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Artikel EPR

Zuverlässige, sichere und wirtschaftliche Elektrizitätsversorgung

Generationenwechsel in der Kernenergietechnik

Von Hans R. Moning, Dr. sc. techn. ETH, dipl. PR-Berater BR/SPRG

Artikel erschienen im Schweizer Arbeitgeber Nr. 19 / 6.10.2005
Veröffentlichung auf unserer Internetsite mit der freundlichen Genehmigung des
Verlags des Schweizerischen Arbeitgeberverbandes

 

 

Voraussetzung für die wirtschaftliche Prosperität unseres Landes ist eine zuverlässige und wettbewerbsfähige Elektrizitätsversorgung. Dabei ist auch dem Sicherheitsbedürfnis der Bevölkerung Rechnung zu tragen. Als Basis für eine von weltpolitischen Unwägbarkeiten weitgehend unabhängige Energieversorgung ist die Kernenergie kaum umstritten. Da sie zudem frei ist von CO2-Emissionen, gewinnt sie auch im Kreis von Ökologen zunehmend an Akzeptanz. Die Kritik der Gegner zielt auf Aspekte der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit. 

 

Dank dem hohen Sicherheitsstandard der bestehenden europäischen Kernkraftwerke lassen sich die sicherheitstechnischen Bedenken weitgehend relativieren. Dass die in Betrieb stehenden Kernkraftwerke Elektrizität wirtschaftlich erzeugen, ist nachweisbar. Mit der im Zuge einer evolutionären Entwicklung herangereiften dritten Generation von Kernreaktoren steht nun eine Technologie bereit, deren Sicherheit und Wirtschaftlichkeit nochmals entscheidend gesteigert werden konnten.

Wenn heute in Europa der Bau eines neuen Kernkraftwerks zur Diskussion steht, handelt es sich um einen Reaktor der dritten Generation. Ein typischer Vertreter dieser Generation ist der als deutsch-französisches Gemeinschaftsprojekt entwickelte Europäische Druckwasserreaktor EPR (European Pressurized Water Reactor). Eine erste Anlage mit diesem Reaktortyp wird 2009 in Olkiluoto, Finnland, in Betrieb gehen. Auch in Frankreich wird ein entsprechendes Projekt des staatlichen französischen Energieversorgungsunternehmens Electricité de France (EdF) realisiert.  

 

Enge Zusammenarbeit mit den Sicherheitsbehörden

Der EPR wird eine neue Phase der Kernkraftnutzung einleiten. Als evolutionäre Weiterentwicklung der bewährten Druckwasserreaktoren, die in der Schweiz und in benachbarten Ländern seit Jahrzehnten für eine sichere, wirtschaftliche und umweltfreundliche Stromerzeugung sorgen, vereinigt er eine weitere Erhöhung der Sicherheit mit einer Steigerung der Wirtschaftlichkeit.

Der EPR ist eine gemeinsame Entwicklung von Framatome, einem Unternehmen der französischen Areva Gruppe, und Siemens. Mitfinanziert und technisch begleitet wird das Projekt von grossen deutschen und französischen Energieversorgungsunternehmen, die Kernkraftwerke betreiben. Die enge Zusammenarbeit von Herstellern und Betreibern ermöglichte eine optimale Auswertung der im Einsatz der bestehenden Anlagen gewonnenen Erfahrungen zugunsten des EPR-Projektes.

Wie die Hersteller haben sich auch die Sicherheitsbehörden Frankreichs und Deutschlands zu einer Kooperation zusammengefunden und gemeinsame Richtlinien für die Auslegung neuer Reaktoren ausgearbeitet. Die Auslegung des EPR auf der Basis gemeinsam formulierter, strenger Anforderungen stellt sicher, dass in beiden Ländern die Genehmigung des EPR keine spezifischen Anpassungen bedingt. Damit werden die Voraussetzungen für eine Serienfertigung des EPR geschaffen, so dass sich die einmalig anfallenden Entwicklungskosten auf eine Reihe von Anlagen verteilen lassen.  

 

Noch höheres Sicherheitsniveau

Mit der Entwicklung des EPR sollte der bei Anlagen der zweiten Generation bereits hohe Sicherheitsstandard nochmals gesteigert werden. Als Reaktor der dritten Generation stellt der EPR einen weiteren evolutionären Fortschritt in der Sicherheitstechnik dar:

  • Durch verbesserte Störfall-Vorbeugung wird die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Reaktorkerns noch weiter verringert.

  • Dank verbesserter Störfall-Beherrschung würden selbst im extrem unwahrscheinlichen Fall eines Kernschmelzens die Radioaktivität im Containment eingeschlossen und die Folgen eines Unfalls auf die Anlage selbst beschränkt bleiben.

  • Bautechnische Massnahmen gewährleisten einen verbesserten Schutz gegen Aufprall von Flugzeugen – selbst von grossen Passagiermaschinen.

  

Präventive Sicherheitsmassnahmen

Zu den Massnahmen einer verbesserten Störfall-Vorbeugung zählen unter anderem:

  • Die Verlängerung der geforderten Reaktionszeiten des Betriebspersonals für die Einleitung von Sicherheitsmassnahmen wie Druckbegrenzung und Wärmeabfuhr aus dem Containment. Diverse Vorkehrungen wie vergrösserte Wasserinhalte in den Kühlkreisläufen haben trägere Reaktionen der Anlage auf vorübergehende Abweichungen vom Normalbetrieb zur Folge, so dass den Reaktoroperateuren ausreichend Zeit für angemessene Eingriffe zur Verfügung steht.

  • Weiter trägt auch die verringerte Leistungsdichte im Reaktorkern dazu bei, dass die Korrektur von Abweichungen von den Soll-Betriebswerten unter geringerem Zeitdruck erfolgen kann.

  • Redundanz und strenge räumliche Trennung der vier Sicherheitsstränge gewährleisten eine hohe Zuverlässigkeit der Sicherheitssysteme. Die direkt mit dem Primärkreislauf verbundenen Sicherheitssysteme, die der Kühlmitteleinspeisung bei einem Kühlmittelverlust dienen, sind vierfach redundant ausgelegt (vgl. Abbildung 1).

  • Voll computerunterstützte Bedienung mit optimierten Mensch-Maschine-Schnittstellen und ergonomische Gestaltung des Kontrollraums reduzieren die Zahl der Interventionen durch die Reaktoroperateure und damit die Anfälligkeit für menschliches Versagen. Ein modernes Informationssystem mit digitaler Instrumentierung orientiert die Reaktoroperateure permanent über die Betriebszustände der Anlage.

 

Abbildung 1: 
 Die Sicherheitssysteme (d.h. alle zugehörigen Anlagen wie verfahrenstechnische Systeme, Elektro- und Leittechnik, Komponenten und Versorgungssysteme) sind vierfach vorhanden und räumlich getrennt in vier separaten Sicherheitsgebäuden untergebracht. Die konsequente räumliche Trennung schliesst Mehrfachausfälle infolge von Ereignissen wie Brand, Überflutung oder Sabotage aus.  

 

Gewappnet für die Beherrschung schwerer Störfälle

Trotz der geringen Eintrittswahrscheinlichkeit betrachteten die für die Entwicklung des EPR Verantwortlichen schwere Störfälle nicht einfach als Restrisiko: Sollte es trotz aller Massnahmen zur Störfall-Vorbeugung zum Schmelzen des Reaktorkerns kommen, würde der geschmolzene Kern („Corium“) innerhalb des Containments auf einer speziellen Ausbreitungsfläche unterhalb des Reaktordruckbehälters („Core Catcher“) aufgefangen und gekühlt werden. Das äusserst robuste doppelwandige Containment würde die Radioaktivität sicher einschliessen. Auswirkungen blieben auf die Anlage selbst beschränkt. Schwerwiegende Konsequenzen für die in der Umgebung der Anlage lebende Bevölkerung wie Evakuierung oder Kontamination des Untergrunds und des Grundwassers in der Nachbarschaft der Anlage sind deshalb nicht zu befürchten.

 

Der EPR bietet einen besonders effektiven physikalischen Schutz gegen externe Einwirkungen. Das Reaktorgebäude, der Kontrollraum, der Lagerraum für die abgebrannten Brennstäbe sowie zwei der vier angrenzenden Sicherheitsgebäude werden doppelwandig mit einer zusätzlichen äusseren Schale aus armiertem Beton ausgeführt, um sie gegen die Auswirkungen eines Flugzeugabsturzes oder von Druckwellen zu schützen (vgl. Abbildung 2). Damit sie starken Erdbeben widersteht, ist die Anlage mit hohen bautechnischen Sicherheitsmargen ausgelegt. Der gesamte Nuklearbereich steht auf einer sechs Meter dicken Grundplatte aus armiertem Beton.  

Abbildung 2: 
 Die innere Schale des Containments aus Spannbeton verhindert, dass bei Störfällen Radioaktivität austreten kann. Die äussere Schale dient als Schutzbarriere gegen Einwirkungen von aussen (Flugzeugabsturz, Druckwellen).

  

Für eine wirtschaftliche und nachhaltige Elektrizitätsversorgung

Der Betrieb eines Kernkraftwerkes ist ressourcen- und umweltschonend, die externen Kosten sind tief, und Kernkraftwerke könnten niemals mit einer CO2-Abgabe belastet werden. Eine im Jahr 2003 durchgeführte Studie der Generaldirektion für Energie und Rohstoffe (DGEMP) des französischen Ministère de l’Economie des Finances et de l’Industrie zeigt die Wettbewerbsfähigkeit der Kernenergie auf. Daraus geht insbesondere hervor, dass die Kernkraftwerke bei ganzjährigem Betrieb wettbewerbsfähiger sind als Gas- und Kohlekraftwerke (vgl. Abbildung 3).

 

Abbildung 3

 

Mit dem EPR wird Strom zu 10 Prozent geringeren Kosten erzeugt werden können, als mit den heute in Betrieb stehenden Kernkraftwerken. Die Stromproduktionskosten werden ausserdem signifikant tiefer sein als bei der Stromerzeugung mit Gas, der wichtigsten mit der Kernkraft in Konkurrenz stehenden Energiequelle. Damit ist der EPR trotz der infolge umfassender Sicherheitsmassnahmen höheren Investitionskosten sehr konkurrenzfähig.  

 

Die hervorragende Wirtschaftlichkeit liess sich im Wesentlichen mit folgenden Massnahmen erzielen:

  • Der EPR ist für eine Nutzungsdauer von 60 Jahren ausgelegt. Damit ist die Amortisationsdauer des investierten Kapitals um 50 Prozent länger als bei den bestehenden Kernkraftwerken, die für einen 40 Jahre langen Einsatz ausgelegt sind.

  • Die spezifischen Erstellungskosten liessen sich durch Dimensionierung der Anlagen für eine hohe elektrische Leistung von bis zu 1'600 MW markant reduzieren.

  • Der Wirkungsgrad der Anlage wurde deutlich angehoben.

  • Aus einer um etwa 15 Prozent verbesserten Brennstoffausnutzung resultieren ein geringerer Uranbedarf und damit auch geringere Kosten für die Entsorgung der gebrauchten Brennelemente.

  • Die Verfügbarkeit der Anlage über die gesamte Lebensdauer konnte auf rund 92 Prozent weiter erhöht werden. So liess sich beispielsweise durch eine wartungsfreundliche Konstruktion die planmässige Stillstandzeit verkürzen.

  • Dank weitgehender Standardisierung der Auslegung können der Ingenieurstundenaufwand für Planung und Bau reduziert und ein Kosten senkender Serieneffekt ausgenutzt werden.

Mit den wirtschaftlichen Vorteilen des EPR gehen auch ökologische einher: Da er 15 Prozent weniger Uran benötigt und ausserdem bis zu 100 Prozent Mischoxidbrennstäbe (MOX) verbrennen kann, produziert er entsprechend weniger Plutonium und generiert pro erzeugte kWh elektrischer Leistung weniger langlebigen radioaktiven Abfall. Ausserdem verursacht er dank seiner auf 60 Jahre ausgedehnten Nutzungsdauer bei seiner Stilllegung pro erzeugte kWh weniger beim Abbruch der Anlage zu entsorgende Rückstände.

 

Eine sichere und wirtschaftliche Lösung

Der EPR wird einen neuen Standard für die Sicherheit von Kernkraftwerken aber auch für deren konkurrenzfähige und klimafreundliche Stromproduktion setzen. Er ist das Ergebnis einer evolutionären Entwicklung, die auf langjährigen Erfahrungen mit der bewährten Technologie der Druckwasserreaktoren aufbaut. Dank einer Reihe technischer Innovationen steht der EPR an vorderster Front der weltweiten Entwicklung von Nuklearreaktoren – sowohl hinsichtlich Sicherheit als auch hinsichtlich Wirtschaftlichkeit. Der EPR dürfte damit auch den Weg zu einer realitätsbezogenen, ideologiefreien Betrachtung der Kernenergienutzung in Europa ebnen.

   

 

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