Inhalt (gekürzt)
- Vorbemerkung
- Die Kernenergie als klimaneutrale Energie
- Weltweite Nutzung konventioneller Kernenergie
- Innovationstreiber SMR
- USA
- Europa
- Weltweite Prognosen
- Technik der SMR
- Konventionelle SMR
- Technologie fortschrittlicher (advanced) SMR-Konzepte
- Neue Einsatzbereiche von SMR
- Weitere Aspekte
- SMR-Nutzung in verschiedenen Regionen
- Kosten von SMR
- Quellen
- Abkürzungsverzeichnis
- Anhang: SMR Projekte weltweit
Vorbemerkung
Im Rahmen der Dekarbonisierung des gesamten Energieverbrauchs Deutschlands werden Verbrennungsprozesse zur Erzeugung von Gebäudewärme und industrieller wie gewerblicher Prozesswärme durch Verfahren abgelöst, die den Einsatz elektrischer Energie erfordern.
Unter Berücksichtigung aller Wirkungsgradverbesserungen, die durch den Einsatz von Umgebungswärme aus Luft, Wasser und Boden entstehen, sowie der Nutzung der industriellen Abwärme ergibt sich eine Verdreifachung des Strombedarfs auf ca. 1.500 TWh jährlich bis 2045, falls der Endverbrauch von Energie über diesen Zeitraum stabil bleiben sollte. Tatsächlich muss davon ausgegangen werden, dass ein Teil des produzierenden Gewerbes und der Industrie entweder die Produktion aufgibt oder diese ins Ausland verlagert. Weiterhin werden voraussichtlich nicht alle Prozesse dekarbonisiert werden. Aus diesem Grund wird mit einem zukünftigen Strombedarf von nur 800 bis 1.000 TWh gerechnet, was etwa das Doppelte des Betrags in 2025 sein wird.
Denkt man an den zukünftigen Bedarf für Anwendungen der Künstlichen Intelligenz (KI), so stellt die Verdoppelung des Strombedarfs eine untere Grenze dar.
Die elektrische Energie muss zuverlässig verfügbar sein. Das bedeutet, dass die Tagesgänge der Photovoltaik und die saisonalen Profile von Photovoltaik und Windenergie durch Speicher ausgeglichen werden müssen, die über eine bislang nie dagewesene Kapazität verfügen müssen. Pumpspeicherkraftwerke, Druckluftspeicher, Wasserstoffspeicher und Batterien stehen heute bereits im bislang deutlich zu kleinen Maßstab zur Verfügung. Ob sie in dem erforderlichen Maße ausgebaut werden können, wird stark bezweifelt. Wirkungsgradverluste und Investitionskosten sprechen deutlich dagegen.
Eine andere vorstellbare Lösung ist der überregionale Austausch von Strom mit den Nachbarländern. Aber auch hier muss man sich fragen, warum diese für den Winter, in dem der Energiebedarf besonders hoch und die Lieferfähigkeit der Photovoltaik besonders niedrig ist, steuerbare Kapazitäten für Deutschland errichten sollen, die nur wenige Monate im Jahr benötigt werden.
Insofern liegt es nahe, sich Gedanken über eine eigene Aufstellung steuerbarer Erzeugungskapazität zu machen. Diese sollte aufgrund des Potenzials an Wärmeauskopplung für Fernwärmesysteme und Prozessdampflieferung nahe an den Verbrauchern errichtet werden. Sie sollte nicht auf Verbrennungsprozessen kohlenstoffhaltiger Primärenergie beruhen oder aber mit Verfahren ausgestattet sein, das CO2 der Abgase durch Speicherung (CCS) oder Nutzung (CCU) des „gefangenen“ Kohlenstoffs (CC) nicht in die Atmosphäre gelangen zu lassen. Schließlich sollte die jeweilige Kapazität aufgrund der Vorteile dezentraler und damit netzdienlicher Energieversorgung an den Bedarf im jeweiligen Umfeld angepasst sein. Die eingesetzte Technologie sollte keine negativen Umweltauswirkungen auslösen – insbesondere keine Gefahren bzgl. der Freisetzung von gefährlichen Stoffen bergen, noch Entsorgungsaufgaben hervorrufen, die Generationen von Nachkommen mit der sicheren Lagerung belasten.
Mit dem Ziel, alle diese Anforderungen zu erfüllen, wurden weltweit eine größere Anzahl von Projekten zur Entwicklung von kleinen modularen Kernreaktoren – Small Modular Reactors (SMR) – initiiert. Der vorliegende Bericht hat sich zum Ziel gesetzt, die wesentlichen Informationen zu diesen Projekten darzulegen und die wichtigsten Eigenschaften bekannt zu geben.
Bei dieser Arbeit erfolgte eine starke Orientierung an den Veröffentlichungen der Internationalen Energieagentur (IEA) (2) sowie der Internationalen Agentur für Kernenergie (IAEA) (5). Insbesondere wurden mehrere Aussagen sowie Grafiken nach Überprüfung des Inhalts 1:1 übernommen.
Des Weiteren werden im vorliegenden Bericht die technischen Grundlagen, die speziellen Ausführungen und die potentiellen Anwendungen von SMR beschrieben.
Global Energy Solutions hat bereits als Teil der Basisdokumentation des vom BMZ geförderten Projektes „Global Energy Perspectives“ das Kapitel „Erzeugung von Strom durch Kernkraft“ veröffentlicht (1). Darin wurden verschiedene Aspekte hauptsächlich der konventionellen Kernenergieanwendung behandelt: Reaktortypen, Kernbrennstoffe, Reaktorsicherheit, Entsorgung, Proliferation etc. Auf diese Themen wird im vorliegenden Bericht Bezug genommen.
