Neue Reaktorkonzepte für die Kernspaltung, Entwicklungen von AREVA

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2 Neue Reaktorkonzepte für die Kernspaltung, Entwicklungen von AREVA
W.Dams, R.Leverenz, R.Drescher AREVA NP GmbH For internal use only. The reproduction, transmission or use of this document or its contents is not permitted without express written authority. Offenders will be liable for damages. All rights, including rights created by patent grant or registration of a utility model or design, are reserved.

3 Kernkraftwerke weltweit
Januar – 436 Kernkraftwerke weltweit Nord-Amerika 122 Westeuropa 129 Mittel- und Osteuropa 65 Asien 112 Lateinamerika 6 Afrika 2 Sehr geehrte Damen und Herren, Die Kernenergie ist kein Auslaufmodell: - sie wird genutzt in 31 Ländern, in denen 2/3 der Weltbevölkerung leben - es sind 436 Blöcke in Betrieb, 28 Blöcke in 12 Ländern in Bau - sie deckt weltweit 16 %, in EU 34 % des Strombedarfs 2/3 der Menschheit nutzen die Kernenergie Im Westen haben die Energieversorger beständig auf eine solche Neubewertung gedrungen. Sie haben immer wieder betont: Kernkraftwerke produzieren mit hoher Verfügbarkeit rund um die Uhr CO2 –freien und kostengünstigen Grundlaststrom. Und genau den brauchen wir. Die wichtigsten Faktoren bei der Rückbesinnung auf die Kernenergie waren und sind: Erstens: Der weltweite Energiebedarf wird wieder steigen. Zweitens: fossile Brennstoffe werden knapper. Drittens: Überall will man die CO2 –Emissionen nachhaltig senken. Wie soll das gehen ohne die CO2 –freie Stromproduktion durch Kernenergie? Wenn wir unsere Autos zukünftig verstärkt elektrisch betreiben wollen um die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und dabei gleichzeitig die CO2 –Emissionen senken wollen, geht das nur mit CO2 –freiem Grundlaststrom! Und viertens: erneuerbare Energien können die Lücke nicht füllen. In den meisten Industrieländern sind sie auf absehbare Zeit nicht wettbewerbs- und schon gar nicht grundlastfähig. Daher wird die nukleare Stromerzeugung bis zum Jahr 2030 ansteigen. Das sagen übereinstimmend drei führende Institutionen: die Internationale Energie-Agentur, die Internationale Atomenergie-Agentur und das Energieministerium der USA. 2/3 der Menschheit nutzen die Kernenergie Quelle: WNA Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.3

4 ? ? Die weltweite Energie-Herausforderung Extreme Einsparmassnahmen ?
Mill. t SKE 40 35 Extreme Einsparmassnahmen ? ? 30 25 Selbst wenn Ausbau der Erneuerbaren und Energiesparen extrem gefördert werden verbleibt eine große Lücke! ? 20 15 Stärkster Ausbau erneuerbarer Energien ? 10 5 1950 2000 2050 2100 Erneuerbare Energien Kohle Öl Gas Nuklear AREVA NP Quelle: DNK / WEC Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.4

5 AREVA bietet ihren Kunden Lösungen für eine CO2-freie Stromerzeugung, -übertragung und -verteilung
Lösungen für CO2-freie Energieerzeugung Uranbergbau Aufbereitung Anreicherung Brennelement-Fertigung Kernkraftwerke Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen Service Stromverteilung Stromübertragung Lösungen für sichere Stromübertragung und -verteilung Erneuerbare Energien Kerntechnik und Erneuerbare Energien Stromübertragung und -verteilung andere Anlagen zur Stromerzeugung Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.5

6 Szenario von AREVA bis 2030: Neubau oder Laufzeit- verlängerung von über 500 GWe bei Kernenergie
9 installierte Leistung (in GWe) Prognosen von internationalen Institutionen AREVA Mining, Front-End, Services and Back-End 824: WEO ppm Politikszenario 748: IAEA – Hohe Schätzung 731: WNA Hohe Schätzung 684: WEO ppm Politikszenario AREVA AREVA Back-end AREVA Reactors and Services Reactors and Services (AREVA Ziel 2007: 636) 529: WNA Referenz 498: DOE3 EIA Referenzfall 473: IAEA – Niedrige Schätzung 659 433: WEO – Referenzszenario 262 373 2008 Anlagen-schließung Laufzeit-verlängerung Neubau 2030 1. World Energy Outlook 2. World Nuclear Association 3. US Department of Energy 4. Energy Information Administration Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.6

7 Die zeitliche Abfolge der Reaktor-„Generationen“
TN 1950 2010 1990 1970 2030 2050 Generation I Frühe Prototyp-Reaktoren Generation II Kommerzielle Leistungs-Reaktoren PWR, BWR, CANDU, VVER/RBMK Generation III, III+ Fortschrittliche Reaktoren: Fortgeschrittene wassergekühlte Reaktoren z. B. EPRTM, KERENATM Generation IV Zukünftige Reaktorkonzepte: z.B. HTR, FR Fusion Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.7 7 7

8 The AREVA Reactor Portfolio Solutions for Today & Tomorrow
OFFERED TODAY COMPLETING DESIGN R & D 1600+ MWe PWR 1250+ MWe BWR Fast Breeders 1000+ MWe PWR High Temperature All AREVA reactors comply with the same very high standards regarding Safety & environment Project certainty & predictability Performance & profitability The EPR reactor is currently built and immediately for sale, whereas the ATMEA1 and KERENA designs are in advanced design completion. AREVA possesses a rich expertise in nuclear power research and development, which it is applying in domains such as Fast Breeder and High Temperature reactors. AREVA actively invests in R&D for these new reactor concepts. However it is at present not clear when they will be practically feasible and economically viable. Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.8

9 Der Weg zu größtmöglicher Sicherheit
Der EPRTM Generation III+ DWR 4-Loop 4500MWth DE Druck 77bar bei 100% Leistung 4x100% redundante Sicherheitssysteme Backup im Falle eines Ausfalls aller Sicherheitsfunktionen hohe Leistung (1600+ MWe) Evolutionärer Aufbau (Konvoi/N4) Baugenehmigungen in Finnland, Frankreich & China 2009 (andauernde Bauarbeiten in diesen Ländern) niedrige Stromerzeugungskosten herausragende Sicherheit minimaler Einfluss auf die Umwelt Maximierung der Profitabilität durch hohen Wirkungsgrad 1600+ MWe DWR Der EPR baut auf der erprobten Technik der modernsten, von AREVA errichteten Reaktoren auf. Das sind die Konvoi-Baulinie in Deutschland und die N4-Linie in Frankreich. Eine evolutionäre Auslegung wurde gewählt, um die Erfahrung aus dem Bau und Betrieb von Reaktoren in vollem Umfang nutzen zu können. Richtschnur waren zum einen die Vorgaben der europäischen und der US-amerikanischen Energieversorger für künftige Kernkraftwerke, zum anderen die gemeinsamen Empfehlungen der deutschen und französischen Genehmigungsbehörden. Wesentliche Entwicklungsziele waren eine noch weiter erhöhte Sicherheit sowie eine nochmals gesteigerte Wirtschaftlichkeit, um die Konkurrenzfähigkeit der Kernenergie gegenüber anderen Energiequellen, fossilen wie regenerativen, auszubauen. Der EPRTM - Der Weg zu größtmöglicher Sicherheit Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.9 9

10 Technische Grundlagen
TM größte technische Entwicklung Gen III+ DWR gebaut in Finnland, Frankreich & China Lizenzbau in den USA und in GB fortschrittlicher Aufbau basierend auf Konvoi & N4 Maximierung der Profitabilität durch hohen Wirkungsgrad Technische Daten 1600+ MWel / MWth 4-Loop DE Druck 77bar bei 100% Leistung 4x100% redundante Sicherheitssysteme Backup im Falles eines Totalverlusts aller Sicherheitsfunktionen Das Sicherheitsniveau der Kernkraftwerke ist in der Vergangenheit kontinuierlich erhöht worden. Der EPR als Reaktor der Generation III+ stellt einen weiteren Fortschritt in der Sicherheitstechnik dar. Ich möchte hier die zentralen Weiterentwicklungen aufzählen: Erstens: Verbesserte Störfall-Vorbeugung. Die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Reaktorkerns ist noch weiter verringert worden. Dafür sorgen unter anderem ein vergrößertes Wasservolumen im primären Kühlsystem, verringerte Leistungsdichte im Reaktorkern, eine erhöhte Zuverlässigkeit der Sicherheitssysteme durch vierfache Redundanz und konsequente räumliche Trennung sowie optimierte Mensch-Maschine-Schnittstellen Zweitens: Verbesserte Störfall-Beherrschung Selbst im extrem unwahrscheinlichen Fall eines Kernschmelzens würden die Folgen eines Unfalls auf die Anlage selbst beschränkt bleiben. Dies würde durch das Einschließen der Radioaktivität im robusten doppelwandigen Containment geschehen. Ein geschmolzener Kern (“Corium”) würde unter dem Reaktordruckbehälter aufgefangen. Auf einer speziell beschichteten Fläche könnte sich das Corium ausbreiten und schließlich stabilisiert und gekühlt werden. Der Druck würde kontrolliert abgebaut werden. Auch der Entstehung von Wasserstoff wird durch geeignete technische Maßnahmen entgegenwirkt. VORTEILE AUF EINEN BLICK Umwelt und Sicherheit Sicherheit und Planbarkeit Hohe Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.10 10

11 Redundanz der Sicherheitssysteme
Die redundanten Sicherheitssysteme bestehen aus 4 x 100% Sicherheitssträngen. Dabei ist in jedem der vier Sicherheitsgebäude jeweils ein Strang untergebracht, um innere und äußere Auswirkungen zu minimieren 100% Strang: Jeder der vier Sicherheitsstränge ist in der Lage die erforderlichen Sicherheitsfunktionen allein zu erfüllen Warum 4 x 100% Stränge? Als direkte Folge eines Störfalls könnte ein einzelner Strang ausfallen Ein einzelner Strang könnte nicht in der Lage sein die Ausfallkriterien zu gewährleisten (Sicherheitsanforderung) Im Störfall könnte ein einzelner Strang durch Wartungsarbeiten nicht zur Verfügung stehen (Betriebsvoraussetzung) ein Strang steht zur Verfügung um alle Sicherheitsfunktionen zu gewährleisten Vier-Strang-Konzept 1 2 3 4 Und Drittens: Verbesserter Schutz gegen äußere Risiken, wie Flugzeugabsturz – auch großer Passagiermaschinen – und innere Risiken, wie Brand oder Überflutung Grundsätzlich besteht dabei für alle Sicherheitssysteme und alle zugehörigen Hilfssysteme eine vollständige, vierfache Redundanz. Die Risiken im Zusammenhang mit “Common Mode”-Fehlern, die auch redundante, aber technisch identische Systeme betreffen könnten, wurden reduziert, indem systematisch das Prinzip funktionaler Diversität angewendet wurde. Das bedeutet zum Beispiel: Würde ein redundantes System vollständig ausfallen, so gibt es immer ein anderes System mit einem anderen Design, das die Funktion übernehmen kann und es dadurch ermöglicht, den EPR sicher abzufahren und zu kühlen. Die verschiedenen Stränge der sicherheitsrelevanten Systeme befinden sich in vier verschiedenen Gebäuden mit strikter räumlicher Trennung. Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.11 11

12 keine wesentlichen Maßnahmen in der Umgebung der Anlage erforderlich
Beherrschbarkeit von Störfallfolgen durch die Kombination passiv und aktiv wirkender Sicherheitssysteme Passives System (Kurzfristig) Reaktorgrube Flutbecken Kernschmelz- ausbreitungsfläche Opferbeton Aktives System (Langfristig) & Temporäres Zurückhalten der Schmelze in der Reaktorgrube (Metallsperre und Gravitation) Austritt der Kernschmelze in die vorgesehene Ausbreitungsfläche (Schmelzen der Metallsperre und Gravitation) Fluten & Kühlen der Kernschmelz-Ausbreitungsfläche durch Öffnen des Flutbeckens Wärmeableitung aus dem Sicherheits-Behälter: durch den Umwälzkreislauf des Kühlwassers durch das Flutsystem des Sicherheitsbehälters Nicht nur die Eintrittswahrscheinlichkeit von Kernschäden wurde vermindert, durch ein neues Containment-Design werden zudem die radiologischen Folgen von schweren Störfällen begrenzt. Dieses neue Design stellt sicher, dass das Containment seine strukturelle Integrität unter Unfallbedingungen sowie unter äußeren zivilisationsbedingten Risiken behält. Auch die Ereignisse des 11. September 2001 wurden dabei berücksichtigt. Durch den Zwischenraum im Doppelwandcontainment werden eventuelle radioaktive Leckagen gesammelt und können vor Abgabe in die Umwelt einer Filteranlage zugeführt werden. Der Zwischenraum steht unter ständigem Unterdruck, so dass auch bei Ausfall der Filteranlage die Leckagenkontrolle fortbesteht. Im hypothetischen Ereignis eines Unfalles mit Kernschmelze wäre es nicht mehr erforderlich, die in der unmittelbaren Nachbarschaft zur Anlage lebende Bevölkerung zu evakuieren. keine wesentlichen Maßnahmen in der Umgebung der Anlage erforderlich Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.12 12

13 EPRTM - Standfestigkeit gegenüber äußeren Einwirkungen
Militärflugzeuge Große Passagierflugzeuge Einwirkungen aus unterschiedlichen Richtungen und auf verschiedene Ebenen Der EPRTM hat eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Aufprall von großen Passagierflugzeugen und Militärflugzeugen Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.13 13

14 SWR Konstuktionserfahrung Vorteile aus Erfahrungsrückfluss
15 – 350 MWel 640 – 1350 MWel Kahl (‘61) Gundremmingen A (‘66) Lingen (‘68) 1290 MWel 1250+ MWel Würgassen (‘71) Brunsbüttel (‘77) Isar 1 (‘77) Philippsburg 1 (‘79) Krümmel (‘83) Gundremmingen B Gundremmingen C (‘84 & ‘85) Die SWR-Technologie begann in Deutschland in den frühen 1960er Jahren in den Kernkraftwerken: Kahl Gundremmingen A Lingen gefolgt von der Produktlinie 69 in den Kraftwerken Würgassen Brunsbüttel Philippsburg 1 Isar 1 Krümmel Tullnerfeld (in Österreich) dicht gefolgt von der Produktlinie 72 mit dem fortschrittlichen Kraftwerk Gundremmingen B and C und heutzutage der SWR der Zukunft: der Kerena™ (SWR 1000) Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.14 14

15 KERENATM Überblick Technische Hauptdaten
Thermische Reaktorleistung ,370 MWth Nennleistung ,250 MWel Wirkungsgrad % Brennelement Typ ATRIUMTM 12A Brennelement Anzahl Steuerstäbe Höhe aktiver Kern m Durchschnittliche Brennstoffleistungsdichte kW/l RDB Höhe m RDB innerer Durchmesser m RDB Betriebsdruck bar Interne Umwälzpumpen Geplante Lebensdauer Jahre Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.15 15

16 KERENA™ Hauptentwicklungsziele
Sicherheit Sehr geringe Häufigkeit von Kernschmelzunfällen Beherrschung von Störfallen und auslegungs- überschreitenden Ereignissen ohne der Inanspruchnahme des externen Notfallschutzes Einführung passiver Sicherheitssysteme (Prinzip von Redundanz & Diversität) Große Zeiträume für erforderliche Personalhandlungen (>3 Tage) Einsatz von Betriebserfahrung zur Vereinfachung der Projektplanung Hohe Anlagenverfügbarkeit Wartungsfreundliches Design und geringer Wartungsaufwand Flexible Brennstoffzyklen ( Monate) Hoher Abbrand (bis zu 65 GWd/t) Verringerung von Produktionsabfall Lebensdauer von 60 Jahren (geplant) Kurze Konstruktionsdauer von 48 Monaten Erzeugungskosten wettbewerbsfähig gegenüber größeren Kernkraftwerken & fossil befeuerten Anlagen Betrieb & Wirtschaftlichkeit 2 Hauptgründe für weitere Entwicklung der SWR-Produktlinie 1. Zunahme an Sicherheit 2. Senkung der Kosten für Konstruktion und Betrieb Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.16 16

17 Anlagen Layout Gebäude für die Kühl- und Nebenkühlwassersysteme (Pumpenhaus) & Notstromdieselgebäude Reaktorgebäude Maschinenhaus Reaktorhilfsanlagengebäude Schaltanlagengebäude Reaktornebenanlagengebäude Nebenkühlwasser Pumpenhaus & Notstromdieselgebäude Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.17 17

18 KERENA™ – Sicherheitsbehälter
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19 Sicherheitskonzept KERENATM ist ein robuster Reaktor
Redundanz & Diversität Sichergestellt durch Zwei aktive & Einen passiven Sicherheitsstrang Passives Sicherheitssystem Funktion werden selbständig oder durch passive Systeme aktiviert Unabhängige Basis zur Beherrschung von Störfällen und auslegungsüberschreitenden Ereignissen Passive Reaktor Kühlung Hinreichendes Kühlwasser zur Gewährleistung der Wärmeabfuhr für bis zu 72h nach Eintritt eines auslegungsüberschreitenden Ereignisses ohne Personalhandlung Schwere Störungen In diesem unwahrscheinlichen Fall werden Konsequenzen kontrolliert und es sind keine wesentlichen Maßnahmen in der Umgebung der Anlage erforderlich Passive & Aktive Sicherheitssysteme gewährleisten die Sicherheit des KERENATM Reaktors. Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.19 19

20 Sicherheitskonzept Sicherheitssysteme wurden durch Einführung passiver Sicherheitsfunktionen vereinfacht. Die aktiven Systeme besitzen passive Systeme als back up, um die nukleareren Sicherheitsfunktionen auszuführen. Die Störfallbeherrschung ist mit den passiven Sicherheitssystemen und ohne Kernaufheizung möglich. Funktion werden selbständig oder mit passiven Systemen aktiviert, wie z.B. durch die passiven Impulsgeber. Hoher Grad an Diversität im System- und Komponentendesign. Große Wasservolumina im RDB, sowie innerhalb- & außerhalb des Sicherheitsbehälters zur Gewährleistung der Sicherheit. Reduzierung der Auswirkung von Störfällen durch Rückhaltung der Kernschmelze im RDB und passive Wärmeabfuhr vom RDB aus dem Sicherheitsbehälter. KERENATM Sicherheitsgrundsätze stimmen mit internationalen Sicherheitsstandards überein. Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.20 20

21 Passive Sicherheitssysteme Notkondensator (NOKO)
Flutbecken Rücklaufschleife Notkondensator Zustand während Leistungsbetrieb Zustand nach vorübergehendem Abfall des RDB Level Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.21 21

22 Das Gebäudekondensatorsystem
Aufgabe: Wärmeabfuhr aus Containment bei Störfällen mit gleichzeitigem Ausfall der aktiven Nachwärmeabfuhr vier Teilsysteme, jedes einem Flutbecken zugeordnet Vorlaufleitung, Verteiler, Wärmetauscherrohre, Sammler und Abströmleitung oberhalb des Wasserspiegels der Flutbecken angeordnet, über Vorlauf- und Abströmleitung mit Abschirm-/Absetzbecken verbunden GEKO sind mit Wasser aus Abschirm-/Absetzbecken gefüllt keine Absperrarmaturen Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.22 22

23 Animation NOKO Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.23 23

24 Das passive Flutsystem
Notkondensator Flutleitung mit Absperrventil Flutbecken Aufgabe: Bespeisung des RDB bei Kühlmittelverluststörfällen mit gleichzeitigem Ausfall des nuklearen Nachkühlsystems vier Teilsysteme, jedes einem Flutbecken und dem entsprechenden NOKO-Teilsystem zugeordnet jedes Teilsystem besteht aus einer Leitung, die das Flutbecken mit dem NOKO verbindet, in der Leitung federentlastete Rückschlagarmatur Druck auf Einströmseite = Containmentdruck + Druck der Wassersäule, Druck auf Ausströmseite = Reaktordruck Armatur öffnet, wenn Kraft auf den Ventilkegel Null ist Leistungsbetrieb: auf der Ausströmseite steht der hohe Reaktordruck an, d.h. Rückschlagklappe wird zugedrückt im Anforderungsfall sinkt der Druck im RDB durch KMV und ADE Rückschlagklappe öffnet, wenn Kraft auf Ventilkegel Null durch die Verwendung einer federentlasteten Armatur ist der Druck zum Öffnungszeitpunkt im RDB noch etwas größer Dampf strömt aus RDB ins FB - zusätzliches S/E-Ventil bei Druckausgleich fließt Wasser aus FB in den RDB Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.24 24

25 Animation passives Fluten
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26 Passives Sicherheitssystem Passive Impulsgeber (PIG)
Steuerventil Zustand während Leistungsbetrieb Zustand nach Abfall des RDB Level Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.26 26

27 Animation PIG Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.27 27

28 8,4x10-8 Kernschadenshäufigkeit pro Jahr
Unfallverringerung Sicherheit an erster Stelle 8,4x10-8 Kernschadenshäufigkeit pro Jahr Gebäude-kondensator Dampföffnung Druckkammer-flutungsarmatur Kernschmelze (Metallanteil) Kernschmelze (Oxydanteil) Auch beim unwahrscheinlichen Auftreten eines schweren Störfalls ist die Integrität des Reaktordruckbehälters gewährleistet. Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.28 28

29 Fazit Sicherheit: (1) Sicherheitskonzept mit großen Wasservorräten
im Reaktordruckbehälter (RDB) innerhalb des Sicherheitsbehälters (Flutbecken & Kondensationskammer) außerhalb des Sicherheitsbehälters (Abschirm- / Absetzbecken) Verschiedene Aktivierungssysteme Sicherheits I&C- System passives Impulsgebersystem Diverse aktive & passive Sicherheitssysteme zur Beherrschung von auslegungsüberschreitenden Ereignissen Beherrschung von auslegungsüberschreitenden Ereignissen nur mit passiven Sicherheitssystemen ohne Kernaufheizung Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.29 29

30 Fazit Sicherheit:(2) Sehr geringe Häufigkeit eines Kernschmelzunfalls
Auslegungsüberschreitende Ereignisse werden passiv kontrolliert, Konsequenzen sind auf die Anlage selbst beschränkt Anlage ist gegen Naturereignisse und Gefährdungen von Innen und Außen geschützt Verringerung des Kapitalaufwandes durch geringere Anzahl von aktiven Systemen und Komponenten Einsatz von passiven System Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.30 30

31 INKA Test Matrix Test der Einzelkomponenten (Originalmaßstab für Rohrleitungslänge & Anzahl der Rohrleitungen) Notkondensator Sicherheitsbehälterkühler Passives Flut System Integral Tests Inklusive des Notkondensator, der Sicherheitsbehälterkühler, des Passiven Flut Systems & der Passiven Impulsgeber Störfälle ohne Kühlmittelverlust Störfälle mit Kühlmittelverlust Kennzahlen Validation Sämtliche Versuche werden zur Validierung numerischer Vorhersagetools genutzt Ziel: Gewinnen der Nenndaten der Komponenten Leistungsfähigkeit. Ziel: Demonstration der Interaktion der passiven Sicherheitssysteme und der Eignung der passiven Sicherheitskomponenten die Anlage in einen Sicheren & Stabilen Zustand zu versetzen, ohne die Unterstützung von aktiven Systemen oder durch die Aktivierung von I&C Signalen. Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.31 31

32 INKA Test Anlage Karlstein
Integraler Teststand KERENATM Abschrirm- / Absetzbecken Druckkammer Flutbecken 31 m Kondensations-kammer RDB 34 m Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.32 32

33 Die zeitliche Abfolge der Reaktor-„Generationen“
TN 1950 2010 1990 1970 2030 2050 Generation I Frühe Prototyp-Reaktoren Generation II Kommerzielle Leistungs-Reaktoren PWR, BWR, CANDU, VVER/RBMK Generation III, III+ Fortschrittliche Reaktoren: Fortgeschrittene wassergekühlte Reaktoren z. B. EPRTM, KERENATM Generation IV Zukünftige Reaktorkonzepte: z.B. HTR, FR Fusion Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.33 33 33

34 Internationale Programme für neue Reaktortypen
Ziele Vorgehen Neuartige technische Optionen für Einsatz in Jahren Nutzung der Kernenergie nicht nur für Stromerzeugung, sondern auch für Prozesswärme, Meer-wasser-Entsalzung und Wasser-stofferzeugung Fortschritte hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Sicherheit, Proliferations-Resistenz und Minimierung radioaktiver Abfälle Einbeziehung von Industrie- und Entwicklungsländern Langfristig (≥ 10 Jahre Neue Reaktortypen : Generation IV International Forum Internationale Zusammenarbeit bei Konkretisierung der Ziele, Festlegung von Kriterien Auswahl der aussichtsreichsten Reaktortypen und zugehörigen Brennstoffkreisläufe Neben einsatzreifen Reaktoren gibt es eine Reihe von Konzepten von gas- oder metallgekühlten Reaktoren, die weiterer aufwendiger Entwicklung und Erprobung bedürfen: „Reaktoren der 4. Generation“ Entwicklung und Bau von Prototypen sehr zeitaufwendig, d.h. für anstehenden Zubau von MW in Europa ab 2010 stehen diese Reaktoren noch nicht zu Verfügung Sollen in 30 bis 40 Jahren zum Einsatz kommen, Nutzung der Kernenergie bis dahin u.U. nicht nur für Stromerzeugung, sondern auch für Prozesswärme, Meerwasser-Entsalzung und Wasserstofferzeugung vorstellbar Fortschritte hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Sicherheit, Proliferations-Resistenz und Minimierung radioaktiver Abfälle erwartet; dadurch auch Verbesserung der öffentlichen Akzeptanz Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.34 34

35 Kernenergie – nur eine begrenzte Energiereserve?
Uran - Kein Brennstoffmangel in Sicht (Quelle: Globus) Die Kernenergie ist nach wie vor wegen der Beherrschbarkeit und ihres terroristischen Missbrauchspotenzials umstritten. Die begrenzten Ressourcen an Kernbrennstoff können jedoch nicht als Argument gegen die Nutzung der Atomkraft herhalten. Die zur Zeit bekannten Lagerstätten enthalten etwa 19,9 Millionen Tonnen Uran, das in der Natur als Uranoxid (U3O8) vorkommt. Über die größten Vorräte verfügen Australien mit 4,2 Millionen Tonnen, die USA mit 2,4 und China mit 1,8 Millionen Tonnen. Da der Preis für U3O8 seit Ende 2000 von knapp 20 US-Dollar auf über 100 Dollar pro Kilogramm gestiegen ist, könnten aus den globalen Vorräten mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand nahezu 4,6 Millionen Tonnen Uran gewonnen werden. Bei einem Gesamtbedarf aller Kernkraftwerke in Höhe von Tonnen im Jahr 2004 würde damit zumindest für die nächsten 67 Jahre genügend Brennstoff zur Verfügung stehen. Die wirtschaftliche Reichweite beträgt ca 120 Jahre. Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.35 35

36 U/Pu Brennstoffzyklus (Standard Zyklus in thermischen Reaktoren)
Thermisch spaltbares Isotop Neutronen (Resonanz) Einfang ß-Zerfall Brennstoffalternativen Angereichertes Uran (4-5 Gew.-% U-235) U-235 wird „verbrannt“ Pu wird erbrütet und „verbrannt“ MOX (Mischoxid) rezykliertes Plutonium (4-5 Gew.-% spaltbares Pu) in (abgereichertem) Uran Pu wird „verbrannt“ und erbrütet Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.36 36

37 Brennstoffalternativen
Potentieller Th-232/U-233 Brennstoffzyklus (in thermischen Reaktoren nicht realisiert) Thermisch spaltbares Isotop Neutronen (Resonanz) Einfang ß-Zerfall Brennstoffalternativen Thermisch spaltbares Isotope in Th-Matrix U-233 oder U-235 oder Pu Spaltbare Isotope werden „verbrannt“ U-233 (und ggf. Pu) wird erbrütet und „verbrannt“ Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.37 37

38 SFR Ziele für F&E VHTR GFR SFR SCWR LFR MSR
Im Rahmen des Projekts Gen IV wurden 6 aussichtsreiche Reaktorkonzepte ausgewählt VHTR GFR SFR SCWR LFR MSR Sodium Fast Reactor (SFR) Das Generation IV International Forum, in dem 10 Länder unter Führung des Department of Energy (DOE) der USA sich zu einer “Entwicklungspartnerschaft” vereint haben, hat die Entwicklung neuer nuklearer Reaktorsysteme zum Ziel. Es sollen sichere Systeme, wirtschaftlichere Systeme aber auch Systeme für neue Anwendungen entwickelt werden, die ab 2030 zum Einsatz kommen könnten. Für unseren Konzern sind zwei Reaktorbaulinien von Interesse. als erstes ist ein Schneller Reaktor zu nennen. Die Besonderheiten dies Reaktors sind, dass er aus den viel häufiger vorkommenden U-238 Brennstoff erbrüten kann. diese Anlage würde deshalb die Ressourcen der Erde viel effektiver nutzen. Zudem ist dieser Anlagentyp ideal geeignet der Brennstoffkreislauf aller Leichtwasserreaktoren zu schließen. Diese neuen Anlagen, die alternativ mit flüssigen Metallen oder Gas gekühlt werden (und somit die schnellen Neutronen nicht abbremsen), sind auch in der Lage “minor actinides” d.h. langlebigen nuklearen Abfall in kurzlebige Nuklide umzuwandeln (Transmutation). Eine weitere Reaktorlinie, ein VHTR (Very High Temperature Reactor), der eine Gasaustrittstemperatur von 900°C haben soll, ist eine Reaktorlinie mit einem Anwendungsgebiet, das über die reine Stromerzeugung hinausgeht. In dieser “Hochtemperaturauslegung” ist dieser Typ in der Lage, Energie für Wasserstofferzeugung aus Wasser oder für Prozesswärme für chemische Anlagen oder Raffinerien zu liefern. Da solche Reaktoren aber einen sehr langen Entwicklungshorizont haben und zudem einen ganz neuen Brennstoffkreislauf erfordern sind, sind solche Entwicklungen nicht nur sehr langwierig und nur in einer internationalen Kooperation möglich. Selbst für unseren großen Konzern ist diese Entwicklung mit eigenen Mitteln nicht möglich. Wir verfolgen aber all die langfristigen Forschungen und investieren auch eigene Mittel, um mit unseren jungen Mitarbeitern solche Wissensgebiete zu erschließen, die Kreativität und Innovationskraft zu stärken. Das zeigt auch die Einbindung unserer Experten in Fusionsprojekte wie ITER, die noch sehr weit entfernt von der industriellen Nutzung sind. SFR Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.38 38

39 GFR Ziele für F&E VHTR GFR SFR SCWR LFR MSR
Im Rahmen des Projekts Gen IV wurden 6 aussichtsreiche Reaktorkonzepte ausgewählt VHTR GFR SFR SCWR LFR MSR Gas Cooled Fast Reactor (GFR) GFR Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.39 39

40 LFR Ziele für F&E VHTR GFR SFR SCWR LFR MSR
Im Rahmen des Projekts Gen IV wurden 6 aussichtsreiche Reaktorkonzepte ausgewählt VHTR GFR SFR SCWR LFR MSR LFR Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.40 40

41 SCWR Ziele für F&E VHTR GFR SFR SCWR LFR MSR
Im Rahmen des Projekts Gen IV wurden 6 aussichtsreiche Reaktorkonzepte ausgewählt VHTR GFR SFR SCWR LFR MSR SCWR Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.41 41

42 MSR Ziele für F&E VHTR GFR SFR SCWR LFR MSR
Im Rahmen des Projekts Gen IV wurden 6 aussichtsreiche Reaktorkonzepte ausgewählt VHTR GFR SFR SCWR LFR MSR Molten Salt Reactor (MSR) MSR Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.42 42

43 (V)HTR Ziele für F&E VHTR GFR SFR SCWR LFR MSR
Im Rahmen des Projekts Gen IV wurden 6 aussichtsreiche Reaktorkonzepte ausgewählt VHTR GFR SFR SCWR LFR MSR (V)HTR Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.43 43

44 HTR Modul Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.44 44

45 HTR-MODUL (200 MWth) CORE, STEAM GENERATOR
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46 ANTARES serves a variety of Process Heat Markets
High Temp. Process Heat ~550 to 800C Primary Loop 600 MWt Rx core IHX Gas Cycle Circulator Gas turbine Condenser Steam Cycle S.G. Med. Temp. Process Heat ~250 to 550C He He or N2/He Water/steam Low Temp. Process Heat ~30 to 250C Generator Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.46 46

47 Erweiterte Kernenergienutzung – mehr als nur Stromproduktion
Bisher wird Kernenergie nur zur Stromerzeugung eingesetzt Aufgrund der im Vergleich zu anderen Prozesswärmequellen relativ niedrigeren Kosten wird die Kernenergie in Zukunft einen steigenden Anteil haben. Ein neuer Energiemix wird entstehen: CO2-freie Prozesswärme bekommt einen steigenden Marktwert synthetischer Brennstoff könnte wieder wettbewerbsfähig werden Kohle oder Gas to liquid Biomasse to liquid Teersand, Raffinerien, chemische Industrie, Stahlsektor, … sind alle hohe Energieverbraucher und hohe CO2-Produzenten Wasserstoff könnte ein Rohstoff von höchster Bedeutung für diese Industriebereiche werden Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.47 47

48 Thermonukleare Fusion
ITER International Thermonuclear Experimental Reactor Ziel des ITER-Projekts: Demonstration der wissenschaftlichen und technologischen Durchführbarkeit der friedlichen Anwendung der Kernfusion Träger: EU, China, Japan, Kanada, Russland, Südkorea und USA Standort: Cadarache Kernfusion noch im Forschungsstadium, aber großes Zukunftspotenzial im Budget des EURATOM-Rahmenprogramms für 2003 bis 2006 sind 750 Mio. EUR der insgesamt 1,25 Mrd. EUR für die weitere Erforschung der Kernfusion vorgesehen => Kernfusion wird von EU viel Potenzial zugemessen kein wesentlicher Beitrag zur Stromerzeugung vor 2050 zu erwarten, also erst für längerfristige Energieversorgungsstrategien interessant deutsche und französische Firmenteile schon vor Zusammenlegung zu Framatome ANP an Entwicklungsarbeiten beteiligt ITER-Projekt: Wichtiger Schritt zur Demonstration der technologischen Machbarkeit der Kernfusion und ihrer prinzipiellen Eignung zur Stromerzeugung getragen von EU, Kanada, Japan und USA (USA haben sich im Februar 2003 entschlossen, weiterhin am Projekt teilzunehmen) Die EU, Kanada und Japan haben sich als Standorte beworben in Deutschland Bewerbung von Greifswald/Lubmin momentan baut Max-Planck-Gesellschaft das Projekt „Wendelstein 7-X“, das als Laborvariante von ITER gilt un din 3 Jahren Betrieb aufnehmen soll Falls Machbarkeit nachgewiesen wird, kommt Kernfusion in der zweiten Hälfte unseres Jahrhunderts gerade Recht, um enormen Zuwachs an Energieverbrauch mitzutragen Planung Bau Betrieb 1990 2035 Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.48

49 Zusammenfassung Der wachsende Energiebedarf macht den Einsatz aller Energiequellen erforderlich, der Verzicht auf bestimmte Optionen ist ein energiepolitischer Irrweg. Steigende Preise für fossile Brennstoffe machen bestehende und neue Kernkraftwerke in der Grundlast ökonomisch attraktiver. Der Beitrag der Kerntechnik für den Klimaschutz findet mehr und mehr Beachtung. Während gegenwärtig der Ausbau der Kernenergie sich in Fernost abspielt, zeichnet sich der Aufschwung der Kernenergie in Europa und Nordamerika ab. Fortschrittliche Reaktoren der 3. Generation bieten weitere Verbesserungen hinsichtlich Kosten, Umweltschutz und Sicherheit. Fortschritte beim Ausbau der Endlager für radioaktive Abfälle sind der Schlüssel zu einer öffentlichen Akzeptanz der Kerntechnik. Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.49 49

50 Jedwede Wiedergabe, Änderung oder Weitergabe dieses Dokuments an Dritte sowie dessen Veröffentlichung, sei es auszugsweise oder im Ganzen, sind ausdrücklich untersagt, es sei denn, sie erfolgen mit der vorherigen, schriftlichen Einwilligung von AREVA NP. Dieses Dokument und dessen Inhalt dürfen ausschließlich für den Zweck verwendet werden, für den sie bereitgestellt wurden. Ein Verstoß gegen diese Bestimmungen kann straf- und zivilrechtliche Folgen haben. Neue Reaktorkonzepte - Dr. Dams – ©AREVA NP - S.50

51 Ende der Präsentation Neue Reaktorkonzepte für die Kernspaltung
W.Dams, R.Leverenz, R.Drescher AREVA NP GmbH Bonn,