Was sind die Vorteile eines Siedewasserreaktors?

Question

Wieso ist ein Druckwasserreaktor besser als ein Siedewasserreaktor? Ein Siedewasserreaktor hat ja nur einen Kreislauf, was ist daran so schlimm? :/

Imker2306 · Answer

Hallo schlauer Fuchs, hast du fukushima schon vergessen? Da hat man eindrucksvoll gesehen was passiert wenn ein Stromausfall den Kühlkreislauf lahm legt. Kernreaktoren sind generell eine potentielle Gefahr da der Mensch ( trotz aller Beteuerungen/ Versprechungen von Politikern und Fachleuten) die Kernenergie nicht beherrscht. Selbst wenn die Kernenergie sicher wäre, wissen wir immer noch nicht wohin mit dem Atommüll ( siehe Gorleben und Asse). Unsere Enkel und Urenkel werden uns für dieses Erbe noch lange verfluchen! MfG

NuklearTV · Answer

Vom Wirkungsgrad her gesehen schneiden Siedewasserreaktoren leicht besser ab als Druckwasserreaktoren. Siedewasserreaktoren sind aber nachteilhafter, da es nur einen Kreislauf gibt und man den aktiven Teil nur schlecht isolieren kann, weshalb das ganze Gebäude, inklusive Turbinenhalle entsprechend für etwaige Leckagen mit Strahl ausgekleidet sein muss. Die Turbinenhalle ist allerdings nicht druckfest ausgelegt, bedeutet bei einem Leck entweicht hier der Dampf. Sekundär betrachtet sind die meisten Siedewasserreaktoren in ihrem Betriebsverhalten instabiler aufgrund der Tatsache, dass die Bildung von Dampfblasen im kleinen Maßstab der Standardprozess ist innerhalb des Reaktors.

Letztlich haben sich Druckwasserreaktoren international weitestgehend durchgesetzt, einerseits aufgrund politischer Entscheidungen, andererseits waren die Leistungsebenen der Druckwasserreaktoren bereits früher als beim Siedewasserreaktor im Bereich von 1300 MW und mehr, während erst der BWR-6 Anfang der 1980er die 1200 MW-Marke und der ABWR erst in den 1990ern die 1300 MW-Marke knackte. In der heutigen Sicht haben die Siedewasserreaktoren aufgeholt. Insbesondere interessant wäre rein technisch der ESBWR, der ohne Pumpen mit einem natürlichen Umlauf gekühlt wird. Die Wirtschaftlichkeit wäre gegeben, allerdings haben sich die meisten Unternehmen darauf versteift wieder Druckwasserreaktoren zu errichten, sekundär Siedewasserreaktoren vom Typ ABWR, die an sich vom Stand der Technik die aktuell besten Siedewasserreaktoren sind, die aktuell auf dem Markt sind.

China zieht allerdings den Bau des AP1000 vor, genauso viele US-Unternehmen. Grund hierfür ist, dass sich dieses Reaktormodell durch die Modulbauweise einfach in Fabriken massenweise fertigen lässt, auf die Baustelle per Zug angeliefert werden können, die Module dort zusammengeschreubt werden können, und am Ende in ihre endgültige Position mit einem großen Kran, beispielsweise in China den Demag CC 8800-1 Twin, in ihre Position gehoben werden können. Anschließend wird nur noch Beton eingegossen. Diese Bauweise spart Zeit und Geld, vornehmlich aber Zeit. Ähnlich läuft es auch teilweise bei anderen Druckwasserreaktoren. Hinsichtlich dessen sind diese für die Unternehmen klar erste Wahl. Ich persönlich halte nichts vom AP1000, weil genau diese Bauweise aus meiner Sicht ziemliche Mängel aufweist in Sachen Sicherheit.

Als letztes kann man noch hervor heben, dass es mehr Betriebserfahrungen mit Druckwasserrektoren gibt. Dies hat einerseits Auswirkungen auf die Reaktordesigns selber, die durch diese Betriebserfahrungen nachhaltig verbessert werden konnten - weshalb man auch davon ausgehen kann, dass es weitaus mehr Erfahrungen in der Konfiguration der Sicherheitssysteme gibt. Bei Siedewasserreaktoren hatte Schweden, USA und Japan die Nase vorne und sind mehr oder weniger unter sich geblieben was die Entwicklung angeht. Zwar hatte die Kraftwerk Union AG mit dem BWR-72 in Gundremmingen ein ähnlich gutes Modell entwickelt, konnte es aber aufgrund des Preises der relativ hoch im Vergleich zu anderen Anlagen lag, nicht vermarkten. Die Weiterentwicklung dieses Modells ist der SWR-1000 oder KERNA von Areva, der bisher aus jeder Ausschreibung als erstes ausgeschieden war. Das sagt aus meiner Sicht alles.

ocin1 · Answer

Beim klassischen Druckwasser-Reaktor erzeugt alleine die natürliche Konvektion des Wassers im Primärkreislauf eine 5% Wasserumwälzung. Diese 5% reichen natürlich nicht für den Lastbetrieb, jedoch dürfte es für die Nachzerfallswärme ausreichen. Man muss dann natürlich genug Wasser im Sekundärkreis haben, welches die Wärme des Primärkreises aufnimmt und einfach in die Atmosphäre als problemlosen Dampf entlässt. Hier reicht jedoch schon ein tragbares Stromaggregat oder ein Feuerwehrwagen aus, um das sicher zu stellen. Beschädigte Brennelemente wären beim Druckwasser-Reaktor egal, da der Primärkreis ja weiter geschlossen bleibt.

Das Risiko eines Nachzerfalls-Unfall ist bei gut konstruierten Kernreaktoren nicht mehr relevant, da sie über gut eingebundene passive Systeme verfügen, oder wie beim Flüssigsalzreaktor (siehe Wiki.) keinen festen Kern mehr haben (also keine Brennelemente), somit kann jeder Zeit das hoch radioaktive Reaktor-Inventar in passiv zu kühlende Gefäße ablassen werden (siehe ww.energyfromthorium.com ).

Ein abgeschaltete Kern-Reaktor erzeugt noch Wärme durch die hoch-radioaktiven Spaltprodukte. Das bezeichnet man als Nachzerfalls-Wärme (siehe Wiki de.wikipedia.org/wiki/Nachzerfallswärme ).Um das klar zu stellen, diese Nachzerfalls-Wärme kommt nicht von einer Spaltungs-Kettenreaktion sonder von den Alpha- und Beta-Zerfällen der nuklearen Asche (der Spalt-Produkte).

Unmittelbar nach der Schnellabschaltung beträgt diese Nachzerfalls-Wärme grob etwa 10% der zuletzt gefahrenen Reaktor-Leistung. Nach einem Tag ist diese Nachzerfallswärme auf 0,5%, nach einer Woche auf etwa 0,25%, nach 3 Monaten 0,07% der zuletzt gefahrenen Reaktorleistung gefallen. Bei einem Kern-Reaktor mit etwa 3 GW thermischer Leistung bedeutet das also direkt nach der Schnellabschaltung 300 MW ( = 1,56 MW pro Element) , nach einem Tag 15 MW ( = 78,1 kW pro Element), nach einer Woche 7,5 MW ( = 40 kW pro Element) und nach 3 Monaten 2,1 MW ( = 11 kW pro Element) an Nachzerfalls-Wärme, welche natürlich abgeführt werden muss (aktiv, passiv). Die Nachzerfallswärme sinkt nach diesen 3 Monaten weiter.

Das macht also nach 3 Monaten für ein Brennelement eine Wärme-Leistung von 11 kW. Zum Vergleich, meine Gasetagenheizung macht 20 kW. Früher gab es Heizungs-Systeme die ohne Umlaufpumpe arbeiteten (siehe Wiki de.wikipedia.org/wiki/Schwerkraftheizung ), also passiv. Diese Heizungssysteme haben den unschlagbaren Vorteil, dass sie auch ohne Strom arbeiten. Also warum soll das Abführen der Nachzerfallswärme ein so großes Problem sein, wenn man bereits im 19 Jahrhundert viel größere Wärmeleistungen rein passiv unter Naturkonvektion abführen konnte?

Zur passiven Kühlung in KKW:

Wenn man passiv kühlt ist der einzige Antrieb die Wärmeschichtung im Wasser. Diese Schichtung bestimmt nun die Umlaufgeschwindigkeit. Wenn das Kühlmedium zu träge ist weil z.B. der Reibungswiderstand zu hoch ist, wird die Nachzerfallswärme nicht schnell genug abgeführt und das Kühlmittel überhitzt und fängt an zu sieden. Das hat dann ein Abreißen der Natur-Konvektion zur Folge. Dieser Fall ist beim KKW-Unfall in Three-Mile.Island eingetreten.

Auszug aus dem Wiki-Artikel Kernkraftwerk Three Mile Island: „Ein Kühlmittelverluststörfall bahnte sich an, bei nur langsam fallender Wärmeleistung: eine Stunde nach der Schnellabschaltung immerhin noch ca. 30 MW. Nach fast 80 Minuten langsamen Temperaturanstiegs begannen die Pumpen des Primärkreislaufs aufgrund des steigenden Dampfdrucks zu kavitieren. Die Pumpen wurden abgeschaltet und man glaubte, dass die natürliche Konvektion den Wasserfluss aufrechterhalte. Doch die große Dampfblase im Reaktordruckbehälter blockierte die Konvektion. Nach insgesamt rund 130 Minuten begannen die Brennstäbe trockenzufallen und zu überhitzen."

Natürlich ist ein aktives Kühlen immer besser zu kontrollieren als ein passives. Man kann eben beim aktiven Kühlen an allen Variablen "schrauben". Beim passiven Kühlen sieht es eben etwas komplizierter aus, jedoch ist es bei weitem nicht unmöglich ;-). Man denke nur an die Schwerkraft-Heizungssysteme Anfang des letzten Jahrhunderts (siehe Wiki „Schwerkraftheizung"). Dort gab es keine aktive Wasserumwälzung sondern nur den Ofen im Keller. Die Wärme wurde dann Aufgrund der Wärmeschichtung in den relativ großen Rohren bewegt.

Bei der klassischen Reaktortechnik (heterogener Kern aus Feststoff - Brennelemente) ist das vielleicht in erster Näherung vergleichbar.

Weit besser wäre ein Reaktor aus einer flüssigen Kernzone, wo man unter Schwerkrafteinwikung den flüssigen Kern im Schadensfall einfach in passiv zu kühlende, unterkritische Gefäße ablassen kann. Solche Reaktoren sind z.B. der Flüssigsalzreaktor (schau mal bei Wiki).

Die IAEA hat ein interessantes PDF zur passiven Kühlung der klassischen Reaktoren erstellt. Schau mal unter http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/te_1624_web.pdf .

Weiter schau doch mal im Netz nach „passive cooling nuclear“.
Hier ist besonders der eng

Karl37 · Answer

Ein AKW nach dem Siedewasserprinzip hat keine Vorteile und wird bei Neuanlagen schon lange nicht mehr gebaut.
Der Siedewasser-Reaktor ist ein Einkreissystem, billiger im Bau aber dafür unsicherer bei Notabschaltung. Es kann nämlich zu Dampfblasenbildung an den Stäben und damit zur Wasserstoffbildung kommen.

Der Druckwasser-Reaktor arbeitet mit überkritischen Wasser. Dampfblasen und damit Wasserstoff können daher unter keinen Umständen entstehen. Eine Schnellabschaltung geschieht mit Zugabe von Borsäure, dabei können keine Maschinenräume und anderes Gebäude kontaminiert werden.
Wäre in Fukushima Druckwassereaktoren gewesen, es hätte keine Katastrophe gegeben.

Was sind die Vorteile eines Siedewasserreaktors?

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