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Kernkraftwerk

Akronym: KKW, AKW

Definition: ein Kraftwerk, welches elektrische Energie mit Hilfe von Kernenergie erzeugt

Englisch: nuclear power station

Kategorien: elektrische Energie, Kernenergie, Kraftmaschinen und Kraftwerke

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 22.04.2011; letzte Änderung: 22.02.2017

Ein Kernkraftwerk (auch Atomkraftwerk oder Nuklearkraftwerk) ist ein Kraftwerk, d. h. eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie, welches auf Kernenergie basiert. Es besteht in der Hauptsache aus den folgenden Komponenten:

Eine Kraftwerksanlage kann auch aus mehreren Kraftwerksblöcken bestehen, die in der Regel weitestgehend unabhängig voneinander arbeiten; es handelt sich dann eigentlich um mehrere eigenständige Kraftwerke mit separaten Reaktoren, Turbinen, etc. Möglicherweise wird ein Teil der Sicherheitstechnik (z. B. Notstromaggregate) gemeinsam verwendet.

Kernkraftwerke sind die bei Weitem wichtigsten großtechnischen Anlagen zur Nutzung der Kernenergie. Nur in seltenen Fällen wird ein Kernreaktor zur Wärmeerzeugung für andere Zwecke (etwa Prozesswärme für die Industrie) eingesetzt.

Charakteristika von Kernkraftwerken

Bis auf den Kernreaktor ist die Technik ähnlich der von anderen Wärmekraftwerken, beispielsweise von Kohlekraftwerken. Jedoch gibt es einige Unterschiede:

  • Die elektrische Leistung eines Kernkraftwerks ist meist relativ hoch: bei modernen Kraftwerken in der Regel rund 1 bis 2 Gigawatt. Kleinere Kraftwerke sind in der Regel weniger wirtschaftlich, da die Kosten für diverse Komponenten (etwa Sicherheitseinrichtungen) und den Betrieb nicht entscheidend von der Leistung abhängen.
  • Für den unvorhergesehenen Ausfall eines großen Kernkraftwerks muss eine entsprechend große Reserveleistung bereitgehalten werden.
  • Der Wirkungsgrad von Kernkraftwerken ist meist deutlich niedriger als der von (modernen) Kohlekraftwerken oder vor allem Gaskraftwerken, da die vom Reaktor gelieferten Temperaturen in der Regel niedriger sind. Beispielsweise soll der neue Europäische Druckwasserreaktor (EPR) einen Netto-Wirkungsgrad von 37 % erreichen, während neue Kohlekraftwerke zumindest mit Steinkohle bereits über 45 % erzielen, mit Braunkohle ebenfalls deutlich mehr als 40 %.
  • Als Folge des niedrigeren Wirkungsgrad und der hohen Leistung fallen bei Kernkraftwerken besonders große Mengen von Abwärme an, die z. B. zur unerwünschten Aufheizung von Flüssen führen.
  • Kernkraftwerke weisen sehr hohe Bau- und Kapitalkosten auf, jedoch relativ geringe Betriebskosten, insbesondere sehr niedrige Brennstoffkosten. Deswegen werden sie vor allem im Grundlastbetrieb eingesetzt: Sie erzeugen jedes Jahr so viel elektrische Energie, wie technisch möglich ist. Bei zuverlässigen Anlagen können mehr als 8000 Volllaststunden pro Jahr erreicht werden. (Betriebsunterbrechungen entstehen vor allem durch Wartungsarbeiten, die meist im Sommer durchgeführt werden.) Die jährlich erzeugte Strommenge liegt also deutlich höher als beispielsweise bei einem Mittellast-Kohlekraftwerk oder gar einem Spitzenlast-Gaskraftwerk, auch bei gleicher maximaler Leistung. Jedoch ist der Erlös pro erzeugter Kilowattstunde in der Grundlast niedriger, weil sich die Erzeugung hauptsächlich nach der Anlage und nicht nach der momentanen Nachfrage richtet.
  • Technisch ist es möglich, die erzeugte Wärmeleistung des Kernreaktors und damit die elektrische Leistung des Kraftwerks ein Stück weit der aktuellen Nachfrage anzupassen. Jedoch kann die Leistung meist nicht sehr stark reduziert werden (z. B. nur auf die Hälfte der Maximalleistung), und die Laständerungen brauchen eine erhebliche Zeit (etliche Stunden). Häufige Lastwechsel können wesentliche Komponenten zusätzlich beanspruchen. Die Wirtschaftlichkeit sinkt ebenfalls aus den oben genannten Gründen.
  • Wegen der genannten wirtschaftlichen Charakteristika besteht ein starker Anreiz, Kernkraftwerke für möglichst lange Zeiträume zu betreiben. Allerdings ist dies nicht im Sinne größtmöglicher Sicherheit (siehe unten), da alte Kernkraftwerke in der Regel sicherheitstechnisch deutlich weniger entwickelt sind als neue. Die meisten über 30 Jahre alten Kernkraftwerke hätten keine Chance, nach den heutigen Anforderungen an neue Kraftwerke genehmigt zu werden – allenfalls mit extrem teuren Nachrüstungen.

Umweltbelastung im Normalbetrieb

Im Normalbetrieb eines Kernkraftwerks (also ohne schwere Unfälle) treten nur geringe Umweltbelastungen auf. Es gibt gewisse Emissionen radioaktiver Stoffe, jedoch nur in sehr geringen Mengen – deutlich geringer als beispielsweise bei Kohlekraftwerken, deren Abgase auch bei Einsatz von modernen Filteranlagen gewisse Mengen von radioaktiven Substanzen aus der Kohle enthalten. Ungeklärt ist, warum nach diversen Studien in der Nähe von Kernkraftwerken bestimmte Krebserkrankungen (vor allem Leukämien bei Kindern) vermehrt auftreten; aufgrund der bekannten Emissionen, die eine deutliche geringere Exposition der Bevölkerung verursachen als diverse andere Quellen, wäre dies nicht zu erwarten.

Indirekt verursacht der Betrieb von Kernkraftwerken radioaktive Belastungen im Zusammenhang mit der Gewinnung und Weiterbehandlung von Kernbrennstoffen. Insbesondere entstehen beim Uranbergbau in etlichen Ländern erhebliche Belastungen, weil große Mengen von belastetem Abraum teils unter freiem Himmel gelagert werden und vom Wind verteilt werden können. Ebenfalls treten zusätzliche radioaktive Emissionen in Wiederaufarbeitungsanlagen auf, soweit der Kernbrennstoff nach der Verwendung in solche Anlagen gebracht wird. Solche radioaktive Emissionen können wesentlich höher liegen als diejenigen direkt aus dem Kraftwerk. Hinzu kommt die Frage, ob es gelingen wird, die entstehenden hochradioaktiven Abfälle für extrem lange Zeiträume sicher am Eintreten in die Biosphäre zu hindern.

Der Bau und Betrieb von Kernkraftwerken wie auch die Brennstoffgewinnung (Bergbau und vor allem die Urananreicherung) und die Entsorgung verursachen einen Energiebedarf, der teilweise durch fossile Energieträger gedeckt wird. Hierdurch entstehen gewisse Kohlendioxid-Emissionen, obwohl das Kraftwerk selbst kein Kohlendioxid emittiert. Jedoch handelt es sich um wesentlich geringere Mengen als bei fossil befeuerten Kraftwerken – etwa in der gleichen Größenordnung wie bei diversen erneuerbaren Energie. Insofern verursacht der Einsatz von Kernkraftwerken nur geringfügige Klimagefahren.

Sicherheitsaspekte

Die direkten Risiken des Betriebs von Kernkraftwerken sind hauptsächlich eine Frage der Reaktorsicherheit. Die Hauptgefahr besteht in der Freisetzung großer Mengen von radioaktiven Materialien bei einem schweren Unfall (Super-GAU), beispielsweise in der Folge einer Kernschmelze bei Versagen des Kühlsystems. Schwere Unfälle können durch technisches Versagen, Fehlbedienung sowie durch äußere Einwirkungen (etwa Naturkatastrophen oder Terroranschläge) geschehen.

Hinzu kommen diverse Risiken der Kernenergienutzung vor und nach dem Kraftwerksbetrieb, insbesondere betreffend die Handhabung und Langzeitlagerung der entstehenden radioaktiven Abfälle (des Atommülls), aber auch bei der Gewinnung des Kernbrennstoffs (vor allem bei Verwendung von Plutonium-haltigen Brennelementen).

Die zivile Kernenergienutzung kann auf verschiedene Weisen die Verbreitung von Atomwaffen begünstigen, insbesondere als Tarnung für verdeckte militärische Atomprogramme sowie durch die Produktion von angereichertem Uran und Plutonium.

Siehe auch: Kernreaktor, Kraftwerk, Kernenergie, Kernbrennstoff, Kernspaltung, Radioaktivität, Reaktorsicherheit, radioaktiver Abfall
sowie andere Artikel in den Kategorien elektrische Energie, Kernenergie, Kraftmaschinen und Kraftwerke

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