02.12.2008

Medienreise des Nuklearforums nach Baden-Württemberg

Die Medienreise des Nuklearforums zum Thema «Sicherheit und Kühlung in modernen Kernkraftwerken» im Oktober 2008 führte die Journalisten aus der Deutsch- und Westschweiz zum Institut für Kern- und Energietechnik (IKET) bei Karlsruhe, das jahrzehntelange internationale Erfahrung auf dem Gebiet der Sicherheitsforschung vorweisen kann, sowie zum Kernkraftwerk Neckarwestheim bei Stuttgart, das über einen modernen Hybridkühlturm verfügt, wie er auch beim Bau neuer Kernkraftwerke in der Schweiz zum Einsatz kommen würde.

Das Institut für Kern- und Energietechnik (IKET) gehört dem Forschungszentrum Karlsruhe an, das eine der grössten natur- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungseinrichtungen Europas ist.

Das IKET ist 1999 aus zwei kerntechnischen Instituten hervorgegangen und baut auf einer jahrzehntelangen internationalen Erfahrung auf dem Gebiet der nuklearen Sicherheitsforschung auf. Unter anderem untersuchte und untersucht das IKET die möglichen Unfallfolgen in den Kernkraftwerken der heute in Betrieb stehenden zweiten Generation und in den modernen Reaktorsystemen der dritten Generation.

Härtetests für den Core Catcher

Bereits in den 1990er-Jahren hat das IKET verschiedene Varianten eines Auffangbeckens für den bei einem Unfall geschmolzenen Reaktorkern praktisch getestet und weiterentwickelt. Der sogenannte Core Catcher ist eine spezielle Ausbreitungsfläche unterhalb des Reaktordruckbehälters, auf der sich die Kernschmelze ausbreiten und abkühlen kann, sollte der Behälter versagen. In Grossexperimenten untersuchten die Forscher um Prof. Thomas Schulenberg, dem Leiter des IKET, die Möglichkeiten, die Schmelze nach ihrem Austritt zu kühlen und die Nachzerfallswärme abzuleiten. Die Wissenschaftler gossen dazu eine hoch erhitzte, nicht radioaktive Versuchs-Schmelze über Beton und simulierten die Nachzerfallswärme durch spezielle Zusatzheizungen.

Wirklichkeitsnahe Tests: Zeugen der Schmelzversuche mit Core Catchern im Forschungszentrum Karlsruhe
Quelle: Nuklearforum Schweiz)

Die gewonnenen Erkenntnisse aus den wirklichkeitsnahen Versuchen ermöglichten schliesslich den Bau des Core Catchers, wie er beispielsweise heute Bestandteil des European Pressurized Water Reactor (EPR) der Areva ist.

Umsetzung in die Praxis: der Core Catcher im EPR, der gegenwärtig in Olkiluoto in Finnland sowie Flamanville in Frankreich gebaut wird
Quelle: TVO

Reaktordruckgefäss als Core Catcher

Der Unfall von Three-Mile-Island zeigte, dass der Reaktordruckbehälter selber die Schmelze einschliessen kann. Berechnungen des IKET zufolge kann ein geschmolzener Reaktorkern innerhalb des Druckbehälters der heutigen Kraftwerke der zweiten Generation ausreichend gekühlt werden. Derzeit untersuchen die Karlsruher Forscher das Verhalten von Schmelzen und die Bedingungen, unter denen die Schmelze erstarrt. Ziel der Forschungsarbeiten ist der Nachweis, dass bereits das Reaktordruckgefäss den geschmolzenen Kernbrennstoff zuverlässig einschliesst und somit im Extremfall als Core Catcher dienen würde.

Grossexperimente mit Wasserstoff

Beim Unfall in Three-Mile-Island wurde auch die Freisetzung von hoch explosivem Wasserstoffgas festgestellt. Am IKET haben die Forscher zahlreiche Experimente durchgeführt, um alle Aspekte dieses Phänomens zu verstehen. Von diesen Untersuchungen haben auch die Kernkraftwerke von heute profitiert. Sie sind mit passiven Systemen ausgerüstet, die den bei ernsthaften Zwischenfällen und Unfällen gebildeten Wasserstoff in gewöhnliches Wasser umwandeln und so die Explosionsgefahr gar nicht erst entstehen lassen. Die Experimente mit Wasserstoff dienten nicht nur der nuklearen Sicherheitsforschung, wie der zuständige Forschungsleiter, Wolfgang Breitung, erklärte. Im Hinblick auf den vermehrten Einsatz des Gases in einer zukünftigen Wasserstoffwirtschaft hätten verschiedene Firmen und Organisationen Interesse an den Erkenntnissen.

Explosive Experimente: Versuchsanlage für Untersuchungen über das Verhalten von Wasserstoffgas
Quelle: Nuklearforum Schweiz

Kühlung im Kernkraftwerk Neckarwestheim

Weiteres Ziel der Reise war das Kernkraftwerk Neckarwestheim bei Stuttgart, das über einen Hybridkühlturm verfügt. Dieser ist der weltweit grösste Hybridkühlturm mit einer Kühlleistung von 2500 MW, wie Steffen Riehm der EnBW Kernkraft GmbH, der Betreiberin von Neckarwestheim, den Journalisten erklärte. Im Gegensatz zur einfachen Funktionsweise eines Naturzug-Nasskühlturms nach dem Kamin-Effekt besteht der Hybridkühlturm aus zwei Stufen. Im unteren «Nassteil» wird wie bei Naturzug-Nasskühltürmen ein Teil des warmen Kondensator-Kühlwassers versprüht. Im Stockwerk darüber befindet sich der «Trockenteil». Hier gibt der andere Teil des Kühlwassers in geschlossenen Rohren seine Wärme an Luft ab, die anschliessend in den Turm geblasen wird. Da diese Luft warm und trocken ist, kann sie viel mehr Wasserdampf (Feuchte) aus dem Nassteil aufnehmen - die sichtbare Nebelschwadenbildung bleibt gering.

Ein weiterer sichtbarer Unterschied ist die geringe Höhe des Hybridkühlturms. Mit rund 50 m ist er nur etwa ein Drittel so hoch wie der Kühlturm des Kernkraftwerks Gösgen oder Leibstadt.

Geringe Höhe und schwache Schwadenbildung: der Hybridkühlturm des Blocks II des Kernkraftwerks Neckarwestheim
Quelle: GKN

Insbesondere für den Trockenteil benötigt der Hybridkühlturm Ventilatoren, die für einen ausreichenden Luftzug sorgen. Die Ventilatoren beziehen den Strom aus dem Kraftwerk. Sie benötigen rund 1,4% der Stromproduktion des Kernkraftwerks Neckarwestheim, das mit seinen zwei Blöcken über eine elektrische Leistung von insgesamt 2240 MW verfügt.

Verstärkung der Luftzufuhr: einige der Ventilatoren im Nassteil des Hybridkühlturms in Neckarwestheim
Quelle: Nuklearforum Schweiz

Konsequenzen der deutschen Ausstiegspolitik für Baden-Württemberg

Die Bundesumweltministerin des Landes Baden-Württemberg, Tanja Gönner, stellte den Journalisten am Abend in Stuttgart die Stromproduktion und -versorgung in Baden-Württemberg vor. Das Bundesland sei durch den deutschen Ausstiegsbeschluss besonders betroffen. Die wegfallenden Kapazitäten der Kernkraftwerke müssten trotz Effizienzmassnahmen und Ausbau der erneuerbaren Energien grösstenteils durch fossile, genauer Kohlekraftwerke ersetzt werden, so die Ministerin. Die CO2-Bilanz, besonders in Baden-Württemberg mit einem Kernenergieanteil von 50%, würde sich massiv verschlechtern, warnte Gönner. Dies sei vielen Verbrauchern nicht bewusst. Letztendlich entschieden diese durch ihr Konsumverhalten über den zukünftigen Verbrauch.

Quelle: 
M.R./M.S.