Was genau ist ein Kernkraftwerk, wie ist es aufgebaut und wie funktioniert es? Das erfährst du hier und im Video .
Ein Kernkraftwerk (KKW), auch Atomkraftwerk (AKW), ist eine technische Anlage zur Wärme- und Stromerzeugung. Die elektrische Energie wird dabei aus Kernenergie gewonnen.
In einem Kernreaktor wird durch das Spalten von Atomen Energie freigesetzt. Mit der Energie wird Wasser unter hohem Druck aufgeheizt, bis heißer Wasserdampf entsteht. Der Dampf treibt eine Dampfturbine an, welche wiederum einen Generator antreibt. Der Generator erzeugt dadurch elektrischen Strom .
Im Gegensatz zum Kohlekraftwerk findet also keine Verbrennung statt und somit entstehen auch keine Schadstoffe oder Treibhausgase. Es kommt im Kernkraftwerk zu einer Kernspaltung von Uran. Daher fallen radioaktive Abfälle an, die über mehrere Jahrzehnte hinweg sicher gelagert werden müssen.
Der wichtigste Bestandteil eines Kernkraftwerks ist der Kernreaktor. Dort findet die Kernspaltung statt. Die dabei gewonnene Energie wird über die Dampfturbine und den Generator in Strom verwandelt. Der Kondensator und der Kühlturm vervollständigen den Aufbau.
Es gibt also mehrere wichtige Anlagen. Sie sind auf drei große Bereiche aufgeteilt: Reaktorgebäude, Maschinenhaus und Kühlturm.
Du kannst dabei zwischen zwei Reaktortypen unterscheiden: Dem Druckwasserreaktor und dem Siedewasserreaktor.
Beim Druckwasserreaktor entsteht der Wasserdampf indirekt in einem Dampferzeuger, beim Siedewasserreaktor direkt im Reaktor. Sie unterscheiden sich leicht im Aufbau.
Der Druckwasserreaktor (DWR) ist ein Reaktortyp, der einen zusätzlichen Dampferzeuger besitzt. Das heißt, dort treffen die zwei Kühlwasserkreisläufe des Reaktordruckbehälters und des Dampferzeuger aufeinander. Der Druck des Wasser wird so gewählt, dass das Wasser im Reaktordruckbehälter nicht siedet. So verdampft Wasser erst im Dampferzeuger.
Der Dampf-Wasser-Kreislauf bleibt frei von radioaktiven Partikeln, die aus dem Kernreaktor stammen. Das kann bei Instandhaltungsarbeiten ein Vorteil sein.
Der Siedewasserreaktor (SWR) ist ein Reaktortyp, der keinen zusätzlichen Dampferzeuger besitzt. Die Erwärmung des Wassers und die Dampferzeugung findet direkt im Reaktor statt. Das Wasser im Reaktordruckbehälter wird so weit erhitzt, dass Wasserdampf entsteht, der an die Turbinen weitergeleitet wird.
Anders als beim Druckwasserreaktor sind dadurch auch die Turbinen und andere Teile außerhalb des Reaktordruckbehälters radioaktiv belastet. Dafür ist allerdings der Aufbau weniger kompliziert.
Ein Kernkraftwerk kannst du in zwei wesentliche Funktionsbereiche aufteilen: Einen nuklearen Teil und einen konventionellen Teil. Im nuklearen Teilbereich wird durch die Kernspaltung Wärmeenergie erzeugt. Im nachfolgenden konventionellen Teilbereich wird die Wärme in elektrischen Strom umgewandelt. Den konventionellen Teil findest du so ähnlich auch in Kohlekraftwerken.
Damit die Energieerzeugung funktioniert, müssen drei Kreisläufe stattfinden:
Merke: Bei einem Kraftwerk mit Siedewasserreaktor entfällt der Primärkreislauf. Dort gibt es keinen zusätzlichen Dampferzeuger.
Das Zentrum eines Kernkraftwerks ist der Kernreaktor. Er befindet sich in dem Reaktordruckbehälter. Dort gibt es die hitzebeständigen und neutronendurchlässigen Brennstäbe, die kleine Tabletten mit Uran (auch Pellets genannt) beinhalten. Sie sind wichtig für die Kernspaltung, bei der Wärme entsteht:
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen können wieder auf weitere Uran-235-Atome treffen. In einer Kettenreaktion werden dann immer wieder Atomkerne gespalten und neue Neutronen entstehen.
Allerdings können nur langsame Neutronen eine Spaltung auslösen. Deswegen spielt das Wasser auch für die Kettenreaktion eine wesentliche Rolle. Es bremst die Neutronen und hält die Kettenreaktion damit aufrecht.
Merke: Fehlt das Wasser, bleiben die Neutronen zu schnell und können keine weiteren Kernspaltungen bewirken. Die Kettenreaktion ist unterbrochen.
Die Kettenreaktion kann zudem kontrolliert gesteuert werden: Wenn der Reaktor im Normalbetrieb läuft, löst nach jeder Spaltung genau ein Neutron wieder eine neue Spaltung aus. Die überzähligen Neutronen werden von anderen Atomen eingefangen oder verlassen den Kernbrennstoff. Das funktioniert mit den Steuerstäben. Sie nehmen (absorbieren) dann die freien Neutronen auf.
Du kannst dir also folgende Bedingungen für eine kontrollierte Kernspaltung merken:
Du willst mehr über die Kernspaltung und deren Kernreaktion wissen? Dann schau dir hier
unser Video zur Kernspaltung an!
Das Zentrum der Stromerzeugung befindet sich im Maschinenhaus. Dort stehen die Dampfturbinen und die Generatoren.
Der heiße Dampf aus dem Reaktor treibt die Turbinen an. Die Turbinenschaufeln werden in Bewegung versetzt und die Turbinenwelle zum Drehen gebracht. Dadurch wird der Generator angetrieben, der die Bewegungsenergie in Strom umwandelt.
Der Strom wird dann über den Transformator auf unterschiedliche Spannungsebenen umgewandelt.
Um die Nutzung und Umwandlung von Energie in einem Kernkraftwerk grafisch darzustellen, kannst du ein sogenanntes Energieflussdiagramm verwenden.
Im Kernkraftwerk laufen grob fünf wichtige Energieumwandlungen ab:
Der Wirkungsgrad beläuft sich letztendlich auf 30 bis 35 Prozent. Das bedeutet, dass nur ungefähr 35% der Energie, die bei der Kernspaltung entsteht, als Strom genutzt werden kann.
Ein Kohlekraftwerk ist ebenfalls eine Anlage zur Stromerzeugung. Vor allem den konventionellen Teil findest du auch beim Kohlekraftwerk wieder. Hierbei kommt die Energie aus der Verbrennung von Kohle.
Wie das funktioniert und was dabei zu beachten ist, erklären wir dir im Beitrag
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