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Small Modular Reactors SMR deutsch kleine modulare Reaktoren sind modulare Kernspaltungsreaktoren die kleiner als herkommliche Reaktoren sind und daher in einer Fabrik vorgefertigt und anschliessend an einen Montageort verbracht werden konnen 1 Sie sollen einen geringeren Aufwand vor Ort eine hohere Risiko Eindammungseffizienz und eine hohere Sicherheit der verwendeten Kernmaterialien ermoglichen SMRs wurden auch vorgeschlagen um Finanzierungsprobleme zu umgehen von denen konventionelle Kernreaktoren mit grosserer Leistung z B EPR WWER und um ein Vielfaches hoheren Investitionskosten betroffen sind Inhaltsverzeichnis 1 Definition 2 Eigenschaften 3 SMR Hersteller 4 Reaktortypen 5 Projekte 5 1 Prototypen 5 2 Weitere Projekte 5 3 Mogliche Standorte 6 Studien und Gutachten 6 1 SMR Feasibility Study 2014 6 2 GRS 376 2015 6 3 BASE Oko Institut 2021 7 Literatur 7 1 Dokumentationen 7 2 Fachartikel und Andere 7 3 Fachbucher 7 4 Reporte 8 Weblinks 9 EinzelnachweiseDefinition BearbeitenDas IAEA definiert nach Leistungsklassen ohne modularen Charakter der Anlagen 2 Kleine SMR bis 300 MWel Mittlere SMR zwischen 300 und 700 MWelEigenschaften BearbeitenFur SMRs gibt es verschiedene Entwurfe von verkleinerten Versionen bestehender Kernreaktordesigns bis hin zu vollig neuen Entwurfen der vierten Kernkraftwerks Generation Es wurden sowohl thermische als auch schnelle Neutronenreaktoren vorgeschlagen Weltweit wurden 2017 von verschiedensten Firmen rund 60 SMR Konzepte entwickelt wobei die ersten diesbezuglichen Ideen und Entwurfe auf die 1950er Jahre zuruckgehen Dabei gehen optimistische Schatzungen davon aus dass 2035 knapp zehn Prozent aller neu gebauten Kernkraftwerke SMR sein werden Sie sollen die Atomenergie rehabilitieren und auch Kritiker uberzeugen indem sie so sicher sein sollen dass im Falle eines Atomunfalls keine Evakuierungszonen mehr notwendig seien ausserdem seien sie eine perfekte Kombination mit den erneuerbaren Energien da sie im Gegensatz zu grossen Kern Kraftwerken flexibel namlich im Falle von Produktions und Nachfrageschwankungen schnell ab oder zuschaltbar seien Die Tatsache dass klassische Kernkraftwerke z B vom Typ Konvoi zum Lastfolgebetrieb in der Lage sind und diesen auch in der Praxis nachgewiesen haben 3 4 wird dabei jedoch gerne unerwahnt gelassen Nach Analysen der OECD Nuklearsparte soll ihr Potenzial in Stromnetzen mit einem hohen Anteil an Erneuerbaren sogar am grossten sein Auch ihre Entsorgung mit dem Abwracken konne problemlos in einer Fabrik durchgefuhrt werden 5 Offen ist bisher die Frage zu welchen Kosten Strom in SMR produziert werden kann Schatzungen gehen von Stromgestehungskosten von USD 120 MWh aus 6 Ein von NuScale zusammen mit dem Energieversorger Utah Associated Municipal Power Systems UAMPS geplantes Projekt in Idaho sollte Stand Anfang 2023 USD 102 MWh erreichen wenn man die Subventionen herausrechnete 7 Zum Vergleich Nach Schatzungen aus dem April 2023 erreichen Solarfreiflachenanlagen Stromgestehungskosten von USD 24 bis USD 96 MWh 8 allerdings mit erheblich niedrigerem Leistungskredit Mitte November 2023 gab NuScale bekannt doch keinen SMR in Idaho zu bauen da es nach dem gegenwartigen Stand unwahrscheinlich sei dass sich ausreichend Abnehmer fur die Energie finde die in dem Atomkraftwerk erzeugt werden sollte 9 10 11 SMR Hersteller BearbeitenSMRs werden sowohl von bekannten als auch von neuen Unternehmen angeboten und beworben Dazu zahlen z B China Nuclear Power Engineering Group Teil der CNNC ACP100 12 13 Die neue Firma Copenhagen Atomics arbeitet an einem kleinen modularen Thorium Flussigsalzreaktor 100 MWth 14 Doosan SMART 15 Framatome LW SMR Holtec International SMR 160 NuScale VOYGR 16 Rolls Royce SMR Toshiba Energy Systems amp Solutions verschiedene Designs Studien 17 Westinghouse AP300 18 Reaktortypen BearbeitenIn der Studie GRS 376 siehe unten wurden uber 69 SMR Konzepte identifiziert darunter die Verteilung auf die folgenden Reaktortypen 32 Leichtwasserreaktoren LWR 22 flussigmetallgekuhlte Brutreaktoren LMR 2 Schwerwasserreaktoren HWR 9 gasgekuhlte Hochtemperaturreaktoren GCR 4 Flussigsalzreaktoren MSR Projekte BearbeitenIm folgenden Abschnitt werden verschiedene Projekte und Prototypen beschrieben Prototypen Bearbeiten Das schwimmende Kernkraftwerk Akademik Lomonossow hat als Ersatz fur das Kernkraftwerk Bilibino 2020 die Strom und Warmeversorgung von Pewek einer 4 000 Einwohner Stadt in Sibirien an der Tschuktschensee sowie angrenzender Bergwerke ubernommen Es wurde seit 2007 im St Petersburger Hafen auf einer 150 m langen Barke mit zwei Druckwasserreaktoren vom Typ KLT 40C mit je 35 MW Leistung gebaut Carem 25 Leistung 27 MW in Argentinien von der Internationalen Atomenergiebehorde IAEO als Forschungsreaktor titulierter Prototyp fur einen kleinen Druckwasserreaktor Baubeginn war 2014 bei einem geschatzten Baufortschritt von rund 60 wurde im August 2020 die neue Bauphase mit Nucleoelectrica Argentina SA als Auftragnehmer fortgesetzt 19 2021 wurden in China die ersten zwei HTR PM Reaktoren in Betrieb genommen 20 Die zwei Kugelhaufen Reaktoren mit jeweils 250 MW thermischer Leistung treiben zusammen einen Turbosatz mit 210 MW elektrischer Leistung an 21 22 Ebenfalls 2021 wurde in Hainan mit dem Bau eines ACP100 mit dem Namen Linglong One begonnen 23 Mit einer elektrischen Leistung von 125 MW soll der Reaktor jahrlich 1 TWh an Strom erzeugen 23 Weitere Projekte Bearbeiten Das in Corvallis Oregon ansassige Start up Nuscale Power mit EU Buro in London entwickelt kleine gebrauchsfertig zu liefernde Reaktormodule mit einer Leistung von 50 MW und einem integralen Reaktorbehalter worin sich Reaktorkern Dampferzeuger sowie Primarkreislauf zusammen befinden die sonst getrennte Einheiten bilden Im Lauf der Jahre wuchs die Leistung auf 77 MW je Einheit da grossere Reaktoren gunstiger Strom produzieren was bereits in fruheren Jahrzehnten zu immer grosseren Meilern gefuhrt hat bis hin zum EPR dieser Sachverhalt wird bei SMRs ignoriert Einzelne Module mit 4 5 m Breite und 22 m Hohe sollen sich per Schwertransport an ihre Einsatzorte bringen lassen wo bis zu zwolf voneinander unabhangig arbeitsfahige Module mit dann zusammen 600 MW Leistung in einem Gebaude untergebracht werden sollten Ende 2016 wurde die Zulassung des Modells fur den US Markt beantragt am in Idaho vorgesehenen ersten Bauplatz wurden 2017 Umweltgutachten erstellt 5 Die Design Zulassung in den USA wurde im Januar 2023 erteilt 24 Im November 2023 wurde das Projekt gestoppt da man anzweifelte fur die elektrische Energie der sechs Reaktoren mit einer Gesamtleistung von 0 462 GW Abnehmer zu finden 9 Ausserdem werden die deutlichen gestiegenen Kosten von geschatzten 5 3 auf 9 3 Milliarden US Dollar und Finanzierungsprobleme als Grunde fur den Ausstieg genannt 11 Fur die Entwicklung des Modellprojektes hatte Nuscale staatliche Subventionen in Hohe von 4 Milliarden US Dollar erhalten 25 Nuscales Projektpartner der Energieversorger Utah Associated Municipal Power Systems verlautbarte gegenuber dem Magazin Science dass sich das Unternehmen stattdessen auf den Ausbau von Windenergie Solarkraftwerken und Batterien konzentrieren werde 26 Rolls Royce hat einen Druckwasserreaktor als SMR mit einer elektrischen Leistung von 470 MW entwickelt Die Einzelteile der Reaktorblocke sollen sich mit einem Lkw transportieren lassen und in Massenproduktion hergestellt werden 27 Die Zulassung im Vereinigten Konigreich soll bis 2024 erfolgen der erste Reaktor 2029 ans Netz gehen 28 Schwimmende SMR werden z B von der kanadischen Firma Dunedin Energy Systems fur abgelegene Bergbauprojekte in den USA sowie als Integraler Leichtwasser Reaktor vom chinesischen Nuclear Power Institute in Chengdu in Kooperation mit der britischen Lloyd s Register entwickelt Dabei mussen solche Anlagen nicht nur den Sicherheits Vorgaben der IAEO genugen sondern auch denen der Internationalen Seeschifffahrts Organisation IMO die dafur mittlerweile einen vorlaufigen Anforderungskatalog aufgestellt hat allerdings sind hier noch weitere Regularien und technische Anforderungen notwendig z B auch fur den Fall des Sinkens der Anlagen Dabei steht die internationale Genehmigungspraxis insgesamt vor der Herausforderung der vorgesehenen landerubergreifenden standortgebundenen und hochstandardisierten Produktionen also quasi von Typ statt Einzelzulassungen 5 Im Jahr 2021 beschloss TerraPower den Bau eines kleinen modularen Flussigsalzreaktors mit Natriumkuhlung und 500 Megawatt Spitzenleistung in den USA 29 Der US Hersteller Holtec International und Energoatom sind im Gesprach uber 20 SMR 160 Anlagen fur die Ukraine 30 Mogliche Standorte Bearbeiten Kanada die USA und das Vereinigte Konigreich fordern die Entwicklung von SMRs mit offentlichen Mitteln 31 Im Streit um die Kernenergie in Belgien wurden 2021 in einem regierungsinternen Kompromiss 100 Millionen Euro Fordermittel fur die Forschung zur Entwicklung kleinerer modularer Kernreaktoren vorgesehen 32 Interessenbekundungen und Vorvertrage existieren Stand September 2022 auch fur Polen 33 Rumanien 34 Estland 35 Tschechien 36 37 Schweden 38 und die Niederlande 39 Aufgrund der Leistung im Bereich der Antriebsleistung bestehender Containerschiffe z B Emma Maersk 80 MW Open100 100 MW ware auch der Einsatz als Schiffsantrieb denkbar Aufgrund der volatilen und tendenziell steigenden Preise von Schwerol und Schiffsdiesel sowie der Problematik bzgl der Emissionen der Schifffahrt wird dies trotz der vergangenen gemischten Erfahrungen technisch erfolgreich politisch und okonomisch gescheitert mit Versuchsschiffen wie Otto Hahn oder NS Savannah immer wieder propagiert 40 41 Studien und Gutachten BearbeitenSMR Feasibility Study 2014 Bearbeiten Machbarkeitsstudie 42 herausgegeben durch das englische National Nuclear Laboratory NNL 43 Die Studie hat die folgenden Bereich untersucht Bewertung des globalen Marktes Technische Bewertung Investition in Innovation Finanzielle Bewertung einschliesslich Bewertung der Kostensenkung Bewertung der kommerziellen Moglichkeiten im Vereinigten KonigreichGRS 376 2015 Bearbeiten In der Studie der Gesellschaft fur Anlagen und Reaktorsicherheit wurden SMRs wie folgt untersucht 44 2 Uberblick zur Thematik SMR Reaktorsicherheit und zukunftige F amp E Vorhaben Anpassungsbedarf der Rechencodes Hochtemperaturreaktoren in Kopplung an IndustrieanlagenBASE Oko Institut 2021 Bearbeiten Das Bundesamt fur die Sicherheit der nuklearen Entsorgung BASE hat am 10 Marz 2021 ein umfangreiches Gutachten prasentiert 45 das 136 verschiedene historische sowie aktuelle Reaktoren bzw SMR Konzepte betrachtet 31 davon besonders detailliert Das vom Oko Institut im Auftrag des BASE erstellte Gutachten liefert eine Einschatzung zu moglichen Einsatzbereichen der Endlagerfrage Sicherheitsfragen und der Proliferations Gefahr 46 47 Ergebnisse des Gutachtens sind unter anderem Um weltweit dieselbe elektrische Leistung zu erzeugen wie mit ublichen Atomkraftwerken ware der Bau von vielen tausend bis zehntausend SMR Anlagen notwendig Gegenuber Atomkraftwerken mit grosser Leistung konnten zwar einzelne SMR potenziell sicherheitstechnische Vorteile erzielen da sie pro Reaktor ein geringeres radioaktives Inventar aufweisen Die hohe Anzahl an Reaktoren die fur die gleiche Produktionsmenge an elektrischer Leistung notwendig ist erhoht das Risiko jedoch insgesamt um ein Vielfaches Anders als teilweise von Herstellern angegeben muss davon ausgegangen werden dass bei einem schweren Unfall die radioaktiven Kontaminationen deutlich uber das Anlagengelande hinausreichen Durch die geringe elektrische Leistung sind bei SMR die Baukosten relativ betrachtet hoher als bei grossen Atomkraftwerken Eine Produktionskostenrechnung unter Berucksichtigung von Skalen Massen und Lerneffekten aus der Atomindustrie legt nahe dass im Mittel 3 000 SMR produziert werden mussten bevor sich der Einstieg in die SMR Produktion lohnen wurde Bei einem Wiedereinstieg in die Atomenergie waren wiederum lange Betriebs Sicherheits und Storfallrisiken in Kauf zu nehmen Umfangreiche Zwischenlager und Brennstofftransporte waren weiterhin erforderlich Auch ein Endlager ware in jedem Fall weiter erforderlich Die Verwendung von bereits vorhandenen Uranreserven durch Partionierungs und Transmutations Konzepte P amp T ist nur anwendbar fur abgebrannte Brennstabe Allerdings wurden 40 Prozent davon in Deutschland bereits wiederaufgearbeitet Die daraus entstandenen verglasten Abfalle waren nicht fur P amp T Verfahren zuganglich Zwar konnten bestimmte Transurane wie Plutonium in ihrer Menge reduziert werden auf der anderen Seite wurde jedoch die Abfallmenge fur andere langlebige radioaktive Spaltprodukte ansteigen z T sogar um bis zu 75 Prozent Casium 135 gegenuber der ohne P amp T einzulagernden Menge Schliesslich bliebe die Gefahr dass das im P amp T Verfahren notwendigerweise abzutrennende Plutonium leichter fur Waffenherstellung zuganglich ware In der kritischen Gesamtbewertung heisst es Keine der diskutierten Technologien ist derzeit und absehbar am Markt verfugbar Gleichzeitig werden sie mit ahnlichen Versprechen wie zu den Reaktoren in den 1950ern und 1960er Jahren des vergangenen Jahrhunderts angepriesen 48 Literatur BearbeitenSiehe auch Kernreaktor Kernenergie und Kerntechnik Dokumentationen Bearbeiten Mini Kernkraftwerke Der Weg aus der Klimakrise Terra X vom 2 Juni 2021 Lange 18 min verfugbar bis 2 Juni 2031Fachartikel und Andere Bearbeiten D Bittermann Status of development work on small and medium sized reactors at Siemens KWU International Atomic Energy Agency IAEA 1998 englisch iaea org Small Modular Reactors SMR Kernkraftwerke im Kleinformat Gesellschaft fur Anlagen und Reaktorsicherheit abgerufen am 22 Mai 2023 Ross Peel Sukesh K Aghara Nuclear Security for Next Generation Reactors In Christopher Hobbs Sarah Tzinieris Sukesh K Aghara Hrsg The Oxford Handbook of Nuclear Security 1 Auflage Oxford University Press 2023 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