In Kürze:
- In mehreren Ländern in Europa mussten Kernkraftwerke ihre Leistung herunterfahren.
- Als Grund werden Erwärmung von Flüssen und Niedrigwasser aufgrund sommerlicher Temperaturen genannt.
- Auch andere Kraftwerksarten arbeiten mit Dampfturbinen und benötigen Kühlung, sind aber viel seltener von Drosselungen betroffen.
- Entscheidend sind der Aufbau des Kühlsystems und unterschiedliche Regularien.
- Die letzte hitzebedingte Drosselung eines Großkraftwerks in Deutschland geschah 2018.
Frankreich, Ungarn und Rumänien: Zuletzt kursierten mehrere Meldungen über Kernkraftwerke in Europa, die aufgrund der sommerlichen Wetterbedingungen ihre Leistung teilweise oder komplett herunterfahren mussten. Entweder sind die Flüsse, aus denen sie Kühlwasser beziehen und zurückführen, zu warm oder die Pegelstände zu niedrig.
Doch nicht nur diesen Sommer sorgen Ausfälle reihenweise für Schlagzeilen. Das wiederholt sich praktisch jeden Sommer, wobei fast immer dieselben Kernkraftwerke betroffen – und nicht ausschließlich nukleare Anlagen. Die meisten können unbeeindruckt von jeder Hitze einfach weiterlaufen und decken einen erheblichen Anteil der Stromversorgung der Bevölkerung ab.
Drosselungen auch bei anderen Kraftwerksarten
Die Stromerzeugung in nahezu allen Großkraftwerken funktioniert nach demselben Prinzip: Ein Brennstoff liefert Wärme, die erzeugt starkt erhitzten Wasserdampf, der eine Turbine antreibt. Ein Teil der Wärme kann dabei nicht in Strom umgewandelt und muss anderweitig abgeführt werden. Dafür ist eine Kühlung notwendig.
Aufgrund dessen könnte man annehmen, dass Gas-, Öl- oder Kohlekraftwerke und Müllverbrennungsanlagen ebenfalls von den Auswirkungen hoher Temperaturen betroffen sein müssten. Im Falle von Niedrigwasser kann unter Umständen auch ein Wasserkraftwerk eine Drosselung erfahren. All diese Ausfälle existieren. Sie sind aufgrund geringerer medialer Berichterstattung jedoch weitaus weniger bekannt.
In Frankreich musste beispielsweise der Energiekonzern EDF Mitte Juni dieses Jahres aufgrund hoher Wassertemperaturen im Mittelmeer ein Gaskraftwerk an der Küste vollständig abschalten. Der Zugang zu Kühlwasser war eingeschränkt. Die Anlage kühlt sich im Betrieb mit dem Meerwasser ab. Auch im Jahr 2022 mussten in Frankreich Gaskraftwerke aufgrund hoher Temperaturen abschalten.
Ein möglicher Grund, dass Berichte über gedrosselte Kernreaktoren dennoch deutlich dominieren, liegt in ihrer höheren Leistung. Fallen sie aus, bedeutet das eine größere Lücke in der Stromversorgung.
Höhere Temperaturen in anderen Ländern
Dass in Frankreich, Ungarn und Rumänien aktuell die Anlagen stillstehen müssen und deutsche Kraftwerke nicht, liegt primär an den unterschiedlichen Temperaturen. Die Wassertemperaturen der deutschen Flüsse sind derzeit etwas niedriger als die in den südlicher gelegenen EU-Ländern.
Die Rhein-Temperaturen im rheinland-pfälzischen Koblenz betragen aktuell rund 26 Grad Celsius. Ähnlich warm war auch die französische Rhone. Im Juli kletterte die Temperatur auf 25 Grad. Die Donau erreichte in Ungarn sowie in Rumänien bis zu 28 Grad.
Hinzu kommt, dass die Länder unterschiedliche Temperaturgrenzwerte für die Wassereinleitung des Kühlwassers in den Fluss vorschreiben. Während dieser in Frankreich meist bei rund 28 Grad liegt, dürfen Kraftwerke in Deutschland bis 30 Grad, in Ausnahmefällen sogar bei bis zu 33 Grad, noch Wasser einleiten. In Ungarn beträgt diese Temperaturgrenze ebenfalls 30 Grad, in Rumänien maximal 35 Grad.
Aus rein technischer Sicht ist auch wärmeres Flusswasser zur Kraftwerkskühlung geeignet. Die Grenzen sind damit vor allem regulatorischer Natur, vielfach mit der Begrünung des Schutzes von Fluss und Natur.
Bauweise ist entscheidend
Relevant ist zudem die Ausstattung und der Aufbau des Kühlsystems eines Kraftwerks – unter anderem also, ob es einen Kühlturm besitzt oder nicht. Denn abgesehen vom namensgebenden Brennstoff bestehen hierbei große Unterschiede zwischen verschiedenen Kraftwerken.
In jedem Fall, egal ob der Brennstoff Kohle, Gas, Müll oder ein Uran-Brennstab ist, führen ein Kondensator und Kühlwasserkreislauf nach der Turbine die Abwärme im Maschinenhaus über einen Wärmetauscher ab. Hierbei ist zwischen zwei Systemen zu unterscheiden: mit und (fast) ohne direkte Fluss- oder Meerwasserzufuhr.
Schematischer Aufbau eines Kernkraftwerks mit Druckwasserreaktor. Sichtbar ist der Primärkreis im Reaktorgebäude, der Sekundärkreis ins Maschinenhaus und der Tertiärkreis für das Kühlwasser mit Fluss und/oder Kühlturm.
Foto: San Jose, Niabot, CC BY 3.0
1. Kühlung mit Fluss- oder Meerwasser
Ist ein Fluss oder das Meer Teil des Kühlwasserkreislaufs, spricht man von der sogenannten Durchlaufkühlung oder Frischwasserkühlung. Dazu wird Wasser aus einem nahegelegenen, ausreichend großen Fluss entnommen. Dieses fließt durch den Kondensator an der Turbine und nimmt die dortige Wärmeenergie auf. Das erwärmte Wasser fließt anschließend zurück in den Fluss oder ins Meer. Diese Rückleitung
Dieses Kühlsystem ist günstig und bietet eine hohe Effizienz. Das Kühlsystem gibt dabei praktisch die komplette Abwärme an das Gewässer ab. Dafür muss der Wasserquelle viel Wasser entnommen werden.
Der Wasserbedarf für die Durchlaufkühlung ist enorm. So muss bei einer Aufwärmspanne von etwa 10 Grad Celsius mit einem Kühlwasserbedarf von etwa 35 Kubikmeter pro Sekunde (m³/s) für eine Anlage mit 1.000 MW installierter elektrischer Leistung gerechnet werden.
Zum Schutz der Gewässer und ihrer Tiere können sowohl die Entnahmemenge als auch die Temperatur des zurückgeleiteten Wasser Einschränkungen unterliegen. Diese führten jüngst zur Abschaltung vieler Kraftwerke.
2. Kühlung (fast) ohne Fluss- oder Meerwasser
Kraftwerke, die das Kühlwasser nicht in den Fluss oder das Meer zurückleiten, müssen praktisch keine Abschaltung aufgrund von festgelegten Temperaturgrenzen befürchten. Statt in ein Gewässer führt etwa der Kühlkreislauf des Kernkraftwerks Gösgen-Däniken in der Schweiz die Kondensationswärme in die Atmosphäre ab. Das geschieht über einen Kühlturm in einem teilweise geschlossene Wasserkreislauf.
Auch hierbei nehmen Kondensator und Wärmetauscher die Abwärme aus dem Maschinenhaus auf. Über Leitungen gelangt das auf rund 40 Grad Celsius erwärmte Wasser vom Kondensator zum Kühlturm. Dort versprühen mehrere Düsen, die über den gesamten Durchmesser des Kühlturms in wenigen Metern Höhe angebracht sind, das Wasser.
Am Sockel des Kühlturms gelangt kühlere Umgebungsluft hinein, die im Inneren des Turms aufsteigt. Höhe und Form des Turms sorgen für einen natürlichen Kaminzug. Das über die Düsen versprühte Wasser gibt Wärme an die Umgebungsluft ab. Während es in ein Auffangbecken fällt, kühlt es sich auf rund 26 Grad ab. Dabei verdunstet ein Teil des Wassers.
Im Auffangbecken dieses – meist aus einem nahegelegenen Fluss – ersetzt. Hierfür erforderlich sind etwa 0,4 bis 1 m³/s und damit nur ein Bruchteil dessen, wie bei der oben erwähnten Durchlaufkühlung.
Der entscheidende Nachteile beim Kühlkreislauf mit Kühlturm ist: Der Wirkungsgrad ist geringer und das Kraftwerk erzeugt sichtbare Schwaden aus Wasserdampf.
Aktuell keine Abschaltung in Deutschland
In der Bundesrepublik gab es in diesem Jahr noch kein Kraftwerk, das aufgrund hoher Temperaturen seine Leistung drosseln musste. Zuletzt ereignete sich hierzulande im Jahr 2018 eine nennenswerte Drosselung eines Kraftwerks wegen Hitze und Kühlwasserproblemen. Das betraf das Steinkohlekraftwerk Bergkamen. Die damalige Hitzewelle erwärmte die Flüsse zu sehr, sodass die Temperatur des zum Fluss zurückgeführten Kühlwassers den gesetzlichen Grenzwert zu überschreiten drohte.
Im selben Zeitraum drosselte auch das inzwischen stillgelegte Kernkraftwerk Philippsburg in Baden-Württemberg aus gleichem Grund seine Leistung. Die Reduzierung war jedoch nur geringfügig: Block zwei lieferte zeitweise lediglich bis zu zehn Prozent weniger.
Drosselt ein Kernkraftwerk seine Leistung, sinkt auch der Kühlbedarf. Allerdings hat ein Kernkraftwerk auch dann noch einen gewissen Rest-Kühlbedarf, wenn keine Leistung mehr von ihm abverlangt wird. Das liegt an den Brennstäben.
Generell hatten die deutschen Kernkraftwerke insgesamt deutlich weniger hitzebedingte Ausfälle und Drosselungen als viele Meiler im Ausland. Besonders die Reaktoren in Frankreich waren in den vergangenen Jahrzehnten von Hitzewellen betroffen. Das liegt vor allem daran, dass viele französische Kernkraftwerke an Binnenflussstandorten befinden und ohne Kühlturm operieren. Sie arbeiten, ebenso wie die weitestgehend oder komplett gedrosselten Kernkraftwerke in Ungarn und Rumänien, ausschließlich mit Frischwasserkühlung.
Wie können künftig KKW-Abschaltungen vermieden werden?
Technisch wäre es daher durchaus möglich, hitzebedingte Abschaltungen von Kern- und anderen Kraftwerken zu reduzieren oder ganz zu vermeiden.
Dazu müssten besonders bei den aktuell betroffenen Kernkraftwerken Paks in Ungarn, Cernavoda in Rumänien und anderen kritischen Anlagen die Kühlwassersysteme der Anlagen um Kühltürme erweitert werden. Somit müsste kein erwärmtes Wasser mehr in die nahegelegenen Flüsse eingeleitet und erheblich weniger Wasser entnommen werden.
Auch Mischformen sind möglich, wie das KKW Golfech in Frankreich zeigt. Es verfügt über Kühltürme, dennoch fleißt ein Teil des Abwassers leicht erwärmt in die Garonne zurück.
