engl. summary: A visit to the safest nuclear power plant on Earth - the one in Austria, which was built but never put into operation. In the post I describe it´s bizarre history and how it should have been worked.
Liebe Leser,
kürzlich hatten wir die Gelegenheit, das Atomkraftwerk Zwentendorf in Niederösterreich zu besichtigen. Ein Besuch, der sich absolut lohnt. So viel Wissenswertes bekommt man in 3 Stunden kaum wo vermittelt! Außerdem war Fotografieren erlaubt (da die Technologie veraltet und daher nicht "diebstahlfähig" ist😄).
Im Bild das Reaktorgebäude, links davon das niedrigere Maschinenhaus mit der Turbinenanlage, rechts der 110m hohe Abluftkamin. Einen typischen Kühlturm, der oft auf Bildern und Symbolen synonym für (Atom)Kraftwerke steht, brauchte Zwentendorf nicht, da man für die Kühlung das reichliche Donauwasser verwenden konnte (und zwar 35m3 pro Sekunde, mit der die Donau bei Vollbetrieb flußabwärts 3 Grad wärmer geworden wäre).
Geschichte
1972 war mit dem Bau des Kernkraftwerks Zwentendorf begonnen worden, 1976 (vor genau 50 Jahren und 25 Jahre nach Baubeginn des weltweit ersten kommerziellen Atomkraftwerks (Obninsk)) war es fix und fertig, für 650 Mio.€; damals war das eine sehr große Summe. Sogar die Brennelemente (aus dem ehem. "Atomdorf" in Hanau) waren schon geliefert worden (mit 68 Helikopterflügen vom Flughafen Schwechat) und lagerten im Trockenlager oberhalb des Reaktorkerns. Es sollte übrigens nur das erste von drei geplanten Atomkraftwerken werden, der Beschluss dazu wurde schon in den 1960ern gefasst, noch unter Josef Klaus II (ÖVP). Doch bald nach Baubeginn regte sich Widerstand gegen die Atomkraft, der mit Fortschreiten des Baus immer stärker wurde, es kam sogar zu Hungerstreiks von Müttern vor dem Bundeskanzleramt. Laut Meinungsumfragen waren aber dennoch 70% dafür, daher dachte sich 1978 der damalige Bundeskanzler, Bruno Kreisky, er könne die leidige Debatte ein für allemal beenden, indem er eine verbindliche Volksabstimmung zu dem Thema abhalten ließ. Falls die negativ (für die Atomkraft) ausgehen sollte, würde er sich aus der Politik zurückziehen (er war damals recht populär und sehr zuversichtlich in der Atomfrage, hatte er doch auch die Gewerkschaft, Industrie und Handelskammer hinter sich). Diese Aussage rief aber seine politischen Gegner auf den Plan, die initial zwar für die Atomkraft waren, aber nun umschwenkten, um dem mächtigen Roten Kanzler eins auszuwischen. Das Ergebnis der Abstimmung am 5.Nov.1978 war denkbar knapp - 50,47% dagegen. Zurückgetreten ist Kreisky trotzdem nicht. Als Folge beschloss der österreichische Nationalrat noch im Dezember 1978 mit dem „Atomsperrgesetz“ das Verbot von kommerziellen Atomkraftwerken in Österreich. Damit war nicht nur Zwentendorf, sondern auch die Atomkraft in Österreich Geschichte (bis auf Ausnahmen von Forschungsreaktoren, wie heute noch einer im Wiener Prater steht, betrieben von der TU Wien).
Zuerst wurde das Atomkraftwerk eingemottet für eine mögliche spätere Inbetriebnahme (das kostete ca. 70 Mio.€ pro Jahr!), zu der es aber nie kam. Erst Mitte der 1980er Jahre wurde auch das letzte Brennelement verkauft (seither sind die Strahlungswerte im Reaktor bei 0 und somit geringer als im Freien (aufgrund der starken Betonabschirmung). Auch diente das "1:1 Kraftwerksmodell" als Ersatzteillager für baugleiche Schwesterkraftwerke (Brunsbüttel, Philippsburg-1 und Isar-1).
Danach gab es zum Teil skurrile Pläne für eine Nachnutzung: Ein Historyland, ein Gaskraftwerk (wäre aber unrentabel), eine Art Friedhof oder ein Museum für gescheiterte Technologie – realisiert wurde kein einziges der Projekte.
Der niederöst. Energieversoger EVN kaufte 2005 die Anlage, nicht wegen des Kraftwerks selbst, sondern wegen des 24ha großen Areals mit bestehender Kraftwerksbewilligung, Wasserentnahmeerlaubnis, Hochvolt-Stromanbindung, wenig störenden Nachbarn etc. - ein ideales Asset für eine spätere moderne Nutzung, auch für Veranstaltungen wie das Shutdown-Festival, das immerhin ca. 15.000 Besucher hat. Zusammen mit Einnahmen aus dem Trainingszentrum (weil hier Kraftwerkspersonal ohne Strahlenschutz direkt am Reaktor ausgebildet werden kann), Filmprojekten und sonstigen Vermietungen kann EVN so operativ zumindest eine "Schwarze Null" halten.
Sonne und Natur statt Atom
Seit 2012 gibt es im Kraftwerksareal eine Photovoltaik-Anlage mit ca. 2100 Paneelen. Zwentendorf liefert also doch Strom, aber anstelle der ursprünglich geplanten 700 Megawatt aus Kernkraft sind es derzeit ca. 450 Kilowatt aus Photovoltaik (wobei auch die PV-Anlage mittlerweile 14 Jahre alt ist und daher auch nicht auf dem Letztstand bezüglich Effizienz).
Die Natur hat sich im Laufe der Jahre die Fläche zurückerobert. In den Zuläufen zur Donau haben sich Biber einquartiert, am nicht benutzten Abluftkamin nisten Vögel. Der Verein der österreichischen Igelfreunde nutzt das Gelände zum Auswildern von verletzten und gesundgepflegten Igeln. Im Laufe der Zeit ist das Areal zu einer Naturoase geworden! Wer hätte das gedacht?
Einer der Hochspannungstransformatoren. Die Führung hatte um 18h begonnen (es war kein anderer Termin frei, die Führungen sind extremst ausgebucht), da war es schon finster, aber der Reaktor selbst und die Turbinenhalle sind in einem Haus (mit 1050 Zimmern) ohne ein einziges Fenster (aus Strahlenschutzgründen), sodaß es für die Besichtigung keine Rolle spielte, ob draußen Tag oder Nacht ist 😀.
Der Stützpunkt der Schleuse beim Haupteingang mit dem 50(!) Jahre alten Originalinventar. Von hier aus wurde kontrolliert, wer rein und raus durfte.
Zum Verlassen der Kontrollzone im Reaktor musste man sich "freimessen". War der Strahlungswert zu hoch, musste man sich komplett ausziehen, die Dienst-Kleidung in einen speziellen Schacht werfen, der in den Keller führte (wo sie verbrannt wurde), sich selbst duschen (kalt, damit die Poren geschlossen blieben und weniger Gefahr bestand, dass verstrahltes Material über die Haut in den Körper gelang) und erneut zur Strahlungsmessung. Daher war klar, dass in die Kontrollzone nichts hineingebracht werden durfte, keine Privatkleidung, keine Brille, keine Nahrung, keine Notizen (Handys gab es ohnehin keine). Auch die Toiletten waren außerhalb der Schleuse, all das, um das potentiell kontaminierte Volumen möglichst klein zu halten.
Wie funktioniert ein Atomreaktor?
Zwentendorf war ein Siedewasserreaktor vom Typ SWR-69, gebaut von der KWU (Kraftwerksunion, einer Tochter von Siemens und AEG) und somit ein Modell der 2. Generation mit verbesserten Sicherheitsmaßnahmen. Wasser wird hier sowohl als Kühlmittel als auch als Moderator benutzt (bei Tschernobyl war Graphit der Moderator, was sich als letztlich als fatal erwies).
Die komplette Belegschaft war 154, 40 pro Schicht, das Kraftwerk hatte sogar "Computer" mit 32K Arbeitsspeicher und Lochkartenleser, jeweils einen Prozessrechner "60-10" und "60-50" der AEG-Telefunken. Für die Stromversorgung im Notfall dienten 4 Dieselaggregate zu je 3 MW.
Im eigentlichen Reaktordruckbehälter passiert die Kernspaltung (Anm.: ich benutze bei der Beschreibung die Gegenwart, eigentlich müsste man im Konjunktiv schreiben ("wäre die Kernspaltung passiert"), aber das schenke ich mir der leichteren Lesbarkeit wegen). Er hat Platz für 484 Urandioxid-Brennelemente, angereichert mit bis zu 4,02% 235Uran (in der Natur kommt dieses spaltbare Uranisotop nur zu 0,7% vor).
Jeweils 4 der ca. 4m langen Brennelemente, die aus 49 in einem 7x7 Raster angeordneten Brennstäben bestehen, bilden eine Kernzelle (=Brennelementgruppe). Im Bild wurde ein Brennelement (allerdings ohne Uran😄) aufgeschnitten, sodass man die Brennstäbe gut sehen kann. Im Bild ist auch einer der kreuzförmigen Steuerstäbe aus edelstahlummantelten Borcarbid zu sehen, die bei Bedarf von unten zwischen die Brennelemente geschoben werden, um die Kettenreaktion jeweils einer Kernzelle abzuschwächen (indem die Neutronen, die für die Kettenreaktion benötigt werden, absorbiert, also "eingefangen" werden).
Unter Betrieb ist der Reaktor zu ca. 2/3 mit (vorgewärmten) Wasser (H2O, deionisiert und destilliert) gefüllt, daher spricht man auch von Leichtwasserreaktoren (im Gegensatz zu Schwerwasserreaktoren, die mit "schwerem Wasser" i.e. Deuterium (2H2O bzw. D2O) statt mit H2O gefüllt sind).
Durch die Kettenreaktion im Wasser bei der Spaltung der 235Uranatome wird Wärme erzeugt, durch die Teile des Wassers verdampfen, der Dampf wird über Rohre in die Maschinenhalle nebenan geleitet und treibt dort die Turbinen an (vier waren es ursprünglich, 2 davon wurden verkauft). So gesehen funktioniert ein Atomkraftwerk nicht anders als jedes andere Wärmekraftwerk (Kohle, Gas, etc.), nur die Wärmequelle ist eine andere und es wird nichts verbrannt (daher entstehen auch keine Abgase).
Blick von der Reaktorhalle auf die Turbinenanlage.
Rechts vorne eine der Niederdruckturbinen ohne Verkleidung.
Eine Turbine hat viele Laufräder, um möglichst viel aus der Bewegungsenergie des Dampfes aufzunehmen. Der Dampf, der initial eine Temperatur von 286 °C hat, kommt zur Mitte und wird dann symmetrisch (um keine Scherkräfte an der Achse zu erzeugen) über zuerst kleinere, dann größere Schaufeln (wenn die meiste Energie schon weg ist) geführt.
Nach Verlassen der Turbine, die durch den Dampfdruck, hydraulisch(!) gesteuert, auf genau 3000 Umdrehungen / Min. gebracht wird (womit der angeschlossene Generator den benötigten 50Hz-Strom erzeugt) wird der Wasserdampf (rund 4000 Tonnen pro Stunde) durch Kühlwasser der Donau im Kondensator verflüssigt und wieder dem Kreislauf zugeführt. Der Wirkungsgrad des Kraftwerks hätte bei ca. 34% gelegen. Der Wasserkreislauf enthält konstruktionsbedingt radioaktive Teilchen aus Abrieb und Korrosionsprodukten und vor allem 16 N (durch Neutronenreaktion im Reaktor vom Sauerstoff (16O) des Wassers), daher hätte die Maschinenhalle bei Betrieb nur sehr eingeschränkt betreten werden dürfen. Das unterscheidet den Siedewasserreaktor vom heute gebräuchlicheren Druckwasserreaktor, bei dem ein sekundärer Wasserkreislauf die Turbinen antreibt, der frei ist von Radioaktivität, was die Wartung der Dampfturbinen wesentlich erleichtert. Diese Vorteile werden aber wettgemacht durch die etwas niedrigere Energieeffiizienz durch die beiden separaten Kreisläufe, mehr Bauteile & höhere Baukosten und den wesentlich höheren Druck im Primärkreislauf (155 bar!), der ein zusätzliches Risiko darstellt (in einem Siedewasser-Reaktordruckbehälter sind es "nur" 70 bar). Da das 16 N aber eine Halbwertszeit von nur 7 Sekunden hat, wird über eine Verzögerungs- und Filteranlage die Luft aus der Turbinenhalle direkt über den Abluftkamin (siehe Bild 1) an die Außenluft abgegeben und schon kurz nach einer Abschaltung (z.B. im Rahmen der jährlichen Revision (bei der auch verbrauchte Brennstoffelemente getauscht werden)) kann die Halle betreten werden.
Blick von oben, von der beweglichen Wechselbühne auf das Reaktorbecken, Im Hintergrund sieht man das Abklingbecken, wo abgebrannte Brennstoffelemente ein paar Jahre gelagert werden müssen, bevor sie in Castoren abtransportiert werden. Dazu dient der Kran darüber (er wird auch benutzt, die tonnenschweren Strahlenschutz-Betonplatten über den Reaktor zu legen, bevor er eingeschaltet wird). Ein Castor (Cask for Storage and Transport of Radioactive Material) der Fa. GNS, der ca. 120 Tonnen wiegt, kostet übrigens 5-10 Mio.€ und hat eine Lieferzeit von 10 Jahren!
Beim jährlichen Brennstoffelementwechsel (ein Element muss alle 4-6 Jahre getauscht werden, d.h. jedes Jahr wird nur ein Teil getauscht, bzw. woandershin platziert, um die Kettenreaktion möglichst gleichmässig zu halten) ist das Becken mit Wasser geflutet für den Strahlenschutz. Die Schleuse zwischen den beiden Becken ist dann offen, um die Elemente unter Wasser vom Reaktor in das Abklingbecken zu hieven. Auch im Abklingbecken haben die Brennstoffelemente immer 7-8m Wasser darüber, da auch "ausgebrannte" Elemente noch hochradioaktiv sind.
Die Steuerungsanlage zum Verschieben der Bühne und Manipulieren der Brennstoffelemente. Alles strahlt den Charme der 1970-Jahre aus!
Blick auf den Reaktorschacht und darunter den Reaktordruckbehälter. Im regulären Betrieb befinden sich unterhalb des Gitters die ca. 80 Tonnen Urandioxid und der Reaktordruckbehälterdeckel ist oben darauf (der die 70 bar aushält), und darüber noch meterdicke Betonplatten (beim Brennstoffelementwechsel wird das vorher entfernt).
Die baugleichen deutschen Schwesterreaktoren sind übrigens mittlerweile alle stillgelegt und harren jetzt ihres "Rückbaus" oder deren Abriss wurde schon begonnen. So ca. 300-500.000 Tonnen teils hochradiokativer Beton und anderes Material muss schonend zerlegt und endgelagert werden (wo ist noch nicht klar). Die Kosten (es sind mehrere Mrd.€) trägt natürlich der deutsche Steuerzahler. So viel zum Thema "Atomstrom ist günstig". Eine Gesamtkalkulation inkl. Demontage & Endlagerung und einer Versicherung gegen Störfälle wurde nie angestellt! Hätte man die gemacht, würde kein einziges Kernkraftwerk einen privatwirtschaftlichen Betreiber finden. Oder der Staat schießt Milliarden zu, wie bei der Wind- und Solarenergie.
Hier ein Schema des Reaktors und des Wasser/Dampfkreislaufs. Man sieht auch den kugelförmigen Sicherheitsbehälter (Containment) mit dem glühbirnenartigen Bodensockel, der den Reaktordruckbehälter hermetisch umschliesst.
Im Sicherheitsbehälter
Der Sicherheitsbehälter hat 26m Durchmesser und ist eine doppelwandige Stahlkonstruktion. Gewicht: ca. 1000 Tonnen. Seine Funktion ist vor allem zu verhindern, dass im Fall des Platzens eines Rohres oder sonstigen Störfalls Radioaktivität nach außen gelangt. Bei Reaktorbetrieb kann er nicht betreten werden, da er dann zur Hälfe mit Wasser gefüllt ist und zur anderen mit Stickstoff statt Luft, um Knallgasexplosionen zu verhindern.
Hier eine offene Wartungsluke, oben sieht man die vielen Bolzen, mit denen der Reaktordruckbehälterdeckel fixiert wird.
Der Reaktordruckbehälterdeckel wiegt alleine 60 Tonnen.
2005 wurde von EVN in den Sicherheitsbehälter ein künstlicher Zugang geschnitten, der sog. "Todesstoß" von Zwentendorf. Es war die Antwort auf Befürchtungen von Atomgegnern, dass EVN möglicherweise die Absicht hätte, den Reaktor wieder einzuschalten. Diese 2m2 große Öffnung bewirkte, dass das Containment komplett unbrauchbar wurde (weil die Hüllenintegrität irreversibel verletzt wurde bzw. der Aufwand zu hoch wäre, den Behälter wieder druckdicht zu bekommen). Für Führungen eignet sie sich aber gut, um in das Innere des Sicherheitsbehälters zu gelangen und einen Blick auf den Reaktordruckbehälter zu werfen, hier im Bild, der 5,5m im Durchmesser hat und 21m hoch ist.
In einem aktiven AKW hat der Reaktordruckbehälter natürlich keine Einstiegsluke!
Bei Betrieb wären diese Kondensationsrohre ca. 2m unter Wasser gestanden. Sie dienen dazu, überschüssigen Wasserdampfdruck aufzufangen, damit der Druck nie über 70bar steigt. Der Wasserdampf blubbert ins Wasser und der Druck wird so rasch abgebaut. Dadurch war das Containment auch nur auf 4bar Druck ausgelegt.
Zusätzlich gab es noch diese Notfallrohrsysteme, die im Fall eines Platzens einer Dampfleitung Wasserdampf ins Wasser einleiteten (aber hier hatte ich nicht ganz aufgepasst und kann daher leider nicht genau erklären, worin der Unterschied zu den anderen Rohren besteht).
Über einen anderen Zugang gelangten wir in den Steuerstab-Antriebsraum unterhalb des Reaktordruckbehälters im Sockelbereich des Sicherheitsbehälters.
In der Steuerstab-Zentrale
Von hier wurden über Elektromotoren die Steuerstäbe reguliert, je ein Motor für einen Steuerstab und 4 Brennstoffelemente, also insg. ca. 120. Einen Steuerstab komplett auszufahren dauert 3 Minuten. Fiel einer der Elektromotoren aus, musste er manuell ausgetauscht werden (mit Hilfe der Hebebühne, denn einer wiegt 60kg).
Hier wurden bis auf sechs Motoren alle entfernt, für Trainingszwecke reicht das.
Die schier unzählbare Flut von Röhren und Reglern dient dazu, etwaige Leckagen zu kontrollieren und bei Bedarf Wasserflüsse zu regulieren. Jede Kernzelle hat ein eigenes Prüfrohr und bei Betrieb müssen jeden Tag alle kontrolliert werden auf Lecks. Üblicherweise darf sich ein Mitarbeiter bei Betrieb wegen der Strahlung nicht länger als 10min. hier aufhalten, das macht dieses 1:1 Modell für Trainingszwecke so praktisch.
Die Schaltwarte
Last not least die Kommandozentrale, die hier "Schaltwarte" oder nur Warte genannt wird. Alles 50 Jahre alt. Ich kann mir vorstellen, dass das damals supermoderne Technik war.
Die Uhr an der Wand ist aber eine Replik, das Original "verschwand" bei Dreharbeiten.
Ich hoffe, diesen Rundgang habt Ihr genauso kurzweilig empfunden wie wir bei der Führung. Fragen und Anmerkungen gerne in die Kommentare.
PS: Hier noch ein recht skurriler Film (8 min.) aus den 1970er Jahren, mit dem die Atomlobby die Bevölkerung "aufklären" wollte. Man weiß heute nicht mehr, wer den Film gemacht hat (der in der ungekürzten Variante 52 Min. lang ist), da kein Vorspann oder Nachspann erhalten ist, aber man nimmt an, dass bei der Herstellung LSD im Spiel war 😄.
Und wer sich wirklich für Nukleartechnik interessiert, der kann in diesem unglaublichen guten Video von SmarterEveryDay sehen, wie in einem AKW (Browns Ferry, seit 1973(!) am Netz) heutzutage gearbeitet wird und ein Brennstoffelementwechsel in Echtzeit abläuft:
https://zwentendorf.com/
Adresse: Sonnenweg 1, Zwentendorf
Die Führungen sind gratis, Anmeldung hier
Fotoworkshops auf Anfrage akw@zwentendorf.com
Quellen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Kernkraftwerk_Zwentendorf
https://de.wikipedia.org/wiki/Siedewasserreaktor_Baulinie_69
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