Grundlagen der Kernenergietechnik Derzeitige Entwicklungen

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1 Grundlagen der Kernenergietechnik Derzeitige Entwicklungen Prof. Dr.-Ing. habil. Antonio Hurtado Institut für Energietechnik Professur für Wasserstoff- und Kernenergietechnik TU Dresden HTWK Leipzig, Studium generale, Wintersemester 2011/2012 Fukushima und die Folgen 09. November 2011

2 Gliederung Fukushima und der Atomausstieg German angst Sicherheit kerntechnischer Anlagen Derzeitige Entwicklungen in der Kernenergietechnik Seite 2

3 Die Siedewasserreaktoren Fukushima I Betreiber der Anlagen: TEPCO zum Zeitpunkt des Erdbebens in Betrieb zum Zeitpunkt des Erdbebens in Revision Fukushima I - Ereignisablauf Block Inbetriebnahme Leistung MWe Hersteller Anlage (Containment) GE BWR 3 (Mark I) Toshiba/GE BWR 4 (improved Mark I) Toshiba BWR 4 (improved Mark I) Hitachi BWR 4 (improved Mark I) Toshiba BWR 4 (improved Mark I) Toshiba/GE BWR 5 (Mark II) 3

4 Siedewasserreaktor Mark I Fukushima I (Block 1) Sicherheitsbehälter einschließlich KoKa: primary Containment secondary Containment Fukushima I - Ereignisablauf 4

5 Siedewasserreaktor Mark I Kondensationskammer Containment (Druckkammer) Containment-Deckel 5

6 Tusnami am (15:41 Uhr Ortszeit) am Standort Fukushima Water Displacement: Wave Height (calculated + GPS): Travel time from epicenter to shore: Epicenter to Fukushima: Wave height Fukushima (TEPCO): Tsunami clearance height Fukushima-I: Level of reactor and turbine buildings: 40 km3 (40 Billion tonnes) Maximum of 23 m 15 Minutes 55 Minutes 14 m 5.7 m 10 to 13 m Tsunami clearance height Fukushima-II: 5.2 m Tsunami clearance height Onagawa: About 25 m Nahezu alle Beschädigungen am Standort Fukushima lassen sich auf den Tsunami zurückführen. Fukushima I - Ereignisablauf 6

7 Fukushima I (Block 1) Unfallablauf 14:46 Uhr: Seebeben 15:42 Uhr: Tsunami :30 Uhr: Druckentlastung Containment 15:36 Uhr: Wasserstoff-Explosion im Reaktorgebäude 20:20 Uhr: Einspeisung über mobile, dieselbetriebene Pumpen Evakuierungszone auf 30 km erweitert Vermutlich 70 % der Brennelemente beschädigt Brennstäbe nur noch zu ~50% mit Wasser bedeckt Fukushima I - Ereignisablauf 7

8 Brennelement-Becken (Block 3 und 4) Block 3: Schäden an den Brennelementen vermutet Block 4: Brennelemente vermutlich schwer beschädigt Bespeisung der BE-Becken zunächst durch Abwurf von Wasser und mit Wasserwerfern zur Kühlung der BE Später über Betonpumpen und reguläre Beckenkühlung Fukushima I - Ereignisablauf 8

9 Fukushima I (Block 1) Unfallablauf (5) INES-Einstufung der Behörde: 5 Auswirkung innerhalb Anlage: Schwere Schäden am Reaktorkern / an den radiologischen Barrieren Radiologische Auswirkungen außerhalb Anlage: Begrenzte Freisetzung Einsatz einzelner Katastrophenschutzmaßnahmen Neueinstufung auf Stufe 7 nach INES am 11. April 2011 Fukushima I - Ereignisablauf 9

10 Zusammenfassende Darstellung Seebeben führt zum Notstromfall Tsunami überschreitet sicherheitstechnische Auslegung Station Black out RDB-Bespeisung mit Meerwasser Nachzerfallswärmeabfuhr aus den Blöcken 1 bis 3 Kernschäden in Blöcken 1-3 mit signifikanter H 2 -Produktion Beschädigung abgebrannter Brennelemente im Abklingbecken des Blocks 4 10

11 Historie großer Erdbeben mit Tsunamis in Japan 11

12 ZEIT Online ( ): Atomausstieg German angst Josef Joffe (Herausgeber der ZEIT): Wie wollen wir unseren Freunden und uns selber den»nationalen Konsens«erklären, den Umweltminister Röttgen (CDU) nun zelebriert? German angst? Wer wenig Sorgen hat, hat umso mehr Angst das ist ein Naturgesetz. Oder so: Die Summe aller Ängste ist konstant. Da Deutschland ein gesegnetes Land ist, bleiben kaum noch Gründe für die Panik übrig, und umso größer wird das Grausen vor dem Atomaren plus, je nach Saison: Ehec, Vogelgrippe, Feinstaub 12

13 Kernenergienutzung in Deutschland

14 Die Energiewende Stromimporte und -exporte Deutschland vs. Nachbarstaaten Strommengen in GWh Stromaustausch Deutschlands mit den Nachbarstaaten (1. Halbjahr 2011 vorläufig) Quelle: BDEW Stand: 05/2011

15 Die Energiewende Folgen des Atom -Moratoriums für die deutsche Strombilanz physikalischer Lastfluss in GWh Physikalischer Stromaustausch 01. Februar bis 23. Mai 2011: Tageswerte Quelle: BDEW Stand: 05/2011

16 Die Energiewende + 41 % physikalischer Lastfluss in GWh Physikalischer Stromaustausch mit Tschechien 01. Februar bis 23. Mai 2011: Tageswerte Quelle: BDEW Stand: 05/2011

17 Die Energiewende + 58 % physikalischer Lastfluss in GWh Physikalischer Stromaustausch mit Frankreich 01. Februar bis 23. Mai 2011: Tageswerte Quelle: BDEW Stand: 05/2011

18 Experiment Energiewende Auswahl energiestrategischer Ziele aus dem Energiekonzept der BRD Anteil Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien Reduktion der Treibhausgase (gegenüber 1990) Senkung Stromverbrauch (gegenüber 2008) Elektrofahrzeuge in Deutschland Min. 35 % 50 % 65% 80 % -40 % -55 % -70 % -80 % -10 % % 1 Mio. 5 Mio. - -

19 EU-Staaten setzen auf Kernenergie

20 Entwicklung von Reaktor-Generationen

21 Entwicklung von Generation III-Reaktoren Beherrschung von Kernschmelzunfällen (EPR) Erhöhung der Karenzzeit (KERENA)

22 Entwicklung von Generation III-Reaktoren

23 HTR-PM Demonstrationskraftwerk bei Rongcheng (VR China) Parameter Wert Reaktoren Thermische Leistung Laufzeit Core-Durchmesser / Höhe Primärkreislaufdruck Heliumeintritts- /austrittstemperatur Heliummassenstrom

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25 HTR-Energieanlage für die Wasserstoff-, Elektrizitäts- und Trinkwasserbereitstellung

26 Kernschmelzsichere Systeme: Very High Temperature Reactor (VHTR) Reaktorparameter Reaktorleistung Referenzwerte 600 MW th Ein-/Austrittstemperatur des Kühlmittels 640 C / 1000 C Massenstrom des Heliums 320 kg/s Mittlere Kernleistungsdichte Netto-Wirkungsgrad der Anlage 6-10 MW th /m 3 > 50% Brennstoff SiC-beschichtete Partikel

27 Globaler Wandel der Energieträger,

28 Weltweites Bevölkerungswachstum erfordert erhöhten Energiebedarf heute: 7 Mrd. Menschen

29 Nutzung des AKR-2 Praktika für Studenten der Wasserstoff- und Kernenergietechnik Reaktorpraktikum Strahlenschutzpraktikum Reaktorpraktika für externe Studenten TU Dresden, Fakultät Math/Nat. (Physik) TU Dresden, Studium Generale Hochschule Zittau/Görlitz TU Braunschweig Uni Erlangen RWTH Aachen Öffentlichkeitsarbeit Infozentrum und Praktika für Gymnasien Universitätstag Lange Nacht der Wissenschaften Sommeruniversität Senioren- und Bürgeruniversität Forschungsprojekte z.b. IAEA, DFG Fortbildungskurse für Mitarbeiter der AREVA NP GmbH, GRS u.a. OncoRay Praktika für den Master-Studiengang Medizinphysik

30 Zusammenfassung Der Unfall im Kernkraftwerk Fukushima Daiichi hat eine neue Debatte hinsichtlich der friedlichen Nutzung der Kernenergie ausgelöst. Die in Fukushima erreichte Wellenhöhe übertraf deutlich die Auslegungsannahmen. Die technisch-wissenschaftliche Auseinandersetzung zeigt, dass die hier eingetretene Situation nicht á priori auf andere Kernreaktoren wie zum Beispiel in Deutschland übertragbar ist. Es gilt, Lehren zu ziehen und eindeutige Handlungsempfehlungen für die Reaktorsicherheit abzuleiten. Für zukünftige Kernreaktoren sind Konzepte zu präferieren, die sich bei einem vollständigen Ausfall der Kernkühlung selbsttätig stabilisieren. Weltweit wird zunehmend deutlich, dass die Kernenergienutzung als Basis für eine sichere, umweltfreundliche und wettbewerbsfähige Energieversorgung gesehen wird.

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