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Nukleare Fernwärme

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Als Nukleare Fernwärme bezeichnet man Fernwärme, die aus Kernreaktoren oder gar Heizreaktoren gewonnen wird und zur Versorgung großer Fernwärmenetze dient. In wenigen Ländern, vorrangig in den ehemaligen Ostblockländern, kommen solche Anlagen bereits zum Einsatz, jedoch primär als Abfallprodukt von Reaktoren die hauptsächlich für die Elektrizitätserzeugung dienen. Unter anderem in der Sowjetunion wurde auch konkret geplant im großen Maßstab nukleare Fernwärme mit den großen Kernheizkraftwerken zu erzeugen.

Geschichte

Der Beginn der Nutzung nuklearer Fernwärme geht auf Pläne in den 1950er Jahren zurück. Schweden war das weltweit erste Land, dass die Nutzung nuklearer Fernwärme anstrebte. Man nahm kurze Zeit darauf das Kernkraftwerk Ågesta in Betrieb, dass den Stadtteil Farsta in Stockholm mit Fernwärme versorgte. Es befand sich von 1963 bis 1974 in Betrieb. Später hatte die Sowjetunion mit der Entwicklung und dem Bau des Heizreaktors AST-500 erstmals begonnen, im großen Umfang die Entwicklung der nuklearen Fernwärme zum Beheizen von Städten zu nutzen. Später folgte in Zusammenarbeit mit dem Westen die Volksrepublik China mit der Entwicklung des NHR-5. Dieser wurde 1989 in Betrieb genommen. Viele andere Länder nutzen ebenfalls nukleare Fernwärme. Meistens nicht aus speziellen Heizreaktoren, sondern aus ihren Kernkraftwerken. Neben der Fernwärme zur Gebäudeheizung ist eine Nutzung der Abwärme auch in anderen Anwendungen möglich. Siehe hier zu mehr Informationen im Artikel Nukleare Prozesswärme.

Deutsche Demokratische Republik

In der DDR wurde diskutiert auf lange Sicht die Braunkohlekraftwerke im Ballungsraum Halle/Leipzig durch Kernheizwerke vom Typ AST-500 zu ersetzen. Unter anderem durch die Kernheizwerke Buna, Leuna und Lippendorf.[2]

Mainarticle-yellow.svg Hauptartikel: Kernenergie in der Deutschen Demokratischen Republik

Polen

In Polen war die Nutzung von Kernheizkraftwerken angedacht wie auch die Nutzung von Kernheizwerken. Allerdings wurden diese Pläne nie realisiert. Man dachte später noch an, für Danzig Fernwärme aus dem Kernkraftwerk Zarnowiec zu beziehen. Nachdem der Bau für das Kernkraftwerk storniert wurde, hat man das Projekt auch aufgegeben.[2] Auch das zweite Kernkraftwerk nahe Klempicz sollte Fernwärme für die Stadt Posen zur Verfügung stellen, die 50 Kilometer vom Kernkraftwerk Warta entfernt liegt.

Slowakei & Tschechien

In der ehemaligen Tschechoslowakei gab es ein großes Interesse an nuklearer Fernwärme. Man ging davon aus, dass man es ohne Kernenergie zur Erzeugung von Elektrizität und auch zur Wärmeversorgung auf lange Sicht nicht schaffen könnte, den Wärme- und Elektrizitätsbedarf zu decken. Daher wurde projektiert, dass die Erzeugung von 41000 Terajoule Fernwärme durch Kernenergie bis zum Jahr 2000 gewährleistet werden sollte. Im Jahr 1981 wurde im Zuge dessen beschlossen, alle Turbogeneratoren in den Tschechoslowakischen Kernkraftwerken für die Auskopplung von Fernwärme aufzurüsten. Nach dem Beschluss wurde der Bau kleinerer konventioneller Fernheizanlagen reduziert.[2]

Noch im Jahr 1981 wurden Vorkehrungen getroffen alle in Bau befindlichen Kernkraftwerke für die Auskopplung von Fernwärme auszurüsten, unter anderem die Kernkraftwerke Bohunice V2 das die anliegende Stadt Trnava mit Fernwärme Versorgen sollte, das Dukovany zur Versorgung der Stadt Brünn und das Mochovce zur Versorgung der der Gegend und der Stadt Levice. Die Turbogeneratoren in Bohunice V1 und V2 sind nicht ausgelegt um Fernwärme auskoppeln zu können. Dadurch ist die Kapazität auf 170 MWth für die Fernwärmenutzung beschränkt. Beim Kernkraftwerk Mochovce wurde die Konstruktion der Turbine noch einmal geändert, sodass ein Reaktor bis zu 230 MWth als Fernwärme zur Verfügung stellen kann. Im Kernkraftwerk Dukovany sollen für die Nutzung von Fernwärme 500 MWth bereitgestellt werden. Das Netz sollte sich nach zehn Jahren wirtschaftlich rentieren.[2]

In der Tschechoslowakei hatte man auch viel Industrie, die Prozessdampf benötigt. Deshalb plante man für das Südböhmische Kernkraftwerk Temelín die Auskopplung von Prozessdampf für die Stadt Budweis. Zudem war ein Kernheizwerk mit einem AST-300 bei Ostrava-Karvina geplant, welches Jahr 1995 fertiggestellt werden sollte und später ein weiteres für die Stadt Bratislava das im Jahr 2000 den Betrieb aufnehmen sollte. Da jedoch die Leistung dieser Reaktoren auf lange Sicht zu groß war, wurde die Entwicklung einer verkleinerten Version mit 100 bis 200 MW Heizkapazität angestrebt.[2] Nach dem Zerfall der Tschechoslowakei wurden nur noch die Kernkraftwerke Temelín und die Blöcke 1 und 2 (von 4, die Blöcke 3 und 4 befinden sich bis heute in Bau) im Kernkraftwerk Mochovce neben den bereits zuvor fertiggestellten Kernkraftwerken Dukovany und Bohunice realisiert. Die geplanten Fernheizwerke wurden nicht realisiert und auch die Fernwärmenetze der realisierten Kraftwerke wurden nicht ganz im geplanten Umfang umgesetzt.

Sowjetunion, Russland und Ukraine

Im weltweiten Vergleich galt die Sowjetunion als führender Staat in der Entwicklung von nuklearen Fernwärmequellen. Über 55 % der erzeugten Fernwärme in der Sowjetunion wird in extra dafür gebauten Anlagen erzeugt. Die restlichen 45 % in über 250000 kleinen Kesseln, die überall im ganzen Land in den Städten stehen. Diese sind sehr unwirtschaftlich im Vergleich zu großen Anlagen, zumal dadurch der Verbrauch von Brennstoff erheblich gesteigert wird, geschweige denn die Emissionen. Aufgrund dessen wollte man den Bau von Heizwerken vermehren auf fossiler Basis und auch über längere Zeiträme auf nuklearer Basis. Um vorerst den Wärmebedarf zu decken wurde begonnen, Fernwärme aus den bestehenden Kernkraftwerken abzuleiten. Die Sowjetunion war die erste Nation die im großen Umfang Fernwärme aus Kernkraftwerken über Kraft-Wärme-Kopplung gewann. unter anderem im Kernkraftwerk Belojarsk, Kola, Kursk, Nowoworonesch, Tschernobyl und anderen Kernkraftwerken im Land.[2]

Die Kapazität die diese Kernkraftwerke decken konnten lag zwischen 30 und 200 Gigakalorie (Gcal) pro Stunde. Genutzt wurde es meist zur Versorgung von ansässigen Industrien, zur Versorgung der Stadt in der das Kernkraftwerk steht, für Gebäude die zum Bau des Kernkraftwerks benötigt werden und noch für ähnliche Zwecke. Ausgespeist wird es in Form von heißen Wasser. Prozessdampf wird nur in kleinen Mengen erzeugt. Für die Auskopplung von Fernwärme müssen allerdings die Turbogeneratoren ausgetauscht werden. Für den WWER-440 wurde die Turbine vom Typ K-220-44 entwickelt, die etwa 25 Gcal pro Stunde ableiten kann und für den WWER-1000 die Turbine vom Typ K-1000-60/1500 mit einer Fernwärmeproduktion von etwa 200 Gcal pro Stunde. Die Förderkapazität kann durch das Vorwärmen des Wassers weiter gesteigert werden. Ein weiterer neuer Turbogenerator mit einer Wärmekapazität von 500 Gcal pro Stunde wurde ebenfalls entwickelt und kommt erstmals im zweiten Block des Kernkraftwerks Rostow zum Einsatz.[2]

Weil Kernkraftwerke in erster Linie dazu gebaut wurden um Elektrizität zu erzeugen, hatte man die Entwicklung eines neuen Turbogenerators begonnen, um in großen Kernheizkraftwerken Elektrizität und eine große Menge an Fernwärme zu erzeugen. Durch diesen neuen Turbogenerator können aus einem 1000 MW-Reaktor etwa 900 Gcal pro Stunde oder mehr erzeugt werden. In der Sowjetunion sollte dieses Konzept erstmals im Kernheizkraftwerk Odessa zum Einsatz kommen in zwei Reaktoren vom Typ WWER-1000. Jeder Reaktor soll zwei dieser Turbinen vom Typ TK-450-500/60 haben. Die Kapazität der Anlage wurde im Winter mit etwa 3000 Gcal pro Stunde errechnet. Nach Odessa sollten weitere Anlagen folgen in Charkiw, Minsk und Wolgograd.[2]

Zusätzlich wurde in der Sowjetunion ein spezieller Heizreaktor vom Typ AST-500 entwickelt. Diese sollen zur Nutzung in kleinen Kernheizwerken zum Einsatz kommen. 1983 wurde vom Politbüro angekündigt solche Heizreaktoren zu Bauen und bis zum Jahr 1990 zu Betreiben. Man begann mit dem Bau zweier AST-500 in Gorki und Woronesch.[2]

Heute wird in Russland und der Ukraine weiterhin die Fernwärme aus den bestehenden Kernkraftwerken bezogen. Keiner der Heizreaktoren wurde jemals in Betrieb genommen. Gleiches gilt für die Kernheizkraftwerke, die nach der Katastrophe von Tschernobyl storniert wurden.

Schweiz

Im Zuge der Ölkrise 1973 begann man in der Schweiz die Möglichkeit der nuklearen Fernwärmenutzung in Betracht zu ziehen.

Anfang der 1980er Jahre wurde mit der Realisierung des Färnwärmenetzes REFUNA (Regionale Fernwärme unteres Aaretal) begonnen für das Fernwärme aus dem Kernkraftwerk Beznau ausgespeist wird. Die Wärmeauskopplung erfolgt über Dampf welcher zwischen Hochdruck- und Niederdruckturbine abgezapft wird, mit diesem wird das Heißwasser im Fernwärmenetz auf 120°C erhitzt. Im Winter 1983/84 wurde das Paul Scherer Institut als erster Großverbraucher angebunden, seit dem wurden insgesamt 11 Gemeinden an das mittlerweile 145km lange Fernwärmenetz angebunden.

Am Kernkraftwerk Mühleberg existiert das "Fernwärmesystem Mühleberg", eine kleine Fernwärmeausspeisung zur Versorgung der nahen Wohnsiedlung Steinriesel und der Gebäude auf dem Kraftwerksgelände.

Das Kernkraftwerk Gösgen versorgt seit 1996 die Fernwärme Niederamt, ein kleines lokales Fernwärmenetz. Abgesehen davon versorgt das Kernkraftwerk seit seiner Inbetriebnahme 1979 die Papier/Karton Fabrik Aarepapier sowie seit 2009 Cartaseta mit Prozessdampf.

Das Kernkraftwerk Leibstadt versorgt seit 1987 über das THERMOCULTA System die Gewächshäuser der nahegelegenen Gärtnerei Leuenberger Leibstadt mit Warmwasser aus dem Kühlturmkreislauf. Dieses Warmwasser ist zwar mit etwa 30°C nicht so heiß wie jenes aus zu einer konventionellen Fernwärmeausspeisung allerdings hat diese Abwärmenutzung keinen Einfluss auf die elektrische Leistung des Kraftwerks und ermöglicht die ganzjährige umweltfreundliche Nutzung der Gewächshäuser.

Neben diesen realisierten Projekten waren in der Schweiz zahlreiche Projekte geplant die aber bis Heute nicht realisiert wurden. Dazu gehören die Fernwärmeausspeisung aus Mühleberg FEMBE (Fernwärme Mühleberg – Bern), ein weiteres von Beznau versorgtes Fernwärmesystem (TRANSWAAL/WAAL) im Süden des Kraftwerks, ein Fernwärmesystem zwischen Leibstadt und Basel (WARHENO) und ein großes Fernwärmenetz um Gösgen (FOLA) für Olten und Aarau. Derzeit existiert jedenfalls noch ein erhebliches Ausbaupotenzial. Schätzungen zufolge könnten bei einer Realisierung aller projektierten nuklearen Fernwärmeprojekte etwa 10% der CO2 Emissionen der Schweiz eingespart werden und die Abhängigkeit von Heizöl- und Erdgasimporten reduziert werden.

Da sich die projektierten Standorte für neue Kernkraftwerke in der Schweiz alle in der Nähe der bestehenden befinden, können diese neuen Anlagen kaum neue Fernwärmenetze erschließen, aber man könnte im Zuge ihrer Realisierung bisher nicht realisierte Fernwärmeprojekte umsetzen. Alle Kernkraftwerksneubauprojekte in der Schweiz liegen aber seit 2011 politisch bedingt auf Eis.

Einzelnachweise

Siehe auch

Icon NuclearPowerPlant-green.svg Portal Kernkraftwerk