Generation IV Perspektiven für die Schweiz

Generation IV Generation IV

Perspektiven für die Schweiz Perspektiven für die Schweiz

Mentor: Foskolos Konstantin

Verfasser: Büchli Andreas, Fassbender André,

Heggli Alois, Jasiulevicius Audrius, Weder Christophe

Globale Energieversorgung

Globale Energieversorgung

Ausgangslage Schweiz Ausgangslage Schweiz

•Wegfall von KKW Kapazität innerhalb der Schweiz und Auslauf von Lieferverträgen von ausländischen Kernanlagen.

•Substitution der bestehenden Anlagen innerhalb der nächsten 30 Jahre.

•Realistische Optionen Gaskraftwerke oder Kernkraftwerke.

Energiebedarfsprognosen Schweiz

Energiebedarfsprognosen Schweiz

Gesamtenergieverbrauch Gesamtenergieverbrauch

Prognose 1977

Prognose 1977

?

Wachstumsraten der 1960

?

–1970

Generation IV

Generation IV

Generation IV Konzepte

Generation IV Konzepte

Höchsttemperatur Reaktor (VHTR)

Höchsttemperatur Reaktor (VHTR)

Wirkungsgrad vs. Temperatur Wirkungsgrad vs. Temperatur

•Strom (Hoher Wirkungsgrad > 50 % )

•Fernwärme (Nutzung möglich )

•Prozesswärme (Hohe Temperatur -> Breites Anwendungsfeld in der Industrie )

Wasserstoffproduktion mit dem VHTR

Wasserstoffproduktion mit dem VHTR

Heutige Produktion Heutige Produktion

Die Wasserstoff-Produktion erfolgt im Wesentlichen

auf Basis von fossilen Energieträgern.

Zukünftiger Einsatz Zukünftiger Einsatz

•Wasserstoff hat ein zukünftiges Potenzial beim Ersatz von Kohlenwasserstoffe als Energieträger.

•So könnte der Wasserstoff in einer ersten Phase im vorhandenen Erdgas beigemischt werden. -> Reduzierung des CO₂-Ausstosses.

•Das vorhandene Erdgasnetz könnte bei einem Totalverzicht von CO₂ –Verursachenden Energieträgern weiter genutzt werden.

•Einsatz von Wasserstoff im Personen- und Güterverkehr

Verbrennungsmotor (25 % Wirkungsgrad )-> Stickoxide (Ozon) oder Brennstoffzellen (37 % Wirkungsgrad ) -> ohne Emission

•Dezentralenenergie Versorgung möglich

Nebenprodukt Wärme, Wärmepumpen allerdings effizienter

•Einsatz in der Chemischenindustrie

Elektrolytische Erzeugung Elektrolytische Erzeugung

Insbesondere bei einer CO2 –freien Erzeugung von Wasserstoff ist die nukleare Wasserstofferzeugung die Kostengünstigste.

Preis zur Zeit ca. 4.5 Rp./kWh H₂

Zukünftige Verfahren Zukünftige Verfahren

Process parameter low temp.

electrolysis

high temp.

electrolysis

thermochem.

cycle max.

process temp. 100 °C 800...900 °C 900 °C energy

consumption

2 3

4 5 3

H m

kWh ...

, _el

2 3

3 2

H m

kWh kWh_el + _th

2 3

7 6

H m

kWh ... _th

total

efficiency 30...35 % 35...38 % 45...50 % max.

heliumtemp. 700...900 °C 950...1000 °C 950...1000 °C state of

technology

full developed

needs development

development project

Transport und Lagerung Transport und Lagerung

Die Verteilung des Wasserstoffs kann in verflüssigter Form (-250°C) oder als komprimiertes Gas (üblicher weise 200bar) statt Finden erfolgen.

Das Volumen des verflüssigten Wasserstoffs ist gering, Nachteile:

•Verluste durch Verdampfen

•Energieaufwand zum Verflüssigen

Transport und Lagerung Transport und Lagerung

Gasförmiger Wasserstoff kann über Rohrleitungen transportiert werden.

Es existiert schon seit Jahrzehnten Verteilnetz, welche industrielle Produzenten und Verbraucher von Wasserstoff Verbindet.

(weltweit ca. 1'000km, das 240km lange Verbundnetz im Ruhrgebiet verteilt jährlich 250 Mio. m³)

Wasserstoff als Treibstoff Wasserstoff als Treibstoff

• 3 Mio. HY-LIGHT

•Treibstoffeinsparung 3'500 Mio. Liter

•CO

-Reduktion ca. 8,5 Mio. Tonnen.

Brennstoff VHTR Brennstoff VHTR

•Temperaturbeständigkeit ist höher als maximal erreichbare Temperatur bei einem Störfall.

•Hoher Abbrand (150 – 200MWd/t_HM)

Techn

Techn . Herausforderungen (VHTR) . Herausforderungen (VHTR)

•Kernaustrittstemperatur von bis zu 1000 °C

•Brennstofftemperatur bei Störfällen von max. 1800 °C

•Maximaler Abbrand von 150 – 200 GWd/tHeavy Metal

•Leistungs- und Temperaturspitzen im Kern sowie heisse Strähnen im Helium vermeiden.

•Zur Wasserstofferzeugung werden Hochtemperaturlegierungen und Beschichtungen benötigt, die gegen korrosive Gase wie Wasserstoff,

Kohlenmonoxid und Methan resistent sind. Auch der Jod-Schwefel-Prozess muss noch anhand von Pilotanlagen demonstriert werden.

•Heliumturbine

Kosten VHTR Kosten VHTR

•Entwicklung: 600 Mio. €

•Baukosten: 1000 €/inst. kW

600 MW

1.2 Mrd. €

•Gestehungskosten: 2.5 Cent/kwh

Vorteile VHTR Vorteile VHTR

•Durch die Verwendung eines VHTR ist die variable Produktion von Strom möglich

Prozesswärme und Wasserstoff mit einer Anlage

•Reduktion CO

•Schonung der nat. Ressourcen (Uran, Fossile Brenn.)

•Reduktion der Abfälle

•Inhärentes Sicherheitskonzept

•Nonproliferation

•Unabhängigkeit (Strom, Erdöl, Gas etc.)

Nachteile Nachteile

•Es ist ein nukleares System zur Energieerzeugung und wird daher auch in 30 Jahren auf emotionaler Ebene angegriffen werden können

•Abfallentsorgung

Die Chancen stehen gut!!!

Die Chancen stehen gut!!!

Im Nationalrat eingereichter Text von Rudolf Rechsteiner am 18.03.2005:

…Betrachtet der Bundesrat die Atomenergie als nachhaltig, insbesondere unter dem Aspekt der langlebig

radioaktiven Abfälle, der unversicherten Risiken eines grossen Unfalls, der nachweislichen Proliferation von Kernbrennstoffen und der Emissionen beim Normalbetrieb von der Urangewinnung bis zur Konditionierung der Brennstäbe in La Hague und Sellafield?

Antwort des Bundesrates vom 3. Juni 2005:

…Mit der Weiterentwicklung der Reaktortechnik wird die Absicht verfolgt, die Kernenergie als eine wichtige Option für die weltweite Energieversorgung der Zukunft nachhaltiger zu gestalten, als dies in der

Vergangenheit der Fall war. Dieses Ziel ist auch in Bezug auf die Kernkraftwerke der Schweiz, die zu einer weitgehend CO2-freien Elektrizitätsversorgung unseres Landes beitragen, weiter zu verfolgen.

Für die Bewertung der Nachhaltigkeit wird eine Vielzahl von Nachhaltigkeitskriterien verwendet. Keine Technologie weist dabei für alle Kriterien das beste Ergebnis auf. Viele Indikatoren stellen jedoch die Kernenergie, die Windenergie und die Wasserkraft vergleichsweise vorteilhaft dar. Der Bundesrat hat bei seiner Beurteilung auch die neuesten politischen Entscheide zu berücksichtigen. Mit der Ablehnung der beiden Atom-Initiativen am 18. Mai 2003 wurde der weiteren Nutzung der Kernenergie zugestimmt. Dabei bleibt die Option für neue Kernkraftwerke offen, wobei die Genehmigung einer Rahmenbewilligung nach dem Kernenergiegesetz vom 21. März 2003 dem fakultativen Referendum untersteht.