Frankreich und China

Frankreich nähert sich weiter an China an. Übelnehmen kann man das den Franzosen nicht, sind ihnen doch ebenbürtige Partner in Europa abhanden gekommen: GB wurde aus der EU raus geekelt 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 GW_el in Betrieb und 1,63 GW_el in Bau. China ist auf der Überholspur: Es hat zwar bisher nur 53,15 GW_el in Betrieb, aber 23,72 GW_el 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 1% der weltweiten Stromproduktion. Fast alle Reaktoren dieser so genanten „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 so genannten „Generation III“ mit passiver Sicherheit gebaut.

Ende 2023 waren weltweit 57 Reaktoren in 17 Ländern mit 59 GW_el in Bau. Fast die Hälfte davon in China. Etwa 68% im Bestand waren Druckwasser-, 14% Siedewasser, 11% Schwerwasser und lediglich noch 6% mit Graphit moderierte Reaktoren. Es dominieren weiterhin die Druckwasserreaktoren: Sie stellen etwa 94% 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 MW_el 1987 begann der Bau von zwei Reaktoren mit 1000 MW_el in Daya Bay. Es handelte sich um Importe aus Frankreich (Typ M310, Druckwasserreaktoren mit drei Kreisläufen), die 1994 ans Netz gingen. Im Zeitraum 1994–2003 erfolgte eine moderate Entwicklung der Lieferketten etc. In dieser Phase betrug der Zubau 6,6 GW_el. In der Planperiode 2005–2020 sollte der Bestand auf 40 GW_el 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 MW_el. Es produzierte 2023 damit 433,37 TWh Strom. Die Arbeitsausnutzung betrug 91,25%. Alle Reaktoren konnten in der Grundlast laufen, da der nukleare Anteil am Stromverbrauch nur 4,86% 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 GW_el in Betrieb sein, die dann für 10% 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 GW_el 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 60–80 Jahre, läuft. 20 Reaktoren der 1300 MW-Klasse (P4) und 4 Reaktoren der 1450 MW-Klasse (N4) und (bald) ein Reaktor der 1650 MW-Klasse (EPR). Der EPR (Evolutionary Pressurized water Reactor) ist ein Reaktor der sogenannten „dritten Generation“. Von ihm laufen 2 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 hinzu fügen“. 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 8 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 GW_el 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, 1/41tel bei der Stromerzeugung durch Erdgas und 1/68tel 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 CO_2-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 to Kohle gespart und dadurch etwa 2,75 Milliarden to 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 1100 Millionen pro GW_el 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.

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 4000 €/kW_el („overnight construction costs“, ohne Finanzierungskosten für die Bauzeit), ergibt sich ein Anteil von 78% 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 3%, verglichen mit 70 €/MWh bei einer Abzinsung von 7% oder 90 €/MWh bei 9%. 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 7500 h pro Jahr bei Kernkraftwerken, aber nur 3500 h/a bei Wasserkraftwerken, 2200 h/a bei Windkraft und 1500 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%, 67% Wasserkraft, 54% Wind an Land, 112% Wind im Meer und 43% Photovoltaik. Durch die Arbeitsausnutzung allerdings, kehrt sich das Bild um: Wieder Kernkraft 100% als Basiswert, Wasserkraft 144%, Wind Land 184%, Wind Meer 383% und Solar 216%. Das sind die Daten aus China (gleiche Lohnkosten, Wechselkurse etc.). Schon bezüglich der erforderlichen Investitionen ist Kernenergie die günstigste Lösung. Gar nicht zu reden, vom Netzausbau, Dunkelflauten und Hellbrisen.

Die Brennstoffversorgung

Ein Reaktor der 1000 MW_el Klasse benötigt etwa 20 bis 25 to 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% weniger Natururan verbraucht werden und etwa 80% weniger Abfall anfallen. Orano hat in den letzten 30 Jahren über 40 000 to 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 gr verbraucht werden, fallen dadurch 0,13 g Spaltprodukte an. Fast 85 % der Spaltprodukte sind in den folgenden Jahren stabil, wobei etwa 11 % 30 Jahre aktiv bleiben und 0,03 g der Nuklide als langlebiger Abfall eingestuft werden. In Frankreich werden jedes Jahr 1–2 kg radioaktiver Abfälle und 10 g langlebiger Abfälle pro Person erzeugt. Dies liegt deutlich unter den 100–200 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 2100 Reaktor-Betriebsjahren und die internationale Belieferung von 250 Reaktoren.

Breitere Nutzung der Kernenergie

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.

Entwicklung bei Druckwasserreaktoren

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 weiter entwickelten 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.