Mittwoch, 23. November 2016

"Small is beautiful" - die Mini-Reaktoren sind im Kommen

Groß, größer, am größten 
ist ein Slogan, der in der Industrie häufig anzutreffen ist,
beispielsweise bei den deutschen Kernkraftwerken.

Es fing ganz klein und bescheiden an, als die Stromfirma RWE im Jahr 1958 das Kernkraftwerk VAK in Kahl mit einer Leistung von nur 15 Megawatt in Betrieb nahm. Aber schon in den siebziger Jahren bestellte das gleiche Unternehmen von Siemens/KWU ein Atomkraftwerk mit einer elektrischen (Brutto-) Leistung von über 1.000 Megawatt (MW) für den Standort Biblis. Inzwischen sind dieses, sowie neun weitere große Kernkraftwerke (KKW), im Zuge der sogenannten Energiewende, zwangsweise stillgelegt worden. Übrig geblieben sind nur noch die acht KKW Gundremmingen B und C (mit je 1.345 MW), Emsland und Neckarwestheim II (mit 1.400 MW), Grohnde und Philippsburg 2 (mit je 1.450 MW) sowie Brockdorf und Isar 2 (mit je 1.480 MW).

Die letztgenannten  acht Großkraftwerke sollen - gestaffelt - bis zum Jahr 2022 ebenfalls endgültig abgeschaltet werden. Ihr Wegfall wird eine riesige Stromlücke im Grundlastbereich hinterlassen, welche durch die unsteten Wind- und Sonnenkraftwerke nicht annähernd ausgeglichen werden kann. Hinzu kommt, dass die großen Gleichstromtrassen von der deutschen Küste in die Industriegebiete Bayerns und Baden-Württembergs frühestens 2025 zur Verfügung stehen werden.

Im internationalen Bereich geht aber der Bau immer noch größerer Kernkraftwerke ungebremst weiter: in Finnland, Frankreich China und England entstehen derzeit sieben weitere KKW, welche inzwischen für eine Bruttoleistung von 1.650 bis 1.750 MW ausgelegt sind.

Indes, es gibt auch eine zweite Bauphilosophie:
weitgehend unbemerkt von diesem Streben nach Rekordgröße wird immer häufiger über kleine Kernkraftwerke - zwischen 30 und 300 MW - nachgedacht, für die sich offenbar ein zweiter Markt auftut.
Über diese Spezialreaktoren soll im Folgenden berichtet werden.


Wirtschaftliche und technische Gründe

Das Interesse an kleinen Kernkraftwerken (und Reaktoren zu Heizzwecken) besteht schon lange. Es sind vor allem die Entwicklungs- und Schwellenländer, welche das Milliardenkapital für große Kernkraftwerke nicht aufbringen können und in deren kleines nationales Stromnetz Nuklearkraftwerke jenseits von 300 Megawatt elektrisch (MWe) nicht einzupassen sind.
Es ist bekannt, dass einige Aufträge für große Leichtwasserkernkraftwerke in früheren Jahren aus finanziellen Gründen zurück genommen werden mussten; einige Abbestellungen fanden sogar zu jenen Zeitpunkten statt, in denen das Kraftwerk bereits zu 70 Prozent oder mehr gefertigt war. Beim Großblock wird der Bau typischerweise über zehn Jahre abgewickelt, während die zugeordneten Anlagekosten von 6 bis 8 Milliarden Euro anfallen. Die Amortisation dieser Investitionen findet während der folgenden 30 Jahre statt, sodass die gesamte Unternehmung etwa 40 Jahre dauert. Da können kleine Stromfirmen häufig nicht mithalten. Bei kleinen Kraftwerken jedoch verkürzt sich die Bauzeit auf lediglich 5 Jahre, da u. a. die Infrastrukturleistungen am Standort bereits erbracht sind.

Besonders kostensparend wirkt sich die Modulbauweise aus. Während bei einer Großanlage umfangreiche Komponenten auf der Baustelle - in speziell errichteten (Einmal-) Werkstätten - gefertigt werden müssen, ist dies bei kleinen Moduln nicht der Fall. Diese können in der Fabrik gefertigt und zusammengebaut werden und - wegen ihrer Kleinheit - auf Fahrzeugen zum Standort gebracht werden. Im wesentlichen handelt es sich dabei um kleine Reaktortanks, sowie Kühlmittelpumpen und Dampferzeugereinheiten. Daraus ergibt sich ein Kostenvorteil von 30 bis 40 Prozent, welcher den Eskalierungskosten wegen Mehrfachfertigung entgegen wirkt.

Ein weiterer Vorteil der modularen Bauweise liegt in der höheren Sicherheit. Bei kleinen Reaktoren ist häufig eine verbesserte nukleare Sicherheit gegeben, weil gewisse Reaktorkoeffizienten (beispielsweise Natriumvoid bei Brutreaktoren) einfacher zu beherrschen sind. Auch die passive Nachwärmeabfuhr bei Ausfall der Kühlkreise ist zumeist gesichert und bedarf nicht des manuellen Eingriffs. Insgesamt erleichtert dies das atomrechtliche Genehmigungsverfahren, was wiederum die Planungs- und Bauzeit reduziert.

Inzwischen hat die Errichtung von Mini-Reaktoren an verschiedenen geografischen Lokationen der Erde begonnen. In Argentinien wird unter der Bezeichnung CAREM-25 bereits ein Modul mit 27 MWe gebaut. In Russland ist die Doppeleinheit KLT-40S mit je zwei 35 MWe-Reaktoren im Bau. In Korea erhielt der SMART-Reaktor (90 MWe) kürzlich seine atomrechtliche Genehmigung. Bei der chinesischen Einheit ACPR50S gibt es noch einige diplomatische Verwicklungen. Die Chinesen wollen einen kleinen Reaktor mit einer Leistung von 200 MW bzw. 60MWe auf einer schwimmenden Plattform errichten. Er soll auf verschiedenen Inseln des Chinesisch-Pazifischen Meeres Wärme und Elektrizität bereitstellen. Dagegen wehren sich die USA und Japan mit dem Argument, dass die Eigentümerschaft dieser kleinen, unbewohnten Inseln nicht geklärt sei.

Reminiszenz an die siebziger Jahre

Das (erneute) Aufkommen der Mini-Reaktoren erinnert an die Schlagwortdebatte der 1970er Jahre, als das Prinzip "Small is beautiful" fast zwei Jahrzehnte lang eine beherrschende Rolle spielte. Es wurde 1973 in einem Buch gleichen Titels von dem in Deutschland geborenen britischen Ökonomen  Ernst Friedrich Schumacher aufgebracht, der sich dabei von der frugalen Lebensweise der buddhistischen Inder inspirieren ließ. Schumacher wurde argumentativ unterstützt von zwei weiteren Slogan-Verbreitern, nämlich Lovins und Traube. Der US-Amerikaner Amory B. Lovins machte sich in seinem Bestsellerbuch stark für die "Sanfte Energie", wobei er in seinen Vorträgen besonders (kleine) Windräder propagierte. Und der kürzlich verstorbene Kernenergiekritiker Klaus Traube kritisierte die Großtechnik der damals verbreiteten Reaktoren und forderte stattdessen 1978 in seinem Buch "Müssen wir umschalten?" den Kollektor auf  jedem Hausdach.


Schumacher und sein Buch

Inzwischen bedecken Freiflächenkollektoren von Fußballfeldgröße die bäuerlichen Landschaften. Die neueste Windkraftanlage der Firma Enercon erreicht die stattlichen Höhe von 230 Metern. Und die Verbindung der alternativen Energiesysteme geschieht über monströse Gleichspannungsleitungen.
Ob E. F. Schumacher diese Technologie jetzt noch als "small" und "beautiful" bezeichnet würde?

PS.: Eines sollte nicht vergessen werden:
die Europäische Energiebehörde NEA schätzt in einen fast hundertseitigem Bericht ab, dass der Anteil der Mini-Reaktoren im gesamten Ausbau der Kernenergie kaum über drei Prozent hinauskommen wird.

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