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Kernkraftwerk

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Ein Kernkraftwerk (KKW) – umgangssprachlich auch Atomkraftwerk (AKW) genannt – ist ein Kraftwerk zur Gewinnung elektrischer Energie durch induzierte Kernspaltung in Kernreaktoren.

Physikalische Grundlage eines Kernkraftwerkes ist der Energiegewinn bei der Spaltung von Atomkernen. Er beruht darauf, dass die Bindungsenergie pro Nukleon in den Spaltprodukten größer ist als vorher im spaltbaren Kern. Die gewonnene Energie ist die kinetische Energie der Spaltprodukte, der Spaltneutronen und Produkte des weiteren Zerfalls der Spaltprodukte. Sie wird durch die Abbremsung im umgebenden Material in Wärme umgewandelt.

Kernkraftwerke sind Dampfkraftwerke, wie die meisten anderen auf Wärmeumwandlung basierenden Kraftwerksarten (z. B. Öl, Kohle). In ihnen wird jedoch die zum Verdampfen des Wassers benötigte Wärme nicht durch Verbrennungsvorgänge, sondern durch Freisetzen von Kernenergie in Kernreaktoren gewonnen. Die im Spaltstoffvolumen entstehende Wärme wird durch Gas, Wasser oder flüssiges Metall abgeführt und zur Erzeugung von Dampf genutzt. Diese Medien werden als Primärkühlmittel bezeichnet.

Die Umwandlung in elektrische Energie geschieht indirekt. Die bei der Kernspaltung entstehende Wärme wird auf ein Kühlmedium – meist Wasser – übertragen und erhitzt dieses. Bei einigen Reaktortypen wird aus reaktorphysikalischen Gründen als Reaktorkühlmittel ein anderes Medium wie Gas (z. B. Helium oder CO2) oder flüssiges Metall (z. B. Natrium oder eine Bleilegierung) verwendet, das seinerseits die Wärme an einen zweiten Kühlkreislauf mit Wasser abgibt. Aus dem erhitzten Wasser wird Wasserdampf, welcher dann eine Dampfturbine antreibt. In den meisten Fällen besteht ein Kernkraftwerk aus mehreren Blöcken, die für sich völlig unabhängig voneinander elektrischen Strom erzeugen. Zur Zeit sind weltweit 210 Kernkraftwerke mit 439 Reaktorblöcken am Netz, laut Internationaler Atomenergiebehörde IAEO werden weltweit im Moment 34 Kernkraftwerke gebaut. Siehe hierzu Liste der Kernkraftwerke.

Eine Anlage mit Fusionsreaktor wäre ebenfalls ein Kernkraftwerk. Jedoch ist die Energiegewinnung aus Kernfusion im technischen Maßstab bislang erst Gegenstand von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten und von der industriellen Nutzung noch weit entfernt (Stand: 2007).

Kernkraftwerk Grafenrheinfeld. Unter der Kuppel befindet sich der Kernreaktor. Im Hintergrund erkennt man zwei Kühltürme.

Inhaltsverzeichnis

Wortherkunft

Kernkraftwerk Brunsbüttel

Für die bei Kernreaktionen und radioaktiven Umwandlungen frei werdende Energie wurde 1899 der Begriff Atomenergie von Hans Geitel geprägt; damals fehlten allerdings die Kenntnisse über den Aufbau von Atomen. Aufgrund dieser Erkenntnisse, insbesondere über den Atomkern, ist der heutige korrekte naturwissenschaftliche Fachbegriff Kernenergie. Daraus abgeleitet entstanden die synonymen Begriffe Kernkraftwerk (KKW) und Atomkraftwerk (AKW). 1966 wurde für die Kraftwerke Rheinsberg und Gundremmingen A sowie alle nachfolgenden Anlagen in Deutschland die Bezeichnung Kernkraftwerk verwendet. Die Bezeichnung "Kernkraftwerk" wird durch die Norm DIN ISO 921/834 geregelt.

Kernreaktortypen

Siehe Hauptartikel Kernreaktor

Die Erzeugung elektrischer Energie geschieht indirekt: Die Wärme, die bei der Kernspaltung entsteht, wird auf ein Kühlmedium – meist Wasser – übertragen, wodurch dieses erwärmt wird. Direkt im Reaktor oder indirekt in einem Dampferzeuger entsteht Wasserdampf, der eine Dampfturbine antreibt.

In Kernkraftwerken werden unterschiedliche Reaktortypen eingesetzt, die sich im Wesentlichen durch die verwendeten Kernbrennstoffe, Kühlkreisläufe und Moderatoren unterscheiden. Die wichtigsten sind:

Schema eines Kernkraftwerks mit Druckwasserreaktor
Schema eines Siedewasserreaktors
  • Im Leichtwasserreaktor (LWR) wird „leichtes“ Wasser (H2O) als Reaktorkühlmittel und Moderator verwendet. Als Brennstoff wird angereichertes Uran mit einem 235U-Massenanteil zwischen etwa 1,5 % und 6 % verwendet. Der Leichtwasserreaktor existiert in den Varianten Druckwasserreaktor (DWR) und Siedewasserreaktor (SWR). Während beim Druckwasserreaktor das Reaktorkühlmittel in einem geschlossenen Primärkreislauf zirkuliert und mit einem Dampferzeuger Wasserdampf in einem Sekundärkreislauf erzeugt, der die Turbinen antreibt, wird beim Siedewasserreaktor das Kühlmittel im Reaktordruckbehälter verdampft und treibt die Turbinen direkt an.
  • Da das im Schwerwasserreaktor (HWR) als Reaktorkühlmittel und Moderator verwendete schwere Wasser (D2O) Neutronen schlechter absorbiert als normales Wasser, kann als Brennstoff Natur-Uran mit einem Massenanteil an 235U von etwa 0,7 % verwendet werden.
  • Der RBMK ist ein Reaktor sowjetischer Bauart, der brennbares Graphit als Moderator und Wasser als Kühlmittel verwendet. Der fehlende Reaktordruckbehälter erleichtert den Wechsel von einzelnen Brennelementen. Dadurch eignet sich dieser Reaktortyp besonders für die Herstellung von Waffenplutonium.
  • Der Brutreaktor (Schneller Brüter) erzeugt während des Betriebs besonders viel spaltbares Plutonium aus Natur-Uran und ermöglicht dadurch eine höhere Brennstoffausnutzung. Als Kühlmittel wird statt Wasser flüssiges Natrium eingesetzt, da für diesen Reaktortyp schnelle Neutronen benötigt werden.
  • Der Hochtemperaturreaktor (HTR) ist eine deutsche Erfindung, bei dem der Brennstoff (235U oder 232Th) in tennisballgroßen Graphitkugeln eingeschlossen ist. Das Graphit dient als Moderator. Zur Kühlung wird Helium eingesetzt.

Hauptbestandteil eines Kernkraftwerks ist der Kernreaktor, in dem die Spaltungsprozesse stattfinden. Viele Kernkraftwerke werden mit mehreren Kernreaktoren gebaut, die je ihre eigenen Dampferzeuger, Turbine und Generator treiben. In einem solchen Fall spricht man von mehreren Reaktorblöcken.

Niederdruck-Turbinenläufer aus dem Kernkraftwerk Unterweser

Brennstoff

Als Kernbrennstoff wird in den meisten heute betriebenen Kernkraftwerken angereichertes Uran (U-235-Anteil ca. 3 bis 4 %) eingesetzt. Es gibt weltweit, auch in Deutschland, viele Kraftwerke mit einer Nutzungslizenz für MOX-Brennelemente. Mischoxid (MOX) ist ein Gemisch aus Uranoxid und Plutoniumoxid. Plutonium hat als Brennstoff eine höhere Energieausbeute, ist also effizienter als Uran. Die Verwendung von höheren Plutoniumanteilen (Pu-239) im MOX ist allerdings sowohl aufgrund der Waffenfähigkeit des Plutoniums als auch wegen der höheren Sicherheitsanforderungen eines mit Plutonium betriebenen Reaktors, z. B. Brutreaktor, umstritten.

Reaktorregelung

(siehe Kritikalität)

Kopfbereich eines Brennelementes. Ausschnitt links: Uran-Tabletten (Pellets) in den Brennstäben

Je nach Reaktortyp gibt es verschiedene Verfahren, die thermische Leistung zu regulieren. Hierzu zählen zum Beispiel das schrittweise Einfahren der Steuerstäbe und die Regulierung der Borkonzentration im Primärkreislauf. Der Reaktor kann über seinen Neutronenfluss geregelt, angefahren und abgeschaltet werden, indem man Neutronen-absorbierende Stoffe wie etwa Cadmium, Gadolinium oder Bor in den Reaktorkern gibt, bzw. neutronenverlangsamende Stoffe (sogenannte Moderatoren) wie Graphit, Wasser, oder Schwerwasser zugibt oder entfernt. Das geschieht z. B. kurzfristig mit Hilfe der Steuerstäbe und bei Druckwasserreaktoren längerfristig durch Zugabe bzw. Entzug von Borsäure im Reaktorkühlkreislauf. In der Praxis wird die vom Generator zu erzeugende elektrische Leistung am Turbinenregler vorgegeben und die thermische Leistung des Reaktors automatisch nachgeführt.

Genehmigungsrecht

Die Errichtung und der Betrieb eines Kernkraftwerkes sowie alle wesentlichen Änderungen bis hin zu Stilllegung und Abbau müssen in Deutschland nach Atomrecht genehmigt werden. Wesentlich ist hier § 7 „Genehmigung von Anlagen“ des Atomgesetzes.

Da derzeit in Deutschland keine neuen Kernkraftwerke errichtet werden dürfen (siehe Atomausstieg), bezieht sich daher § 7 Atomgesetz nicht mehr auf Errichtung und Betrieb.

Es besteht in atomrechtlichen Genehmigungsverfahren für Kernkraftwerke eine Pflicht zur Durchführung einer Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) als Teil des atomrechtlichen Genehmigungsverfahrens.

Zusätzlich gelten hier die Regelungen des Euratom-Vertrags. Art. 37 des Euratom-Vertrags verpflichtet jeden Mitgliedsstaat, bestimmte Angaben zur Freisetzung radioaktiver Stoffe, auch beim Neubau oder Abbau von Kernkraftwerken, der EU-Kommission zu übermitteln. Erst nach Veröffentlichung einer Stellungnahme der EU-Kommission darf mit dem Vorhaben begonnen werden [1].

Investitionen und Ertrag

Über die Kosten der Brennelemente eines KKW wird viel spekuliert, deshalb sollen sie nachfolgend realitätsnah abgeschätzt werden. Der Preis einsatzbereiter Brennelemente ist Betriebsgeheimnis der KKW-Betreiber, er kann nur indirekt ermittelt werden.

  • Methode 1: Die aktuellen Preislisten [2] des Rohstoffes U3O8 und des daraus gewonnenen Gases UF6 für die Urananreicherung sind veröffentlicht. Aktuell (November 2008) wird für UF6 100 €/kg verlangt. Wenn sich dieser Preis infolge der Weiterverarbeitung zu Brennelementen in Gaszentrifugen verzehnfachen sollte, kostet die 30-Tonnen-Jahresfüllung eines typischen Kernkraftwerkes 10•30000 kg•100 €/kg = 30 Millionen Euro. Damit kann elf Monate lang eine Dauerleistung von 1200 MW erzeugt werden, was der elektrischen Energie W=P•t=(1200000 kW)•(11•30•24 h) = 9,5•109 kWh entspricht. Dividiert man beide Werte, erhält man die Brennstoffkosten von 0,3 ct/kWh.
  • Methode 2: Im Geschäftsbericht des Energieversorgers ENBW[3] wird für das Jahr 2007 ein Materialaufwand von 8,8•106 € angegeben. Unterstellt man pessimistisch, dass damit nur die Brennelemente für die drei KKW der Enbw bezahlt wurden, kann dieser Aufwand auf die Energiemenge dieser KKW von 0,27•139•109 kWh umgelegt werden. Damit ergeben sich Brennstoffkosten von (8,8•106 €)/(37,5•109 kWh) = 0,23 ct/kWh.

In der Spalte Kernkraftwerk werden typische Daten dieser Kraftwerksart zusammengefasst. Da Zahlen erst durch Vergleich mit anderen Werten aussagekräftig sind, werden in den anderen Spalten der folgenden Tabelle Vergleichswerte aus anderen Artikeln ergänzt. Die Daten der zweiten Zeile sind ausschlaggebend für die Amortisationszeit der Anlagen, da die Einnahmen auf die mittlere Leistung und nicht auf die projektierte Spitzenleistung wie in der ersten Zeile bezogen werden müssen.

Photovoltaik Steinkohle Kernkraftwerk Wind (onshore)
spez. Investitionen (in €/kWpeak) 4.000 800 3.000 < 1.000 [4]
spez. Investitionen (in €/kWmittel) 40.000 1.200 2.400 4.800
jährliche Volllaststunden (in h/a) 530-770[5] 4.300 8.000 1.800
Ausnutzung der Arbeitsfähigkeit (in %)

(jährliche Volllaststunden / 8.760 h pro Jahr)

 7,5 % 46 91 % 17 %
jährliche Betriebskosten (fix) (bez. Inv.) 0,5 % 4 % 2 % 2 %
Brennstoffkosten + dyn. Betriebskosten (in ct/kWh) - 3 0,3 -
Externe Kosten (in ct/kWh) ~ 1,0 [6] > 6,3 [6] ~ 0,2 [7] ~ 0,15 [6]

Anmerkungen:

  • Für die Investitionen bei Kernkraftwerken gibt es keine aktuellen Zahlen, weil alle in Deutschland betriebenen Anlagen vor etwa 30 Jahren gebaut wurden. Zu Grunde gelegt werden die Investitionen des im Bau befindlichen EPR in Olkiluoto. Dieser Reaktortyp repräsentiert den aktuellen Stand der Kerntechnik in Europa.
  • Kernkraftwerke werden stets als Grundlastkraftwerke betrieben, deshalb ist die Spitzenleistung (kWpeak) immer genauso groß wie die mittlere Leistung (kWmittel)
  • Kohlekraftwerke werden meist - je nach Anforderung der Leitstelle - mit variabler Leistung betrieben oder ganz abgeschaltet (Mittellast). Tatsächliche Einschaltzeit und mittlere Leistung sind also schwer abzuschätzen, deshalb wird hier angesetzt: kWmittel = 0,7 * kWpeak.
  • Photovoltaikanlagen haben, wie langjährige Beobachtung zeigt, eine recht geringe Leistungsausbeute. Ursache ist u.a. wechselnde Bewölkung. Hier gilt: kWmittel ≈ 0,1 * kWpeak.
  • Windkraftanlagen im Binnenland arbeiten wegen schwankender Windverhältnisse nur selten mit Nennleistung (Statistik). Sie erreichen im Jahresmittel von 2001 bis 2007 etwa 17 %. Deshalb gilt: kWmittel = 0,17 * kWpeak.

Risiken

Block 4 des Kernkraftwerks Tschernobyl heute

Neben den allgemeinen Unfallrisiken eines thermischen Großkraftwerkes ergeben sich spezielle Risiken aus der Nutzung der Kernenergie. Besonders die Radioaktivität der Spaltprodukte stellt eine Gefahr dar. Unfälle können von geringfügigen internen Betriebsstörungen bis zu einer Katastrophe mit internationalen Auswirkungen reichen, wie es z.B. bei der Katastrophe von Tschernobyl der Fall war.

Austritt von radioaktivem Material

Im normalen Betrieb entweichen kleine Mengen radioaktiven Materials vom Kernkraftwerk in die Umwelt. Dieses Material umfasst radioaktive Edelgase (z.B. Krypton-85) sowie das instabile Wasserstoffisotop Tritium, deren Entweichen gemessen wird und strengen Auflagen unterliegt.[8]

Durch Unfälle oder Störungen der Sicherheitsbarrieren können größere Mengen radioaktiven Materials in die Umwelt und in die Nahrungskette gelangen. Viele konstruktive Maßnahmen dienen dazu, das auch dann noch zu verhindern, wenn große Teile des Reaktors funktionsuntüchtig oder zerstört worden sind (siehe Auslegungsstörfall). Ein Beispiel dafür, dass Fehlbedienung zu einer Freisetzung von Radioaktivität führen kann, ereignete sich 1987 im KKW Biblis. Ein Ventil, das während des normalen Betriebs geschlossen sein sollte, schloss nicht. Die Betriebsmannschaft versuchte es durch die Öffnung eines Prüf-Ventils „frei zu blasen“, was nicht gelang. Durch die Prüfleitung entwich Kühlwasser des Primärkreislaufs. Die radioaktive Belastung der Umgebung des Kernkraftwerkes blieb unter den gültigen Grenzwerten[9] da weitere Barrieren wie z.B. Auffangbecken und Containment funktionierten.

Kernschmelze

Das Kernkraftwerk Three Mile Island

Durch die extrem hohe Energiedichte im Kernreaktor ist es möglich, dass beim Ausfall der Notkühlung der Reaktorkern schmilzt und sich dadurch selbst zerstört. Die Konsequenzen der Kernschmelze können je nach den genauen Umständen im wesentlichen auf das Kernkraftwerk beschränkt bleiben, oder der Auslöser eines unkontrollierten Austritts von großen Mengen Radioaktivität sein. Die Havarie im Kernkraftwerk Three Mile Island im Jahre 1979 ist ein Beispiel für eine Beschränkung auf das Kernkraftwerk. Hier gelang es die Schmelze zu stoppen, bevor der Reaktordruckbehälter zerstört wurde. Der bei der Schmelze entstehende Wasserstoff konnte kontrolliert abgelassen werden. Mit ihm entwich eine vergleichsweise kleine Menge an radioaktivem Gas. Beim Unfall in Tschernobyl war eine Kernschmelze dagegen der Auslöser für eine massive Freisetzung des radioaktiven Inventars. Dampf- und Wasserstoff-Explosionen zerstörten die Abdeckung des Reaktors. Ein dadurch entfachter Graphitbrand dessen Löschung erst nach Tagen gelang, erzeugte eine radioaktive Wolke, deren Fallout sich bis nach Nordeuropa erstreckte.

Eine Kernschmelze mit unkontrollierter Freisetzung radioaktiven Materials nennt man einen Super-GAU.

Beseitigung der erzeugten Spaltprodukte und Transurane

Die im Betrieb entstandenen Spaltprodukte und erbrüteten Transurane (Plutonium, Americium, Neptunium, etc.) müssen anschließend für längere Zeit aus der Biosphäre fern gehalten werden bis sie zum größten Teil zerfallen sind. Diese Zeit reicht je nach Isotop von einigen Monaten bis zu vielen tausend Jahren. Das Risiko besteht hier in einer Freisetzung während der Zeit der Lagerung. Vor der Endlagerung werden die abgebrannten Brennstäbe chemisch aufgelöst und in ihre Bestandteile getrennt. Bei dieser Konditionierung, die in Wiederaufbereitungsanlagen erfolgt, können im Betrieb wie auch durch Unfälle und Irrtümer radioaktives Material in die Umwelt gelangen. Die englische Anlage bei Windscale/Sellafield und die französische in La Hague waren mehrfach von solchen Unfällen betroffen.

Proliferation von Kernwaffen

Beim Betrieb von Kernkraftwerken mit Uran werden immer gewisse Mengen an Plutonium erbrütet, das für die Herstellung von Atomwaffen verwendet werden kann. Der Vorteil liegt hier in der Möglichkeit mit rein chemischen Mitteln und ohne Anreicherung spaltbarer Isotope auskommen zu können. Daraus ergibt sich das Risiko einer Weiterverbreitung von Kernwaffen. Einige Nationen, die den Besitz von Kernwaffen anstreben, versuchen im Vorfeld Kernreaktoren zu erbauen. Zur Eingrenzung des Risikos der Weiterverbreitung der militärischen Nutzung durch friedliche Nutzung von Kernreaktoren wurden verschiedene internationale Verträge geschlossen, deren wichtigster der Atomwaffensperrvertrag ist. Die Einhaltung der Verträge wird von der Internationalen Atomenergieorganisation (IAEO) überwacht.

Staatliche Reglementierung und Überwachung

Die Eintrittswahrscheinlichkeit und die Schwere der Auswirkungen von Unfällen in Kernkraftwerken ist nicht unmittelbar einsichtig. Um der Regierung und Ministerien die für Entscheidungen nötigen sachlichen Informationen zur Verfügung zu stellen, wurde Mitte der 70er Jahre die Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit gegründet. Ein Ergebnis dieses in staatlichem Eigentum befindlichen Forschungsinstituts ist die Deutsche Risikostudie Kernkraftwerke, in der versucht wurde, das Risiko von Unfällen realistisch abzuschätzen. Die Eintrittswahrscheinlichkeit für einen schwersten Unfall mit im Mittel 500.000 Toten wird in der Studie mit einmal pro 250.000 Betriebsjahren angegeben[10].

Angesichts der Schwere der möglichen Folgen von Unfällen ist die Genehmigung zum Betrieb von Kernkraftwerken generell an strenge technische und organisatorische Auflagen gebunden, die staatlich überwacht werden. In Deutschland verpflichtet ein eigenes Bundesgesetz die Betreiber eines Kernkraftwerks, dieses stets auf dem aktuellen Stand der Technik zu halten[11]. Für die Erteilung von Genehmigungen sind Ministerien zuständig. In Deutschland ist das zunächst ein Landesministerium und übergeordnet auf Bundesebene das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU). In seinem Auftrag überwacht das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) den Betrieb kerntechnischer Anlagen.

Krankheitsfälle im Zusammenhang mit Kernkraftwerken

Möglicherweise hat auch der Normalbetrieb von Kernkraftwerken Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Eine epidemiologische Studie im Auftrag des Bundesamtes für Strahlenschutz im Jahr 2007 zeigte eine signifikant erhöhte Leukämie-Rate bei Kindern in der Nähe (5 km) von Kernkraftwerken.[12][13][14][15][16][17] Danach erkrankten von 1980 bis 2003 im 5 km-Umkreis um die Kernkraftwerke in Deutschland 37 Kinder neu an Leukämie - im statistischen Mittel wären es 17 Kinder gewesen. Im betrachteten Zeitraum erkrankten in Deutschland demzufolge aus obigem Grund durchschnittlich etwa 0,8 Kinder pro Jahr mehr an Leukämie, nimmt man andere Krebsarten hinzu sind es 1,2 Kinder pro Jahr .[18] Über die Interpretation dieses Befundes herrscht keine Einigkeit. Die Autoren der Studie sind der Auffassung, dass die von deutschen Kernkraftwerken im Normalbetrieb emittierte ionisierende Strahlung wegen der um ein vielfaches höheren natürlichen Strahlenbelastung nicht als Ursache in Betracht kommt[13]. Das externe Expertengremium des BfS zur KiKK-Studie kommt hingegen zur Überzeugung, dass aufgrund des besonders hohen Strahlenrisikos für Kleinkinder sowie der unzureichenden Daten zu Emissionen von Leistungsreaktoren dieser Zusammenhang keinesfalls ausgeschlossen werden kann.[19]

Haftung der Betreiber von Kernkraftwerken

Innerhalb der EU haften nur die Betreiber von Kernkraftwerken in Deutschland und in Österreich in der Schadenssumme unbegrenzt. In benachbarten EU-Staaten ist die Haftung jeweils in unterschiedlicher Höhe begrenzt.

In Spanien belaufe sich nach Angaben der deutschen Bundesregierung die Haftungssumme auf rund 700 Millionen Euro, in Belgien, Lettland, Rumänien und Schweden auf etwa 330 Millionen Euro und in den Niederlanden auf 313 Millionen Euro. In Tschechien betrage die Haftungssumme rund 250 Millionen Euro, in Finnland rund 194 Millionen Euro, in Großbritannien, Polen und Slowenien etwa 165 Millionen Euro und in Ungarn etwa 100 Millionen Euro. Die Haftungssumme für Frankreich gibt die deutsche Bundesregierung mit etwa 84 Millionen Euro, für die Slowakei mit etwa 82,5 Millionen Euro, für Dänemark mit rund 66 Millionen Euro und für Bulgarien mit 16,5 Millionen Euro an. Die Haftungssumme Italiens beläuft sich den Angaben zufolge auf 5,5 Millionen Euro, die Litauens auf 3,3 Millionen Euro. In den übrigen EU-Staaten gibt es keine gesetzlichen Regelungen, zum Teil, weil es dort keine Atomkraftwerke gibt. [20]

Geschichte

Das erste zivile Kernkraftwerk der Welt wurde 1954 im russischen Obninsk erfolgreich in Betrieb genommen, es hatte eine elektrische Leistung von 5 MW. Ein Jahr später wurde 1955 in Calder Hall (England) ein weiteres Kernkraftwerk errichtet, welches 1956 mit einer Leistung von 55 MW ans Netz ging und daher als erstes kommerzielles Kernkraftwerk der Welt bezeichnet wird. In den meisten frühen Kernkraftwerken kamen Siedewasserreaktoren zum Einsatz, da diese einfacher zu konstruieren und zu regeln sind. Inzwischen sind dagegen Druckwasserreaktoren üblicher, die höhere Leistungsdichten besitzen und bei denen der Kontrollbereich kleiner ist. Das erste Kernkraftwerk Deutschlands war das unter Lizenz von GE von der AEG gebaute Kernkraftwerk Kahl (16 MWe) mit einem Siedewasserreaktor, der zuerst am 13. November 1960 kritisch wurde. Es folgten der Mehrzweckforschungsreaktor Karlsruhe (MZFR) in (29. September 1965, 57 MWe) und das Kernkraftwerk Rheinsberg, ein WWER sowjetischer Bauart in Brandenburg (damals DDR). Es wurde am 9. Mai 1966 das erste Mal mit dem Netz synchronisiert und war bis 1990 in Betrieb. Das nächste war ein Siedewasserreaktor (KRB A) in Gundremmingen (14. August 1966, 250 MWe) und schließlich ein Kraftwerk mit einen Druckwasserreaktor 1968 in Obrigheim in Baden-Württemberg (357 MWe).

Alle noch im Betrieb befindlichen deutschen Kernkraftwerke wurden von der Siemens AG oder deren ehemaliger Tochter, der Kraftwerk Union (KWU), gebaut. Ausnahmen bilden die Kraftwerke mit Siedewasserreaktoren (Brunsbüttel, Isar I, Philippsburg I und Krümmel). Sie wurden von der AEG begonnen und von der KWU fertiggebaut, nachdem die Kernkraftsparte der AEG in der KWU aufging.

Entsprechend ihrer historischen Entwicklung teilt man Kernkraftwerke in verschiedene Generationen ein:

Generation Beschreibung Beispiele
I Erste kommerzielle Prototypen Shippingport, 1957, DWR 60 MWe
Dresden, 1960, SWR 180 MWe,
Fermi I, 1963, Brutreaktor 61 MWe
II Kommerzielle Leistungsreaktoren CANDU, Konvoi, EdF-Kraftwerke
III Fortschrittliche Reaktoren (evolutionäre Weiterentwicklungen aus Generation II)
 EPR, SWR1000 (ABWR), AP1000, PBMR, Advanced CANDU Reactor, MKER
IV Zukünftige Reaktortypen (innovative Entwicklungen, derzeit
vom Generation IV international Forum vorangetrieben)

Im April 1986 ereignete sich der bislang schwerste Störfall in einem Kernkraftwerk im ukrainischen Prypjat im Reaktor Tschernobyl, bei dem der Block 4 explodierte. Das in riesigen Mengen enthaltene Graphit (etwa 1700 t) brannte und beförderte mit den Rauchgasen erhebliche Mengen radioaktiver Nuklide in die Atmosphäre. Die Explosion des Reaktors ist auf menschliches Versagen sowie bauartbedingte Mängel (vor allem Graphit als Moderator und auf das Fehlen technischer Einrichtungen, die die leichtfertige Fehlbedienung verhindert hätten) zurückzuführen. Der Störfall wurde zunächst tagelang vertuscht, bis in Skandinavien stark erhöhte Radioaktivitätswerte gemessen wurden und die sowjetische Regierung durch den enormen öffentlichen Druck gezwungen war, die Havarie einzugestehen.

Der erste Auftrag (2004) für einen EPR Druckwasserreaktor von 1,6 GW Leistung wurde vom finnischen Energieversorgungsunternehmen Teollisuuden Voima Oy (TVO) für den Standort Olkiluoto an Framatome ANP erteilt. Der privat finanzierte Reaktor (3 Milliarden Euro) soll Anfang des Jahres 2011 an das Netz gehen.

Geographische Verteilung

Kernkraftwerke in Europa

In Europa nutzen 18 Länder Kernkraftwerke zur Energiegewinnung. Drei Länder der EU-27 - Finnland, Frankreich und Rumänien - bauen derzeit je ein neues Kernkraftwerk. Die EU-25-Staaten erzeugten 2003 insgesamt 935.809 GWh Atomstrom. Das ist eine Zunahme von 14.450 GWh im Vergleich zum Jahr 2000. 1992 betrug die Atomstromproduktion dieser Staaten 817.428 GWh. Italien ist vor 30 Jahren aus der Atomstromerzeugung ausgestiegen und hat 4 Kernkraftwerke stillgelegt, plant aber einen Wiedereinstieg in die Kernenergie. Polen plant bis 2020 die Inbetriebnahme seines ersten Kernkraftwerks. In Großbritannien wurde im Januar 2008 ein massiver Ausbau der Atomenergie beschlossen.

Atomstromerzeugung in Europa nach Anzahl der Kernkraftwerke
Zahlen per 2004
Rang Land in Betr. stillg. Erzeugte Energie
in GWh		 Anteil an
Stromprod.
1. Frankreich 59 11 426.800 78 %
2. Russland 31 12 133.017 16 %
3. Großbritannien 23 22 73.680 19 %
4. Deutschland 17 19 158.390 26 %
5. Ukraine 15 4 81.813 51 %
6. Schweden 10 3 75.039 52 %
7. Spanien 9 1 60.888 23 %
8. Belgien 7 1 44.857 55 %
9. Tschechien 6 0 24.817 32 %
10. Slowakei 6 1 15.624 55 %
11. Schweiz 5 0 25.432 40 %
12. Finnland 4 + 1 0 21.779 27 %
13. Bulgarien 4 + 1 2 15.598 42 %
14. Ungarn 1 0 11.209 34 %
15. Litauen 1 1 13.917 72 %
16. Rumänien 1 0 5.144 10 %
17. Slowenien 1 0 5.204 39 %
18. Niederlande 1 1 3.605 4 %

Siehe auch: Störfälle in europäischen Atomanlagen

Kernkraftwerke in Deutschland

Kernkraftwerke in Deutschland

2006 waren in Deutschland 17 Kernkraftwerke in Betrieb, die zusammengenommen 163 Terawattstunden Strom produzierten. Das entspricht etwa 26,3 Prozent der gesamten Bruttoerzeugung[21]. Diese sollen nach Erreichen zugeteilter Reststrommengen ebenfalls abgeschaltet werden. Damit ginge nach derzeitigem Stand im Jahre 2022 der Block 2 des AKW Neckarwestheim als letzter vom Netz - siehe dazu Atomausstieg.

In den Koalitionsverhandlungen im Herbst 2005, die zur Bildung der Großen Koalition führten, konnte keine Einigung über die Forderung der CDU/CSU zur Laufzeitverlängerung erzielt werden. Allerdings hält der Koalitionsvertrag fest, dass der Konsensvertrag und die entsprechenden Regelungen des Atomgesetzes nicht geändert werden sollen. Beide Parteien haben angekündigt, über das Thema während der Legislaturperiode weiter zu verhandeln.

Nach einem Störfall im schwedischen Kernkraftwerk Forsmark im Juli 2006 hat die Bundesregierung die Länder am 7. August 2006 aufgefordert, Kernkraftwerke abzuschalten, falls Sicherheitsfragen im Einzelfall nicht vollständig geklärt werden können. Dabei bedürfe es einer behördlichen Überprüfung der deutschen Kernkraftwerke. Eine Darstellung der Betreiber reiche nicht aus, teilte das Bundesumweltministerium in Berlin mit. Die Länder sollen bis zum 8. August 2006 ihre Kraftwerke auf bestimmte Sicherheitsaspekte hin überprüfen und das dokumentieren, wie es weiter hieß[22]. Die Bundesländer halten einen Störfall wie im schwedischen Kernkraftwerk Forsmark in den deutschen Meilern für ausgeschlossen. Die deutschen Kernkraftwerke seien sicher, teilten mehrere Umweltminister nach internen Untersuchungen mit. Bundesumweltminister Gabriel hatte von den Ländern Berichte über die Sicherheit ihrer Kraftwerke gefordert. Siehe auch: Störfälle in deutschen Atomanlagen, Liste der Kernreaktoren in Deutschland

Technische Daten ausgewählter Kernkraftwerke

Kernkraftwerk Land Inbetrieb- setzung Typ Nenn-
leistung		 Betriebs-
arbeit 1)		 Zeit-
verfüg-
barkeit		 Zeit-
ausnut-
zung		 Arbeits-
verfüg-
barkeit 2)		 Arbeits-
Nichtverfügbarkeit 2)		 Arbeits-
ausnut-
zung 2)
(brutto) (brutto) geplant 3) ungeplant 4)
disponi-
bel		 nicht disponi-
bel
in MW in GWh in % in % in % in % in % in % in %
KWB-A Biblis A D 26.02.1975 DWR 1225 10217,1 95,6 95,6 95,2 0,3 4,5 0 94,1
KWB-B Biblis B D 31.01.1977 DWR 1300 9283 83,2 83,2 82,5 16,7 0,3 0,5 80,5
GKN-I Neckar D 01.12.1976 DWR 840 6405,1 94,2 94,2 89,7 6 0 4,3 86
GKN-II Neckar D 15.04.1989 DWR 1365 11200,1 93 93 92,9 6,1 0 1 93,9
KBR Brokdorf D 22.12.1986 DWR 1440 11615,4 94,8 94,8 94,7 4,7 0 0,7 91,8
KKB Brunsbüttel D 09.02.1977 SWR 806 5073,1 74,5 74 73,3 5,7 0,4 20,5 72
KKE Emsland D 20.06.1988 DWR 1400 11762,8 96,3 96,3 96,1 3,2 0 0,7 95,5
KKG Grafenrheinfeld D 17.06.1982 DWR 1345 10673,4 91,8 91,8 91,6 6,7 0 1,7 90,4
KKI-1 Isar D 21.03.1979 SWR 912 7047,5 90,9 90,9 89,1 7,6 0,6 2,7 87,8
KKI-2 Isar D 09.04.1988 DWR 1475 12239,5 95,6 95,6 95,4 4,1 0 0,6 94,3
KKK Krümmel D 28.03.1984 SWR 1316 10052,7 89,1 89,1 87,7 6,1 0,4 5,8 87
KKP-1 Philippsburg D 26.03.1980 SWR 926 6631,9 84,5 84,5 83,5 13,1 0,5 2,8 81
KKP-2 Philippsburg D 18.04.1985 DWR 1458 10863,8 87 87 86,9 8,2 0 5 84,2
KKU Unterweser D 06.09.1979 DWR 1410 10220 87,8 87,8 87,4 10,4 2 0,2 82,3
KRB-B Gundremmingen D 19.07.1984 SWR 1344 10810,6 93,4 93,4 91,3 8,3 0,2 0,1 91,2
KRB-C Gundremmingen D 18.01.1985 SWR 1344 8892,3 76,8 76,8 74,9 5,5 0,3 19,3 74,9
KWG Grohnde D 01.02.1985 DWR 1430 11331,1 93,9 93,9 93,6 5,5 0,1 0,9 89,5
KWO Obrigheim D 01.03.1969 DWR 357 2739,9 94 94 93,8 5,8 0 0,4 86,8
OL1 Olkiluoto FIN SWR 870 7270,9 95 95 94,8 4,5 0,1 0,7 95
OL2 Olkiluoto FIN SWR 870 7340,9 96,8 96,8 96,2 2,7 1,1 0,1 96
KCB Borssele NL DWR 478 3822 91,9 91,9 91,6 6,1 0 2,3 91,4
KKB 1 Beznau CH DWR 380 2920,5 88,3 88,3 87,5 11,3 0 1,2 87,5
KKB 2 Beznau CH DWR 380 3226,6 97,3 97,3 97 3 0 0 96,7
KKG Gösgen CH DWR 1020 8458,4 94,5 94,5 94,3 5,5 0,2 0 94,4
KKL Leibstadt CH SWR 1220 9135,1 86,9 86,9 85,6 13,3 0,6 0,5 85,2
KKM Mühleberg CH SWR 372 3028,8 94,3 94,3 92,8 6,6 0,6 0,1 92,7
CNT-I Trillo E DWR 1066 8536 92,4 92,4 91,5 5,7 0 2,8 90,9

1) Betriebsarbeit in GWh bezeichnet in diesem Fall die Arbeit, die ein Kraftwerk in einem Jahr leistet. Als Basis für diesen Wert dienen 365 Tage mit zusammen 8760 Stunden.
2) Auf Nettobasis ermittelte Werte (KKB 1 Beznau, KKB 2 Beznau, KKG Gösgen, KKL Leibstadt und KKM Mühleberg auf Bruttobasis)
3) geplant: Beginn und Dauer der Nichtverfügbarkeit müssen mehr als 4 Wochen vor Eintritt festgelegt sein
4) ungeplant: Beginn der Nichtverfügbarkeit ist nicht oder bis 4 Wochen verschiebbar

  • disponibel: Der Beginn der Nichtverfügbarkeit ist mehr als 12 Stunden bis 4 Wochen verschiebbar
  • nicht disponibel: Der Beginn der Nichtverfügbarkeit ist nicht oder bis 12 Stunden verschiebbar

Stand: 2004, Quelle: VGB PowerTech

Wirtschaft

Der weltweit größte Hersteller von Kernkraftwerksanlagen ist seit 2006 der japanische Konzern Toshiba. Am 6. Februar 2006 unterzeichnete Toshiba mit dem staatseigenen britischen Konzern British Nuclear Fuels plc. einen Vertrag, nachdem Toshiba für 5,4 Mrd. US$ die BNFL USA Group Inc. und die Westinghouse Electric UK Limited und damit die Nuklear-Sparte von BNFL (von der BNFL 1998 zumindest in Teilen erworben von der Westinghouse Electric Corporation) zu 100 % erwarb.[23] [24]

Zukunft der Stromerzeugung durch Kernkraftwerke weltweit

Hauptartikel: Kernenergie nach Ländern, Liste der Kernkraftanlagen

Über die Zukunft der Kernenergie wird weltweit kontrovers diskutiert. Die Internationale Atomenergiebehörde IAEO führt eine Datenbank, in der alle aktuellen Kernkraftwerksbauten auf der gesamten Welt verzeichnet sind.[25]

Bis Ende der 1980er Jahre stieg die Zahl der Atomkraftwerke weltweit stetig an, bis sie im Jahre 1989 einen vorläufigen Höhepunkt mit 423 Reaktoren erreichte. Seitdem ist das Wachstum deutlich verlangsamt und in einigen Jahren negativ. Die höchste Anzahl wurde im Jahre 2002 mit 444 Reaktoren erreicht, 2007 waren es noch 439.

Die meisten Staaten hatten niemals ein Atomprogramm. In Kuba, Österreich und den Philippinen wurde je ein Atomkraftwerk mit je einem Reaktorblock gebaut, jedoch niemals in Betrieb genommen. In anderen Staaten wurde der Bau eingestellt. Mehrere Staaten haben einen Ausstieg aus der Atomkraft beschlossen oder diesen Beschluss bereits umgesetzt. Hierzu zählen unter anderem Deutschland, Italien, Mexico, die Niederlande, Schweden und Spanien.

In verschiedenen Ländern wird eine Verlängerung der Laufzeiten bestehender Atomkraftwerke diskutiert oder wurde beschlossen, etwa in den USA und den Niederlande. In Kanada sollen Reaktoren in den Atomkraftwerken Bruce und Pickering nach einer Sanierung wieder in Betrieb genommen werden.

Einige Länder, darunter Bulgarien, China, Japan und Indien, bauen neben den bestehenden weitere Atomkraftwerke. In Westeuropa bauen Finnland und Frankreich neue Reaktoren. Es ist jedoch unklar, ob der Bau neuer Atomkraftwerke nach westlichen Sicherheitsstandards derzeit ökonomisch rentabel ist. In Indonesien, der Türkei und dem Iran, die bisher keine Atomkraftwerke haben, gibt es konkrete Pläne oder bereits im Bau befindliche Anlagen.

Den Bau des ersten schwimmenden Kernkraftwerks (Kernkraftwerk Sewerodwinsk) planen Russland und die Volksrepublik China. Der Reaktorblock mit einem KLT-Reaktor soll von Russland, die Außenhülle von China gebaut werden. Die Kosten für das Projekt betragen über 86 Millionen US-Dollar. Das Kernkraftwerk, das zum Vergleich mit einem Haus neun Stockwerke hoch sein wird, befindet sich dann auf einem 140 m langen und 30 m breiten schwimmenden Block mit einer Wasserverdrängung von 21.000 Tonnen. Der Bau des zweiblöckigen Kernkraftwerks soll 2011 abgeschlossen sein und zunächst für das russische Rüstungsunternehmen Sewmasch in Sewerodwinsk in der Region Archangelsk Energie liefern. Geplant ist eine Leistung von 40 MW pro Block.

Rohstoffreserven

Die Rohstoffreichweite für Uran wird derzeit auf 67 Jahre[26] geschätzt und kann - wie bei anderen Rohstoffen wie Öl oder Erdgas - durch neue Funde oder verbesserte Abbaumethoden erheblich gesteigert werden. Im vergangenen Jahr (Zeitraum Oktober 2007 - Oktober 2008) hat sich der Preis für U3O8[27] wegen des Überangebotes auf etwa 50 US$/lb halbiert. Zwar sind die geschätzten Ressourcen beim Uran etwas größer als beim Rohöl, erreichen allerdings nicht die Reichweite von Erdgas. Seit den 1970er Jahren wird an Kernreaktoren geforscht, wie man anstelle von Uran das in weit größeren Menge förderbare Thorium verwenden kann (THTR). Laut Rosatom reichen die russischen Uranreserven noch über 200 Jahre.[28] Auch gibt es Pläne, Uran aus Meerwasser zu gewinnen.

Umweltauswirkungen der Kernenergienutzung

Als Argument gegen den Atomausstieg wird durch neutrale wissenschaftliche Berichte [29] seit etwa 2002 immer wieder auf die "CO2-Freiheit" hingewiesen. Der bei der Ausbeutung von Uranvorkommen entstehende CO2-Ausstoß ist vergleichsweise vernachlässigbar. Beim Uranabbau entstehen auch direkte Emissionen, jedoch handelt es sich um radioaktive Folgeprodukte. Dabei handelt es sich vor allem um das radioaktive Edelgas Radon. Auch birgt die heute übliche In-Sito Methode der Ausbeutung von "low-grade" Uranvorkommen erhebliche Gefahren für die Umwelt, insbesondere für das Grundwasser. Aufgrund dieser Problematik findet in Europa trotz existierender Vorkommen kein Uranabbau mehr statt.

Das Öko-Institut errechnete im Jahr 2007, dass zwischen 31 und 61 Gramm CO2 pro erzeugter KWh Atomstrom freigesetzt werden [30]. Das ist außerordentlich wenig im Vergleich zu Kohlekraftwerken: Gegenwärtig beträgt der CO2-Ausstoß pro kWh Strom bei Steinkohle ca. 950 g CO2/kWh und bei Braunkohle ca. 1150 g/KWh.

Die Höhe der produzierten Menge an CO2 beim Uranabbau hängt von der Qualität des Erzes ab. Je schlechter das Erz, desto mehr Energie wird benötigt, um das Uran herauszulösen, d.h. umso mehr CO2 fällt an. Ergiebige Uranvorkommen mit hohem Urananteil ("Ore Grade" von 20 %, also 200 kg Uran je Tonne Erz) sind erschöpft, u.a. durch die Nutzung für militärische Zwecke, üblich sind heute Urananteile um 15 %.

Neue Reaktortypen

Russland entwirft den Reaktortyp MKER, China den Chinese Pressurized Reactor (Druckwasserreaktor) und das Unternehmen Areva den Europäischen Druckwasserreaktor.

Siehe auch

Portal
 Portal: Kernenergie – Übersicht zu Wikipedia-Inhalten zum Thema Kernenergie

Literatur

  • Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme - Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie, Springer Verlag 2006, ISBN 3-540-29664-6

Weblinks

Quellen

  1. ↑ Heuel-Fabianek, B., Kümmerle, E., Möllmann-Coers, M., Lennartz, R. (2008): The relevance of Article 37 of the Euratom Treaty for the dismantling of nuclear reactors Quelle: atw Heft 6/2008, Einleitung in deutsch. Vollständiger Artikel in englisch beim Forschungszentrum Jülich [1]
  2. ↑ Aktuelle Preislisten für Uran
  3. ↑ Geschäftsbericht Enbw
  4. ↑ Preisentwicklung Windkraft pro kWp
  5. ↑ [2] BMWi Energiestatistiken Seite 20
  6. ↑ a b c Wolfram Krewitt und Barbara Schlomann (2006): Externe Kosten der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien im Vergleich zur Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern, online (PDF)
  7. ↑ European Commission (2003):External Costs Research results on socio-environmental damages due to electricity and transport, online (PDF)
  8. ↑ Bundesamt für Strahlenschutz: Emissionsüberwachung bei Atomkraftwerken (pdf)
  9. ↑ Pressemitteilung des Bundesamtes für Strahlenschutz aus dem Jahr 1987
  10. ↑ Deutsche Risikostudie Kernkraftwerke, Phase B, Verlag TÜV Rheinland, 1990, ISBN 3-88585-809-6
  11. ↑ [3]
  12. ↑ Deutsches Kinderkrebsregister
  13. ↑ a b Epidemiologische Studie zu Kinderkrebs in der Umgebung von Kernkraftwerken - im Auftrag des Bundesamtes für Strahlenschutz 2007 - pdf 7 MB
  14. ↑ taz.de: Höhere Krebsgefahr im AKW-Umkreis (10.12.2007)
  15. ↑ taz.de: Experten uneins über AKW-Gefahr (11.12.2007)
  16. ↑ Welt Online: Bundesamt für Strahlenschutz im Zwielicht
  17. ↑ Stellungnahme vom Verein Bürger für Technik e.V.
  18. ↑ Presseerklärung des Kinderkrebsregisters - abgerufen am 12. Dezember 2007 Zitat: „Basierend auf den in der Studie gewählten Modellannahmen wären 29 der 1980-2003 in Deutschland insgesamt aufgetretenen 13373 Krebserkrankungen dem Wohnen innerhalb der 5-km-Zone um ein Kernkraftwerk zuzuschreiben, dies wären 1,2 Fälle pro Jahr.“
  19. ↑ bfs.de: Stellungnahme des externen Expertengremiums des BfS zur KiKK-Studie (10.12.2007)
  20. ↑ Bundestag:Antwort der Bundesregierung vom 15. Juli 2008
  21. ↑ http://www.bdi-online.de/download/Anlage.pdf
  22. ↑ Südwestrundfunk:Bund fordert Sicherheitsnachweise für AKW 7. August 2006
  23. ↑ Pressemitteilung auf toshiba.co.jp, 6. Februar 2006, englisch
  24. ↑ Artikel auf netzeitung.de: Toshiba gewinnt Bieterstreit um Westinghouse, 6. Februar 2006
  25. ↑ Datenbank der IAEO
  26. ↑ Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Kernenergie
  27. ↑ aktueller Preis Uranoxid
  28. ↑ RIA Novosti - 09/07/2008 - Russische Uran-Reserven reichen noch für 200 Jahre
  29. ↑ Die Zukunft der Kernenergie (AN INTERDISCIPLINARY MIT STUDY)
  30. ↑ [4]

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