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Nr. 9,  September 1958

Atom-Strom für deutsche Städte

Die ersten Kernenergie-Pilotanlagen werden bereits gebaut

Von Robert Gerwin

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Wenn in diesen Tagen in Genf die zweite große Internationale Wissenschaftliche Konferenz über die friedliche Anwendung der Atomenergie zusammentritt - auch hobby ist dort durch einen Sonderkorrespondenten vertreten werden die deutschen Wissenschaftler nicht wie bei der ersten Konferenz im Jahre 1955 ausschließlich Zuhörende sein, sondern sie werden diesmal selbst einige Forschungsergebnisse vortragen können. Immerhin arbeiten bereits fünf Forschungsreaktoren in der Bundesrepublik und dem Land Berlin oder stehen kurz vor der Inbetriebnahme. Die deutsche Industrie hat sich auf das für sie völlig neuartige Fabrikationsgebiet in verhältnismäßig kurzer Zeit eingestellt, die Produktion im Rahmen der technischen Gegebenheiten aufgenommen und ist heute bereits in der Lage, atomtechnische Ausrüstungsgegenstände von beachtlicher Qualität zu liefern (siehe 'Was ist eigentlich?' -Reaktorsimulator). Mit dem Bau des ersten deutschen Atomkraftwerkes wurde vor wenigen Wochen begonnen, und ein weiteres Projekt wartet auf den Baubeginn.

Kennen Sie das Städtchen Kahl? - Wohl nicht, wenn Sie nicht zufällig in seiner Nähe wohnen! Es liegt am Main, zwischen Hanau und Aschaffenburg, und machte bisher durch rein gar nichts von sich reden. Doch sehr bald wird Kahl zu einem Begriff werden. In diesen Wochen begannen dort nämlich Schaufelbagger die Baugrube für Deutschlands erstes Atomkraftwerk auszuheben, und schon bald werden von weit her Techniker, Ingenieure und Wissenschaftler kommen, um die Probleme der Stromerzeugung aus Kernenergie in der Praxis zu studieren.

Das Atomkraftwerk, das jetzt in Kahl gebaut wird, hat eine elektrische Leistung von 15 MW (Millionen Watt beziehungsweise 1000 kW). Das ist nicht viel, denn in modernen Dampfkraftwerken leistet heute schon ein einziger Turbinenblock 150 MW und mehr, und ein solches Dampfkraftwerk besteht im Endausbau meist aus mindestens vier Blöcken. So wird man vom Atomkraftwerk Kahl zwar keinen wesentlichen Beitrag zur Energieversorgung erwarten können, doch das Werk ist immerhin so groß, daß man mit ihm allgemeingültige praktische Erfahrungen sammeln kann.

In der Fachsprache nennt man solche Werke. Pilotanlagen: Sie führen die Techniker in ein neues Gebiet ein, halten das finanzielle Risiko jedoch in mäßigen Grenzen. So, wie man ein Auto und einen Führerschein braucht, um Autofahrer werden zu können, so ist auch einem Unternehmen der Energieerzeugung nicht mit dem Bau eines schönen neuen Atomkraftwerkes allein gedient. Seine Ingenieure benötigen Erfahrungen, um es sinnvoll einsetzen und zuverlässig bedienen zu können. Für den Fahrunterricht ist es schließlich auch zweckmäßiger, einen billigen kleinen Wagen als einen kostspieligen und komplizierten Straßenkreuzer zu nehmen. Vor allem aber ist die Entwicklung der Kerntechnik heute noch so in Fluß, daß ein Atomkraftwerk, mit dessen Bau man gerade beginnt, bereits bei seiner Fertigstellung technisch teilweise überholt sein kann. Bei einem kleinen' Atomkraftwerk - von dem man ohnehin nicht erwartet, daß sein elektrischer Strom mit dem aus Kohle gewonnenen im Gestehungspreis konkurrieren kann - entstehen aber durch neue Erkenntnisse keine so weittragenden Folgen.

77.jpg (18814 Byte) DAS MODELL des ersten deutschen Atomkraftwerkes (oben links) wurde vor wenigen Monaten auf der ACHEMA in Frankfurt gezeigt. Ob die Anlage auch nach Vollendung des Baues so aussehen wird. ist noch nicht gewiß. Dasselbe gilt auch für den Erstentwurf des Atomkraftwerkes Kahl (oben), der in der Zwischenzeit ebenfalls einige Änderungen erfahren hat.

Die Geschichte des Atomkraftwerkes Kahl beginnt im Sommer 1956 - etwa um die gleiche Zeit, als der erste 30-MW-Generator des Calder-Hall-Kraftwerkes in England zum ersten Mal Strom erzeugte. Damals ließ sich die Rheinisch-Westfälische Elektrizitätswerke AG (RWE), das größte öffentliche Elektrizitätsversorgungsunternehmen der Bundesrepublik, von amerikanischen und englischen Firmen Pläne für den Bau eines kleinen Atomkraftwerkes vorlegen. Sieben verschiedene Pläne erhielt das Unternehmen. Sie wiesen erstaunliche Unterschiede auf: Die Wärmeleistung der Reaktoren wurde mit 38 bis 59 MW angegeben, obgleich die elektrische Nettoleistung nur zwischen 9,3 und 14,7 MW lag. Die Preise bewegten sich zwischen 22 und 50 Millionen DM. Noch krasser waren die Unterschiede im Uranbedarf. Er lag, je nach Reaktortyp und Anreicherung des spaltbaren U-235 im Uranmetall, zwischen 61,5 kg und 4960 kg.

Im Frühjahr 1957 entschloß sich. das RWE schließlich für einen Siedewasser-Reaktor der Firma American Machine & Foundry (AMF) und wählte als Standort ein leeres Braunkohlefeld bei Kahl, in unmittelbarer Nähe des RWE-Kohlekraftwerkes Dettingen.

78.jpg (6231 Byte) EINE 'KÄSEGLOCKE' wird über die kerntechnische Anlage des Atomkraftwerkes gestellt. Vom Umschließungsgebäude mit seinen 34 Metern Höhe werden ca.18 Meter aus dem Boden herausragen.

Es gibt unter den Forschungsreaktoren zwar sehr verschiedene Konstruktionen - je nachdem, ob man als Neutronen-Bremssubstanz Graphit, leichtes oder schweres Wasser und als Wärmeübertragungsmittel Gas, flüssiges Metall oder Wasser verwendet, ob man das Uran in Form von Brennstoffelementen oder gelöst, in angereicherter Form oder als Oxydverbindung benutzt -, aber für den Bau von Kraftwerkreaktoren haben sich bisher nur zwei Konstruktionen durchgesetzt: gasgekühlte Reaktoren und die Familie der Druckwasser- und Siedewasser-Reaktoren. Pioniere der gasgekühlten Reaktoren sind die Engländer, die nach dem Vorbild von Calder Hall jetzt mehrere Großkraftwerke mit einigen 100 MW Leistung bauen. Bei diesen verwendet man natürliches Uran als 'Brennstoff', Graphit zum Bremsen der Neutronen und Kohlendioxydgas zum Herausschaffen der Wärme aus dem Reaktorkern.

In Amerika und der UdSSR dominieren dagegen die Wasser-Reaktoren. Sie bestehen meist aus einem senkrecht stehenden, dickwandigen Dampfkessel, in dessen Mitte wie Tauchsieder Heizelemente eines elektrischen Warmwasserboilers zahlreiche Brennstoffelemente dicht beieinander stehen. Diese Brennstoffelemente sind Hülsen aus Aluminium, Zirkonium und anderen geeigneten Metallen, in denen der Kernbrennstoff - das Uranmetall - wasserdicht eingeschlossen ist. Zwischen den Brennstoffelementen zirkuliert Wasser, das einerseits die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen so weit abbremst, daß sie selbst neue Kernspaltungen auslösen können, und andererseits die im Reaktorkern erzeugte Wärme technisch nutzbar macht. Man kann dann den Kessel vollständig mit Wasser füllen und dieses Wasser so stark unter Druck setzen, daß es selbst dann nicht verdampft, wenn Temperaturen von 2000 Celsius und mehr erreicht werden. Dann besitzt man einen Druckwasser-Reaktor. Füllt man den Kessel dagegen nur zum Teil mit Wasser und gibt ihm Gelegenheit zu verdampfen, so hat man einen Siedewasser-Reaktor. In beiden Fällen durchströmen die Wärmetransportmedien - der Dampf oder das Druckwasser - außerhalb des eigentlichen Reaktors einen Wärmetauscher, in dem sie ihre Wärme an anderes Wasser abgeben und so den Dampf erzeugen, der die Turbinen treibt.

Ein solcher Siedewasser-Reaktor wurde also im Frühjahr 1957 auch. für das Atomkraftwerk in Kahl bestellt. Sein Kern soll etwa 1;5 Meter hoch werden, einen Durchmesser von gleichfalls 1,5 Meter haben und aus etwa 80 schachbrettartig angeordneten Brennstoffelementen bestehen. Zur Steuerung der Aktivität des Reaktors sind 16 Stäbe von kreuzförmigem Querschnitt aus Borstahl und Hafnium-Legierungen vorgesehen. Der Antrieb für diese Stäbe befindet sich unterhalb des Reaktorkerns. Die Stäbe werden während des Betriebs nach oben aus dem Kern herausgeschoben, so daß sie bei Betriebsstörungen infolge ihres Gewichts in den Reaktorkern hineinfallen und so die Kettenreaktionen schlagartig durch Abfangen der Neutronen abbremsen können.

Als Reaktorbehälter soll ein Druckgefäß aus Kohlenstoff-Stahlblech von etwa 10 cm Wandstärke dienen, das innen zum Schutz gegen Korrosion mit einer Plattierung aus rostfreiem Stahl versehen ist. Die Höhe des Druckgefäßes beträgt 8 Meter, sein Durchmesser 2,3 Meter. Es steckt zur Abschirmung der Neutronen-Strahlung in einem konzentrischen Stahlbetonzylinder von 1,5 MeterWandstärke. Vier Wärmetauscher, ein Lagertank für radioaktives Abwasser, eine Abkühlkammer für verbrauchte Brennstoffelemente, eine Reinigungsanlage für das Reaktorwasser und ein Speisewasser - Vorratsbehälter sollen rings um den im Betonkäfig stehenden Reaktor angeordnet werden. Alles zusammen stellt man unten in eine umgestülpte 'Käseglocke' aus Beton und setzt oben eine Stahlglocke von 18 Meter Durchmesser darauf. Durch dieses 34 Meter hohe Umschließungsgebäude, von. dem etwa 18 Meter oben aus dem Boden herausragen, wird der gesamte kerntechnische Teil des Kraftwerkes gasdicht von der Außenwelt abgeschlossen. Das einzige, was aus dem Gebäude mühelos entweicht, ist ein Naßdampf von 43 Atmosphären Druck und einer Temperatur von 253° Celsius. Mit diesem Naßdampf wird in einer zweihäusigen Kondensationsturbine, die in einer benachbarten normalen Werkhalle steht, elektrische Energie erzeugt.

 

79.jpg (10783 Byte) DER LEITSTAND eines Atomkraftwerkes ist auf dem Bild oben zusehen. Dieser Reaktorsimulator wurde von der AEG entwickelt. Der dazugehörige Analogrechner ist eine Konstruktion der Firma Telefunken. An einem derartigen Simulator können die Vorginge, wie sie In einem Reaktor auftreten, rekonstruiert werden, so daß sich dieser Leitstand hervorragend zur Ausbildung von Kerntechnikern eignet.

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Das Modell (rechts) zeigt einen Leichtwasserreaktor, der für eine Leistung von 100 MW berechnet ist. Sein Kern besteht aus Brennstoffelementen, die mit Uran-215 angereichert sind. Die im Kern freiwerdende Wärme wird über Wärmeaustauscher Indirekt zur Dampferzeugung von Kraftwerksturbinen verwendet. Regler und Instrumente sind genau so ausgebildet wie bei einem wirklichen großen Atomkraftwerk.

Bei der Auftragserteilung im Frühjahr 1957 war das RWE noch der Meinung, dieses Atomkraftwerk bereits im Oktober 1959 in Betrieb nehmen zu können. Doch dann kam einiges anders: Im Sommer 1957 machte sich nämlich in den USA unter den Erbauern von Atomkraftwerken ein gewisser Pessimismus breit, weil bei fast allen in Bau befindlichen Anlagen die ursprünglich veranschlagten Baukosten wesentlich überschritten werden mußten. Der Reaktor des Atomkraftwerkes Kahl sollte aber nach einem in Amerika zuvor zu bauenden Vorbild konstruiert werden. Nachdem dieses Vorbild dem Reaktor-Pessimismus zum Opfer fiel, mußte das RWE daraufhin seinen Auftrag zurückziehen, denn man war keineswegs daran interessiert, zusätzlich zu den Baukosten auch noch hohe Entwicklungskosten in Kauf nehmen zu müssen.

Im Frühjahr dieses Jahres sah es dann vorübergehend so aus, als ob das RWE gleich ein großes Atomkraftwerk von 250 MW Leistung bauen wollte. Doch dann entschloß es sich erneut für einen 15MW-Siedewasser-Reaktor. Diesmal soll sein Kern jedoch von der amerikanischen Firma General Electric in Zusammenarbeit mit der deutschen Firma AEG gebaut werden. Die Grundkonzeption bleibt die gleiche: wieder steckt der gesamte atomtechnische Teil des Kraftwerkes in einem drucksicheren Stahl- und Betongefäß, so daß, selbst dann, wenn der Leistungsreaktor einmal 'durchgehen' sollte - ein Ereignis, das infolge der vielfältigen Sicherheitsmaßnahmen so gut wie ausgeschlossen ist -, keine Spaltprodukte in die freie Atmosphäre gelangen können.

Das Kühlwasser für das Atomkraftwerk liefert das benachbarte RWE-Kohlekraftwerk Dettingen aus dem Main. Die Baukosten liegen bei etwa 35 Millionen DM. Der wesentliche technische Unterschied gegenüber dem ursprünglichen Projekt besteht nur darin, daß man auf das 'Ausbrüten' von Thorium-Atomen verzichtet und bei altbewährten Reaktorkonstruktionen mit leicht angereichertem, einfachem Uran bleibt. Dem Kernbrennstoff des ersten Siedewasser-Reaktors sollte Thorium beigemischt werden, aus dem während des Reaktorbetriebs zusätzlicher Kernbrennstoff entsteht.
Ist Kernbrennstoff billiger?


Nach wie vor befaßt sich das RWE aber auch mit Plänen für ein großes Atomkraftwerk. Bevor jedoch solche Projekte in Deutschland verwirklicht werden, müssen die Erzeugungskosten einer aus Kernenergie gewonnenen Kilowattstunde mit der aus herkömmlichen Kohlekraftwerken stammenden konkurrieren können. Zur Zeit kosten Atomkraftwerke jedoch noch etwa dreimal soviel wie konventionelle Kraftwerke gleicher Leistung. Da bei uns (im Gegensatz zu England) eine Verknappung der herkömmlichen EnergieRohstoffe (Steinkohle und Braunkohle) vorerst nicht zu befürchten ist, besteht auch kein Grund dafür, in Deutschland überstürzt mit dem Bau von großen Atomkraftwerken zu beginnen.


Das Bild von den deutschen Plänen zur Elektrizitätserzeugung aus Kernenergie wäre jedoch unvollständig, würde man nicht noch ein zweites Projekt erwähnen, das von einer Arbeitsgemeinschaft kleinerer deutscher Energieversorgungsunternehmen an die Firmengemeinschaft BBC/ Krupp vergeben wurde: eine Pilotanlage von 15 MW Leistung, mit einem gasgekühlten Reaktor für die außergewöhnlich hohe Betriebstemperatur von etwa 1000° Celsius. Das Uran wird dabei in Form einer Kohlenstoffverbindung (als Karbid) in den Reaktor gebracht. Bereits 1961 soll dieses Werk fertiggestellt sein.

'Auch Deutschland braucht Atomenergie' lautete die herausfordernde Überschrift eines Artikels, der vor drei Jahren, im September 1955, in hobby erschien. Damals standen wir am Anfang des Atomzeitalters in Deutschland. Damals waren wir in unserer Beurteilung der Möglichkeiten, Wechselwirkungen und industriellen Reaktionen der Kernenergiewirtschaft noch gänzlich von den Erfahrungen anderer abhängig. Heute können wir nun schon aus eigener Anschauung zu den Problemen Stellung nehmen. Rückblickend muß man sich wundern, wie schnell die damals noch höchst utopisch scheinende Forderung jetzt trotz allen Schwierigkeiten und Hindernissen in die Tat umgesetzt werden konnte.

 

 

aus:
hobby Das Magazin der Technik
Nr. 9 September 1958


 

Bearbeitet am: 28.12.2006/ad

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