Kernkraftwerk Saporischschja

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Kernkraftwerk Saporischschja
Kernkraftwerk Saporischschja.JPG
Standort
Land Flag of Ukraine.svg Ukraine
Oblast Saporischschja
Ort Enerhodar
Koordinaten 47° 30′ 41″ N, 34° 35′ 18″ OTerra globe icon light.png 47° 30′ 41″ N, 34° 35′ 18″ O
Reaktordaten
Eigentümer Energoatom
Betreiber Energoatom
Betriebsaufnahme 1984
Im Betrieb 6 (6000 MW)
Zusatzfunktion Fernwärme
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Die Quellen für diese Angaben sind in der Zusatzinformation einsehbar.

Das Kernkraftwerk Saporischschja (ukrainisch Запорізька АЕС, kurz ЗАЕС [deutsch SAES, englisch ZAES], russisch Запорожская АЭС, kurz ЗАЭС) steht nahe der ukrainischen Atomstadt Enerhodar in der Oblast Saporischschja am Fluss Dnepr gelegen, der an dieser Stelle einen Teil des Kachowkaer Stausees bildet. Mit einer installierten Gesamtleistung von 6000 MW und sechs Kernreaktoren an einem Standort ist das Kernkraftwerk das leistungsstärkste Europas. Die Entfernung zu den nächsten größeren Städten beträgt zur Hafenstadt Nikopol 15 Kilometer, nach Ordschonikidsewskaja 45 Kilometer und zur Oblasthauptstadt Saporischschja 55 Kilometer. Unweit des Kernkraftwerks befindet sich über dem Dnepr gespannt die Freileitungskreuzung Enerhodar.

Geschichte

Aufgrund der Positionierungsprobeme der sowjetischen Kernkraftwerke und dem großem Wasserbedarf standen die Planer vor einem großem Problem, Auswirkungen von Radioaktivität oder Transportwege zu den Kernkraftwerken spielten eher eine zweitrangige Rolle. Besonders in den südlichen Regionen der Sowjetunion würde für eine 4000 MW-Anlage alleine ein 20 bis 25 Quadratkilometer großer Kühlsee benötigt werden. Bei WWER-Anlagen kam zudem weiter das Problem hinzu, dass Reaktordruckbehälter nur auf dem Wasserweg oder mit dem Zug von dem in Wolgodonsk gelegenen Atommaschwerk angeliefert werden können. Seitens Nikolai Dolleschal und Juri Korjakin kam der Vorschlag zukünftig Kernkraftwerke an einem zentralen Energiezentrum mit großer Kapazität zu errichten, um so das Problem zu umgehen, möglich mit installierten Kapazitäten zwischen zehn und 50 GW. Um die Bevölkerung vor den Abfällen und den Gefahren der radioaktiven Strahlung beim Transport zu verringern, sollen diese direkt am Gelände gelagert werden. Die Vorschläge wurden nicht verwirklicht, vielmehr setzte man auf Kernkraftwerke mit einer Baugröße von 3000 und 4000 MW. Allerdings wurde von dieser Idee die Errichtung von solchen Anlagen in bestehenden Energiezentren übernommen. Hierfür wurden regionale Baugruppen gegründet, die erste für ein Kernkraftwerk in der Oblast Saporischschja nahe der Stadt Enerhodar.[1]

Für den zehnten und elften Fünfjahresplan zwischen 1976 und 1985 wurde der Bau des Kernkraftwerks Saporischschja mit einer Leistung von 4000 MW mit WWER-Anlagen bewilligt.[1] Nebenher war der Zubau von vier RBMK-1000 ebenfalls in Gespräch.[2] Allerdings sah der elfte Fünfjahresplan über den zwölften Fünfjahresplan den Zu- und Ausbau einiger Kernkraftwerke auf eine Kapazität von 6000 MW je Anlage vor, so wurden weitere Reaktoren für die Kernkraftwerke Balakowo, Kursk, Smolensk, Tschernobyl, Tatarien, Ignalina und Saporischschja vorgesehen. Die zwei weiteren Reaktoren sollten baugleich mit den bereits im Bau befindlichen Anlagen werden.[1]

Bau

Block vier, fünf und sechs mit Brennstofflagerhalle

Mit dem Bau des ersten Reaktors wurde am ersten April 1980 begonnen, Block zwei folgte am erste Januar 1981, Block drei am ersten April 1982 und Block vier am ersten April 1983. Block fünf folgte später am ersten November 1985 und Block sechs am ersten Juni 1986.[3] Im Gegensatz zu den vorausgegangenen Reaktoren mit WWER-1000 kommt hier erstmals die Version 320 zum Einsatz, die eine Standardbaulinie,[4] so genannte „Energieblöcke“,[5] für das sowjetische Atomprogramm darstellen sollte. Durch die Installation von vorgefertigten Komponenten in vorgefertigte, bau- und zeichnungsgleiche Gebäude sollte die angestrebte Verdoppelung des Zubaus neuer Kernkraftwerke erreicht werden.[4] Zum Bau der Reaktoren wurde ein Kran vom Typ Kroll K-10000 verwendet.[6]

Im Juli 1990 gab es gegen das Kernkraftwerk Saporischschja erstmals Proteste aufgrund ökologischer Bedenken und der thermischen Verschmutzung des Dnepr. Die Organisation erfolgte durch Greenpeace und den Mitgliedern des Kongresses der Volksdeputierten. Einige Abgeordnete des sowjetischen Ministerrats veranlassten daraufhin genauere Untersuchungen der Situation am Kernkraftwerk. Infolgedessen wurde der Bau des sechsten Reaktors im Dezember 1990 gestoppt. Nach dem Zerfall der Sowjetunion sprach sich im September 1992 Ukratomenergoprom für die Fertigstellung des letzten Reaktors im Kernkraftwerk Saporischschja aus, sowie den Kernkraftwerken Riwne und Chmelnyzkyj, um genug Ersatzkapazitäten für die geplante Stilllegung des Kernkraftwerks Tschernobyl im Jahre 1993 vorhanden zu haben. Noch im Sommer 1992 wurden erste Arbeiten wiederaufgenommen.[1]

Betrieb

Der erste Block nahm am zehnten Dezember 1984 den Betrieb mit dem ersten gebauten WWER-1000/320-Modell auf, gefolgt vom zweiten Block am 22. Juli 1985. Ende des Jahres 1985, am 25. Dezember, wurde Block eins in den kommerziellen betrieb überführt, Block zwei am 15. Februar 1986. Block drei wurde am zehnten Dezember 1986 erstmals mit dem Stromnetz synchronisiert und am fünften März 1987 in den kommerziellen Betrieb überführt, Block vier folgte mit der Inbetriebnahme am 18. Dezember 1987 und wurde am 14. April 1988 in den kommerziellen Betrieb übergeben. Als letzter Reaktor in der Sowjetunion nahm Block fünf am 14. August 1989 den Betrieb am Stromnetz auf und wurde am 27. Oktober 1989 in den kommerziellen Betrieb übergeben.[3]

Am 28. September 1991 kam es zu einem etwas größeren Zwischenfall, als durch einen Fehler des Personals radioaktives Wasser aus dem primären Kreislaufs der vierten Blocks in den sekundären Kreislauf gelangte. Auf der INES-Skala wurde dieses Ereignis als Störfall (Stufe zwei) eingestuft. Am ersten Juli 1992 gab es ein weiteres Ereignis in Block zwei, das mit der gleichen Stufe bewertet wurde. Dort kam es während der Nachwärmeabfuhr zur Abschaltung der Abwärmepumpe im dritten Sicherheitsstrang aufgrund defekter Dichtungen. Am ersten September 1992 gab es Probleme die Not- und Nachkühlpumpe, sowie anderes Equipment im vierten Block in Betrieb zunehmen nach einem automatischen Signal des Systems. Das Ereignis wurde mit der Stufe zwei bewertet.[7]

Im Jahr 1992 gab es größere Probleme mit einem hohem Tritiumgehalt im Dnepr in der Umgebung des Kernkraftwerks Saporischschja, mit einer Aktivität von 5,5 Becquerel pro Liter. Dies ist allerdings nicht alleine auf das Kernkraftwerk Saporischschja zurückzuführen. Drei weitere Kernkraftwerke die an Zuflüssen des Dnepr liegen, das Kernkraftwerk Riwne am Fluss Styr, der in den Prypjat mündet, das Kernkraftwerk Chmelnyzkyj am Fluss Gorin, der ebenfalls in den Prypjat mündet und das Kernkraftwerk Tschernobyl am Fluss Prypjat selber, beeinflussen ebenfalls den Tritiumgehalt im Dnepr, hinzuaddiert zu den Mengen Tritium, die sich nach der Katastrophe von Tschernobyl im Flussbett des Prypjats und im Kiewer Stausee, das eine Tritiumaktivität zwischen 4,2 und 32,2 Becquerel pro Liter aufweist, akkumuliert haben. Im Jahre 1994 stellte man am Kachowkaer Stausee eine Tritiumaktivität von 17,1 bis 40,0 Becquerel pro Liter fest. Im Gegensatz zu Kernkraftwerken mit Reaktoren vom Typ RBMK weisen Anlagen mit WWER-Modellen weitaus größere Tritiumemissionen auf. In dem am Kachowkaer Stausse anliegenden Kühlsee des Kernkraftwerks Saporischschja wurde 1993 eine hundert mal höhere Aktivität festgestellt als im Reservoir. Geringe Mengen entweichen hiervon in den Dnepr, allerdings wird der Fluss davor geschützt, indem der See durch Dämme abgetrennt vom Fluss betrieben wird und keine direkte Verbindung hat. Trotzdem ist das Kernkraftwerk die Hauptquelle von Tritium im Dnepr.[8]

Kern von Block eins, November 1992
Hexagon 1.png - 53 BE mit Steuerstäben
Hexagon 2.png - 102 Brennelemente
Hexagon 5.png - 8 BE mit nicht voll eingefahrenen Steuerstäben

Zwischen Oktober und November 1992 wurde Block eins für einen planmäßigen Brennstoffwechsel vom Netz genommen. Die Abschaltung nutzte man um die oberen Einbauten, sowie einige Sicherheitsrohre im Reaktor zu demontieren und Inspektionen an den Brennelementköpfen durchzuführen. Man stellte hierbei fest, dass acht Steuerstäbe nicht vollständig eingefahren sind und herausragten. Insgesamt ragte ein Steuerstab (09-36) 20 Millimeter, ein Steuerstab (07-38) 25 Millimeter, zwei Steuerstäbe (09-20, 13-32) 30 Millimeter, ein Steuerstab (90-38) 100 Millimeter und drei Steuerstäbe (10-29, 10-35, 10-67) 200 Millimeter über der Endposition heraus. Angemerkt muss allerdings werden, dass die Steuerstäbe 09-20 und 10-29 manuell nach der Abschaltung von der Schaltwarte aus nachträglich bewegt wurden. Ähnliche Probleme mit dem Einfahren von Steuerstäben gab es bereits einige Jahre zuvor im Kernkraftwerk Süd-Ukraine, allerdings war dies auf das System zurückzuführen gewesen, welches anschließend bei allen Reaktoren ausgetauscht wurde.[9] Das Ereignis wurde auf der INES-Skala mit der Stufe eins bewertet.[7]

Im Januar 1993 wurde nach dem Brennstoffwechsel Block eins wieder angefahren um die Funktionsfähigkeit des Systems zu testen. Hierbei gab es keine weiteren Abweichungen, auch in Bezug auf die Einfahrzeit der Steuerstäbe, die keine vier Sekunden überschreitet. Bei einem Meeting zwischen ukrainischen und russischen Experten wurde nach Anspreche des Problems vorgeschlagen, alle drei Monate in Kernkraftwerken mit WWER-1000 die Funktionstüchtigkeit der Steuerstäbe zu prüfen.[9] In Saporischschja erfolgte der Test in Block eins am 26. Dezember 1993 (zwei Steuerstäbe überschritten Einfallzeit), in Block zwei am 27. Mai (fünf Steuerstäbe klemmten, INES-2) und am 10. September 1993 (26 Steuerstäbe überschritten Einfallzeit, INES-2), in Block drei am 14. März 1993 (drei Steuerstäbe klemmten, INES-2) und am 13. Februar 1994 (zwei Steuerstäbe überschritten Einfallzeit, INES-2), in Block vier am 17. Juli 1993 (acht Steuerstäbe überschritten Einfallzeit, INES-2) und in Block fünf am neunten Oktober 1993 (ein Steuerstab klemmte, ein weiterer überschritt die Einfallzeit, INES-2).[7]

Bis Ende 1994 wurde diese Prüfung 54 mal durchgeführt, sowohl in ukrainischen, als auch in russischen Kernkraftwerken. Man stellte fest, dass die Werte in allen Reaktoren in der Ukraine, außer dem ersten Block im Kernkraftwerk Süd-Ukraine, die Einfallzeit von vier Sekunden überschritten, ebenso in den russischen Anlagen. Dieses Phänomen tritt insbesondere im zweiten Brennstoffzyklus der Reaktoren auf, der bei drei Jahren liegt. Weitere Untersuchungen ergaben, dass die Führungsrohre für die Steuerstäbe in den Brennelementen Deformationen in Form von Biegungen mit einer Abweichung von bis zu fünf Millimetern aufwiesen und hierdurch das Einfallen beeinflusst wird. Normalerweise dienen die Führungsrohre als Schutz vor der Wasserströmung, sodass beim Einfall die Steuerstäbe nicht beeinflusst werden können. Infolge dessen wurde seitens der russischen Aufsichtsbehörde eine Kommission zur Lösung dieses Problems einberufen. Das Problem basiert aufgrund der starken Neutronenstrahlung der WWER-1000, die insbesondere in Reaktoren der Version 320 ausgeprägt ist. Dass dieser Effekt vielleicht durch kochendes Wasser mit folgenden Ablagerungen in den Steuerstabführungen beeinflusst wurde, ist nicht bewiesen worden. Man entschied sich letztlich für eine Verbesserung des Brennstoffs, indem standfestere Materialien verwendet werden.[9]

Am 19. Oktober 1995 nahm Block sechs als erster Reaktor der Ukraine nach dem Zerfall der Sowjetunion und als letzter Reaktor am Standort Saporischschja den Betrieb auf. Am 16. September 1996 wurde der Block in den kommerziellen Betrieb übergeben.[3] Im Jahr 1997 wurde das Informations- und Krisenzentrum der Aufsichtsbehörde eröffnet. Dieses ist direkt mit dem Kernkraftwerk Saporischschja verbunden und ermöglicht so eine Überwachung des dortigen Systems, das 1995 erstmals im fünften Block eingerichtet wurde als eine Art Modellprojekt. Die anderen Reaktoren wurden anschließend in den folgenden zwei Jahren ebenfalls mit einem Überwachungssystem ausgestattet. Die Anlage dient als Pilotprojekt und wurde anschließend auch für die beiden WWER-440 im Kernkraftwerk Riwne verwirklicht.[10]

Technische Details

Die sechs Blöcke des Kernkraftwerks Saporischschja sind ausgestattet mit Reaktoren vom Typ WWER-1000/320, die bei den Ischora Werken in Leningrad (heute Sankt Peterburg) gefertigt wurden. Die thermische Leistung des Reaktors liegt bei 3000 MW. Das Kühlmittel tritt im Primärkreislauf mit einer Temperatur von 289 °C in den Reaktor ein und verlässt ihn wieder über vier Kühlschleifen mit einer Temperatur von 322 °C. Das ganze geschieht unter einem Druck von 160&nsbp;Bar. Die Wärme wird schließlich über einen Dampferzeuger, von denen es jeweils einen in den vier Kühlschleifen gibt, in einem sekundären Kreislauf übertragen. Bei Volllast können durch die Hauptwärmesenke insgesamt 1469 Tonnen 287,5 °C heißer Dampf pro Stunde erzeugt werden bei einem Druck von 64 Bar. Das Wasser in den Dampferzeugern selber hat eine vorgewärmte Temperatur von 223 °C. Die Wärmeübertragungsfläche liegt in jeden der von Atommasch gefertigten Dampferzeugern bei 5200 Quadratmetern. Der hier erzeugte Dampf wird schließlich zu einer Turbine weitergeleitet vom Typ K-1000-60/1500-2, die von Turboatom (Charkiwer Turbinenwerke) geliefert worden.[7] Der Turbogenerator wurde ehemals als Prototyp erstmals in Saporischschja eingebaut und basiert auf der K-1000-60/1500 Turbine, die im Kernkraftwerk Süd-Ukraine zum Einsatz kommt.[11]

Die K-1000-60/1500-2 die in Saporischschja zum Einsatz kommt, besteht aus einem Hochdruckteil und drei Niederdruckteilen.[12] Die 5795 Tonnen Dampf pro Stunde strömen mit einem Druck von 60 Bar durch die Turbine bei einer Temperatur von 274,3 °C. Die Turbine ist für eine Geschwindigkeit von 1500 Umdrehungen pro Minute ausgelegt, aufgrund des Einsatzes einer Vierpolmaschine. Die maximale elektrische Kapazität die für die Turbine geeignet ist wird mit 1100 MW angegeben. Das Kondensat fällt nach dem Durchschreiten der Turbine in die darunter liegenden Kondensatoren, an der Stelle nur noch ein druck von 3,9 Bar herrscht. Der Generator der mit der Turbine gekoppelt ist vom Typ TWW-1000-4UZ, der im Werk Kirow hergestellt wurde. Die Leistung des Generators liegt bei 1000 MW, die bei einer Spannung von 24 kV erzeugt werden. Die Kühlung erfolgt über eine Wasserstoff-Wasser-Kühlung. Die Energie wird über die einphasigen Blocktransformatoren vom Typ ORZ-417000/750 abgeleitet, von denen jeder Block drei Stück besitzt. Die Kapazität liegt bei 417 Megavoltampere und richtet die Spannung von 24 kV auf 750 kV um für das Elektrizitätsnetz.[7] Die elektrische Bruttoleistung aller Blöcke liegt bei 1000 MW, die Nettoleistung bei 950 MW.[3]

Zwischenlager

Im Gegensatz zu den anderen ukrainischen Kernkraftwerken kommt zur Lagerung abgebrannter Brennelemente nach der Abklingzeit ein Lager mit Castoren vom TranStor Ventilated Storage Cask-24 System (VSC-24) basierend auf einem amerikanischen Modell, zum Einsatz.[13] Dadurch der Brennstoff der WWER-Anlagen allerdings eine hexagonale Form hat und keine tetragonale Form wie die US-Modelle, musste das System angepasst werden und trug die Bezeichnung WWER-24. Die Projektion des Lagers und des neuen Systems, begann bereits 1993. Die Arbeiten gingen allerdings nur schleppend voran, da die Anpassung des Systems immer wieder durch finanzielle Schwierigkeiten aufgrund des desolaten Staatshaushaltes der Ukraine behindert wurde. Einer der größten Probleme war das geplante Beladen der Behälter mit den Brennelementen. Da die Blöcke für russische Behälter vom Typ TK-13 ausgelegt sind, können die Behälter in Saporischschja nur schwer unter Wasser beladen werden, was einen Umbau der Lagerbecken zufolge hatte. Am 16. Juli 2001 wurde das Lager letztlich in Betrieb genommen. Der erste Behälter wurde am 18. August 2001 im zweiten Block beladen und am vierten September in das Lager gebracht.[14]

Daten der Reaktorblöcke

Das Kernkraftwerk Saporischschja besteht auch sechs Reaktoren, die sich alle im Betrieb befinden.

Reaktorblock[3] Reaktortyp Leistung Baubeginn Netzsyn-
chronisation
Kommer-
zieller Betrieb
Stilllegung
Typ Baulinie Netto Brutto
Saporischschja-1 DWR WWER-1000/320 950 MW 1000 MW 01.04.1980 10.12.1984 25.12.1985
Saporischschja-2 DWR WWER-1000/320 950 MW 1000 MW 01.01.1981 22.07.1985 15.02.1986
Saporischschja-3 DWR WWER-1000/320 950 MW 1000 MW 01.04.1982 10.12.1986 05.03.1987
Saporischschja-4 DWR WWER-1000/320 950 MW 1000 MW 01.04.1983 18.12.1987 14.04.1988
Saporischschja-5 DWR WWER-1000/320 950 MW 1000 MW 01.11.1985 14.08.1989 27.10.1989
Saporischschja-6 DWR WWER-1000/320 950 MW 1000 MW 01.06.1986 19.10.1995 16.09.1996

Einzelnachweise

  1. a b c d Charles K. Dodd: Industrial decision-making and high-risk technology: siting nuclear power facilities in the USSR. In: G - Reference, Information and Interdisciplinary Subjects Series. Rowman & Littlefield, 1994. ISBN 0847678474.
  2. Oak Ridge National Laboratory: Nuclear-Fuel-Cycle-Information. In: Nuclear-Fuel-Cycle Information Workshop, February 15-17, 1983. (Online-Version)
  3. a b c d e Power Reactor Information System der IAEA: „Ukraine“ (englisch)
  4. a b Indian journal of power and river valley development, Band 31. Books & Journals Private., 1981.
  5. Soviet Union. Ministerstvo vneshneĭ torgovli, Soviet Union. Ministerstvo vneshnikh ėkonomicheskikh svi͡a͡zeĭ, Russia (Federation). Ministerstvo vneshnikh ėkonomicheskikh svi͡a͡zeĭ: Foreign trade, Ausgaben 7-12. U.S.S.R. Ministry of Foreign Trade, 1984.
  6. Разные краны на строительстве промышленных и энергетических объектов. TechStory.ru, 2002 - 2010. (Internetpräsenz, russisch)
  7. a b c d e V. Koltakov: Report of the ASSET mission to the Zaporozhe nuclear power plant in the Ukraine, 13 - 24. Juni 1994. IAEA, Wien, 1994. (Online-Version)
  8. Andrej Kranjc: Tracer hydrology 97: proceedings of the 7th International Symposium on Water Tracing, Portorož, Slovenia, 26-31 May 1997. Taylor & Francis, 1997. ISBN 9054108754.
  9. a b c Adamchik, S., u.a.: Report of a consultants meeting on control rod insertion reliability for WWER-1000 nuclear power plants. In: Consultants Meeting, Wien, Österreich, 20. - 24. Februar 1995. IAEA, 1995. (Online-Version)
  10. Bernd J. Lederer, Dieter W. Wildberg: Kerntechnik, Band 65. C. Hanser, 2000. ISBN 3446161457.
  11. British Library. Lending Division, u.a.: Thermal engineering, Band 31. British Library Lending Division, 1984.
  12. Alexander Leyzerovich: Wet-steam turbines for nuclear power plants. PennWell Books, 2005. ISBN 1593700326.
  13. A. Chernyshev: Spent fuel management in the Ukraine. Ministry for Environmental Protection and Nuclear Safety, Kiev, Ukraine, 1995. (Online-Version)
  14. David G. Marcelli, Tommy B. Smith: The Zaporozhye ISFSI. In: radwaste Solutions, 2002. (Online-Version)

Siehe auch

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