kernreaktoren der dritten und vierten generation: konzepte
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Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
Kernreaktoren der dritten und vierten Generation: Konzepte, Pläne, Projekte
Sören Kliem21. Februar 2014
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� Funktionsweise von Kernreaktoren
� In Deutschland betriebene Reaktortypen
� Einordnung in die verschiedenen Generationen
� Generation III
� Generation IV
Inhalt
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Funktionsweise - Kernkraftwerk© Informationskreis Kernenergie
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Funktionsweise - Kernkraftwerk
Kernspaltung E=mc2
Wärmeenergie Bewegungs-energie
Elektrische Energie
Wärmekraftwerk, bei dem in einem Kernreaktor die Bindungsenergie der Atomkerne in Wärme und mittels Turbine und Generator in elektrische Energie umgewandelt wird.
© Informationskreis Kernenergie
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Unterschied Druck- und Siedewasserreaktor
© Informationskreis Kernenergie
� Druckwasserreaktor � Siedewasserreaktor
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Funktionsweise - Druckwasserreaktor
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Funktionsweise - Siedewasserreaktor
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KKW in Deutschland
� Druckwasserreaktoren Abschaltjahr (jeweils: 31.12.)
� Grafenrheinfeld 2015
� Philippsburg II 2019
� Grohnde 2021
� Brokdorf 2021
� Isar II 2022
� Neckarwestheim II 2022
� Emsland 2022
� Siedewasserreaktoren
� Gundremmingen B 2017
� Gundremmingen C 2021
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� Zeiträume der Inbetriebnahme
Übersicht über die verschiedenen Generationen von KKW
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Generation III
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� Evolutionäre Konzepte, basierend auf existierenden Anlagen (GEN-II)
� Verbesserte Sicherheitseigenschaften (z.B. Flugzeugabsturz)
� Bessere Brennstoffausnutzung und längere Lebensdauer der Anlage
� Begrenzung der Auswirkungen eines hypothetischen Kernschmelzunfalls auf die Anlage
� Passive Systeme zur Störfallbeherrschung
Generation III
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� Gemeinsame Entwicklung von Siemens/KWU (Deutschland) und Framatome (Frankreich)
� Seit 1989
� Heute: alles im AREVA-Konzern konzentriert
� Ansatz
� Evolutionäre Weiterentwicklung
� Erfahrungsübernahme aus französischen und deutschen KKW
� Bewährte Technologie
� Verbesserte Sicherheitseigenschaften
� leicht erhöhte Leistung (1600MW)
European Pressurized Reactor (EPR™)
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� Schema des Reaktoraufbaus
European Pressurized Reactor (EPR™)
© AREVA
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� Übersicht über die verbesserten Sicherheitseigenschaften
European Pressurized Reactor (EPR™)
© AREVA
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� Auffangbecken für Kernschmelze
European Pressurized Reactor (EPR™)
© AREVA
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� Siedewasserreaktor mit 1250MW Leistung
� Entwicklung von AREVA Deutschland
� Basiert auf der deutschen Siedewasserreaktortechnologie
� Speziell Gundremmingen
� Erfahrungsübernahme
� Evolutionär
� Fokus: passive Sicherheitssysteme
KERENA™
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KERENA™
� Schema des Reaktoraufbaus
© AREVA
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� Konsequente Einführung passiver Sicherheitssysteme
� Funktionieren ohne aktives Eingreifen
� Ohne Strom
� Alle aktiven Sicherheitssysteme haben passive Back-ups
� Störfallbeherrschung auf Basis passiver Systeme möglich
� Beherrschung schwerer Störfälle (Kernschmelze) im Reaktordruckbehälter
KERENA™
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� Funktionsprinzip des Notkondensators
KERENA™ - Beispiel für passives System
© AREVA
Flutbehälter
Notkondensator
Bedingungen nach Höhenstandsabfall
Bedingungen während Normalbetriebs
keine Zirkulation
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� Russland
� WWER-1200
� passive Systeme
� für russischen und Weltmarkt
� USA
� AP 1000 (Westinghouse)
� Sicherheit
� Ökonomie
� Südkorea
� APR-1400
� Sicherheit
� Ökonomie
Andere Konzepte (Beispiele)
© ROSATOM
© IAEA
© Westinghouse
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� EPR
� Finnland (1)
� Frankreich (1+1)
� China (2)
� Großbritannien (2)
� WWER-1200
� Russland (4+2)
� Belarus (2)
� Bulgarien (2 - gestoppt (seitens Bulgarien))
� Türkei (4)
� Finnland (1 – Vertrag unterzeichnet)
Realisierung von Projekten
� EPR in Finnland© AREVA
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� AP 1000
� China (4)
� USA (2+2)
� APR-1400
� Südkorea (4+4)
� Verein. Arabische Emirate (2+2)
Realisierung von Projekten
� AP1000 in Vogtle (USA)
� Shin Kori 3&4 (Südkorea)© KAERI
© Vogtle NPC
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Generation IV
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� Revolutionäre Weiterentwicklung
� 4 Hauptziele
� Hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit (keine externen Notfallmaßnahmen)
� Abfallreduzierung und Verkürzung der Endlagerung (durch Transmutation langlebiger Radionuklide)
� Geringes Proliferationsrisiko und hohe physische Sicherheit
� Verbesserte Brennstoffausnutzung und hohe Wirtschaftlichkeit
Generation IV
Weltweite Kooperation im GIF
(GenIV International Forum)
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� gegründet 2001
� Gründungsmitglieder
� Japan, USA, Kanada, Argentinien, Brasilien, Südafrika, Südkorea, Frankreich, Großbritannien,
� später beigetreten
� Schweiz, EU (Euratom), China ; Russland
� seit 2002� Auswahl von 6 innovativen Reaktorsystemen
� Technologie-Roadmap
� Ziel: industrielle Verfügbarkeit gg. 2035
� Identifizierung von Forschungsbereichen
� Planung der Forschungsarbeiten
� Koordination von Projekten
GIF (GenIV International Forum)
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� Geschlossener Brennstoffkreislauf
� Flüssiges Natrium als Kühlmittel
� Hohe Wärmeabfuhr
� Teilweise positive Rückkopplung
Natriumgekühlter Schneller Reaktor (SFR)
aus Schulenberg, 2004
Schulenberg, Th. et al.: „Was ist Generation IV?“, FZKA6967, 2004
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� Flüssiges Blei oder Blei/Wismut als Kühlmittel
� Geschlossener Brennstoffkreislauf
� Hohe Wärmeabfuhr
� Interaktion von Blei und Konstruktionswerkstoffen
Bleigekühlter Schneller Reaktor (LFR)
aus Schulenberg, 2004
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� Helium (Gas) als Kühlmittel
� Hohe Austrittstemperatur
� Geringe Wärmekapazität
Gasgekühlter Schneller Reaktor (GFR)
aus Schulenberg, 2004
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� Helium als Kühlmittel
� Parallele Produktion von Strom und Prozesswärme
� Materialprobleme (hohe Temperaturen)
Höchsttemperaturreaktor (VHTR)
aus Schulenberg, 2004
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� Umwandlung von radioaktiven Abfällen möglich
� Inhärente Sicherheit durch passive Entleerung
� Materialprobleme (Korrosion)
Salzschmelze-Reaktor (MSR)
aus Schulenberg, 2004
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� Höherer Wirkungsgrad
� Basiert auf erprobter Technologie
� Werkstoffprobleme (Festigkeit)
Leichtwasserreaktor mit überkritischem Dampf (SCWR)
aus Schulenberg, 2004
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Generation IV - Übersicht
SFR LFR GFR VHTR MSR SCWR DWR
Therm. Leistung [MW]
1000-5000
125-3600
600 600 3000 3500 4000
Leistungs-dichte [MW/m3]
350 350 100 6-10 22 100 100
Kühlmittel Natrium
Blei Helium Helium Salz Wasser Wasser
Druck [bar] 1 1 90 80 1 250 158
Austritts-temperatur [°C]
550 550 850 900 700 510 340
Neutronen-spektrum
schnell schnell schnell thermisch thermisch/ schnell
thermisch
thermisch
AnzahlKreisläufe
3 2 1 1; 2 2 1 2
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� SFR
� ASTRID (Frankreich)
� Detaillierte Designplanungen
� Prototyp möglich (2025)
� LFR
� MYRRHA (Belgien)
� Planungen laufen
� Internationale Partner gesucht
� Europäische Lösung
� GFR
� ALLEGRO Project
� Forschungskonsortium
� Frankreich, Ungarn, Tschechien, Slowakei, Polen
Generation IV - Projekte
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Member of the Helmholtz AssociationSeite 34Dr. S. Kliem | Institute of Resource Ecology | www.hzdr.de
� Generation III
� Evolutionäre Weiterentwicklung heute betriebener Reaktoren
� Fokus auf Sicherheit und Ökonomie
� Übernahme von Erfahrungen
� Eine ganze Reihe von Anlagen im Bau
� Generation IV
� Neue (revolutionäre) Ansätze
� Weltweite Forschung an 6 Konzepten
� Einzelne Projekte werden vertieft
� Beginn des Baus von Demonstrationsanlagen zu 1 -2 Konzepten zu erwarten (2020er Jahre)
Zusammenfassung
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Mein Dank gilt auch Herrn Dr. Frank Schäfer für die
Bereitstellung einiger Folien.
Danke für die Aufmerksamkeit