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Klimaschutz kann kernenergie einen beitrag leisten

V_Rotary_AKW-Vk2009.0909.ppt

Klimaschutz - kannKernenergieeinen Beitrag leisten

Tel.: (49)  0681/ 302-2737; Fax /302-4676 e-mail: [email protected]@mx.uni-saarland.de(für größere Dateien)

Homepage: http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/

Dr. Gerhard LutherUniversität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie

c/o Technische Physik – Bau E26

D-66041 SaarbrückenEU - Germany


1. Der Problemdruck - Warum müssen wir handeln

Ein Entwicklungsproblem , Ein Energieproblem , Ein Klimaproblem

2. Die Kernenergie in der weltweiten Stromerzeugung

3. Atomkraftwerke (Funktionsweise)

4. Wo punktet die Kernenergie (Strompreis, CO2-frei, kleine Massenströme

5. Vorbehalte zum regulären Weiterbetrieb der AKW

6. Was bringt die Zukunft: Reaktoren der Generation IV (?),

Kernfusion (???)


1.

1. Der Problemdruck - Warum müssen wir handeln

Ein Entwicklungsproblem

Ein Energieproblem (Endlichkeit der Ressourcen; Lieferengpässe : Preise)

Ein Klimaproblem

nur 2 ganz besonders wichtige Bilder zeigen:


Wilfried Endlicher und Friedrich-Wilhelm Gerstengarbe (Hrsg.)Der Klimawandel - Einblicke, Rückblicke und Ausblicke

ISBN 978-3-9811871-0-6

Herausgeber:Potsdam Institut für Klimafolgenforschung e.V.PF 60120314412 Potsdamwww.pik-potsdam.de

Gesamtredaktion und Gestaltung:Humboldt-Universität zu BerlinGeographisches InstitutRudower Chaussee 1612489 Berlinwww.geographie.hu-berlin.de

.

Sehr empfehlenswerte Literatur,

Texte und Vortragsbilder,

frei zugängliches Seminar der Humboldt-Universität Berlin

Link:

http://edoc.hu-berlin.de/miscellanies/klimawandel/


380 (Hrsg.)

360

320

280

240

200

160

600'000

500'000

400'000

300'000

200'000

100'000

0

Heute 380 ppm

2006

CO2-Konzentration (ppm)

1750

Jahre vor heute

Dome Concordia ice core data: Siegenthaler U et al. (2005) Science 310:1313

Vostoc ice core data: Petit JR et al. (1999) Nature 399:429

BQuelle: C.Körner :“Wälder als Kohlenstoffspeicher..“ http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/AKE2006F/Links_AKE2006F.htm#AKE2006F_05


Falling -1 bis -3%/a (Hrsg.)

Im Klartext:

Wir dürfen jetzt keine Zeit mehr verlieren,

sonst lässt sich auch das Ziel 550 ppm CO2equ

nicht mehr erreichen

costs

Quelle: „Stern Report“, Folie 4: http://www.hm-treasury.gov.uk/media/987/6B/Slides_for_Launch.pdf


Was tun (Hrsg.)


Ansatzpunkte zur Wende (Hrsg.)

  • 1.CO2-freie Energiequellen

  • Erneuerbare Energien ( RE =Renewable Energies)

  • Wasserkraft, Wind, Biomasse, Sonne (thermisch, Strom)

  • Kernenergie( Generation IV) ; Kernfusion?

  • Geothermie (Oberflächennah, Tiefe Geothermie)

  • 2. CO2 Sequester und GeoEngineering

  • CCS= Carbon Capture & Storage: in geologischen Schichten, im Meer?

  • ? Eisendüngung zum Algenwachstum, Aufforsten

  • ? Sulfat in die Stratoposhäre

  • 3. Rationelle Energieverwendung (2000 W –Gesellschaft)

  • Gleiche Energiedienstleistung mit geringerem Energieeinsatz

  • Höhere Wirkungsgrade bei Kraftwerken, Motoren etc.

  • Gebäude isolieren, Passivhaus

  • 4. Verhaltensänderung

  • Leben mit weniger Energiedienstleistungen, aus Knappheit oder Bescheidenheit

  • Ernährung: „Weniger Fleisch“


2. (Hrsg.)

Die Kernenergie in der weltweiten Stromerzeugung


Strombedarf 2005 und 2030 und seine Erzeugung (Hrsg.)

Speicher:VGB2008_Zahlen-undFakten-zuirStromerzeugung_28ppt.pdf

Quelle: VGB Powertec 2009: Zahlen und Fakten zur Stromerzeugung 2008; http://www.vgb.org/daten_stromerzeugung.html




3. Stromerzeugung 2008

Atomkraftwerke


Es gibt Stromerzeugung 2008drei Atomkerne, die man zur Energieerzeugung spalten kann:

Uran 235(0,7% Anteil im Natururan)

Plutonium 239 ( erbrütbar aus Uran 238 (99% Anteil)

Uran 233 ( erbrütbar aus Thorium)



Dampfkraftwerk mit Kernenergie „Druckwasser-Reaktor

„nur“ rund 300 °C und 150 bar

I- Wärmeerzeugung-I

Quelle:Halliday e.a.: „Physik“, Wiley ,Weinheim , ISBN 3-527-40366-32003, p. 1300, Abb.44-5


4. Kernenergie „

Wo punktet die Kernenergie:

1. Strompreis

2. CO2 – frei

3. kleine Massen („heimische Bevorratung“)


1 wirtschaftlichkeit kosteng nstige stromerzeugung
1. Wirtschaftlichkeit Kernenergie „Kostengünstige Stromerzeugung

Quelle: R.Tarjanne&A.Kivistö, 2008

Lappeenranta University of Technology

- - S.18


2 klimaschutz spezifische emissionen im vergleich
2. Klimaschutz Kernenergie „Spezifische Emissionen im Vergleich

Referenzwert IER Stuttgart

840

1230

Braunkohle

Quellen: DAtF, IER, UBA, Kearney, PSI, Öko-Institut

750

1080

Steinkohle

550

950

Erdöl

400

640

Erdgas

80

220

Photovoltaik

10 - 40

Wind

4 - 35

Wasser

5 - 35

Kernenergie

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

g (CO2-äq.)/kWh

- - S.19


Co 2 vermeidung weltweit
CO Kernenergie „2-Vermeidung weltweit

Gas; 3.427 TWh (20 %)

Öl; 1.172 TWh (7 %)

Kernenergie; 2.745 TWh (16 %)

Wasserkraft; 2.815 TWh (16 %)

Kohle; 7.012 TWh (40 %)

Biomasse/Abfall 175 TWh

Geothermie, Sonne,

Wind, Meeresenergie 140 TWh

Kernenergie weltweit:

50 %der CO2-freienStromerzeugung

16 %der Stromerzeugung

6,5 %der Primärenergie

Erneuerbare Energien in Zahlen – nationale und internationale Entwicklung Bundesumweltministerium 2007

BQuelle: Areva


Kernkraftwerke vermeiden bereits heute Kernenergie „

weltweit jedes Jahr rund 2,5[Gt] CO2

bei einem globalen Gesamtausstoß von

rund 11 [Gt ] CO2 aus der Stromerzeugung.

Quelle: Dr. Walter Hohlefelder, Präsident des Deutschen Atomforums e. V.

Jahrestagung Kerntechnik, 12.- 14. Mai 2009, Dresden

http://kernenergie.de/r2/documentpool/de/Unsere_Position/Reden/ansprache_drhohlefelder_jk2009.pdf


CO2 Mehremission Kernenergie „bei vorzeitigen Atomausstieg in Deutschland

  • 160 Mt/a CO2 ersparten die AKW‘s 2004im Vergleich zur „historischen Alternative“=„hätte man seinerzeit Kohlekraftwerke statt AkW‘s gebaut und damit den gleichen Stom produziert“)

  • 112 Mt/a CO2 Mehremission bei Ersatz durch StromMix mit 40%Gasanteil

Der vorzeitige Atomausstieg kostet uns 10% -Punkte CO2-Einsparung

Wenn sich mit dem amtlichen Szenario bei Priorität AtomAusstieg

40 % weniger CO2 in 2020 zu 1990 verwirklichen lässt,

dann lässt sich bei Abkehr von dieser Priorität

auch ein 50+% CO2-Einsparziel bis 2020 erreichen.

Quelle: DPG-Studie 2005


3 versorgungssicherheit gro e uranvorkommen ressourcenschonung
3. Versorgungssicherheit Kernenergie „Große Uranvorkommen, Ressourcenschonung

Betrachtung ohne Wiederaufarbeitung, die Reichweiten noch weiter vergrößert

Quelle: BGR, Kurzstudie Reserven, Ressourcen und Verfügbarkeit von Energierohstoffen 2007


5. Kernenergie „

Vorbehalte zum regulären Weiterbetrieb der AKW

1. Reaktorsicherheit

„keine Verschlechterung, da innerhalb der technischen Lebensdauer“

kerntechnische Kompetenz muss bewahrt werden

2. Entsorgung

Hochaktive Abfälle proportional zu den Betriebsjahren

Beim Rückbau anfallende Abfallmengen bleiben gleich

3. Uranvorräte

noch unkritisch

4. Proliferation

die hohen gesetzlichen und politischen Barrieren in der BRD

werden nicht tangiert .


Zur Sicherheit in AKW Kernenergie „


Grundelemente des sicherheitskonzepts
Grundelemente des Sicherheitskonzepts Kernenergie „

  • Isolation der radioaktiven Stoffe gegenüber der Umwelt durch ein System von mehreren umschließenden Barrieren → Barrierenkonzept

  • Gewährleistung der ausreichenden Integrität und Funktion der Barrieren bei allen zu unterstellenden Zuständen und Ereignissen durch ein System gestaffelter Maßnahmen → Konzept der Sicherheitsebenen

  • Konstruktion des Reaktorkerns derart, dass die Energie-erzeugung durch die Kettenreaktion ein selbststabilisie-rendes Verhalten aufweist → inhärente Stabilität

  • Technische Lösungen für Sicherheitseinrichtungen, die auch bei unterstellten Fehlern (technischem oder menschlichem Versagen) den Schutz von Barrieren gewährleisten → Auslegungsprinzipien für Sicherheitseinrichtungen

Quelle: AREVA Waas 2006


Barrierenkonzept
Barrierenkonzept Kernenergie „

Einschluss der radioaktiven Stoffe durch

  • Brennstoffkeramik

  • Brennstabhüllrohre

  • druckdichtes Reaktorkühlsystem

  • Sicherheitsbehälter

  • den Sicherheitsbehälter umgebende Stahlbetonstruktur

    Wirkung:

  • Wird die Zerstörung der ersten Barrieren (Kristallgitter in der Keramik des Brennstoffs, Brennstabhüllrohre) verhindert, ist Freisetzung von radioaktiven Stoffen in gefährlichem Umfang physikalisch unmöglich.Zerstörung aber nur möglich, wenn Reaktorkern stark überhitzt wird. Vereinfacht: Reaktorkern mit Wasser bedeckt/gekühlt, → keine Freisetzung von gefährdenden Mengen radioaktiver Stoffe in die Umgebung

  • Weitere Barrieren im realisierten Barrierensystem → keine gefährdende Freisetzung, selbst wenn die ersten Barrieren weitgehend unwirksam geworden sind.

Quelle: AREVA Waas 2006


Gestaffelte sicherheitsebenen
Gestaffelte Sicherheitsebenen Kernenergie „

Grundgedanke:

  • Maßnahmen auf einer Ebene, um Fehler und Ausfällemindestens unwahrscheinlich zu machen.

  • Weitere Maßnahmen auf der nächsten Ebene, um dennochunterstellte („postulierte“) Fehler und Ausfälle zu beherrschen.

Quelle: AREVA Waas 2006


Das sicherheitskonzept deutscher anlagen international richtungweisend

Weitere Details: Kernenergie „

siehe diesen Vortrag

von Ulrich Waas

Das Sicherheitskonzept deutscher Anlagen – international richtungweisend

Ulrich Waas

AREVA NP GmbH, NRA1-G

Aachen, 2006.05.17



The International Kernenergie „ Nuclear Event Scale

(INES)

User’s Manual, 2001 Edition

Quelle:http://www-news.iaea.org/news/inesmanual/INES2001.pdf Speicher: IAEA2001_INES-UserManual_102p.pdf


Systematik der internationalen Bewertungsskala Kernenergie „

(INES) :

Deutschland:

In den letzten 15 Jahre  

wurden 2198 Ereignisse gemeldet, davon  lagen3 Ereignisse bei Stufe 2  (Störfall) ->

2 %bei Stufe 1 (Störung)

und 98 % bei Stufe 0 .

Quelle: Ludwig Lindner, www.buerger-fuer-technik.de

Quelle: http://www.bfs.de/kerntechnik/ereignisse/ines.html


Quelle: Kernenergie „http://www.bfs.de/kerntechnik/ereignisse/ines.html , eigene Formatierung


Quelle: Kernenergie „http://www.bfs.de/kerntechnik/ereignisse/ines.html


Zur Endlagerung Kernenergie „


Die Kernenergie „vom radioaktivemAbfall, wie er im Verlauf eines Jahrs in einem typischen Kernkraftwerk anfällt,

freigesetzte thermische Energie als Funktion der Zeit. Die Kurve ist die Summe der Beiträge einer großen Anzahl von Radionukliden mit einer ebenso großen Streuung der Halbwertszeiten.

Man beachte, dass beide Skalen logarithmisch sind.

Quelle:Halliday e.a.: „Physik“, Wiley ,Weinheim , ISBN 3-527-40366-32003, p. 1301, Abb.44-6


5. Kernenergie „

Weitere Entwicklung

Reaktoren der Generation IV

Kernfusion (???)


Link zum Original im AKE-Archiv Kernenergie „

Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005


Link zum Original im AKE-Archiv Kernenergie „

Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005


Link zum Original im AKE-Archiv Kernenergie „

Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005


Kernfusion Kernenergie „:

kurz vor der Zündung


n Kernenergie „

(14,6 MeV)

He

(3,6 MeV)

D

T

Prinzip der Fusion

* bei hinreichend kleinen Abständen zwischen dem Deuterium und

dem Tritium Kern kommt es zu Fusionsreaktionen

* in einem heißen Plasma (100-200 Mio °) werden bei Stößen

diese Abstände „regelmäßig“ erreicht

* bei einer ausreichenden Isolierung kann das Plasma seine hohe

Temperatur allein durch die Heizenergie der a-Teilchen

aufrecht erhalten


Das Lawson Kriterium: Tripelprodukt Kernenergie „

Zur Zündung müssen :

ausreichend viele Teilchen [Plasmadichte n ]oft [Energieeinschlusszeit E ]

und heftig genug [Temperatur T ]

miteinander zusammenstoßen.

Zündkriterium (Lawson):n *E * T >= 6* 1016 [cm-3 s MK ]

Praktische Zündbedingungen:

Plasmadichte ca. 1014 Teilchen pro cm3Energieeinschlusszeit 1- 2 [s]Plasmatemperatur 100-200 [M K]

Quelle:Milch,I.:“Die Sonne auf die Erde holen“, PhiuZ 26 (1995),Heft 2,p.69-74; p7; und IPP 1995; Kernfusion- berichte aus der Forschung; p.9; IPP_Kernfusion1995.ppt


Progress

MAST Kernenergie „

Progress

  • Huge strides in physics, engineering, technology

  • JET: 16 MW of fusion power ~ equal to heating power.

  • Ready to build a Giga Watt-scale tokamak:ITER – expected to produce 10 x power needed to heat the plasma

  • [Pi =pressure in plasma;

  • τE = (energy in plasma)/(power supplied to keep it hot)]

  • Quelle: Chris Llewellyn Smith :The Path to Fusion Power, AKE2008F-Heraeus,http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/AKE2008F-Heraeus/Vortraege/AKE2008F_E9_LlewellynSmith_Path-toFusionPower.ppt


    ITER Kernenergie „

    • Aim - demonstrate integrated physics and engineering on the scale of a power station

    • Key ITER technologies fabricated and tested by industry

    • 5 Billion Euro construction cost (will be at Cadarache in southern France)

    • Partners house over half the world’s population


    Schlussbemerkung Kernenergie „


    Bilanz: Kernenergie „

    Klimawandel , Bevölkerungswachstum, Peak Oil :

    Engpass bei Energiequellen, insbsondere

    bei Erschließung von CO2- freien Energiequellen

    Einsatz an allen Fronten:

    Erneuerbare Energien,

    rationelle Energieanwendung

    CCS(Carbon Capture and Storage)

    Kernenergie vorerst beibehalten


    • Germany Kernenergie „ (world polluting rank 33) has a 63% higher per capita CO2 emission than France(world rank 66)

    • France in first-order discards fossile-fueled systems for electricity production

      • Nuclear Power 78%, Hydro 13%

    • The electricity prize for a private household ...... (6,6 cts/kWh – 10,8 cts/kWh taxes included)

    Strompreis in BRD: glatt doppelt so teuer

    well….

    Zitat aus dem Vortrag eines französischen Kollegen , Alex Mueller, CNRS, Paris:

    • as a physicist I try to use only "hard" numbers

      • But of course some rely on assumptions

  • as "citoyen" I am of course influenced by my own environment

    • Germany (world polluting rank 33) has a 63% higher per capita CO2 emission than France (world rank 66)

    • France in first-order discards fossile-fueled systems for electricity production

      • Nuclear Power 78%, Hydro 13%

    • The electricity prize for a private household depends of course of the installed power, type of abonnement (0.066 cts/kWh – 0.108 cts/kWh taxes included)

    • France constructs a new nuclear powerplant (3rd generation EPR) at Flamanville

    • France has a law that forces the research organisations to work on nuclear waste management

    • France spents 0.3 G€/y on natural Uranium, but for roughly the same energy 46 G€/y on fossile fuel in 2006, possibly 100 G€ in 2008

  • Energy Supply and Climate Change,Bad Honnef, Germany, May 26-29 2008

    UrQuelle: AKE2008F_Heraeus


    Reste Kernenergie „


    Ansatzpunkte zur Wende Kernenergie „

    • 1.CO2-freie Energiequellen

    • Erneuerbare Energien ( RE =Renewable Energies)

    • Wasserkraft, Wind, Biomasse, Sonne (thermisch, Strom)

    • Kernenergie( Generation IV) ; Kernfusion?

    • Geothermie (Oberflächennah, Tiefe Geothermie)

    • 2. CO2 Sequester und GeoEngineering

    • CCS= Carbon Capture & Storage: in geologischen Schichten, im Meer?

    • ? Eisendüngung zum Algenwachstum, Aufforsten

    • ? Sulfat in die Stratoposhäre

    • 3. Rationelle Energieverwendung (2000 W –Gesellschaft)

    • Gleiche Energiedienstleistung mit geringerem Energieeinsatz

    • Höhere Wirkungsgrade bei Kraftwerken, Motoren etc.

    • Gebäude isolieren, Passivhaus

    • 4. Verhaltensänderung

    • Leben mit weniger Energiedienstleistungen, aus Knappheit oder Bescheidenheit

    • Ernährung: „Weniger Fleisch“


    380 Kernenergie „

    360

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    280

    240

    200

    160

    600'000

    500'000

    400'000

    300'000

    200'000

    100'000

    0

    Heute 380 ppm

    Erdgeschichtliche

    CO2-Konzentrationen

    2006

    CO2-Konzentration (ppm)

    1750

    Jahre vor heute

    Dome Concordia ice core data: Siegenthaler U et al. (2005) Science 310:1313

    Vostoc ice core data: Petit JR et al. (1999) Nature 399:429

    BQuelle: C.Körner :“Wälder als Kohlenstoffspeicher..“ http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/AKE2006F/Links_AKE2006F.htm#AKE2006F_05


    Wenn Kernenergie „ sich mit dem amtlichen Szenario bei Priorität AtomAusstieg

    40 % weniger CO2 in 2020 verwirklichen lässt,

    dann lässt sich bei Abkehr von dieser Priorität

    auch ein 50+% CO2-Einsparziel bis 2020 erreichen.


    ad