Kernkraftwerke wandeln Kernenergie in elektrische Energie um

Kernspaltungen setzen Energie frei, die zur Erzeugung von Wasserdampf genutzt wird, um damit über die Drehbewegung einer Turbine einen Generator anzutreiben. Von den in Deutschland errichteten Kernkraftwerken sind aktuell noch 9 Kraftwerke für den Betrieb zugelassen. Die Betriebserlaubnis für diese Kraftwerke erlischt nach § 7 Abs. 1 a des Atomgesetzes in einer abgestuften zeitlichen Folge, die mit Ende 2015 beginnt und Ende 2022 abgeschlossen wird. In den an Deutschland unmittelbar angrenzenden Staaten sind derzeit 77 Kernkraftwerke in Betrieb, davon 58 in Frankreich.

Jedes der 9 deutschen Kernkraftwerke ist für eine elektrische Bruttoleistung von rund 1400 Megawatt (MW) ausgelegt. Wegen der hohen Verfügbarkeit der Kernkraftwerke, die Werte bis zu 95 % erreicht, stellen die 9 Kernkraftwerke zusammen eine elektrische Energie von jährlich knapp 100 Terawattstunden (TWh) bereit, das sind knapp 20 % des jährlichen Bedarfs an elektrischer Energie in Deutschland. Kernkraftwerke übernehmen gemeinsam mit Braunkohle-Dampfkraftwerken die Grundlast der Energieversorgung in Deutschland.

Kernspaltung setzt Energie frei, die kontrolliert genutzt wird

In Kernkraftwerken wird Kernenergie durch Kernspaltung über Zwischenstufen in elektrische Energie umgewandelt. Als spaltbares Material wird Uran-235 benötigt, das zuvor in einem komplizierten Verfahren mit den Isotopen 235 oder 233 angereichert werden muss. Das angereicherte Material wird zu Brennstäben verarbeitet, die zu Brennelementen gebündelt werden. Die Brennelemente bilden zusammen mit weiteren notwendigen Bestandteilen den Reaktorkern, der sich zusammen mit Wasser im Reaktordruckbehälter befindet.

Im Reaktordruckbehälter erfolgt die Kernspaltung: Kernenergie wird dadurch in thermische Energie umgewandelt. Die Kernspaltung von Atomkernen wird durch Aufnahme eines freien Neutrons in einen Kern bewirkt, wodurch mehrere Spaltprodukte entstehen; Teile der Bindungsenergie aus dem Atomkern und 2 oder 3 Neutronen aus einem gespaltenen Atomkern von Uran-235 werden neben elektromagnetischer Strahlung freigesetzt. Bei jeder Spaltung werden wieder Neutronen frei. Jedes Neutron kann wieder zu einer Spaltung führen, so dass sich die Kernspaltung als Kettenreaktion fortsetzt. Das Wachstum der Kettenreaktion wird durch variable Steuerstäbe begrenzt, die ihrerseits Neutronen aufnehmen. Bei der Kernspaltung entsteht eine Temperatur von etwa 800 Grad Celsius, die frei werdende Bindungsenergie führt zur Erwärmung der Umgebung. Von den in Deutschland betriebenen Reaktoren wird die entstehende Wärme an das Wasser abgegeben, das sich im Reaktordruckbehälter befindet und den Reaktorkern umgibt. Das Wasser dient zur Kühlung und gleichzeitig zur Übertragung der nutzbaren Wärmeenergie; ferner reduziert das Wasser die Bewegungsgeschwindigkeit der freien Neutronen, ein erwünschter Effekt, der insgesamt die Kernspaltung begünstigt.

Es sind 2 Bauarten üblich: Druckwasserreaktoren und Siedewasserreaktoren. In Druckwasserreaktoren steht das Wasser des Primärkreislaufs im Reaktordruckbehälter unter einem Druck von etwa 160 bar. Dadurch wird der Siedepunkt des Wassers deutlich erhöht, so dass zwar eine Temperatur von etwa 320 Grad Celsius des Wassers im Reaktordruckbehälter erreicht wird, das Wasser jedoch nicht siedet. Die Wärme des Wassers aus dem Primärkreislauf wird über Wärmetauscher an Wasser in einem Sekundärkreislauf abgegeben. Mit der Wärme des Wassers im Sekundärkreislauf wird Dampf erzeugt, der nach Verdichtung eine Dampfturbine antreibt. In Siedewasserreaktoren wird dagegen das Wasser im Reaktordruckbehälter zugleich zur Dampferzeugung genutzt. Bei einem Betriebsdruck im Reaktordruckbehälter von etwa 70 bar siedet das Wasser bei etwa 290 Grad Celsius. Der Wasserdampf sammelt sich im oberen Teil des Reaktordruckbehälters und wird von dort an eine Dampfturbine geleitet. Mit der Drehbewegung von der Dampfturbine wird der Generator angetrieben, der eine 3-Phasen-Wechselspannung erzeugt. Der abströmende Wasserdampf wird nach dem Verlassen der Turbine wieder mit Hilfe von Kühlwasser aus einem Fluss zu Wasser kondensiert und dem Reaktordruckbehälter erneut zugeführt.

Kernkraftwerke sind sicher, aber das Risiko der Technologie ist hoch

Kernkraftwerke arbeiten im Normalbetrieb mit hoher Zuverlässigkeit. Angesichts der spezifischen Gefahren kerntechnischer Anlagen sind konzeptionell und betriebstechnisch umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen gegen Abweichungen vom Normalfall getroffen worden. Gleichwohl können nicht sämtliche Gefahren ausgeschlossen werden. Zwar ist die Wahrscheinlichkeit für einen „katastrophalen Unfall“ extrem niedrig, jedoch wären die Schäden beim Eintritt eines solchen Ereignisses unvorstellbar hoch. Eine weitere Haupt-Gefahrenquelle wird durch den radioaktiven Abfall gebildet, der aufgrund des normalen Betriebs entsteht und wegen der Strahlung bis zu mehreren Millionen Jahren sicher verwahrt werden muss. Nach dem Atomgesetz wird wegen dieser Gefahren die für Errichtung und Betrieb eines Kernkraftwerks in Deutschland erforderliche Genehmigung nicht erteilt, bestehende Genehmigungen erlöschen nach einem im Atomgesetz vorgegebenen Zeitplan.

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