Als zuverlässigste Quelle kohlenstofffreier Stromerzeugung mit einer unterbrechungsfreien Energieversorgung rund um die Uhr ist die Kernenergie ein wichtiger Bestandteil der Stromerzeugungslandschaft und eine entscheidende Säule bei der Transformation in eine kohlenstofffreie Zukunft.
Länder jeder Größe setzen auf eine kohlenstofffreie Atomstromerzeugung als Teil ihres Energiemixes, um eine zuverlässige Quelle für sauberen Strom mit höchster Zuverlässigkeit zu gewährleisten und gleichzeitig ihre eigene Energiesicherheit zu unterstützen.
Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) entfallen heute bereits 10 % der gesamten weltweiten Stromerzeugung und 25 % der gesamten kohlenstofffreien Stromerzeugung auf Kernenergie, wobei die USA, Frankreich, China, Russland und Südkorea die meisten erzeugen Atomkraft.
In den letzten 50 Jahren hat die Kernenergieerzeugung weltweit über 60 Gigatonnen CO2-Emissionen eingespart – das sind fast zwei Jahre der weltweiten energiebedingten Emissionen.
In der MENA-Region hat die erste Phase des Kernkraftwerks Barakah in den Vereinigten Arabischen Emiraten über 2.100 GWh saubereren Strom erzeugt und die Emissionen von über 950.000 Kilotonnen CO2 reduziert.
Saudi-Arabien plant den Bau von zwei großen Kernkraftwerken (KKW) mit dem Ziel, bis 2040 17 GWe nuklearer Kapazität zu erreichen, die 15 Prozent des Bedarfs des Königreichs decken wird.
In Ägypten wird die weltweit größte Atom-Dampfturbine Arabelle von GE im ägyptischen Kernkraftwerk El Dabaa installiert, um 4.800 MW CO2-freie Stromerzeugung für Millionen von Haushalten bereitzustellen.
Der Irak hat auch Pläne zum Bau von Kernreaktoren mit einer Leistung von etwa 11 GW angekündigt. Darüber hinaus verfügt Pakistan über 2.332 MW nukleare Betriebskapazität und weitere 1.100 MW im Bau, während die Türkei derzeit das Kernkraftwerk Akkuyu baut, das mit der Arabelle-Dampfturbine von GE bis zu 4.800 MW erzeugen wird. GE hat erst im Januar dieses Jahres die ersten Geräte für Akkuyu geliefert.
„Da neue Technologien online kommen, ist es entscheidend, die bestehende kohlenstofffreie Atomstromerzeugung als Teil des saubereren Energiemixes beizubehalten“, heißt es in einem kürzlich erschienenen Whitepaper von GE über die Rolle der Kernenergie bei der Verwirklichung einer kohlenstofffreien Zukunft.
„Bei etwa 450 Kernreaktoren weltweit wird eine der effektivsten und wirtschaftlichsten Lösungen darin bestehen, die Betriebsgenehmigungen zu verlängern, um den Übergang zu einer kohlenstofffreien Wirtschaft zu unterstützen. Die Marktanerkennung der Kernenergie als emissionsfreie Erzeugungsquelle ist der Schlüssel zur Verlängerung dieser Lizenzen und zum Erhalt der Kernkraftwerke.“
Das Whitepaper mit dem Titel Nuclear Energy: A Critical Pillar of a Carbon-Free Future gibt einen Überblick über die aktuelle Energielandschaft und die Bemühungen zur Dekarbonisierung sowie Empfehlungen, wie diese Ziele durch die Nutzung der Kernkraft als verlässlicher Emissions- kostenlose Erzeugungsoption.
Das Whitepaper fügt hinzu, dass die Straffung der regulatorischen Anforderungen und die Erhöhung der Investitionen zur Integration neuer Technologien, einschließlich digitaler Lösungen, die Bemühungen zur Erreichung der Ziele des kohlenstofffreien Energiesektors weiter unterstützen werden.
Von Branchenführern wird erwartet, dass sie weiterhin neue Angebote entwickeln, um Kunden bei der Wartung ihrer Geräte zu unterstützen sowie die Effizienz zu verbessern, die Betriebskosten zu senken und die Lebensdauer ihrer Anlagen zu verlängern.
GE schätzt, dass eine Erhöhung der thermischen Nennleistung und die Nachrüstung einer typischen Dampfturbine und eines Generators eine zusätzliche Bruttoleistung von bis zu 20 % oder mehr erreichen können.
Heute arbeitet die Dampfturbinentechnologie von GE in 50 % der Kernkraftwerke der Welt und produziert 200 Gigawatt (GW) für das globale Netz.
„Es besteht die Notwendigkeit, neue Kernkraftwerke mit erstklassiger Technologie zu bauen, wobei der Schwerpunkt auf der Innovation der nächsten Generation der Kerntechnologie und der Beschleunigung neuer Großprojekte liegt. Kontinuierliche Innovation in der gesamten Branche wird voraussichtlich Weltklasse-Technologie liefern, um die Baukosten und den Zeitplan zu reduzieren sowie die Betriebszuverlässigkeit und -sicherheit zu gewährleisten“, heißt es in dem Whitepaper.
Kleine modulare Reaktoren (SMRs) haben das Potenzial, die Investitionskosten pro Megawatt (MW) zu senken. Die SMR-Bereitstellung kann mit staatlicher Unterstützung beschleunigt werden, fügt sie hinzu.
Führende Unternehmen der Nuklearindustrie wie GE entwickeln zusammen mit Industriepartnern patentierte bahnbrechende Innovationen in der Reaktortechnologie, um Kosten und Komplexität zu reduzieren. GE Hitachi Nuclear Energy (GEH), eine von GE und Hitachi Ltd. gegründete Allianz, um der globalen kommerziellen Kernkraftindustrie zu dienen, hat den BWRX-300 SMR entwickelt, mit dem GEH-Projekte bereits 2028 eingesetzt werden können.
Der Natrium-Schnellreaktor Natrium™, der von TerraPower und GEH gemeinsam entwickelt wird, umfasst eine thermische Energiespeicherung und eignet sich gut zur Unterstützung von Stromnetzen mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Erzeugungsquellen.
In Bezug auf Großprojekte, während in einigen Ländern der Ausstieg aus Kernkraftwerken geplant ist, prognostiziert GE für das kommende Jahrzehnt einen Bedarf von etwa 10 GW pro Jahr für neue Kernkraftwerke, was den Netto-Null-Emissionen der IEA entspricht bis 2050 (NZE) Prognose.
Über 2030 hinaus wird erwartet, dass sich der nukleare Einsatz in einer zunehmend kohlenstoffbeschränkten Welt nur noch beschleunigen wird. Die NZE der IEA prognostiziert einen durchschnittlichen Anstieg der nuklearen Nettokapazität von über 20 GW pro Jahr zwischen 2030 und 2040.
Mit einer weltweiten Flotte von 53 GW, einer Zuverlässigkeit von 99,96 % und einer um 2 % höheren Leistung als eine vorherige Turbinenkonfiguration ist die branchenführende Arabelle™-Dampfturbine von GE mit allen großen Reaktoren kompatibel.
Die Diskussion um den erhöhten CO2-Gehalt in der Atmosphäre und seine Auswirkungen auf höhere globale Durchschnittstemperaturen wird immer intensiver.
Obwohl andere Treibhausgase wie Methan, Lachgas und fluorierte Gase zu erhöhten globalen Temperaturen beitragen, ist CO2 der größte Einzelverursacher, der hauptsächlich durch Verkehr und Stromerzeugung verursacht wird.
Um sich der Herausforderung einer kohlenstofffreien Energiezukunft zu stellen, werden alle verfügbaren Quellen saubererer Energie, einschließlich der Kernenergie, dringend benötigt, mit dringender Unterstützung und Maßnahmen von Regierungen, Unternehmen, Nichtregierungsorganisationen und anderen Interessengruppen.
„Mit den Vorbereitungen der Welt auf die UN-Klimakonferenz (COP26) im Oktober in Glasgow hat der Fokus auf Dekarbonisierung noch mehr an Bedeutung gewonnen“, sagt Frederic Wiscart, Global Managing Director, Nuclear Projects, bei GE Steam Power.
Wenn Regierungen planen, wie sie ihre CO2-Reduktionsziele erreichen und ihren zukünftigen Energiemix festlegen, müssen sie die Risiken und Wechselwirkungen ihrer eigenen Energiesysteme berücksichtigen.
Die Zukunft des globalen Energiesystems sollte stärker vernetzt und integriert sein, um Gewinne und Effizienzgewinne zwischen den Volkswirtschaften zu teilen. Laut dem Whitepaper von GE müssen politische Entscheidungsträger und Branchenführer bei Entscheidungen das gesamte Energiesystem über mehrere Netzbetreiber, Infrastrukturen und Verbrauchssektoren hinweg berücksichtigen.
Ein Netto-Null-Emissions-Energiesystem erfordert auch die Stromerzeugung aus einer Vielzahl von saubereren Technologien, darunter Kernkraft, erneuerbare Energien, Energiespeicherung, Gas- und Dampfturbinen mit kombiniertem Zyklus mit Kohlenstoffabscheidung und Wasserstoff.
Eine kohlenstoffarme Stromerzeugung in Kombination mit Systemausgleich wie Interkonnektoren, Demand-Side-Response, Speicherung, Batterien und Wasserstoff bietet die Möglichkeit, den Stromsektor zu dekarbonisieren.
Das Energiesystem als Ganzes muss angegangen werden, um die CO2-Emissionen deutlich zu reduzieren, insbesondere bei energieintensiven Anwendungen wie Heizung, Verkehr und industrieller Fertigung.
„In die Kernenergie zu investieren ist eine langfristige Investitionsentscheidung, von der kommende Generationen profitieren werden und die erhebliche staatliche Unterstützung erfordert“, sagt Wiscart.
„Während die Anfangsinvestition für den Bau eines Kernkraftwerks beträchtlich ist, kann sein Lebenszyklus bis zu 80 Jahre betragen. Über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg kann es über lange Zeiträume hinweg enorme ununterbrochene Strommengen zu erschwinglichen und stabilen Stromkosten produzieren, die weitgehend unabhängig von Preisschwankungen des Brennstoffmarktes und langfristig verfügbar sind.“
Da Länder eine „grüne Erholung“ von den wirtschaftlichen Auswirkungen der COVID-19-Pandemie in Betracht ziehen, besteht die Möglichkeit, die Wirtschaft durch den Einsatz von Technologien, die unsere CO2-Auswirkungen reduzieren, wieder aufzubauen, betont Wiscart.
Er fügt hinzu, dass die Nuklearindustrie als Teil dieses Konjunkturprogramms betrachtet werden sollte, um sauberere Energiearbeitsplätze zu schaffen und zum Bruttoinlandsprodukt (BIP) beizutragen.
„Die Nuklearindustrie bietet ein breites Spektrum an Arbeitsplätzen und bietet einem Land die Möglichkeit, in seine zukünftigen Arbeitskräfte zu investieren, da es einen langfristigen Anlagenbetrieb mit hochqualifizierten technischen Arbeitsplätzen plant“, sagt Wiscart.
„In der MENA-Region haben die Regierungen bemerkenswerte Fahrpläne für den Übergang zu einer saubereren Energiezukunft aufgestellt, indem sie den Energiemix diversifizieren. Diese Anstrengungen zur Dekarbonisierung können durch die Berücksichtigung der Kernenergie als tragende Säule der Energiewendestrategie verstärkt werden.
„Mit unserer nachgewiesenen Erfolgsbilanz in der Kernenergieerzeugung seit den 1950er Jahren empfehlen wir dringende Investitionen in eine Kombination aus Kernkraft, erneuerbaren Energien, Energiespeichern, Gas- und Dampfturbinen mit kombiniertem Zyklus mit Kohlenstoffabscheidung und Wasserstoff, um sauberere zukünftige Energiesysteme zu sichern.“
GE hat zwei Geschäftsbereiche, die im Bereich Kernenergie tätig sind: GE Hitachi Nuclear Energy, ein Joint Venture, das Kernreaktortechnologie, Brennstoffe und nukleare Dienstleistungen anbietet und bis heute mehr als 65 Reaktoren in 10 Ländern installiert hat; und GE Steam Power, das Technologie und Dienstleistungen für Dampfturbinen und Generatoren anbietet.
GE unterstützt Kernkraftwerke während des gesamten Lebenszyklus und wartet regelmäßig rund 200 Einheiten mit der Technologie von GE und anderen Erstausrüstern (anderen OEM) auf der ganzen Welt.
„Heute wird die Dampfturbinentechnologie von GE in 50 % der Kernkraftwerke der Welt betrieben und produziert 200 GW für das globale Netz. Mit der Arabelle, der stärksten verfügbaren Kerndampfturbine, installieren wir derzeit 26 GW neue Leistung. Die Arabelle kann mit einer Zuverlässigkeit von 99,96 % 2 Prozent mehr Leistung als eine vorherige Turbinenkonfiguration erzeugen“, sagt Wiscart.
Sicherheit und ordnungsgemäße Entsorgung abgebrannter Kernbrennstoffe sind kritische Themen, auf die sich die Industrie weiterhin konzentriert und die sie verbessern, um die öffentliche Unterstützung für die Kernenergie zu erhöhen. Die IEA erkennt Kernenergie als die sicherste Energiequelle der Welt an, aber es muss mehr getan werden, um die Öffentlichkeit über die Protokolle und Vorschriften aufzuklären, die zur Gewährleistung der nuklearen Sicherheit und des ordnungsgemäßen Umgangs mit abgebrannten Kernbrennstoffen bestehen, so Wiscart.
Wenn es um Sicherheit geht, werden Reaktoren nach den höchsten Standards der Branche mit den strengsten Protokollen unter den Energieerzeugungsbrennstoffen konstruiert. Ebenso müssen abgebrannte Kernbrennstoffe sorgfältig gehandhabt werden und unterliegen einer umfassenden Regulierung durch staatliche Behörden.
Gleichzeitig sehen sich Nuklearunternehmen zunehmendem Druck ausgesetzt, ihre Betriebs- und Wartungskosten (O&M) zu senken, um mit niedrigen Erdgaskosten und Subventionen für erneuerbare Energien besser konkurrieren zu können.
Die Senkung der Betriebs- und Wartungskosten durch digitale Lösungen, die Verlängerung der Betriebslizenzen für Anlagen über die Lebensdauer, die Erhöhung der Technologieinvestitionen und die Innovation effizienterer und zuverlässigerer Brennstoffe werden erforderlich sein, um die bestehende Nuklearflotte zu erhalten und den Ländern dabei zu helfen, ihre Dekarbonisierungsziele zu erreichen.
„Softwarelösungen für die vorausschauende Anlagengesundheit und -wartung, wie beispielsweise die Asset Performance Management (APM)-Lösung von GE, können Betreibern von Kernkraftwerken helfen, potenzielle Probleme und Wartungsbedarfe früher zu erkennen und so eine bessere Ausfallplanung zu ermöglichen“, sagt Wiscart.
„Die von GEH und GE Digital entwickelte Software zur Ausfallplanung und -analyse (OPA) maximiert das Ergebnis des gesamten Ausfallprozesses bei der Kernbetankung, einschließlich Planung, Terminierung und Ausführung. Mithilfe umfassender Datenanalysen und Tools können funktionsübergreifende Teams Programme erstellen und ausführen, die Ausfallkosten, Dauer und Umsatzverluste minimieren.“
Laut Wiscart sollte die Kernenergie als größte Quelle der kohlenstofffreien Stromerzeugung heute auch weiterhin eine Säule der Energiewende in eine kohlenstofffreie Zukunft sein und den Ländern dabei helfen, Energiesicherheit zu erreichen.
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