Größe oder Volumen?

Nicht nur unter Laien tobt der Streit um die richtige Größe von Reaktoren. Vorab: Es gibt keine „richtige“ nur eine „angemessene“ Größe. Deshalb scheint es sinnvoll, etwas Licht ins Dunkel zu bringen. Letztendlich geht es nur um die Wirtschaftlichkeit.

Die Anforderung des Standorts

Heute unterscheidet man bezüglich der elektrischen Leistung vier Klassen:

Bezeichnungung	elektr. Leistung
Micro Reaktors	< 50 MW
Small Modular Reactors (SMR)	50 – 300 MW
Medium reactors	300 – 1000 MW
Large reactors	> 1000 MW

Mikroreaktoren

Die Geschichte der Kernenergie begann mit „Kleinstreaktoren“: Der GE Vallecitos reactor 1957 in Kalifornien mit 24 MW_el, der erste Leistungsreaktor in der Sowjet Union mit 5 MW_el oder die ersten gasgekühlten Reaktoren in UK. Das waren alles Prototypen, die schnell wuchsen. Ähnliches geschieht heute wieder: Kairo’s mit nur einem Zehntel der geplanten kommerziellen Leistung als Prototyp eines Salzschmelze- Reaktors. Die meisten der heutigen Mikroreaktoren sind mit einer elektrischen Leistung von weniger als 10 MW_el gewollt klein. Bei ihnen ist von einem höheren spezifischen Preis auszugehen. Trotzdem wird es Kunden geben, die bereit sind, diese Prämie für eine individuelle Versorgungssicherheit zu zahlen (Militär, abgelegene Bergwerke etc.). Eine Studie beispielsweise der kanadischen Regierung ergab 2011 über 290 Gemeinden ohne Anschluß an das Stromnetz. Durchschnittlich hatten sie 700 Einwohner und verfügten über eine fossile Stromerzeugung von rund 1,8 MW_el. Bei vielen Bergwerken steht und fällt die Wirtschaftlichkeit mit einer preiswerten Energieversorgung. Insbesondere in der Gas- und Ölförderung werden große Energiemengen vor Ort benötigt. Dieser Industriezweig könnte der „Marktmacher“ werden.

Die meisten Hersteller bieten Mikroreaktoren mit einzigartigen Eigenschaften an:

Möglichkeit für den Betreiber Ein- und Auszuschalten, je nach aktuellen Preisen für Netzstrom bzw. wetterabhängige Stromerzeuger.

• Radikal vereinfachte Konstruktion mit wenigen beweglichen Teilen. Das dürfte eine Fertigung in der Fabrik mit entsprechenden Lernkurven ermöglichen.
• Minimale Betriebsmannschaft oder sogar autonomer Betrieb.
• Einfacher Transport per Bahn, LKW oder sogar Flugzeug.
• Längere Beladungszyklen oder sogar lebenslanger Betrieb mit einer Brennstoffladung. Der Reaktor würde 10–30 Jahre ohne Nachladung laufen.

Diese Reaktortypen ähneln daher eher einer „Batterie“ als z. B. einem konventionellen Dieselgenerator. Ihre potentiellen Märkte werden sich eher aus dieser Eigenschaft ergeben.

Gerade wegen ihrer geringen Leistung bieten sie sich auch als Schiffsantrieb an.

Die Rolle der Militärs

Seit Jahren nimmt die Besorgnis beim US-Militär über die Stromversorgung ihrer großen Stützpunkte national und international zu. Die Verwundbarkeit von Stromnetzen im Kriegsfall zeigt sich gerade aktuell in der Ukraine. Die Eigenerzeugung mit Dieselaggregaten ist nicht nur teuer, sondern im Ernstfall auch problematisch. Versorgungskonvois waren in den letzten Kriegen für etwa die Hälfte aller Verluste verantwortlich. 90% aller Standorte weltweit benötigen jedoch eine elektrische Leistung von weniger als 40 MW_el. Damit sind für sie kommerzielle SMR viel zu groß. Das Department of Defense (DoD) startete bereits 2016 das Project Pele zur Entwicklung von Reaktoren mit 1 bis 5 MW_el. 2025 startete die Armee das Janus Programm mit dem Ziel bis 2028 den ersten Reaktor an einem Standort in Betrieb zu nehmen.

Der Markt für SMR

SMR sind weniger eine technische Innovation, sondern eher ein Geschäftsmodell. Es geht dabei zumindest kurzfristig darum, möglichst erprobte Typen (Druckwasser-, Siedewasserreaktoren usw.) für eine Serienfertigung in einer Fabrik umzustricken. Sieger wird dabei nicht unbedingt das technisch überlegene Produkt sein, sondern wer als erster große Stückzahlen erreicht – ganz ähnlich zu der Entwicklung von Bürocomputern. Hierbei spielt auch die Kapitalverfügbarkeit und ein überlegenes Vertriebssystem eine wesentliche Rolle.

Rechenzentren

Ein ganz neuer Wirtschaftszweig entsteht gerade durch die sog. „Künstliche Intelligenz“ mit ihren riesigen Rechnern und Datenspeichern. Bei ihnen steht die Verfügbarkeit (> 99,99%) absolut im Vordergrund. Wetterabhängige Energien oder sogar nur durch diese geschwächte Netze, scheiden als Standorte aus. Solche Anlagen müssen eine unterbrechungsfreie, redundante Eigenversorgung haben. Muß diese fossil verwirklicht werden, wird die Sache wegen der vielen Volllaststunden extrem teuer. Alle Datenverarbeiter setzen daher auf Kernenergie.

Fernwärme

Es gibt viele Städte, die Fernwärmenetze in der Größenordnung von mehreren Hundert MW betreiben. In diese Netze speisten traditionell Kohlekraftwerke ihre Abwärme ein. Kohle in der Nähe von Wohngebieten ist aber heute nicht mehr gewünscht. Teure Brennstoffe wie Heizöl oder Gas machen eine Kraft-Wärme-Kopplung schnell unwirtschaftlich. International geht deshalb auch hier der Trend Richtung Kernenergie. Der Transport über lange Strecken von Dampf oder Heisswasser lohnt sich meist nicht. Große Kernkraftwerke sind relativ selten. SMR können hier einen ganz neuen Markt erschließen: Das relativ kleine Kernkraftwerk in unmittelbarer Nähe zu Ballungsräumen. Die Versorgungssicherheit – auch in Krisenfällen – und der über Jahrzehnte stabile Preis für die Mieter können ein gewaltiger Beschleuniger sein.

Industrielle Prozesswärme

Die Industrie leidet unter der durch die „Energiewende“ verursachten Energiepreis-Explosion. Nicht nur die hohen Strompreise durch Wind und Sonne führen zu einer Deindustrialisierung, sondern auch die Wärmepreise durch ständig steigende CO₂Steuern belasten unerträglich. Nur die Kernenergie bietet einen Ausweg aus dieser Kostenfalle. Von Laien wird immer der Zusammenhang von Wärmemenge und Temperaturniveau falsch eingeschätzt. Es gibt nur relativ wenige Anwendungen, bei denen Temperaturen über denen gebräuchlicher Dampfzustände benötigt werden. Diese Prozesse, wie Stahlherstellung, Zementherstellung etc. wird man auch weiterhin fossil konkurrenzlos günstig herstellen müssen. Schreibt man hier politische Phantasien, wie z. B. Wasserstoff vor, treibt man diese Industrien zielstrebig in den Ruin – sie müssen dann ins Ausland abwandern.

Man kommt auch in diesem Zweig mit Leichtwasserreaktoren recht gut hin. Man muß also nicht auf neue Reaktortypen warten. Darüberhinaus gibt es auch diverse Entwicklungen, die relativ kleinen Wärmemengen mit hoher Temperatur aus Dampf niedriger Temperatur zu erzeugen. Z. B. in China, wo man Dampf aus einem konventionellen Großkraftwerk durch einen kleinen Kugelhaufenreaktor überhitzt (Xuwei nuclear power project in China’s Jiangsu province). Holtec in den USA geht den Weg über eine Dampfverdichtung. Es gibt eine Vielzahl von Industrien (Raffinerien, Papierfabriken, chemische Anlagen etc.), die jeder für sich deutlich weniger als 100 MW_thbenötigen, aber in ihrer Gesamtheit zweistellige TWh_th ergeben. Hier ist es wichtig schnell (klein) anzufangen, bevor diese Hersteller Deutschland verlassen haben. China, USA und Indien strecken schon ihre Fühler aus. Selbst im grünen Dänemark verdrängt man nicht länger die Realität.

Netzerweiterungen

Selbst bei größeren Netzen kann die plötzliche Aufnahme einer zusätzlichen Leistung von einem Gigawatt herausfordernd sein. Ein Vorteil von SMRs ist, daß sie kleinteilige Leistungssteigerungen ermöglichen. Beispielsweise, wenn ein Versorger in den nächsten zehn Jahren drei Gigawatt neue Kapazität benötigt, könnte er drei traditionelle 1-GW-Reaktoren bauen oder zwölf 250-MW-SMRs. Der Zubau könnte so gestaffelt werden, daß sie alle sechs Monate in Betrieb gehen. Dies verteilt die Kapitalkosten über einen längeren Zeitraum. Aufgrund des kleinen Fußabdrucks der SMRs wären sie auch eine gute Option für Erweiterungen eines bestehenden Kraftwerks oder als Ersatz für ein stillgelegtes fossiles Kraftwerk.

Mittlere Netze

Weltweit gibt es zahlreiche mittlere Netze, für die große Reaktoren einfach zu groß sind. Aber auch im europäischen Netz gibt es zahlreiche Verbrauchsschwerpunkte (Ruhrgebiet, Rhein-Main etc.). Es kann wirtschaftlicher und umweltverträglicher sein, wenn man lokal SMR baut an der Stelle von irgendwelchen Höchstspannungsleitungen, wie sie heute für den Transport aus Offshore-Windparks nötig sind. Dies gilt besonders dann, wenn auch noch ein Bedarf an Fernwärme vorliegt.

Lernkurven

Es gibt immer in der Technik Lernkurven (Auto, Flugzeug, Raketen etc.). Die ersten Modelle sind mehr handwerklich als industriell. Die Kosten eines Prototyps sind meist für den Hersteller verlustbehaftet, da er einen kostendeckenden Preis gar nicht erzielen kann. Daraus ergibt sich die Problematik von staatlichen Subventionen. Deutlich wird der Zusammenhang bei Windmühlen: Auf Grund des politischen Willens sind die Stückzahlen schnell gestiegen. Dies führte zu einer steilen Lernkurve. Die spezifischen Preise sind heute überraschend klein geworden. Trotzdem ist Windstrom als Systempreis bis zur Steckdose ständig teurer geworden.

Gleichwohl ist dieser Zusammenhang auf Kernkraftwerke übertragbar. Bei jedem Reaktor gab und gibt es eine Einsparung, wenn ein gleiches Folgemodell gebaut wird. Der „Gewinn“ hängt nun ganz offensichtlich von der Stückzahl ab. Deshalb hat man sich in China auf zwei Typen (CAP-1000 und Hualong) beschränkt. Solche Lernkurven gehen natürlich nicht endlos weiter, sondern schleichen sich asymptotisch ein. Dies führt zu dem Ergebnis, daß SMR auch bei einem anfangs höheren spezifischen Preis, wegen des schnellen Wachstum der Stückzahlen, schnell preiswerter werden. Andersherum kann man sich auch die Frage stellen, wie groß die Stückzahl sein muß, bis man vom FOAK (First of a kind) auf den (chinesischen) Preis von heute etwa 2500 $/KW_el bei Großreaktoren kommen kann. Daraus ergibt sich eine weitere Konsequenz: Nur einige wenige SMR-Typen werden überleben. Hier gilt mehr denn je, die Schnellen werden die Langsamen fressen.

Mittlere Reaktoren

Es gibt Konzepte – wie z. B. von Rolls&Royce – die das Beste aus beiden Welten anstreben. Sie bauen möglichst große Reaktoren (477 MW_el), die gerade noch in einer Fabrik gebaut und getestet werden können. Möglichst wenige Arbeiten werden auf der Baustelle angestrebt. Hinzu kommt ein möglichst einfacher Hochbau, der von lokalen Firmen ausgeführt werden kann. Dies kann ein besonders lukratives Modell für Stadtwerke sein.

Entwicklung bei Großreaktoren

Bei Reaktoren der Klasse 1 GW sind die Dinge aus politischen Gründen völlig aus dem Ruder gelaufen. Die „alten“ Reaktoren in den USA produzieren durchschnittlich zum Preis (einschließlich Entsorgung und Rückbau) von 2,2 Cent/kWh. Der letzte Neubau Vogtle zu etwa 18,9 Cent/kWh. Das ist untragbar, wenn man berücksichtigt, daß Gaskraftwerke für 5 bis 10 Cent/kWh produzieren. Präsident Trump hat das erkannt und Gegenmaßnahmen eingeleitet. Maßstab ist auch hier China. Ob allerdings große Stückzahlen schnell genug entstehen können ist z. Zt. noch die Frage.

In vielen Ländern sind die Zusammenhänge etwas anders gelagert: Süd Korea, China, Türkei, Bangladesh usw. Dort sind schon heute Kernkraftwerke preiswerter als fossile Anlagen oder Wasserkraftwerke. In Ländern, die beispielsweise über große Wüsten verfügen (Sahara, Gobi etc.) werden die möglichen Energien (Photovoltaik) dringend selber gebraucht. Ein wesentlicher Export ist illusorisch. Oder anders herum betrachtet: Wenn der Bedarf an elektrischer Energie weltweit bis 2050 um 25–75% steigt – die IEA Prognose erscheint nicht unwahrscheinlich – wird man einige Hundert große Reaktoren neu bauen müssen. Der größte Engpass dürfte dabei das qualifizierte Personal sein. In 2024 gingen nur sieben Reaktoren ans Netz. Hier wird noch einmal die Bedeutung von industrieller Fertigung gegenüber Anlagenbau deutlich: Allein Boing kann 600 Flugzeuge jährlich in seinen Fabriken bauen.