch in einem Riesenreich der Markt irgendwann gesättigt ist. Darüberhinaus muß man eine Menge Autos, PC’s oder Jacken aus recyceltem Plastik verkaufen, um den Umsatz nur eines einzigen Kraftwerks zu erzielen. Ein Wissen, das in Deutschland völlig verloren gegangen zu sein scheint. Deshalb der konsequente Schritt der Chinesen in den Export.

Allerdings ist das einfacher beschlossen, als umgesetzt. Ein wichtiger Hebel ist der Preis und die Finanzierung. Trotzdem ist für ein solch sensibles Produkt auch eine gewisse Reputation nötig. Es reicht (noch nicht) der Nachweis einer großen Stückzahl im eigenen Land. Dies gilt besonders für geheimniskrämerische, sozialistisch geprägte Diktaturen wie China und Rußland. Man versucht deshalb wenigstens den Goldstandard eines „westlichen Genehmigungsverfahrens“ zu erlangen. Ein teures und aufwendiges Unterfangen, wie bereits Rußland in Finnland zu spüren bekommt. Es ist halt ein himmelweiter Unterschied, ob man sich in irgendwelchen Hinterzimmern – unter gegenseitig wohlgesonnenen Fachleuten – Papierberge hin und her schiebt oder im Internetzeitalter unter den Argusaugen von „Atomkraftgegnern“ ein transparentes Verfahren durchstehen muß.

Hinzu kommen bei den Chinesen noch komplizierte Lizenzfragen. Man hat sich aus aller Welt Kernkraftwerke zusammengekauft. Ein Wirrwarr von Lizenzverträgen. Deshalb versucht man es hier mit einer vermeintlichen Eigenentwicklung. So etwas ist in Industrieländern schlicht unverkäuflich. Nicht einmal über den Preis oder politische Kompensationsgeschäfte. Ein Bau in England als Referenz, erscheint daher wie ein Sechser im Lotto. Deshalb also der gemeinsame Antrag von China General Nuclear Power Corporation (CGN), Electricite de France (EDF S.A.) and General Nuclear International (GNI) zum Bau und Betrieb von bis zu sechs Reaktoren. Einschließlich großzügiger Finanzierung, versteht sich.

Die Entstehungsgeschichte des Hualong

Ihren Gemischtwarenladen – nicht nur an Leichtwasserreaktoren – haben die Chinesen nach dem Unglück von Fukushima geschickt zu bereinigen versucht. Es soll zukünftig nur noch ein Typ gebaut werden – sicherheitstechnisch auf den neusten Stand der Technik gebracht versteht sich.

Alles begann mit der Übernahme französischer Druckwassertechnik, die zum Bau der Reihe M310 im Jahr 1987 führte (4 Reaktoren, Inbetriebnahmen 1994–2003). Dies führte zur Baureihe CPR1000 im Jahr 2005 (13 Reaktoren, Inbetriebnahmen 2010–2016). Die Erfahrungen aus Bau und Betrieb führten 2010 zur überarbeiteten Baureihe CPR1000+ (2 Reaktoren, Inbetriebnahmen 2016–2017). Die Denkpause nach dem Unglück von Fukushima führte zur Baureihe ACPR1000 (4 Reaktoren, noch im Bau). Bisheriger Abschluss dieser evolutionären Entwicklung ist der Typ HPR1000, der seit 2015 im Bau ist. Dies ist auch die Basis des ersten Exports Karachi 2, welches seit 2015 in Pakistan gebaut wird.

China verfügt also über genügend Erfahrung in der Abwicklung solcher Großprojekte. Leider muß man aktuell sagen, sogar über mehr Praxis als die USA und Frankreich. Durch deren lange Pausen beim Neubau von Kernkraftwerken sind dort die Erfahrungen abgerissen und müssen erst wieder mühselig neu erworben werden. Von Deutschland braucht man in diesem Zusammenhang gar nicht mehr zu reden. Hier ist die Deindustrialisierung bereits so weit fortgeschritten, daß man nicht mal mehr einen vergleichbar simplen Flughafen bauen kann.

Die eingereichten Unterlagen

Im Oktober 2017 wurden die ersten Unterlagen bei der britischen Genehmigungsbehörde eingereicht. In ihnen wird immer von einem UK-HPR1000 gesprochen. Man ist sich also darüber im Klaren, daß es eine spezielle Version geben muß, damit sie in GB genehmigungsfähig ist. Interessant an den eingereichten Unterlagen ist, daß es Beschreibungen des Hualong sind, wie er gerade im Kraftwerk Fangchenggang als Block 3 gebaut wird (HPR1000(FCG3)). Auf diese Weise erhält man einen – wenn auch sehr kleinen – Einblick in die aktuelle chinesische Reaktortechnik.

Bereits aus den beigefügten Zeichnungen kann man erkennen, daß es sich um einen typischen „französischen Reaktor“ handelt, wie er dutzendfach in Frankreich steht. Charakteristisch sind die drei Dampferzeuger und die dreifachen (redundanten) Sicherheitssysteme. Es handelt sich keinesfalls um eine Neukonstruktion mit grundsätzlich passivem Sicherheitsansatz wie z. B. der AP1000 von Westinghouse oder einem evolutionär weiterentwickelten Konvoi-Reaktor wie den EPR mit vierfacher Redundanz. Es wird interessant sein, wie die Genehmigungsbehörde darauf reagieren wird. So wie er eingereicht wurde, ist er eher ein Neubau vorhandener und nachgerüsteter französischer Reaktoren. Entweder müssen die Chinesen noch richtig Geld in die Hand nehmen um das Sicherheitsniveau moderner westlicher Reaktoren zu erreichen oder GB gibt sich mit geringeren – als möglichen – Sicherheiten zufrieden. Dann könnte man aber auch Reaktoren in Korea oder Rußland kaufen. In diesem Zusammenhang wird auch das Genehmigungsverfahren des russischen Kernkraftwerks in Finnland noch sehr interessant werden. Ist doch auch dort der unmittelbare Vergleich zum EPR gegeben. Jedenfalls ist der Hualong keinen Deut sicherer als die Kernkraftwerke, die gerade in Deutschland vom Netz genommen werden. Absurdistan läßt grüßen. Auch der Betrieb dürfte keineswegs günstiger sein. Dafür sorgt schon die Dreisträngigkeit (Sicherheitsphilosophie: Ein System versagt, ein weiteres startet nicht, d. h. es steht noch ein drittes zur Verfügung. Bei vierfacher Redundanz kann man somit Wartungsarbeiten während des Betriebs durchführen.). Ebenso die konventionelle Leitungsführung (Wiederholungsprüfungen) und die Hauptkühlmittelpumpen.

Einige Unterschiede zum EPR

Die Leistung des Hualong beträgt nur 70% des EPR. Dies ist kein prinzipieller Nachteil. Allerdings beträgt die Leistung der Dampferzeuger mit 1050 MWth fast 93% der Leistung der Dampferzeuger des EPR. Man hat also durch Weglassen eines Stranges Baukosten gespart.

Der Kern des Hualong besteht aus nur 177 Brennelementen gegenüber 241 Brennelementen beim EPR. Aber die lineare Wärmeleistung ist mit 179 W/mgegenüber 170 W/m2 sogar höher. Auch hier wurde also zur Kosteneinsparung geknautscht. Ebenso ist die aktive Höhe des Kerns mit 3,66 m kleiner als beim EPR mit 4,20 m. Interessant werden die Ergebnisse der thermohydraulischen Vergleichsrechnungen mit ein und demselben Programm sein. Es ist die klassische Frage nach der Optimierung von Kosten und Sicherheitszugewinn die sich hier stellt.

Die Auslegungslebensdauer (nicht zu verwechseln mit der tatsächlichen oder wirtschaftlichen Lebensdauer; sie sind wesentlich höher) wird keck mit 60 Jahren angegeben. Lebensdauer ist aber immer eine Frage der Konstruktion, der verwendeten Materialien und Fertigungsverfahren, der Qualitätssicherung und des Betriebs. Schon die Konstruktion gibt zu denken: Der EPR hat im Druckbehälter einen ca. 30 cm dicken Reflektor aus Stahl, der als Schutzschild für das Reaktordruckgefäß gegen die Bestrahlung mit Neutronen dient. Qualitätssicherung nach europäischen Maßstäben ist die nächste Frage. Man denke nur an das Theater um den Kohlenstoffgehalt im Deckel des EPR von Flamanville. Ein vermeintlicher Kostenvorteil chinesischer und russischer Fertigungsstätten kann schnell in einen Nachteil mit unkalkulierbaren Kostensteigerungen umschlagen, denn man wird weder in Finnland noch GB bereit sein, ein erhöhtes Risiko einzugehen – egal ob aus mangelnden technischen Fähigkeiten des Herstellers oder systemtypischer Schlamperei.

Der EPR hat einen sog. „Core-Catcher“, der bei einer Kernschmelze verhindern soll, daß der Sicherheitsbehälter zerstört wird. Beim Hualong wird die Grube, in der sich der Druckbehälter befindet mit „ausreichend borierten“ Wasser geflutet. So soll ein durchschmelzen des Druckbehälters verhindert werden. Nicht verkehrt, kommt aber sehr auf die konstruktive Gestaltung an.

Dem vollständigen Verlust jeglicher äußeren Wärmesenke (Fukushima Störfall) soll durch einen Wassertank oben am Reaktorgebäude begegnet werden. In diesen ringförmigen Tank soll sich der Dampf aus den Dampferzeugern niederschlagen. Dieses Prinzip wurde offensichtlich von den Russen übernommen. Wie hoch der Sicherheitsgewinn sein soll, wird eine probabilistische Fehleranalyse zeigen müssen. Es riecht ein wenig nach „Weißer Salbe“ oder PR-Gag. Gerne wird von den Russen immer ein Generation III+ angeführt – nur hat ein Wassertank auf dem Dach noch wenig mit einem passiven Sicherheitskonzept für schwerste Störfälle zu tun (z. B. AP1000 von Westinghouse oder ESBWR von GE/Hitachi).

Jedenfalls benötigt der Hualong genauso elektrische Energie, wie schon jeder Reaktor der zweiten Generation. Bricht die Stromversorgung komplett zusammen, schmilzt sein Core genauso, wie in den Reaktoren von Fukushima. Alles hängt – wie übrigens auch beim EPR – von einer stets funktionierenden Stromversorgung ab. Der „Sicherheitsgewinn“ beim EPR und seinem russischen Pendant (richtiger ist eigentlich die Strahlenbelastung der Umgebung nach einem Fukushima Störfall) gegenüber einem aktuellen Reaktor in Deutschland, ergibt sich allein aus dem „Core Catcher“. Es wird noch unwahrscheinlicher, daß große Mengen Spaltprodukte auch bei einer vollständigen Zerstörung von Kern und Druckbehälter freigesetzt werden.

Nachtrag

Damit kein falscher Eindruck entsteht, es geht hier nicht um eine Abwertung chinesischer Reaktoren, denn es geht immer um die Abwägung von Sicherheit und Kosten, was letztendlich immer eine rein politische Entscheidung ist. Als deutscher Ingenieur tut man sich etwas schwerer damit, da wir zum Gürtel gern die Hosenträger bevorzugen. Andererseits hat uns genau diese Mentalität vor einem Tschernobyl oder Fukushima bewahrt. Deutschland war immer ganz vorne dabei, wenn es um Risikoanalysen und die Umsetzung der daraus resultierenden Konsequenzen ging.

Darin liegt die eigentliche Tragik: Einschlägig bekannte Politiker haben wieder einmal – diesmal durch ein dubioses „Vorangehen“ – versucht, mit ihrer verdrehten Ideologie die Welt zu beglücken. Die Welt wird sich aber mitnichten von der Kernenergie abwenden. Einigen besonders schlichten Gemütern war es einfach egal. Sollen sich doch ferne Völker „verstrahlen“, wir versorgen unser Bullerbü mit Wind, Sonne und Biokost. Das Aufwachen in der Realität wird heilsam sein: Vielleicht werden ja tatsächlich bald Kernkraftwerke in unseren Nachbarländern neu errichtet, die sicherheitstechnisch bestenfalls dem Standard der Kraftwerke entsprechen, die wir gerade voller Begeisterung abschalten. Ähnlichkeiten mit „Hans im Glück“ sind rein zufällig.

Reaktortypen in Europa – Teil6, CANDU

Der CANDU (Canada Deuterium Uranium) Reaktor ist der einzige Schwerwasserreaktor, der sich weltweit durchgesetzt hat. Er ist in seiner neuesten Ausführung ein echter Gen III+ Reaktor mit passiver Sicherheit. Für manche mutet er vielleicht etwas exotisch an, besitzt aber sehr viel Potential für die Nutzung von Thorium und die Weiterverwendung ausgedienter Brennelemente von Leichtwasserreaktoren – gerne auch als „Atommüll“ verunglimpft.

Geschichte

SNC-Lavalin und China Nuclear Power Engineering Company wollen zusammen zwei weitere Reaktoren dieses Typs in Rumänien errichten. Bereits seit 1997 und 2007 laufen dort sehr erfolgreich zwei solche Reaktoren. Wie in zahlreichen anderen Ländern auch: Indien, Südkorea, Rumänien, Pakistan, Argentinien und China. Insgesamt wurden 47 CANDU-Reaktoren gebaut, davon bilden 22 Reaktoren das Rückgrat der kanadischen Stromversorgung. Keine schlechte Bilanz, wenn man bedenkt, wie viele Totgeburten es seit den 1940er Jahren gegeben hat.

In Kanada begann die Entwicklung von Schwerwasserreaktoren bereits während des zweiten Weltkrieges. Es war ein etwas ungeliebter Seitenarm des Manhattan-Projekts unter maßgeblichem Einfluß des französischen Wissenschaftlers Joliot, der wegen seiner politischen Ansichten in den USA als potentielles Sicherheitsrisiko eingestuft war. In den 1960er Jahren wurde die kommerzielle Entwicklung von der kanadischen Regierung forciert: Kanada verfügte über keine Anreicherung und keine Schwerindustrie, die in der Lage war, Reaktordruckgefäße zu schmieden. Beide Argumente besitzen heute noch für viele Entwicklungs- und Schwellenländer Gültigkeit. Man kann sich nahezu aus allen Ecken der Welt mit Natururan versorgen, während man bei der Anreicherung nach wie vor, maßgeblich auf die „Atommächte“ angewiesen ist. Wegen des einfachen Aufbaues ist ein Übergang auf nationale Fertigung in relativ kurzer Zeit und kleinen Stückzahlen möglich.

Allerdings besitzt der CANDU einen entscheidenden (politischen) Nachteil: Mit ihm läßt sich hervorragend waffengrädiges Plutonium und Tritium herstellen. Diesen Weg hat Indien mit seiner ersten Bombe „Smiling Buddha“ vorgemacht, dessen Plutonium aus dem Schwerwasser-Forschungsreaktor „CIRUS“ stammte.

Aufbau

Bei den CANDU-Reaktoren handelt es sich um Druckwasserreaktoren mit schwerem Wasser (D2 O.) als Moderator und Kühlmittel. Das schwere Wasser wird durch Pumpen zwischen dem Kern und den Dampferzeugern umgewälzt. In den Dampferzeugern wird der Dampf für die Turbine erzeugt. Man könnte also sagen, ab dem Reaktorgefäß handelt es sich um einen „ganz normalen Druckwasserreaktor“.

Er besitzt jedoch kein Druckgefäß, sondern zahlreiche Druckröhren. Bei einem EC6 sind es 380 horizontale Röhren, in denen sich jeweils 12 Brennelemente befinden. Die Brennelemente sind rund und nicht rechteckig (wie bei Leichtwasserreaktoren), sodaß sie die Druckröhren optimal ausfüllen. Sie sind auch wesentlich kleiner (etwa 50 cm lang und 10 cm im Durchmesser) und bestehen aus nur 37 Brennstäben. Durch die Abmessungen und ihr geringes Gewicht (rund 25 kg) sind sie optimal für eine vollautomatische Handhabung geeignet. Durch die hohe Anzahl (37 Stück x 12 Brennelemente x 380 Brennstoffkanäle) ergibt sich eine sehr flexible Anordnung und Materialausstattung, auf die später noch eingegangen wird. Durch die vollautomatischen Lademaschinen, die unter voller Last eingesetzt werden können, ergibt sich stets eine optimale Durchmischung und Anordnung. Es ist kaum Überschußreaktivität nötig, die bei Leichtwasserreaktoren am Anfang des Ladezyklus durchVergiftung (z. B. Borsäure, Gadolinium etc.) abgebaut werden muß.

Die Brennstoffkanäle sind schachbrettartig, horizontal in einem Wassertank – der sog. Calandria – angeordnet. Dieser Tank ist vollständig mit schwerem Wasser gefüllt und bildet den eigentlichen Moderator und Reflektor. Die Calandria befindet sich in einem weiteren Wassertank zur Abschirmung, der mit normalem Wasser gefüllt ist. Dieses System ist von einem Tresor aus Stahlbeton umgeben. Oberhalb befinden sich die vier Umwälzpumpen und die vier Dampferzeuger. Zusätzlich ist der gesamte Reaktor von einer Stahlbetonhülle (Containment) umgeben. Äußerlich ist deshalb ein EC6-CANDU kaum von einem üblichen Druckwasserreaktor zu unterscheiden.

Sicherheitskonzept

Jeder Brennstoffkanal ist von einem zweiten Rohr umgeben. Der sich ergebende Spalt dient zur Wärmeisolierung. Das schwere Wasser der Calandria ist kalt und wird auch ständig über eigene Wärmeübertrager kalt gehalten. Zusammen mit dem Wasser der Abschirmung ergibt sich ein großer Wärmespeicher für die Abfuhr der Nachzerfallswärme. Geht Kühlwasser durch Leckagen verloren, kann dieses aus einem großen Wassertank auf dem Dach des Sicherheitsbehälters ersetzt werden. Dafür sind keine Pumpen, sondern nur die Schwerkraft nötig.

Als einziger Reaktortyp verfügt der CANDU über zwei vollständig voneinander unabhängige Schnellabschaltungssysteme: Oberhalb der Calandria befinden sich von Elektromagneten gehaltene Regelstäbe. Bei einer Schnellabschaltung fallen sie durch die Schwerkraft getrieben in die Calandria ein. Seitlich befinden sich Druckbehälter mit Gadoliniumnitrat, die durch das Gaspolster aus Helium angetrieben, ihre Flüssigkeit zur Vergiftung in die Calandria einspritzen.

Warum überhaupt schweres Wasser?

Deuterium ist Wasserstoff, dessen Kern nicht nur aus einem Proton besteht, sondern zusätzlich noch ein Neutron enthält. Es verbindet sich mit Sauerstoff zu schwerem Wasser. Es kommt daher überall auf der Erde in unerschöpflicher Menge vor. Allerdings in nur sehr geringer Konzentration von 0,000018%. Die Anreicherung ist wegen des relativ großen Massenunterschieds zwar relativ einfach, erfordert gleichwohl viel Energie und Apparatur. Mit anderen Worten, es ist recht teuer. Die hohen Investitionskosten sind deshalb der Hauptnachteil beim CANDU. Enthält doch ein EC6 über 472 to davon, bei nur etwa 700 MWel. Leistung. Der laufende Verbrauch ist nur sehr gering. Ein weiterer Nachteil ist die erhöhte Produktion von Tritium. Da Deuterium bereits ein Neutron enthält, ist die Aufnahme eines weiteren sehr viel wahrscheinlicher, als bei normalem Wasser.

Ausschlaggebend sind die überragenden neutronenphysikalischen Eigenschaften. Die Wahrscheinlichkeit für eine Spaltung steigt umgekehrt proportional mit der Geschwindigkeit der Neutronen. Abgebremst werden die Neutronen durch Zusammenstöße mit dem Moderator. Je kleiner die Kerne sind, je mehr Energie geht bei einem einzelnen Stoß verloren – dies spricht für Wasserstoff als Moderator. Leider gibt ein Kern nicht jedes Neutron wieder her. Jedes absorbierte Neutron ist aber für eine weitere Spaltung verloren. Je größer die Wahrscheinlichkeit für eine Streuung ist und um so kleiner die Wahrscheinlichkeit für eine Absorption, desto besser ist das Material als Moderator geeignet. Man mißt dies mit der „Moderating Ratio“ MR. Sie beträgt bei H2 O nur 62. Im Gegensatz dazu, ist sie bei D2O. mit 4830 fast 78 mal so gut. Zusätzlich kann man den Bremseffekt noch verbessern, wenn man den Moderator möglichst kühl hält. Dies ist der Grund für die kalte Calandria.

Alles zusammen, führt dazu, daß man bei einem CANDU mit Natururan auskommt und trotzdem mittlere Abbrände von 7500 MWd/toU erzielt. Dies ergibt nicht nur die beste Ausnutzung von Natururan, sondern eröffnet noch ganz andere Brennstoffkreisläufe.

CANDU und Leichtwasserreaktoren im Verbund

In jedem Reaktor werden nicht nur Kerne gespalten, sondern auch immer neue Kerne durch das Einfangen von Neutronen gebildet. Allerdings ist die Nutzungsdauer der Beladung immer zeitlich begrenzt – egal in welcher Form der Brennstoff vorliegt. Es verhält sich mit dem Brennelement wie mit einer Weinflasche: Nach dem Gebrauch ist sie für den Nutzer Abfall, aber deshalb noch kein Müll. Man kann auch die leere Flasche vielfältig weiter nutzen oder sie recyceln.

Auch wenn die Brennstäbe in den Leichtwasserreaktoren nicht mehr nutzbar sind, enthalten sie doch noch unzählige Wertstoffe. In diesem Zusammenhang sind Uran und Plutonium von Interesse. Man kann diese beiden auf verschiedene Art und Weise nutzen:

  • Zuerst sollte man sie so lange – wie wirtschaftlich vertretbar – lagern. Genau das, geschieht im Moment weltweit. Radioaktive Stoffe besitzen die angenehme Eigenschaft, daß sie nur zerfallen können, also stetig weniger werden. Je mehr Spaltprodukte aber zerfallen sind, desto geringer ist die Strahlungsleistung geworden. Ein enormer Vorteil bei der weiteren Verarbeitung.
  • Man kann diese Brennelemente z. B. nach dem Purex-Verfahren wieder aufbereiten. Man erhält als Produkt hochreines Uran und Plutonium. Das Uran ist aber ohne eine weitere Anreicherung nicht wieder in einem Leichtwasserreaktor verwendbar. Hier kommen die CANDU’s ins Spiel:
  • Das Uran aus der Wiederaufbereitung hat einen etwas höheren Gehalt an U235 (ungefähr 0,9% plus 0,6% Pu) als Natururan. Man kann nun dieses Uran mit abgereichertem Uran aus Anreicherungsanlagen zu synthetischem Natururan verschneiden. Man spart also den Aufwand für eine weitere Anreicherung.
  • Viel sinnvoller ist es, das Uran aus der Wiederaufbereitung im ursprünglichen Zustand zu verwenden. Man muß es nicht verschneiden, sondern kann es durch die unzählige Kombination von Brennstäben aus unterschiedlichen Materialien als sehr viel effektivere Neutronenquelle einsetzen.
  • Es ist sogar möglich, die abgebrannten Brennelemente aus Leichtwasserreaktoren in CANDU-Reaktoren ein weiteres mal zu nutzen: Man müßte sie lediglich auf Länge schneiden und erneut in eine Hülle einschweißen. Allerdings bräuchte man hierfür wegen der hohen Strahlenbelastung eine fernbediente Herstellung und Handhabung. China führt bereits in seinen laufenden Reaktoren Versuche aus. Es wurde in Zusammenarbeit mit den Kanadiern ein umfangreiches Entwicklungsprogramm gestartet.
  • Man kann aber auch die abgebrannten Brennstäbe vorher pulverisieren und erhitzen. Da der größte Teil der Spaltprodukte (z. B. die Edelgase und Jod) schon bei relativ geringen Temperaturen ausgasen, können sie einfach abgeschieden werden. Man erhält nach dem Sintern „neue“ Brennelemente, mit wesentlich geringerer Strahlenbelastung (als die unbehandelten Brennelemente) und weniger parasitärem (bezüglich der Neutronen) Inhalt. Diese Schiene – mit teilweiser Wiederaufbereitung – wird in Korea verfolgt und als DUPIC-Verfahren (Direct Use of spent PWR fuel In Candu) bezeichnet.

Es gibt also zahlreiche Wege, aus Leichtwasser- und Schwerwasserreaktoren einen Energieverbund herzustellen. Man kann in etwa sagen, daß vier Leichtwasserreaktoren mit ihren abgebrannten Brennelementen einen Schwerwasserreaktor versorgen können. Dies könnte das evolutionäre Glied zur Nutzung – und damit Beseitigung – von „Atommüll“ sein: Man ersetzt das kostspielige PUREX-Verfahren durch „Neuverpackung“ oder „Teilreinigung“. Diese Verfahrensschritte sind sicherlich wesentlich eher mit der Gewinnung von Natururan wirtschaftlich konkurrenzfähig.

Thorium

Neben Uran, kann man auch mit Thorium Reaktoren betreiben. Thorium ist in manchen Ländern (z. B. Indien) leicht zu fördern oder fällt sogar als Abfall an (z. B. Produktion seltener Erden in China). Allerdings kann man mit Thorium keine selbsterhaltende Kettenreaktion erzeugen. Vorher muß man daraus U233 erbrüten. Anders als bei Uran, funktioniert das Brüten bei Thorium auch sehr gut mit thermischen Neutronen. Es war daher schon frühzeitig ein Gedanke, Thorium als Brennstoff in Schwerwasserreaktoren einzusetzen.

Aus der Konstruktion von Brennstoffkanälen, die mit Brennelementen gefüllt sind, die sich wiederum aus Brennstäben zusammensetzen, ergeben sich beim CANDU zwei grundsätzliche Varianten: Der gemischte Kern (mixed-core) und das gemischte Brennelement (mixed-fuel-bundle).

Bei einem gemischten Kern, verwendet man Brennelemente aus reinem Thorium, die zum Erbrüten von U233 dienen. Die hier verschluckten Neutronen müssen an anderer Stelle im Reaktor erzeugt werden. Dafür verwendet man Brennelemente mit leicht angereichertem Uran oder aus Mischoxid. Hierfür bietet sich – wie weiter oben schon beschrieben – idealerweise der „Abfall“ aus Leichtwasserreaktoren an. Diese Strategie erfordert – wegen der wechselnden Orte und der unterschiedlichen Verweilzeiten in den Kanälen – eine komplexe Steuerung der Lademaschinen. Wenn man nur reines Thorium in einem Brennelement einsetzt, kommt man zu einer besonders eleganten „Einfach-Nutzung“. Aus Thorium bilden sich durch das Einfangen von Neutronen weit weniger langlebige Aktinoiden, als aus Uran. Da man es im wesentlichen nur mit (kurzlebigen) Spaltprodukten zu tun hat, ergibt sich ein „Atommüll“, der besonders gut für eine „Endlagerung“ geeignet ist. Diese Beschränkung auf eine technische Zwischenlagerung – ohne Wiederaufbereitung und/oder geologisches „Endlager“ – ist ein weiterer Anreiz für Länder mit großen Thoriumvorkommen (z. B. Norwegen).

Der andere Weg sind die gemischten Brennelemente. Dort wird bevorzugt der mittlere Brennstab aus reinem Thorium hergestellt und die ihn konzentrisch umgebenden Stäbe aus leicht angereichertem Uran. Dies vereinfacht das Umsetzen, hat aber eine schlechtere Ausnutzung der Neutronen zur Folge. Wenn man bereits gebrütete Brennelemente verwendet, um deren Stäbe in gemischten Brennelementen weiterzuverwenden, benötigt man keinerlei Wiederaufbereitung. Dieser Brennstoffkreislauf bietet sich besonders für Länder an, die unbedingt und nachweisbar auf Kernwaffen verzichten wollen.

Man kann mit Schwerwasserreaktoren Konversionsraten von nahezu eins erreichen. Wenn man über mehrere CANDU-Reaktoren verfügt, kann man einige davon vollkommen mit Thorium betreiben. Lediglich einige müssen zusätzlich leicht angereichertes Uran bzw. Mischoxid verwenden um den Fehlbedarf an U233abzudecken. Ein Land wie z. B. Indien, mit großen Mengen eigenem Thorium, aber kaum eigenem (wirtschaftlichem) Uran, kann so einen beträchtlichen Anteil aus heimischen Energieträgern abdecken.

Neben der Streckung von Uranvorräten bietet die Verwendung von Thoriumoxid noch eine Reihe anderer Vorteile: Bessere Wärmeleitung, höherer Schmelzpunkt, sehr gute chemische Stabilität und weniger Bildung von Aktinoiden.

Schlußwort

Mit diesem Beitrag, soll die Serie über die Reaktortypen in Europa vorläufig abgeschlossen werden. Eigentlich fehlen hier noch die russischen Druckwasserreaktoren wie sie in Finnland und der Türkei gebaut werden sollen. Bisher mangelt es aber nach wie vor an frei zugänglichen Informationen.

Sinn dieser Serie sollte es sein, interessierten Menschen einen Überblick darüber zu verschaffen, was geht, was man morgen bestellen und bauen könnte, was genehmigt und erprobt ist. Forschung und Entwicklung stehen auf einem anderen Blatt. Man kann – wenn man politisch will – sofort mit dem Ausbau der Kernenergie beginnen bzw. fortschreiten. China macht es eindrucksvoll vor: Den Einstieg in das Zeitalter der Kerntechnik auf breiter Front durch Nutzung von allem, was der Weltmarkt hergibt. Ein gigantischer Vergleich unter gleichen Rahmenbedingungen. Bisher gab es das nur in den USA – und man erinnert sich kaum, in Deutschland. Vielleicht muß man wirklich schon daran erinnern. Es gab einmal deutsche Siedewasser-, Druckwasser-, Schwerwasser-, Thorium-Hochtemperaturreaktoren und natriumgekühlte schnelle Reaktoren. Alle gebaut und mit besten Betriebserfahrungen und ganz ohne schwere Unfälle. Wenn es dem Esel zu gut geht, geht er aufs Eis tanzen, sagt ein altes Sprichwort. Jedenfalls reist heute eine ehemalige Pionierleiterin nach Japan, um der dortigen Regierung deutsche Wind- und Sonnentechnik schmackhaft zu machen. Selbstverständlich bei ausdrücklicher Verweigerung eines Besuchs in Fukushima. Zu viel Realität, konnte man im Politbüro noch nie ertragen. Das Ergebnis ist bekannt.

Reaktortypen in Europa – Teil3, AP1000

AP1000 ist die Warenmarke eines Druckwasserreaktors der Generation III+ des Herstellers Westinghouse. Westinghouse ist die Mutter aller Druckwasserreaktoren. Sie erschuf 1954 unter Hyman G. Rickover und Alvin M. Weinberg diesen Reaktortyp für den Antrieb des ersten Atom-U-Boots USS Nautilus (SSN-571).

Geschichte

Der AP1000 entwickelt sich zum „Golf“ der Kernkraftwerke. Inzwischen sind acht Reaktoren in Bau: Je zwei in Sanmen und Haiyang in China und in Vogtle (Georgia) und Summer (South Carolina) in USA. Zahlreiche andere befinden sich weltweit im Vergabeverfahren. So sind drei Reaktoren in Moorside (West Cumbria, nordwestlich von Sellafield, UK) in Vorbereitung. Sie sollen durch NuGen, ein Joint Venture aus Toshiba (Westinghouse gehört zu Toshiba) und GDF SUEZ errichtet und betrieben werden.

Ständig steigende Investitionskosten und steigende Sicherheitsanforderungen zwangen Westinghouse das Konzept grundlegend zu überarbeiten. Über 50 Jahre Betriebserfahrung gipfelten in einer völlig neuen Konstruktion mit vier zentralen Anforderungen:

  • Vereinfachte Konstruktion: Was man nicht hat, kostet auch nichts und kann nicht versagen,
  • Übergang von aktiven auf passive Sicherheitssysteme,
  • modularer Aufbau und
  • parallele Errichtung von Bau und Anlagentechnik.

Der AP1000 ist ein schönes Beispiel dafür, was man erreichen kann, wenn man den Mut hat, eine Konstruktion noch einmal mit einem weißen Blatt Papier von Anfang an zu beginnen. Vorgabe war ein Druckwasserreaktor mit einer mittleren Leistung von rund 1000 MWel. Schon damit setzte man sich ab. Man versuchte gar nicht erst eine Kostensenkung über eine Leistungssteigerung zu erzielen, sondern setze lieber auf die Nachfrage des Weltmarktes. Die Größe entsprach nur etwa 2/3 der letzten Typen der zweiten Generation. Dieser Rückschritt sollte dafür die Märkte der Schwellenländer mit noch kleinen Netzen einschließen.

Durch die „geringe“ Leistung kommt man mit nur zwei modernen Dampferzeugern gegenüber üblicherweise vier aus. Dies spart schon mal beträchtlich umbauten Raum, der bei Kernkraftwerken besonders teuer ist (Sicherheitsbehälter, Betonbunker etc.). Durch weiteres, konsequentes „weglassen“ ergibt sich der Druckwasserreaktor mit dem geringsten Beton- und Stahleinsatz pro MWel.

Ein weiterer Ansatz zur Senkung der Stromerzeugungskosten ist die Verlängerung der Nutzungsdauer: Die Ausdehnung auf genehmigte 60 Jahre verteilt die Kapitalkosten auf wesentlich mehr produzierte KWh. Weniger sicherheitsrelevante Teile (z. B. Noteinspeisepumpen mit zugehörigen Ventilen und Rohrleitungen) oder robustere Konstruktionen (z. B. dichtungslose Hauptkühlmittelpumpen) verringern die Wartungskosten und die notwendigen Wiederholungsprüfungen. Eine nicht zu vernachlässigende Einsparung über die Lebensdauer eines Kraftwerks.

Pumpen

Üblicherweise stehen die Hauptkühlmittelpumpen zwischen den Dampferzeugern. Sie sind mit diesen und dem Reaktordruckgefäß über Rohrleitungen verbunden. Die Pumpen saugen das abgekühlte Wasser aus den Dampferzeugern an und drücken es zurück durch den Kern. Beim AP1000 haben sie die gleiche Aufgabe. Sie sind aber paarweise direkt an den Dampferzeugern angeflanscht. Dies erspart nicht nur Rohrleitungen, sondern vereinfacht diese erheblich. Es sind weniger Formstücke und Schweißnähte erforderlich und der Schutz gegen Erdbeben gestaltet sich wesentlich einfacher.

Die Pumpen selbst, sind für zivile Druckwasserreaktoren ungewöhnlich. Sie verfügen über mit Wasser geschmierte Gleitlager und sind voll gekapselt. Der Läufer und der Stator sind in wasserdichte Hüllen eingeschweißt. Das Pumpenrad sitzt direkt auf der Welle des Antriebsmotors. Sie benötigen damit keine Wellendichtungen und sind somit extrem wartungsarm. Sie sind für eine Betriebsdauer von 60 Jahren ausgelegt und zugelassen. Dieser Pumpentyp ist sehr anspruchsvoll in der Fertigung. Die USA verfügen jedoch über eine jahrzehntelange Erfahrung mit diesem Pumpentyp in ihrer Marine.

Passive Sicherheit

Unter „Passiver Sicherheit“ versteht man, daß bei keinem Störfall Pumpen, Diesel etc. benötigt werden um den Reaktor in einen sicheren Zustand zu überführen und zu halten. Alle Armaturen müssen nur einmal ausgelöst werden (voll offen oder voll geschlossen) und nach Auslösung ohne Hilfsenergie auskommen. Es sollten keine Eingriffe durch das Personal nötig sein.

Hinter dieser Definition verbirgt sich noch ein weiterer Ansatz zur Kostensenkung: Man kann „Sicherheit“ oder „Verteidigung“ in mehreren Stufen definieren. Bevor ein Ereignis zu einem Störfall wird, kann man durch automatische Stellglieder die Folgen abwenden. So kann man z. B. bei einem Generatorschaden den Dampf direkt in den Kondensator leiten und dadurch eine Notkühlung verhindern. Alle für diese Umleitung notwendigen Komponenten bräuchten nur den bei konventionellen Kraftwerken üblichen Qualitätsstandard besitzen, da sie das eigentliche Sicherheitssystem (gemeint ist damit das passive Notkühlsystem) nicht berühren. Nur die Komponenten des passiven Sicherheitssystems müssten den Stempel „nuclear grade“ tragen. Oft sind solche Teile völlig identisch mit dem „Industriestandard“ – unterscheiden sich lediglich im bürokratischen Aufwand und im Preis.

Man kann die Sicherheit – bezogen auf eine eventuelle Freisetzung von radioaktiven Stoffen in die Umwelt – noch steigern, indem man eine konsequente Diversifizierung betreibt. Ferner sieht man für wahrscheinlichere Ereignisse eine höhere Anzahl von Verteidigungsstufen vor.

Der Station Blackout

Vor Fukushima war der größte anzunehmende Unfall (GAU) der entscheidende Sicherheitsmaßstab. Man ging von einem plötzlichen Verlust der Reaktorkühlung infolge einer abgerissenen Hauptkühlmittelleitung aus. Um ein solches Ereignis zu beherrschen – ohne Freisetzung nennenswerter Radioaktivität in die Umwelt – muß bei Reaktoren mit aktivem Sicherheitskonzept auf jeden Fall ausreichend elektrische Energie vorhanden sein. Mindestens ein Notstromdiesel muß starten und die entsprechenden Schaltanlagen müssen funktionstüchtig sein. In Fukushima hat beides ein Tsunami außer Gefecht gesetzt.

Seit Fukushima ist der „station blackout“ ins öffentliche Interesse geraten. Gemeint ist damit der völlige Verlust von Wechselstrom (Kraftstrom) im Kraftwerk. Es ist nur noch Gleichstrom aus Batterien für Steuerung und Notbeleuchtung vorhanden. Es ist daher interessant, wie der AP1000 auf solch eine Situation reagieren würde:

Durch den Stromausfall fallen die Regelstäbe durch ihr Eigengewicht in den Reaktorkern ein und unterbrechen jede Kettenreaktion. Allerdings beträgt in diesem Moment die Nachzerfallswärme noch rund 6% der thermischen Leistung (ungefähr 200 MW), die sicher abgeführt werden müssen. Durch den Stromausfall, fallen alle Pumpen aus. Durch die in den Schwungrädern der Hauptkühlmittelpumpen gespeicherte Energie, laufen diese noch geraume Zeit nach und halten den Primärkreislauf aufrecht. Allerdings ist nach etwa zwei Minuten der Wasserstand auf der Sekundärseite der Dampferzeuger auf sein zulässiges Minimum gefallen, da die Speisepumpen auch nicht mehr laufen können. Dieser Zustand öffnet automatisch die beiden Ventile zur Notkühlung (die Ventile sind im Betrieb elektromagnetisch geschlossen, d. h. Strom weg = Ventil offen). Nur ein Ventil müßte öffnen (Redundanz), um die volle Wärmeleistung abzuführen. Das Wasser strömt nun vom Reaktorkern zu einem Wärmeübertrager (PRHR HX) in dem Wassertank innerhalb der Sicherheitshülle (PRHR). Dieser Tank liegt deutlich oberhalb des Reaktordruckgefässes, wodurch sich ein Naturumlauf ergibt. Nach rund zwei Stunden ist die Nachzerfallswärme auf rund ein Prozent (immerhin noch rund 34 MW) abgefallen. Nach ungefähr fünf Stunden wäre der Tank soweit aufgeheizt, daß das Wasser zu sieden beginnt. Der Sicherheitsbehälter ist ein Zylinder aus 45 mm dickem Stahlblech (bessere Wärmeleitung als Beton). Der Dampf würde an den Wänden kondensieren und über ein Auffangsystem zurück in den Tank laufen. Der Sicherheitsbehälter wiederum, würde seine Wärme an die Umgebungsluft abgeben. Die Umgebungsluft steigt wie in einem Kamin im Zwischenraum zwischen Sicherheitshülle und Betonwand der Schutzhülle (gegen Flugzeugabsturz usw.) auf. Steigt der Druck im Sicherheitsbehälter über einen Grenzwert an, werden zur Steigerung der Kühlung die pneumatisch betätigten Ventile der Beregnungsanlage geöffnet. Ganz oben, auf dem Dach des Reaktors befindet sich ein charakteristischer, ringförmiger Wassertank. Aus ihm würde nun Wasser durch Schwerkraft auf die äußere Seite des Sicherheitsbehälters „regnen“ und diesen stärker kühlen. Der Inhalt des Tanks reicht für 72 Stunden Beregnung.

Durch die (gewollte) Abkühlung des Reaktors zieht sich das gesamte Wasser des Primärkreislaufes wieder zusammen. Der Wasserstand im Druckhalter sinkt. Genauso würde er sinken, wenn der klassische GAU – irgendein Leck im Primärkreis – eingetreten wäre. Damit ein zeitweiliges „trocken fallen“ der Brennelemente (Harrisburg und Fukushima) sicher verhindert werden kann, wird rechtzeitig Wasser nachgespeist. Hierfür gibt es sog. Akkumulatoren. Das sind Behälter, die teilweise mit Wasser gefüllt sind und durch ein Stickstoffpolster unter Druck gehalten werden. Aus diesen strömt automatisch (Rückschlagventile, die durch den Druck im Primärkreis geschlossen gehalten werden, Druck zu klein = Ventil offen) Wasser in den Reaktordruckbehälter nach.

Ist der Druck – egal ob durch ein Leck oder Abkühlung – bis auf Umgebungsdruck abgebaut, kann die Kühlung direkt über die Verdampfung des Wassers im Druckbehälter endlos weiter erfolgen. Dieser Zustand kann auch gewollt oder automatisch angestrebt werden. Würde die Kühlung – aus welchen Gründen auch immer – versagen, würde der Druck im Reaktorbehälter immer weiter ansteigen. Um dies zu verhindern, kann man den Druck über ein Abblasen des Druckhalters abbauen. Dies ist ein Beispiel, wie man durch den geschickten Aufbau einer Sicherheitskette das eventuelle Versagen einzelner Glieder überbrücken kann: Würden tatsächlich beide Ventile (2 x 100%) des Notkühlkreislaufes versagen (siehe weiter oben) müßte trotzdem nicht die Kühlung ausfallen, sondern es würde lediglich ein anderer Weg beschritten.

Die 72 h Regel

Beim AP1000 bezieht sich die passive Sicherheit nicht nur auf die Anlagentechnik, sondern auch auf das Personal. Seit den Störfällen von Harrisburg und Tschernobyl weiß man um die Bedeutung von Bedienungsfehlern. Gerade in der Zeit unmittelbar nach der Störung ist die Wahrscheinlichkeit dafür besonders hoch: Das Schichtpersonal muß erst seinen Schock überwinden, eine wahre Informationsflut muß erst einmal verarbeitet werden damit man sich überhaupt einen Überblick verschaffen kann und dann müssen die richtigen Maßnahmen auch noch erkannt und eingeleitet werden. Andererseits sind drei volle Tage eine recht lange Zeit, um etwas zu reparieren, Fachleute außerhalb des Kraftwerks hinzu zu ziehen oder sogar Ersatzgerät herbeizuschaffen. Dies gilt selbst bei schwersten Naturkatastrophen wie in Fukushima.

Dabei sind die 72 Stunden als Mindestwert bei ungünstigsten Bedingungen zu verstehen. Nach Ablauf dieser Zeitspanne sind weitere Auffanglinien vorgesehen. So können z. B. die Kühlwasserbehälter auch von außen über die Feuerlöschtanks auf dem Gelände nachgefüllt werden. Hierfür ist allerdings wenigstens ein kleiner Hilfsdiesel, der zusätzlich zu den eigentlichen Notstromdieseln vorhanden ist, nötig. Der Treibstoffvorrat beträgt vier Tage. Inzwischen dürften längst Hilfskräfte und Material aus den Notfallcentern eingetroffen sein.

Die Strategie zur Kostensenkung

So makaber es klingen mag, aber die Unglücke von Tschernobyl (vollkommen explodierter Reaktor) und Fukushima (in drei Reaktoren gleichzeitige Kernschmelze) haben den „Atomkraftgegnern“ ihr stärkstes Argument von dem „unkalkulierbaren Restrisiko“ bei Kernkraftwerken entzogen. Nur noch sehr schlichte Gemüter glauben das Märchen „Millionen-Tote-für-10000-Jahre-unbewohnbar“. Es ist also kein Zufall, daß sich die „Bewegung“ nun auf angeblich „zu teuer“, konzentriert. Für die Investitionskosten sind folgende Faktoren ausschlaggebend:

  • Unnötig kompliziert: Doppelte Betonbunker, Core catcher, weitere Notstromdiesel, Pumpen etc.
  • Bürokratismus: „Nuclear grade“ erfordert einen – teilweise absurden – bürokratischen Aufwand. Oft kostet das gleiche Bauteil als „nuclear grade“ geadelt, den vier bis fünffachen Preis. Um eine Diskussion über Sinn und Zweck zu vermeiden, sollte dieser Standard nur noch für echte Sicherheitstechnik verlangt sein. So könnte man beispielsweise bei einem Reaktor mit passiver Sicherheit, die Notstromdiesel aus diesem Verfahren entlassen – als wenn es in anderen Bereichen (IT, Luftfahrt, Seefahrt etc.) keine Sicherheitsnormen gäbe.
  • Bauzeit: Je länger die Bauzeit dauert, desto höher sind automatisch die Baukosten (Verzinsung), das Risiko (z. B. Inflation) und der ausgefallene Gewinn (z. B. Zukauf von Strom). Eine Verkürzung läßt sich grundsätzlich nur durch parallele Abläufe erzielen.
  • Baustelle: Arbeiten auf Baustellen sind grundsätzlich teurer, als eine Fertigung in einer Fabrik. Hinzu kommt meist noch ein schwer zu kalkulierendes Witterungsrisiko.
  • Serien: Jeder „first of a kind“ ist teurer als die Nachfolgemodelle. Hat man erst einmal die „Konstruktionsfehler“ behoben und das Personal seine Erfahrungen gesammelt, geht die Arbeit wesentlich flotter. Dies hat sich auch jetzt beim Bau der ersten AP1000 in China und USA wieder gezeigt.

Westinghouse hat konsequent auf eine Modularisierung bei paralleler Fertigung gesetzt. Im Schiffbau nennt man das „Sektionsbauweise“. Ziel ist die Errichtung eines Kernkraftwerks in 36 Monaten. Diesen sind noch der Vorlauf für die Baustelleneinrichtung und die Inbetriebnahme hinzu zu rechnen, sodaß ein Zeitraum von rund fünf Jahren zwischen Auftragserteilung und Übergabe an den Kunden liegt.

Der Rohbau

Üblich ist es schon immer, alle großen Bauteile: Reaktordruckgefäß, Dampferzeuger, Druckhalter, Turbine und Generator, Kühlmittelpumpen etc. möglichst schnell zu vergeben. Diese Aggregate werden von Spezialfirmen gefertigt und getestet und kommen möglichst komplett auf die Baustelle.

Gänzlich anders verhielt es sich bisher mit dem baulichen Teil: Der Hochbau wurde ganz konventionell in Ortbeton hergestellt. Dabei arbeitete man sich, wie bei jedem anderen Gebäude auch, vom Keller bis zum Dach stückweise voran. Wie auf jeder anderen Baustelle auch, konnte man mit dem Innenausbau erst beginnen, wenn der Rohbau fertig war.

Beim AP1000 hat man konsequent mit dieser Tradition gebrochen. Hier gilt: Möglichst wenig Arbeiten auf der unmittelbaren Baustelle und weitgehendste Fertigung in den Fabriken der Zulieferer. Um möglichst parallel arbeiten zu können, werden die Sektionen auf dem Baustellengelände aus den gelieferten Modulen zusammengebaut und die Sektionen termingerecht mit einem Schwerlastkran (3200 to) zu dem eigentlichen Reaktor zusammengefügt.

Konventionell (Schalung aus Holz, Eisengeflecht vor Ort und mit Beton ausgegossen) gebaut, wird nur noch die Grundplatte, auf der die gesamte „nukleare Insel“ steht. Schon die sich anschließende „Reaktorgrube“ ist eine komplette Sektion in Sandwich-Bauweise. So geht es Sektion für Sektion nach oben. Der Schwerlastkran stapelt alle wie auf einer Werft über- und nebeneinander. Dazu gehören auch ganze Baugruppen aus Rohrleitung, Pumpen, Ventilen usw., fertig lackiert, in Stahlgestellen. Die eigentliche Montage vollzieht sich in der erdbebenfesten Verbindung der Gestelle mit dem Baukörper und dem Anschluß an die Versorgungsleitungen etc. Da diese Module schon bei ihren Herstellern vollständig getestet und abgenommen worden sind, verkürzt sich auch die spätere Inbetriebnahme erheblich.

Das Sandwich

Für eine konventionelle Betonwand muß der Zimmermann eine Schalung aus Holz bauen und die Eisenflechter die Moniereisen einbringen. Nach dem Aushärten des Beton muß alles noch mühselig ausgeschalt und meist auch noch nachgearbeitet werden. Eine kosten- und vor allem zeitaufwendige Arbeit. Außerdem sind Zimmerleute keine Feinmechaniker.

Ein Sandwich besteht aus zwei Stahlplatten, die später mit Beton ausgegossen werden. Die Stahlplatten-Konstruktion übernimmt die Funktion einer verlorenen Schalung und enthält auch noch das „notwendige Eisen“, was die Festigkeit eines Stahlbeton ausmacht. Auf den ersten Blick keine revolutionäre Erfindung. Nur sind die Wände und Decken in einem Kraftwerk meist nicht massiv, sondern haben unzählige Durchbrüche und Einbauten. Wenn man die Anlagentechnik auch in Modulen vorfertigen will, müssen diese in der Toleranz von Maschinenbauern und nicht von Zimmerleuten ausgeführt werden. Wenige Millimeter Versatz, enden in einer teuren Katastrophe. Die einzelnen Platten werden nun – wie auf einer Werft – vollautomatisch aus- und zugeschnitten. Die Verstärkungen (die das Eisengeflecht bei konventionellem Beton ersetzen) werden auf Schweißmaschinen angebracht und die Platten zu Modulen zusammengeschweißt. Die Größe der Module ist dabei maßgeblich durch den Transportweg begrenzt. Die größte Sektion besteht z. B. in Vogtle aus 72 Modulen, die auf der Baustelle zusammengeschweißt werden und mittels eines Schwerlasttransporters und des Schwerlastkranes in den Sicherheitsbehälter eingesetzt wurde. Diese Sektion wiegt ohne Betonfüllung rund 1000 to.

Neue Herausforderungen

Die Aufteilung in drei Bauphasen: Fertigung von Modulen bei den Herstellern, zusammenfügen der Module zu Sektionen auf separaten Vormontageplätzen und der Zusammenbau der Sektionen zum eigentlichen Reaktor, erfordert eine besonders ausgefeilte Planung und Logistik.

Ein solches Vorhaben kann nur gelingen, wenn man von Anfang an, wirklich alle Elemente auf einem entsprechenden Rechner in vierdimensionaler (drei Orts- und eine Zeitachse) Abbildung zur Verfügung hat. Solche Werkzeuge gibt es noch nicht sehr lange. Zum Werkzeug gehören aber noch die entsprechend qualifizierten Konstrukteure mit praktischer Erfahrung und eine Lernkurve. So waren z. B. bei den ersten Reaktoren in China einige Abstände zwischen den Kabelbahnen und den Decken des nächsten Moduls zu knapp bemessen. Es ergaben sich tote Ecken bezüglich der Lackierung, usw. Alles Dinge, die zu Zeitverzug und ungeplanter Nacharbeit geführt haben.

Es ist eine ungeheure Disziplin und straffe Organisation über die gesamte Laufzeit eines Projekts erforderlich: Jede Änderung bei einem Zulieferer – irgendwo auf der Welt – kann dutzende Änderungen, zusätzliche Prüfungen usw. bei anderen Zulieferern auslösen. Gerade Dokumentation und Prüfungen sind in der kerntechnischen Industrie eine besondere Herausforderung. In den USA hat letzteres zu erheblichen Verzögerungen beim Bau des Kraftwerks Vogtle geführt. Ein Hersteller aus Louisiana – der seit Jahrzehnten erfolgreich im Bau von Ölförderanlagen etc. tätig war – war mit diesen „Gepflogenheiten der Kerntechnik“ nicht hinreichend vertraut. Im Endergebnis mußten etliche Module aus China nachbestellt werden.

Die Sektionsbauweise ist auch nicht ohne Tücken und erfordert entsprechendes Fachpersonal auf der Baustelle. Es müssen komplizierte und stabile Leergerüste gebaut werden, um die Sektionen aus Modulen passgerecht zusammen zu bauen. Der Verzug beim Schweißen und die Temperaturschwankungen sind bei so großen Bauteilen eine weitere Herausforderung. Der Schwerpunkt ist ebenfalls nicht immer genau festgelegt, was das Anheben ohne zusätzliche Belastungen nicht einfacher macht. Für Sektionen bis zu 1000 to müssen entsprechende Kräne und Transporter bereitgehalten werden. Für diese selbst, muß die Infrastruktur (Schwerlaststraßen, Bewegungsräume, Energieversorgung etc.) geschaffen werden.

Ausblick

Der AP1000 setzt die Maßstäbe für den Bau moderner Druckwasserreaktoren. Seine Weichen werden z. Zt. in China gestellt. Er kann seine wirtschaftlichen Vorteile erst in einer größeren Serie voll ausspielen. Die Lernkurve zeichnet sich bereits in USA und China deutlich ab. Es ist nur eine Frage der Stückzahl, wann die Investitionskosten für ein solches Kernkraftwerk unter das Niveau eines Kohlekraftwerks nach deutschen Standards (Wirkungsgrad 46%, mit Entstickung und Rauchgasentschwefelung, zugehörige Entsorgungsanlagen etc.) gesunken sind. Genau diese Frage, stellt sich aber bereits heute – wie schon in den 1970er Jahren in Deutschland –, wenn man die Luftverschmutzung in Peking betrachtet. Anschließend steht für China ein gigantischer Weltmarkt offen. Wir sprechen bereits in Europa nicht nur über Moorside, sondern auch über Polen, Tschechien und Bulgarien.

Im nächsten Teil4 geht es um die Siedewasserreaktoren, wie sie z. B. für den Standort Wylfa Newydd (Insel Anglesey in Nord Wales, GB) vorgesehen sind.