Frankreich und China setzen entschlossen auf Kernenergie – Deutschland glaubt weiterhin an Wunder und daran, dass die europäischen Nachbarn ihm in der Not mit zuverlässigem Atomstrom zu Hilfe eilen.
Frankreich nähert sich in Sachen Kernenergie weiter an China an. Übelnehmen kann man das den Franzosen nicht, sind ihnen doch ebenbürtige Partner in Europa abhanden gekommen: Großbritannien wurde aus der EU rausgeekelt, und Deutschland ist der „Atomangst“ verfallen.
Dies sei allen auf die Fahnen geschrieben, die ständig von einem „starken Europa“ als Gegenpart zu den USA und China faseln. Wenig beachtet ist eine gemeinsame Studie über die Zusammenarbeit erschienen.
Bemerkenswert ist der Ansatz: Teile, die nur über China berichten, wurden von China National Nuclear Corporation (CNNC) auf chinesisch geschrieben, Teile, die über Frankreich berichten, von Électricité de France SA (EDF). Gewisse Teile gemeinsam. Am Schluss wurden alle Beiträge auf Englisch in einer autorisierten Fassung veröffentlicht. Es wurde also auf die gemeinsame Sichtweise und Faktenlage großer Wert gelegt.
Die Rolle der Kernenergie
Frankreich hat 61,37 GWel in Betrieb und 1,63 GWel in Bau. China ist auf der Überholspur: Es hat zwar bisher nur 53,15 GWel in Betrieb, aber 23,72 GWel in Bau und 10 Reaktoren in der Planung. Die Geschichte der Kernenergie ist noch sehr jung. In den 1950er Jahren begann eine intensive Forschung und Entwicklung von Reaktoren. Kleine Demonstrationsreaktoren wurden in Frankreich, Russland, GB und den USA gebaut. In den 1960er Jahren beauftragten Belgien, Deutschland, Kanada, Indien, Italien, Niederlande, Spanien, Schweden und die Schweiz Kernkraftwerke. Am Ende des Jahrzehnts lieferten diese rund ein Prozent der weltweiten Stromproduktion. Fast alle Reaktoren dieser sogenanten „Generation I“ sind inzwischen stillgelegt. Der Bau von Kernkraftwerken nahm mit der Ölkrise 1973 richtig Fahrt auf. In den zwei Dekaden 1970 und 1980 wurden fast 400 Kernkraftwerke der so genanten „Generation II“ gebaut. Die weltweite Installation verzwanzigfachte sich in nur zwei Jahrzehnten. In Frankreich wurden die meisten Reaktoren in den 1980er Jahren gebaut. Mit den Unglücken von Three Mile Island 1979 und Tschernobyl 1986 brach der Neubau ein.
China handelte in den 1990er und 2000er Jahren gegen diesen Trend. Es stieg mit der Unterstützung von Frankreich, Kanada, Russland und den USA massiv in die Nutzung der Kernenergie ein. Vereinfacht gesagt, es kaufte das Know-how der Welt billig ein und ist heute der Konkurrent auf dem Weltmarkt. Wie viele andere Industriezweige ließ sich auch die kerntechnische Industrie von dem riesigen Absatzmarkt des „Entwicklungslands China“ blenden. Wie problematisch in diesem Zusammenhang die Einstellung der Chinesen zu „geistigem Eigentum“ ist, fiel erst Donald Trump in seiner ersten Präsidentschaft auf. Nach dem Unglück von Fukushima 2011 gab es auch in China eine kurze Phase des Nachdenkens und der Überprüfungen. Als Konsequenz werden nur noch Reaktoren der sogenannten „Generation III“ mit passiver Sicherheit gebaut.
Ende 2023 waren weltweit 57 Reaktoren in 17 Ländern mit 59 GWel in Bau. Fast die Hälfte davon in China. Etwa 68 Prozent im Bestand waren Druckwasser-, 14 Prozent Siedewasser-, 11 Prozent Schwerwasser- und lediglich noch sechs Prozent mit Graphit moderierte Reaktoren. Es dominieren weiterhin die Druckwasserreaktoren: Sie stellen etwa 94 Prozent bei den in den letzten 10 Jahren gebauten Reaktoren.
Chinas Entwicklung
China hat sich mit atemberaubender Geschwindigkeit entwickelt. 1984 trat es der IAEA (International Atomic Energy Agency) bei. Dies gilt als der Startpunkt der kommerziellen Nutzung der Kernenergie. Im Dezember 1991 ging Qinshan-1 nach knapp 6 Jahren Bauzeit ans Netz. Eine Eigenentwicklung mit 310 MWel 1987 begann der Bau von zwei Reaktoren mit 1.000 MWel in Daya Bay. Es handelte sich um Importe aus Frankreich (Typ M310, Druckwasserreaktoren mit drei Kreisläufen), die 1994 ans Netz gingen. Im Zeitraum 1994 bis 2003 erfolgte eine moderate Entwicklung der Lieferketten etc. In dieser Phase betrug der Zubau 6,6 GWel. In der Planperiode 2005 bis 2020 sollte der Bestand auf 40 GWel anwachsen. Ende 2023 stieg China zum drittgrößten Produzenten in der Welt auf. China besaß 18 Kernkraftwerke mit 55 Reaktoren und einer installierten Leistung von 53,15 MWel. Es produzierte 2023 damit 433,37 TWh Strom. Die Arbeitsausnutzung betrug 91,25 Prozent. Alle Reaktoren konnten in der Grundlast laufen, da der nukleare Anteil am Stromverbrauch nur 4,86 Prozent betrug. Inzwischen beträgt die chinesische Industriekapazität 10 bis 12 Reaktoren pro Jahr, wobei 40 Einheiten gleichzeitig gebaut werden können. Nach den Schätzungen der CINIS (China Institute of Nuclear Industry Strategy) sollen 2035 über 150 GWel in Betrieb sein, die dann für 10 Prozent der nationalen Stromproduktion gut sind. Immerhin wäre das eine Verdoppelung gegenüber 2022. Hinzu kommen noch diverse Wärmelieferungen für Industrie und Haushalte.
Frankreichs Entwicklung
Die Zeit zwischen 1950 und 1970 ist in Frankreich mit zahlreichen Experimenten, Entwicklungen und Demonstrationsprojekten verbunden. Anfang der 1970er Jahre wurden die drei Fundamente der französischen Nuklearindustrie gelegt: Die EDF (Electricite de France) als Betreiber und Architekt, die Framatome (Franco-American atomic construction company) als privater Reaktorbauer und die SCSIN (Service Central de Sürete des Installations Nucleaires) als Regulierungsbehörde. Als Konsequenz der Ölkrise von 1973 wurde ein gewaltiges Aufbauprogramm gestartet, um Frankreich (bis heute) unabhängig zu machen. Es sollten 58 Reaktoren mit 63 GWel gebaut werden. Parallel wurde ein komplettes Uran-Programm vom Bergwerk über die Anreicherung bis zur Wiederaufbereitung und Endlagerung aufgebaut.
Frankreich hat heute 32 Reaktoren der 900 MW-Klasse in Betrieb, für die seit 2015 eine Modernisierungs- und Ertüchtigungsinitiative, mit dem Ziel einer Laufzeitverlängerung auf 60 bis 80 Jahre, läuft. 20 Reaktoren der 1.300 MW-Klasse (P4), vier Reaktoren der 1.450-MW-Klasse (N4) und (bald) ein Reaktor der 1.650-MW-Klasse (EPR). Der EPR (Evolutionary Pressurized Water Reactor) ist ein Reaktor der sogenannten „dritten Generation“. Von ihm laufen zwei Reaktoren in China, einer in Finnland, einer in Frankreich, und zwei sind in GB in Bau. Er war eine deutsch-französische Gemeinschaftsentwicklung unter der Maßgabe „zum Gürtel noch die Hosenträger hinzufügen“. Das Ergebnis ist eine komplizierte Maschine mit unmöglichen Kosten und Bauzeiten. Es konnten in den letzten Jahren keine Ausschreibungen mehr damit gewonnen werden. Für die nächsten sechs Reaktoren (optional acht weitere) in Frankreich wird deshalb ein „EPR2“ als entschlackte Konstruktion in den Raum gestellt.
Verknüpfung von Kernenergie mit Regenerativen
China setzt auf die Verknüpfung von Kernenergie mit Wind und Sonne. Die Kernkraftwerke sind regelbar und sollen die Anpassung der Produktion an den Verbrauch regeln. So werden z.B. Pumpspeicherkraftwerke direkt mit Kernkraftwerken verknüpft. In Frankreich wurden von Anfang an die Reaktoren für einen Netzfolgebetrieb ausgelegt. Heute können bis zu 20 GWel zweimal täglich innerhalb von 30 Minuten problemlos rauf und runter gefahren werden.
Etwas Klimagedöns
Das IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) setzt für die Kernenergie über deren kompletten Lebenszyklus 12 g CO2/kWh an. Das soll etwa dem Wert für Windenergie entsprechen, aber nur einem Viertel der Solarenergie, 1/41 bei der Stromerzeugung durch Erdgas und 1/68 bei Kohlestrom. „Klimaschützer“ müssten also für Kernkraftwerke sein. In Frankreich z.B. beträgt der Wert etwa 4 g CO2/kWh wegen des hohen Anteils von Kernenergie. In der Praxis weit wichtiger ist jedoch die geringere Freisetzung von Schadstoffen (SO2, Feinstaub, Quecksilber etc.). Langfristig liegt genau darin der Gewinn für China – bereits heute regional deutlich spürbar. Die sehr geringen Abfallmengen der Kernkraftwerke sind einfach und sicher handhabbar.
In der Zeit zwischen 1971 und 2022 sparte die Kernenergie weltweit 70 Gt CO2 ein. Weltweit haben Kernkraftwerke jährlich 1,5 Milliarden Tonnen CO2-eq-Emissionen vermieden und die Nachfrage nach Erdgas um 180 Milliarden Kubikmeter pro Jahr reduziert. Seit 1994 haben die Reaktoren in China 1,05 Milliarden Tonnen Kohle gespart und dadurch etwa 2,75 Milliarden Tonnen CO2 weniger freigesetzt.
Der wirtschaftliche Vorteil
Sowohl in Frankreich, wie auch in China kommen Studien zu dem Ergebnis, dass Kernenergie günstiger als Wind- und Sonnenstrom ist. Solche Berechnungen sind sehr komplex, denn man muss das Gesamtsystem vom Erzeuger bis zur Steckdose berücksichtigen, einschließlich der Backup-Kraftwerke, Speicher und Regelkraftwerke für die Kompensation des Wetters. Ein unmittelbarer Vergleich der Gestehungskosten ab Kraftwerk – wie er immer in deutschen Medien gepflegt wird – ist leider komplett irreführend. Die OECD geht von zehnfachen Gesamtkosten (unter Berücksichtigung aller erforderlichen Maßnahmen bis zur Steckdose) für Wind und Sonne gegenüber Kernenergie aus.
Nach Schätzungen der IEA (International Energy Agency) ist zur Zeit die günstigste Investition die Laufzeitverlängerung für ältere Reaktoren. Man geht von Investitionen zwischen 500 Millionen bis 1.100 Millionen pro GWel aus. An dieser Stelle muss man darauf hinweisen, dass jeder Reaktor zu jedem Zeitpunkt alle Sicherheitsanforderungen erfüllen muss. Plant man eine Laufzeitverlängerung – z.B. von 40 auf 60 Jahre – geht man bei den nötigen Umbauten von einem weiteren problemlosen Betrieb in der Zukunft aus. Alle Bauteile, die absehbar nicht 60 Jahre durchhalten, werden prophylaktisch ausgewechselt (oftmals die Dampferzeuger) um spätere Betriebsunterbrechungen zu vermeiden. Bauteile, für die die Ersatzteilbeschaffung problematisch geworden ist (weil es z.B. die Hersteller nicht mehr gibt) oder von der technischen Entwicklung überholt worden sind (Digitalisierung), werden ebenfalls ersetzt.
Kurz gesagt, man erhält faktisch ein neuwertiges Kernkraftwerk. Sind diese hohen Anforderungen (wirtschaftlich) nicht zu erfüllen, geht das Kraftwerk wirklich in die endgültige Stilllegung. Dies ist der Grund, warum man inzwischen in Frankreich von einer Laufzeitverlängerung für die bestehenden Kernkraftwerke ausgeht. Oft führt die Modernisierung über den technischen Fortschritt auch noch zu einer (kleinen) Leistungssteigerung. Jedenfalls produzieren solche Laufzeitverlängerungen regelbare elektrische Energie für weniger als 50 USD/MWh. Das ist absolut konkurrenzlos.
Der Bau von Kernkraftwerken ist kein Hexenwerk
In der Elektrizitätswirtschaft ist es gängige Praxis, die Gesamtkosten (einschließlich der Kapitalkosten, Betriebs- und Wartungskosten sowie Stilllegungskosten) eines Kraftwerks durch die gesamte abgezinste Erzeugung über die Lebensdauer zu dividieren. Der Indikator wird als LCOE (Levelised Cost of Electricity) bezeichnet. Er ermöglicht, die Verkaufspreise für den produzierten Strom über die gesamte Betriebsdauer des Kraftwerks so zu ermitteln, dass sie den abgezinsten gesamten Kosten des Kraftwerks entsprechen.
Selbst in einem Beispiel mit Baukosten von 4.000 €/kWel („overnight construction costs“, ohne Finanzierungskosten für die Bauzeit) ergibt sich ein Anteil von 78 Prozent der Kapitalkosten an den Gesamtkosten. Damit wird der rechnerische Zinssatz zur bestimmenden Größe für die Stromkosten: Es ergeben sich Gesamtkosten von 44 €/MWh bei einer realen Abzinsung von drei Prozent, verglichen mit 70 €/MWh bei einer Abzinsung von sieben Prozent oder 90 €/MWh bei neun Prozent. Damit erschließt sich das Geheimnis „günstiger Kernenergie“: Geringe Investition (hängt von der Konstruktion und dem Lieferanten ab), geringe Bauzeit (Erfahrung und staatliche Reglementierungen) und geringe Finanzierungskosten (z.B. staatliche Bürgschaften). Das zusammen ergibt die geringeren Strompreise in China gegenüber Frankreich! Der Bau von Kernkraftwerken ist kein Hexenwerk.
Was vielen Laien nicht bewusst ist (warum bauen die Chinesen überhaupt noch „teure Atomkraftwerke“?), sind die erforderlichen Investitionen. Entscheidend ist nicht nur die Leistung auf dem Typenschild, sondern auch die Arbeitsausnutzung. Hier werden als Basis 7.500 h pro Jahr bei Kernkraftwerken, aber nur 3.500 h/a bei Wasserkraftwerken, 2.200 h/a bei Windkraft und 1.500 h/a bei Solar in China angegeben. Folgt man nun dem Argument der „Atomkraftgegner“ über die ach so geringen Investitionen der „Regenerativen“, ergibt sich folgende Relation der Investitionen: Basiswert Kernenergie 100 Prozent , 67 Prozent Wasserkraft, 54 Prozent Wind an Land, 112 Prozent Wind im Meer und 43 Prozent Photovoltaik. Durch die Arbeitsausnutzung allerdings kehrt sich das Bild um: wieder Kernkraft 100 Prozent als Basiswert, Wasserkraft 144 Prozent, Wind Land 184 Prozent, Wind Meer 383 Prozent und Solar 216 Prozent. Das sind die Daten aus China (gleiche Lohnkosten, Wechselkurse etc.). Schon bezüglich der erforderlichen Investitionen ist Kernenergie die günstigste Lösung. Gar nicht zu reden von Netzausbau, Dunkelflauten und Hellbrisen.
Die Brennstoffversorgung
Ein Reaktor der 1.000-MWel-Klasse benötigt etwa 20 bis 25 Tonnen Brennstoff pro Jahr. Das ist etwa nur ein Hunderttausendstel der Menge Kohle für eine vergleichbare Stromproduktion. Daraus ergibt sich eine außerordentliche Versorgungssicherheit und Preisstabilität in Krisenzeiten.
Seit 1960 wurde in Frankreich erfolgreich der gesamte Brennstoffkreislauf entwickelt: von der Uranförderung, über die Anreicherung, der Herstellung unterschiedlichster Brennelemente, bis zur Wiederaufbereitung und Endlagerung von radioaktiven Abfällen. Beide Länder streben einen geschlossenen Brennstoffkreislauf an. In Frankreich werden bereits 22 Reaktoren mit MOX (Mixed Oxides) – Mischung aus Uran und Plutonium – betrieben. Die französischen Erfahrungen zeigen, dass durch diese Wiederaufbereitung etwa 20 bis 25 Prozent weniger Natururan verbraucht werden und etwa 80 Prozent weniger Abfall anfallen. Orano hat in den letzten 30 Jahren über 40.000 Tonnen abgebrannter Brennelemente recycelt.
Uran besitzt eine hohe Energiedichte. Um 1 MWh Kernkraft zu erzeugen, werden nur 2,5 g angereichertes Uran (oder 20 g natürliches Uran) benötigt. Da während der Spaltung durch Neutroneneinfang nur 0,15 g verbraucht werden, fallen dadurch 0,13 g Spaltprodukte an. Fast 85 Prozent der Spaltprodukte sind in den folgenden Jahren stabil, wobei etwa 11 Prozent 30 Jahre aktiv bleiben und 0,03 g der Nuklide als langlebiger Abfall eingestuft werden. In Frankreich werden jedes Jahr 1 bis 2 kg radioaktiver Abfälle und 10 g langlebiger Abfälle pro Person erzeugt. Dies liegt deutlich unter den 100 bis 200 kg pro Person und Jahr an gefährlichen Industrieabfällen.
Die Fertigung
Frankreich verfügt über etwa 500 Unternehmen, die alle notwendigen Teile für ein Kernkraftwerk liefern können. Es verfügt über die Erfahrung aus 2.100 Reaktor-Betriebsjahren und die internationale Belieferung von 250 Reaktoren.
Zukünftig soll Kernenergie in China vermehrt auch für andere Anwendungen als Stromerzeugung eingesetzt werden. Schon heute wird Kernenergie für Fernwärme zur Versorgung von Wohnsiedlungen (Kälte und Heizwärme) und Industrie (Dampf) eingesetzt. Zukünftig wird die Meerwasserentsalzung in den Trockengebieten Chinas größte Bedeutung erlangen. Ferner ist die Produktion von Wasserstoff geplant. Auch für Anwendungen, die höhere Temperaturen erfordern, sind spezielle Reaktoren in der Entwicklung. Beide Länder haben stets eine evolutionäre Entwicklung bei Druckwasserreaktoren verfolgt. China als „Spätzünder“ konnte gleich mit der zweiten Generation starten. Frankreich will sich in naher Zukunft auf den EPR2 konzentrieren. China auf den HPR1000 (Hualong) als Eigenentwicklung auch für den Export und den CAP-1000 als Lizenz des Westinghouse AP-1000 bzw. den weiterentwickelten CAP-1400.
Die Entwicklung betrifft nicht nur neue Reaktortypen, sondern auch die Verbesserung von Komponenten. So wurde nach Fukushima die Entwicklung von ATF (Accident-Tolerant Fuel) in beiden Ländern forciert. In beiden Ländern wurden erfolgreich MOX-Brennelemente auch für schnelle Reaktoren eingesetzt. Aktuell werden metallische Brennelemente entwickelt. Über die parallel laufenden Entwicklungen SMR, Natrium- und Bleikühlung wird an dieser Stelle nicht näher eingegangen.
Dr. Klaus-Dieter Humpich studierte Maschinenbau und Energie- und Verfahrenstechnik mit Schwerpunkt Kerntechnik, bevor er zehn Jahre am Institut für Kerntechnik in der Technischen Universität Berlin arbeitete. Seit 20 Jahren ist er freiberuflich im Bereich Energietechnik tätig. Dieser Beitrag erschien zuerst auf seinem Blog.
Von Klaus Dieter Humpich und Manfred Haferburg erschien in der Achgut-Edition das Buch
Das Nachwort stammt von dem Wissenschaftsphilosophen Michael Esfeld. Sie können das Buch hier in unserem Shop bestellen,
Zum Inhalt des Buches: Es ist keine Frage ob, sondern lediglich wann „die dümmste Energiepolitik der Welt“ (wallstreet-Journal) – in Deutschland euphemistisch „Energiewende“ genannt – beerdigt wird. Und was dann? Überall auf der Welt werden längst wieder die Weichen für die Kernenergie gestellt, CO2-frei wie bisher, aber intelligenter, resilienter, mobiler und preiswerter als je zuvor. Die Atomenergie kann auch hierzulande der Nukleus für einen neuen Wohlstand sein, auch diese Einsicht wird sich unter der Last des Faktischen durchsetzen. Die beiden Energieexperten Manfred Haferburg und Klaus Humpich analysieren den deutschen Irrweg und zeigen Wege aus der Sackgasse. Dieses Buch ist ein Almanach der Vernunft für alle, die in Deutschland erfolgreich wirtschaftlich tätig sind und damit fortfahren wollen.
