Potentielle Radiotoxizität [SV]Potentielle Radiotoxizität [SV]Potentielle Radiotoxizität [SV]

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Energieperspektiven 2035/2050

Zukunft der Kernenergie

Peter Hardegger 2. Juli 2004 Inhalt

• Einleitung/Überblick

• Technologie

• Entsorgung/Sicherheit

• Szenarios/Potential

• Wirtschaftlichkeit

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Einleitung/Geschichte

• Anfänge – 1955 Genfer Konferenz – 1957 SAPHIR

– 1955 Reaktor AG – 1959 Atomgesetz

• Kommerzieller Aufbau

• Widerstand 1970 lokal, ab 1975 national => Kaiseraugst 1989

• Abstimmungen 1990 => Moratorium 1990-2000

• Abstimmungen 2003 (Moratorium/Ausstieg)=> 2x nein

• Neues Kernenergiegesetz 2005=> fakultatives Referendum

Kraftwerk Typ/

Hersteller

Inbetrieb- nahme

Stillegung/

Ersatz

Leistung

Betriebsbeginn

Leistung 2003 [MW]

Produktion 2003 [Mio MWh]

Beznau I PWR/WH 1969 2019 350 365 2.9

Beznau II PWR/WH 1971 2021 350 365 3.0

Mühleberg BWR/GE 1972 2022 320 355 2.8

Gösgen PWR/KWU 1978 2038 920 970 7.9

Leibstadt BWR/GE 1984 2044 990 1165 9.2

Total 2930 3220 25.8

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• Kraftwerke in der Welt

• Anteil an Stromversorgung 17%, CO

₂

-frei

• 10'000 Reaktor-Jahre Betriebserfahrung

• Gravierende Unfälle: Harrisburg (1979); Tschernobyl (1986)

• Endlager für SMA* in Betrieb für HAA** im Bau: USA/FI

• Schweiz: 5 Anlagen (3.2 GWe), 140 Jahre Betriebserfahrung 40% Anteil Stromproduktion, Verfügbarkeit >90%, 10%

Leistungserhöhung (1990)

* SMA: Schwach- und mittelaktive Abfälle; **HAA: Hochaktive Abfälle

Überblick Kernenergie in der Welt (2003)

Stand 2003 In Betrieb Davon LWR Im Bau In Planung Stillgelegt

Anzahl Anlagen 440 80% 30 35 104

Leistung [GW] 360 88% 25 38 34

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1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 Gen III+ Gen IV Evolutionäre

Reaktortypen mit verbes- serter Wirt- schaftlichkeit für kurz- und mittelfristiger Implemen- tierung

•Ausgezeich- nete

Wirtschaft- lichkeit

•Verbesserte Sicherheit

•Minimale Abfälle

•Minimale Proliferation

Gen I Frühe

Prototyp-Reaktoren

•Shippingport

•Dresden, Fermi I

•Magnox

Gen II Kommerzielle Leistungsreaktoren

•LWR: PWR, BWR

•CANDU

•AGR

Gen III Fortgeschrittene

LWR

•ABWR

•System 80+

•EPR

•AP600

Quelle: GIF, 2003

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030

Gen III+ Gen IV Evolutionäre

Gen I Frühe

•Shippingport

•Magnox Gen I

Frühe

•Shippingport

•Magnox

•CANDU

•AGR

•CANDU

•AGR

LWR

•ABWR

•System 80+

•EPR

•AP600

LWR

•ABWR

•System 80+

•EPR

•AP600

Quelle: GIF, 2003

Entwicklung der Technologie

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EPR

Technologie GEN III/III+

• Verbesserungen

– Sicherheit: Passive Systeme, erhöhte Redundanz – Wirtschaftlichkeit: Standardisierung, Vereinfachung Betrieb,

Verfügbarkeit, Verkürzung Bauzeit

– Ressourcen: Brennstoffausnutzung, Verringerung Abfälle

• In Betrieb

=> ABWR (Japan)

• In Planung

=> EPR*

(FI/FR)

=> PBMR (Südafrika)

* EPR: Europäischer Druckwasserreaktor

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Technologie GEN IV

• Ziele der GEN IV

– Nachhaltigkeit: Geringerer Ressourcenverbrauch, Verminderung Menge und Radiotoxizität des Abfalles

– Wirtschaftlichkeit: Standardisierung, vereinfachter Betrieb – Sicherheit: Passive Sicherheit, physischer Schutz – Proliferation: Verbesserte Resistenz

• Anwendung in neuen Sektoren => Wasserstoffproduktion

• Aus über 100 Systemvorschlägen 6 Systemfamilien selektiert

• Prototypen 2025-2035, Kommerzialisierung ab 2035-2045

Reaktortyp Akronym Spektrum Brennstoffzyklus

Sodiumgekühlter schneller R. (SFR) schnell geschlossen Bleigekühlter schneller R. (LFR) schnell geschlossen Gasgekühlter schneller R. (GFR) schnell geschlossen Hochtemperatur Reaktor (VHTR) thermisch Einweg Überkrit. wassergekühlter R. (SCWR) ther. & schn. beides Salzschmelze-Reaktor (MSR) epithermisch geschlossen

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Entsorgung/Endlagerung

• Zyklus offen/geschlossen => Moratorium Wiederaufbereitung 2006-2016

• Entsorgungsnachweis => Eingereicht

• Endlager Schweiz => Potentielle Standorte vorhanden

• Aktive Teilnahme an Europäischen Forschungsprojekten

• Endlager Weltweit

– Schwachaktive Abfälle (Oberfläche) in Betrieb: CDN, ES, FR, J, UK, USA – Schwach- und mittelaktive Abfälle (geologisch) in Betrieb: S, FI

– Langlebige mittelaktive Abfälle (geologisch) in Betrieb: USA

– Hochaktive Abfälle (geologisch) Standortentscheide/Baubeginn: USA, FI

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Brennstoffzyklus

• Ressourcen

• Aktiniden- management

=> fortgeschr.

Reaktoren:

Reduktion von Plutonium/

höheren Aktiniden

1000

100 10000 100000 1000000

10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸ 10⁹

Zeit [Jahre]

Potentielle Radiotoxizität [SV]

Natururan erforderlich zur Produktion 1 t UO₂ (Gleichgewicht)

Plutonium höhere Actiniden

Spaltprodukte

1000

100 10000 100000 1000000

10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸ 10⁹

Zeit [Jahre]

1000

100 10000 100000 1000000

10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸ 10⁹

1000

100 10000 100000 1000000

10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸ 10⁹

Zeit [Jahre]

Natururan erforderlich zur Produktion 1 t UO₂ (Gleichgewicht)

Plutonium höhere Actiniden

Spaltprodukte

Uranressourcen 1000 t U

Vorräte/Abrüstung 800 16 16

Bekannte konventionelle Ressourcen 4'000 80 96

Unbekannte konventionelle Ressourcen 11'500 230 326

Uran in Phosphaten 22'000 440 766 Uran in Meerwasser 4'200'000 80'000 80'766

Reichweite [y]

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Laufende Verbesserung der Sicherheit

Wahrscheinlichkeit für Kernschaden pro Reaktor-Jahr

1:10 000 000 1:1 000 000 1:100 000 1:10 000 1:1 000

1980 1990 2000 2010 VorTMI

INSAG^-3

INSAG-12

Neue EU-Anlagen

Nachrüstung

Nachrüstung und Evolution

Heutige Grenze verlässlicher Voraussagen N-4

Sizewell-B Biblis-B

KKB KKB vor NANO

KKM KKM vor SUSAN

KKG

EPR ABWR AP-600

KKL

Quelle : IAEA, 1995

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Potential: Szenarios

• Szenario ohne Ersatz

– Ausserbetriebnahme der Werke nach 50/60 Jahren

• Szenario Ersatz konstant

– Annahme: Ersatz der Werke durch gleiche Leistung, Zusammenlegung Beznau/Mühleberg

• Szenario Ersatz Nutzung Standorte

– Szenario Ersatz mit EPR 1600

– Szenario Ersatz mit EPR 1600/GEN IV

• Szenario Ausbau (Neue Standorte, nicht berücksichtigt)

– Zusätzliche Standorte heute politisch kaum machbar

– Bei Nutzung der bestehenden Standorte ist der Bedarf (Mittelwert Vorschau 95) bis 2050 gedeckt

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Potential

Potential für Stromproduktion aus Kernkraft in der Schweiz

0 5'000 10'000 15'000 20'000 25'000 30'000 35'000 40'000 45'000 50'000

1970 197

5

1980 198

5

1990 199

5

2000 200

5

2010

2015 2020

2025 203 0

2035 204

0

2045 205

0

Netto Jahresproduktion [Mio kWh]

Total ohne Ersatz

Total Ersatz EPR Total Ersatz EPR/GEN IV

Total Ersatz konstant

Kapazität [MW]

Produktion total [TWh]

Produktion [TWh]

Anteil [%]

Verbrauch VS 95[TWh]

Anteil [%]

Verbrauch VS 95[TWh]

Anteil [%]

ohne Ersatz 3220 65 25.7 40% 2135 78 17.3 22% 0 87 0.0 0%

Ersatz Konstant 3220 65 25.7 40% 3220 78 25.8 33% 3285 87 25.9 30%

Ersatz EPR 3220 65 25.7 40% 3735 78 29.9 38% 4800 87 37.8 43%

Ersatz EPR/GEN IV 3220 65 25.7 40% 3735 78 29.9 38% 5600 87 44.2 51%

2050

2002 2035

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Wirtschaftlichkeit

• Erzeugungskosten heute/historisch

– Schweiz: 4-6 Rp./kWh – Welt: US NEI* 2.2 Rp./kWh US+Kap. 3.8 Rp./kWh FIN hist. 2.8 Rp./kWh OECD 4.5 Rp./kWh

• Erzeugungskosten GEN III

– EPR Finnland: 3.5 Rp./kWh – EPR CH: 4-5 Rp./kWh

(höhere Entsorgungskosten)

• Erzeugungskosten GEN IV (Zielwerte)

– Produktion ohne Kap. 1.7-2.0 Rp./kWh (10-20% red)

– Bau 1300-2600 CHF/kWe (20-30% red)

– Gestehungskosten total 2.5-3.5 Rp./kWh

* US NEI: Nur Brennstoff/Entsorgung und Betrieb

Anteile Erzeugungskosten 2002 Gösgen/Leibstadt

Betrieb 35%

Entsorg.

19%

Kapital 35%

Brennstoff 13%

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Einflussfaktoren

• Akzeptanz

- Bedarfsnachweis, Entsorgungsnachweis - Referendum Rahmenbewilligung

=> Sicherheit, Abfall, Alternativen - Wirtschaftslage

• Zeitpunkt Technologieentscheid

– Ca. 10 Jahre vor Inbetriebnahme

– Technologiewechsel nach Rahmenbewilligung unwahrscheinlich – Beznau/Mühleberg 2009, Gösgen 2028, Leibstadt 2034

• Wirtschaftlichkeit

– Sicherheit

– Synergie bei Bau/Betrieb/Entsorgung

– Integration in grösseres Programm (z.B. FR)

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Schlussfolgerungen

• Potential

– Beibehaltung von 40% Anteil (EPR), Steigerung auf 50% (GEN IV) – Steigerung Produktion an bestehenden Standorten

2035:+ 20% (EPR) 2050: +50% (EPR)/+75% (GEN IV)

• Kosten

- Heute konkurrenzfähig (GEN II/GEN III)

- Neuste Projekte (FI/FR) leichte Reduktion (GEN III) - GEN IV: Reduktion Betrieb 10-20%

Reduktion Bau 10-30%

• Konkurrenzfähigkeit

Steigende Gas-/Ölpreise; CO₂-Abgabe Steigende Zinsen

• Auswirkungen

- Beibehaltung Energiemix (CO₂-frei)

>Freisetzung von Radioaktivität praktisch unmöglich - Reduktion Abfallmengen