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Kernkraftwerk 23
Betrieb
Betriebsweise
Bei Kernkraftwerken ist die Investition in den Bau hoch; die Kosten im laufenden Betrieb sind vergleichsweise
niedrig. Aus diesem Grund ist es betriebswirtschaftlich vorteilhaft, sie möglichst durchgehend mit Maximalleistung
als Grundlastkraftwerke zu betreiben. Da aber die Anforderungen an die Flexibilität der Stromnetze zugenommen
haben, nicht zuletzt durch den Ausbau der regenerativen Energien, beteiligen sich Kernkraftwerke mehr als früher an
der Lastregelung. Dies tun sie auch deshalb, weil je nach Strompreis an der Strombörse dieser zu manchen Tages-
und Jahreszeiten null beträgt und ein Stromlieferant sogar Netzdurchleitungsentgelte zahlen muss (sein "Erlös" also
sogar negativ ist).
Ein Lastwechsel kann in einem Bereich von 50 % bis 100 % der Nennleistung im Normalbetrieb mit
Geschwindigkeiten von ca. 4 bis 5 Prozent der Nennleistung pro Minute vorgenommen werden. Die Primärregelung
der Leistung übernimmt die Frequenzregelung des Generators. Eine stärkere Leistungsreduktion über
Dampfparameter kann zu lokaler Überhitzung von Brennelementen mit Materialversprödung oder Rissbildung
führen. Eine Leistungsreduktion durch Steuerstäbe kann zu einem ungleichmäßigen Abbrand der Brennelemente
führen, was verschiedene Reaktorkernparameter verändern würde. Um damit einhergehende technische Risiken zu
minimieren, müssten Wartungsintervalle verkürzt werden. Dies würde wiederum die Betriebskosten erhöhen,
weshalb die Betreiber eine stärkere Drosselung der Leistung möglichst vermeiden.
Im Jahr 2009 waren die deutschen Kernkraftwerke – Revisionsstillstände und technische Betriebsstörungen
mitgerechnet – im Schnitt zu rund 73% zeitverfügbar und zu rund 74% arbeitsverfügbar. [14] Die tägliche
Stromerzeugung schwankt stärker, aufgrund von Revisionsstillständen und Betriebsstörungen. Sie wurde im
Jahresverlauf 2009 in Deutschland aus rund 53 % bis 89 % der installierten Nennleistung [15] gewonnen.
Beispiele für reinen Grundlastbetrieb sind die KKW Biblis B, Neckarwestheim II, Grafenrheinfeld und Emsland, die
außerhalb der Revisionen fast durchgehend unter Volllast betrieben wurden. [16] Beispiele für Betrieb nach
Lastanforderung sind die KKW Brokdorf und Grohnde. [16]
Brennstoff
Als Kernbrennstoff wird in den meisten heute betriebenen Kernkraftwerken angereichertes Uran (Anteil des Isotops
235 U ca. 3 bis 4 %) eingesetzt. Jedes Brennelement bleibt üblicherweise drei Jahre im Reaktor; jährlich wird das
älteste Drittel der Brennelemente ausgetauscht, weil der Gehalt an 235 U zu weit gesunken und andererseits ein
Gehalt an neutronenabsorbierenden Spaltprodukten aufgebaut ist. Durch Neutroneneinfang ist außerdem ein Teil des
nicht spaltbaren Uranisotops 238 U in Plutonium umgewandelt worden, und zwar hauptsächlich in 239 Pu, in
geringerer Menge auch 240 Pu.
Dieses Plutonium eignet sich als Kernbrennstoff. Durch seine Nutzung lässt sich die Energiemenge, die sich aus
einem Kilogramm Natururan gewinnen lässt, erheblich steigern. Zur Nutzung des Plutoniums müssen die
Brennelemente eine Wiederaufarbeitung durchlaufen, bei der die Spaltprodukte und das noch nicht verbrauchte Uran
abgetrennt werden. Es gibt weltweit, auch in Deutschland, viele Kraftwerke mit einer Nutzungslizenz für
MOX-Brennelemente. Mischoxid (MOX) ist ein Gemisch aus Uranoxid und Plutoniumoxid. Die Verwendung von
höheren Plutoniumanteilen im MOX ist wegen der Möglichkeiten zur Proliferation und den höheren
Sicherheitsanforderungen an einen mit Plutonium betriebenen Reaktor umstritten. [17]
Ohne Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente kann ein Kernkraftwerk aus einem Kilogramm Natur-Uran je
nach eingesetztem Reaktortyp und Brennstoffkreislauf etwa 36–56 MWh Strom erzeugen. Zusammengenommen
haben die rund 439 Kernreaktorblöcke, die es weltweit in 31 Ländern gibt, die Kapazität zur Bereitstellung von etwa
370 Gigawatt elektrischer Leistung, woraus rund 15 % der Gesamtmenge weltweit erzeugten Stroms gewonnen
werden. [18] Hierbei fallen pro Jahr rund 12.000 Tonnen radioaktiver Abfall an, welcher mit Plutonium kontaminiert
ist. [18]