In letzter Zeit tauchen immer wieder Pläne auf, ältere Kohlekraftwerke mit Kernreaktoren umzurüsten. Es erscheint notwendig, die Vor- und Nachteile etwas näher zu betrachten.
Von Klaus-Dieter Humpich
Der Ersatz
Bisher war es üblich, vollständig neue Kernkraftwerke zu errichten und anschließend ältere Kraftwerke still zu legen. Vorteil ist die freie Wahl des Standortes und die freie Gestaltung des Kernkraftwerks. Man erhält ein neues Kernkraftwerk (KKW) aus einem Guss. Allerdings ist dies auch die teuerste Lösung. Da der Neubau von KKW unter hohen Investitionen leidet, die zwar zu einem geringen Strompreis über die Laufzeit (heute mehr als 60 Jahre) führen, wird händeringend nach neuen Strategien gesucht. Als ein Weg erscheint die Umrüstung vorhandener Kohlekraftwerke mit SMR (Small Modular Reactor) als Wärmequelle. Man hofft dadurch die notwendigen Investitionen zu senken oder zumindest zu strecken. Grundsätzlich kann man schon jetzt festhalten, daß sich so etwas wahrscheinlich nur bei „jüngeren“ Kohlekraftwerken lohnt, bei denen noch eine Restlaufzeit von Jahrzehnten vorhanden ist. Volkswirtschaftlich dürfte es günstiger sein, diese Kraftwerke bis an ihre (wirtschaftliche) Lebensdauer weiter zu betreiben und erst dann still zu legen. Gleichwohl kann man auf jeden Fall den Standort „retten“ und weiter betreiben.
Der Standort
Jedes Kraftwerk braucht einen „Stromanschluss“, eine Wärmesenke, Betriebspersonal und diverse Infrastruktur. Das Kraftwerk muß seine erzeugte elektrische Energie in das vorhandene Stromnetz einspeisen. Bleibt man bei der vorhandenen Leistung, kann man die Hochspannungsleitungen und die notwendigen Schaltanlagen – sofern sie noch geeignet sind – weiter verwenden. Erste Schwierigkeit hierbei ist nicht technischer Art, sondern liegt in den speziellen Vorschriften für KKW. Der „Stromanschluss“ ist sicherheitsrelevant für die Notkühlung. Es müßten daher inhärent sichere Reaktoren verwendet werden, die keine aktive Notkühlung benötigen. Ähnliche Schwierigkeiten können bei der Genehmigung des alten Standorts entstehen – zumindest, wenn der Standort in unmittelbarer Nähe zu Wohngebieten liegt. Auch hierfür spielt die Sicherheitstechnik eine entscheidende Rolle.
Kraftwerke sind in ihren Gemeinden meist sehr beliebt: Sie bieten gut bezahlte Arbeitsplätze, die Gemeinde bekommt außergewöhnliche Steuereinnahmen und es fällt auch sonst noch einiges ab, um die gute Nachbarschaft zu fördern. Würde ein Kohlekraftwerk in ein KKW umgebaut werden, könnten alle Arbeitsplätze – sofern gewollt – erhalten bleiben. Viele könnten ohne Umschulung weiter arbeiten, einige müßten ihre Fachkenntnisse erweitern. Alles meist sehr kleine Unannehmlichkeiten im Vergleich zur Aufgabe. Wie die Erfahrung zeigt, wurden Gemeinden durch die Schließung überwiegend in den Abgrund gezogen: Die Preise für Immobilien sinken, viele Handwerker verlieren ihre Aufträge und die Einnahmen der Gemeinde sinken bei steigenden Ausgaben.
Jedes Kraftwerk braucht Kühlwasser. Es muß ein ausreichend großer Fluß vorhanden sein, ein See, ein Meeresarm oder eine ausreichende Wasserquelle für einen Kühlturm. Bleibt man in gleicher Größenordnung, kann man die vorhandenen Anlagen des Kohlekraftwerks weiter nutzen. Oft ist das Kühlwasser ein ganz wesentlicher Faktor bei der Standortsuche. Es muß nicht nur Wasser vorhanden sein, sondern es müssen auch alle Umweltauflagen erfüllbar sein. Was aber schon Jahrzehnte problemlos genutzt wurde, kann auch weiter genutzt werden.
Der Turbosatz
Im Turbosatz wird die Energie des Dampfes in elektrische Energie umgeformt. Der Generator wird durch die Turbine angetrieben. Turbine und Generator sind aufeinander abgestimmt (z. B. Drehzahl). Beide stehen auf dem elastisch gelagerten Turbinentisch (auf Federpaketen aus Stahlfedern). Wichtig dabei ist, daß alle drei Komponenten ein System bilden. Unterhalb befinden sich die Kondensatoren, in denen der Dampf durch das Kühlwasser niedergeschlagen wird. Ob Generator und Kondensatoren ohne große Umbauten weiterverwendet werden können, hängt von der Turbine ab.
Die Turbine ist für einen bestimmten Dampfzustand (Druck p und Temperatur t) und einen Massenstrom (kg/s) ausgelegt. Genau hier liegt die Problematik: Kohlekraftwerke sind für möglichst hohe Temperaturen und Drücke ausgelegt. Je höher die Dampftemperaturen, um so besser der Wirkungsgrad und damit um so geringer der Kohleverbrauch. Stellvertretend sei hier das Kraftwerk Boxberg Q genannt, das seit 2000 Strom ins Netz liefert. Es war seinerzeit das modernste Braunkohlekraftwerk mit einem Wirkungsgrad von 43% bei einer Leistung von 906 MWel. Hierfür ist ein Frischdampfdruck von 260 bar bei einer Temperatur von 540°C und einer Zwischenüberhitzung auf 580°C nötig. Damit ergeben sich bereits die Schwierigkeiten für eine Umnutzung durch Kernenergie:
- Die Blockgröße erfordert mehrere SMR (Small Modular Reactor, definitionsgemäß mit einer Leistung < 300 MWel), die auf eine gemeinsame Turbine arbeiten müßten. Dies ist kein Vorteil, sondern eher ein Nachteil.
- Die Austrittstemperatur der Reaktoren muß rund 600°C betragen. Damit fallen alle Leichtwasserreaktoren raus (Druckwasserreaktor 165 bar, 330°C; Siedewasserreaktor 71 bar, 286 °C ).
- Wegen der notwendigen Austrittstemperatur von ungefähr 600°C kommen nur „zukünftige“ Reaktoren, wie z. B. aus den Familien: Gasgekühlt (z.B. HTR-PM, Xe-100), Salzschmelze (z.B. Kairos, Terrestrial Energy, Moltex Energy Waste Burner) oder Flüssigmetalle (BREST, TerraPower) in Frage. Es gibt noch unzählige andere Projekte, aber die aufgeführten Typen sind bereits auf dem Weg, den „Papier-Reaktor-Status“ zu verlassen. Realistisch betrachtet, dürften aber noch ein bis zwei Jahrzehnte bis zur Reife vergehen.
- Hat man einen Reaktor gewählt, muß noch ein Dampferzeuger konstruiert werden. Keine einfache Aufgabe, denn auch dieser ist einmalig. Die Dimensionen sind bei der gesamten Dampfmenge von etwa 2400 to/h nicht zu unterschätzen. Sicherheitstechnisch problematisch ist die gewaltige Druckdifferenz von über 200 bar. Undichtigkeiten wirken hier immer in Richtung Reaktor. Es müssen bei der Paarung Kühlmittel des Reaktors / Frischdampf noch ganz neue Fragen bezüglich der Werkstoffe beantwortet werden.
- Ein besonderer Stolperstein ist noch die bei Kohlekraftwerken übliche Zwischenüberhitzung: Wenn der Frischdampf aus dem Hochdruckteil der Turbine austritt, wird er noch einmal zum Kessel zurückgeschickt und wieder möglichst hoch erhitzt, bevor er in den Mitteldruckteil der Turbine zur weiteren Entspannung eintritt. Bisher hat so etwas noch keiner gebaut. Im Gegenteil, in den Anfangstagen der KKW hat man es mit einer fossilen Überhitzung versucht, da man mit Nassdampfmaschinen noch nicht so weit war.
Zusammenfassung
Die Größenordnung scheint verlockend: 2021 wurden 10244 TWh elektrischer Energie weltweit durch Kohlekraftwerke erzeugt (Stromverbrauch in Deutschland etwa 503,8 TWh). Dazu mußten fast 8,2 Milliarden to Kohle gefördert werden. Man muß es sich noch einmal in aller Ruhe deutlich machen: Weltweit wurde rund zwanzig mal so viel Strom aus Kohle gewonnen, wie ganz Deutschland in einem Jahr (2021) verbraucht hat! Schon das verdeutlicht die Unmöglichkeit, auch nur mittelfristig Kohle durch Kernenergie ersetzen zu wollen. Wenn es auch für manchen „Klimatologen“ eine bittere Erkenntnis sein mag, King Coal wird noch für Jahrzehnte – wenn nicht gar Jahrhunderte – dominieren, ob nun Deutschland aus der Kohleverstromung aussteigt oder nicht.
Jedes Kohlekraftwerk ist eine Milliardeninvestition. Hinzu kommt noch die Infrastruktur (Bergwerke, Massengutfrachter, Eisenbahnen etc.). Nur eine so dekadente Gesellschaft, wie die Deutsche, kann glauben, daß man ohne Konsequenzen einen solchen Kapitalstock vernichten kann. Andere Gesellschaften haben ganz andere Sorgen, als ausgerechnet die „Klimakatastrophe durch von Menschen freigesetztes CO2“. Der Rest der Welt, wird seine Kohlekraftwerke bis zu deren wirtschaftlichem Ende betreiben. Schließlich sind diese Teil der „Wohlstandsmaschine“, die zur weiteren Entwicklung zwingend nötig ist. Wenn es um die Einsparung von Kohle geht, bleibt auch noch der Weg, alte Kraftwerke mit geringem Wirkungsgrad durch neue zu ersetzen. Es wird sein, wie es immer war, erst wenn der Brennstoff so teuer wird, daß sich Alternativen lohnen, wird die Anzahl der Kohlekraftwerke schrumpfen. So bereits geschehen in den USA, wo (zeitweise) Erdgas günstiger war.
Realistisch betrachtet, kann höchsten der Zuwachs des weltweiten Strombedarfs durch Kernenergie abgedeckt werden. Eine Umrüstung erscheint bestenfalls in Einzelfällen sinnvoll. Die Entwicklung der Kernenergie wird davon unbeeinflußt weitergehen. Es werden weiterhin „große“ Leichtwasserreaktoren gebaut werden und die Entwicklung „kleiner“ Reaktoren wird ebenfalls weiter vorangehen. Sie werden vielmehr ganz neue Anwendungen (z. B Industrie, Nahwärme etc.) und die kostengünstige Beseitigung des „Atommülls“ erschließen. Sie werden somit auch an den Marktanteilen von Gas und Öl knabbern. Der Anteil von Wind und Sonne ist bereits (gerade in Europa) über das sinnvolle Maß hinausgeschossen – da hilft auch kein neues Schlangenöl aus „Grünem Wasserstoff“.
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wie Sie wissen, basieren die kohlebefeurten Dampfkraftwerke auf einer Korrelation zwischen Blockgrösse,Verfügbarkeit und Wirkungsgrad, mit dem Ziel,die Stromgestehungskosten zu minimieren. Die heute üblichen überkritischen Dampfparameter liegen bei 285 bar/600 C/620C bei einem Kondensatordruck von 40mbar. Der Nettowirkungsgrad liegt bei ca.46%. Ein Herzstück des Kraftwerkes ist der Wasser-Dampfkreislauf, bestehend aus der Dampferzeugung mit Zwischenüberhitzung,einer dreistufigen Turbine,einflutige Hoch-,doppelflutige Mittel-und Niederdruckturbine,ferner Generator sowie Kondensator zur Dampfkondensation. Prinzipiell wird der thermische Wirkungsgrad bei der Kraftwerksauslegung durch durch eine höhere Frischdampftemperatur,einen höheren Frischdampfdruck sowie eine höhere Speisewassertemperatur erhöht. Richtwerte für die Wirkungsgradsteigerung Temperaturerhöhung :0,011 %/K, Druckerhöhung ca 0,005%/bar. Bei KKW liegen die Parameter bei Druckwasser 165 bar/300 C sowie Siedewasser 70 bar/285 C, also völlig unterschiedliche Werte bzgl.Dampfkraftwerken. In den Kraftwerksneubauten wurden Frischdampftemperaturen von 600- 610 C technisch realisiert,die Begrenzung liegt allein in den Werkstoffen. Bei max. auftretenden Wandtemperaturen von bis zu 620 C sind zwingend martensitische Chromstähle zu verwenden.
Die Zwischenüberhitzung des teilentspannten Dampfes ist eine wesentliche Massnahme zur Wirkungsgradverbesserung, der aus der Turbine kommende entspannte,abgekühlte Dampf wird erneut in den Dampferzeuger geleitet und auf die temperatur der Zwischenüberhitzung überhitzt. Wie soll dieser Prozess einer Ümrüstung aussehen? Sowohl aus technischer als auch aus wirtschaflicher Sicht sehe ich hier kaum aussichtsreiche Chancen. Abschliessend noch für EIKE-Leser eine Kurzzusammenfassung der riesigen Kapitalvernichtung in Milliarden durch die Abschaltung der Dampfkraftwerke. 1.Walsum 750MWel/n=45%/258bar/605C/620C; 2.Hamm 2x800Mwel/ n=ca 46%/285bar/600 C/610C/. 3.Karlsruhe RDK8 912 MWel /n=46%/275 C/600C/620C; 4 Lünen 813MWel/n =45,6%/280bar/600C/610C; 5.Moorburg 2x 820MWel /n=46,5%/276bar/600C/610C;MannheimGKM9 911 MWel/n=46,4%/290bar/600C/610C;6.Wilhelmshaven 800MWel/n=>46%/280bar/600C/620C. Die abgeschalteten Braunkohlekraftzwerke sind hier nicht aufgelistet. Zusammenfassend lässt sich sagen,dass durch die Hybris derselbsternannten Weltverbesserer eine gigantische Kapitalvernichtung und eine Zerschlagung der einst führenden deutschen Ingenieurtechnik vollzogen wurde.
Gute Nacht Deutschland!
Es ist sehr hilfreich, wenn ein Fachmann sowohl über die detaillierten Parameter eines Dampfkraftwerkes als auch über das große Bild der globalen Energieversorgung zu Wort kommt. Am Ende hat er auch noch einen durchdachten Vorschlag für die nächsten Jahrzehnte: große neue LWR ergänzt durch SMR und mögliche Neuentwicklungen. Er zerlegt den Wasserstoffhype und weist die VEE in ihre Grenzen. Perfekt. Danke, Herr Humpich!
Den Standort von Kohlekraftwerken zu nutzen bietet sich durchaus an. Allerdings ist mit SWR nicht allzuviel wiederverwendbar. Über den Neubau von SWR sollte man nicht nachdenken. Mit Dual-Fluid-AKW’s könnten evtl. die Turbinen auch genutzt werden.
Es ist jenseits aller Vernunft SWR’s abzuschalten.
Herr Humpich, Herr Haferburg wären und sicher viele, die noch aktiv in KKW’s arbeiten sowie einige Kernphysiker die richtigen Experten und nicht solche Nullen wie Kemfert oder Buyx sowie der ganze Haufen da vom PIK, die seit Jahren die Bu Reg „beraten“ in Fragen Energie. Was wurde an ungeheuren Geldsummen für den derzeitigen untauglich Mist aus dem Fenster 7n diverse Taschen geworfen? Wie freute sich der ach so beliebte, ehemalige KBWler Kretschmann – ooh, der Kretsch, der sorgt für uns!, als er den Knopf zur Sprengung des Kühlturms von Philippsburg unter dem Beifall der rot-grün-schwarz-gelben „Elite“ und der diesen politischen Kräften nahestehenden Anti -FASCISTEN drückte: zack, 5 Miiliarden im Eimer. Wann hört dieser Wahnsinn auf? Nun, ich hoffe mit Einsetzen des richtigen Coolings, auf das ich mich nicht freue. Aber wenn dieser Mischpokemund der sie begleitende Mob nicht zur Vernunft zurückkehrt, womit nicht zu rechnen ist, muß halt dieser schwere Weg beschritten werden auf den D-schland insbesondere überhaupt nicht vorbereitet ist. Da kann man dann die Kältetechnik in großer Zahl einsammeln — leider. Aber besser das Cooling in Form eines neuerlichen Maunder Minimums, als z.B. ein Lapassade-Ereignis, das mit der Umpolung der Erdmagnetfeldes einhergehen könnte. Und die Pole wandern bereits. Dann wird es so richtig mies – da dann die kosmische Straklung ungehindert durch das schützende Magetfeld auf die Erde prallt – dann ist Schluß mit lustig, dann können Sie sich die Satelliten und 5G …. irgendwohin schieben. Leider wird auch die analoge Welt incl. Natur undxMensch schwerst betroffen sein. Ist Unsinn? Na, dann mal googeln unter Lapassade Ereignis – etwa alle „40.000“ Jahre. Das letzte war vor 42.000 Jahren.
Wieder der Tipfehlerteufel:
Neben Kleinigkeiten v.a. „Kältetechnik“. Das muss KÄLTETOTE heißen.
Der Autor verweist zurecht auf die langen Amortisationszeiten (60Jahre) bei Investitionen in KKW.
Das gilt näherungsweise auch für alle anderen Investitionen in der Energiebranche.
Somit betrifft das locker mal 10 – 15 Legislaturperioden auf Bundesebene und ebenso viele in den Ländern. Das sind somit 10 bis 15 meist verschiedene Bundesregierungen und 16 x (10 bis 15) = 160 bis 240 meist verschiedene Landesregierungen, die auch immer gerne „mitschnabeln“, dem Föderalismus sei Dank!
Vor diesem Hintergrund ist eine konsistente Energiepolitik praktisch unmöglich! Das Ergebnis sehen wir täglich.
In einem Bericht der Welt vom 10.10.2016 (von Daniel Wetzel, Wirtschaftsredakteur) heißt es:
Das Institut für Wettbewerbsökonomik an der Uni Düsseldorf hat die Gesamtkosten der Energiewende bis 2015 berechnet.
Laut dieser Studie hat die Energiewende Deutschland bis 2015 rund 150 Milliarden Euro gekostet. Bis 2025 könnte der Betrag auf über 500 Milliarden Euro ansteigen, wenn man den nötigen Ausbau der Verteilungs- und Übertragungsnetze mit einbezieht.