PWR vs. SWR: Unterschied und Vergleich

Key Take Away

1. Art des Reaktors: PWR (Druckwasserreaktor) und BWR (Siedewasserreaktor) sind zwei Arten von Leichtwasser-Kernreaktoren, die beide Wasser sowohl als Kühlmittel als auch als Neutronenmoderator verwenden, jedoch unterschiedliche Betriebsmethoden haben.
2. Kühl- und Moderationsprozess: In einem Druckwasserreaktor wird das Wasser im Reaktorkern unter Druck gehalten, um ein Sieden zu verhindern, und die erzeugte Wärme wird an einen Sekundärkreislauf übertragen, um Dampf zu erzeugen. In einem SWR lässt man das Wasser im Reaktorkern sieden und der erzeugte Dampf wird direkt zum Antrieb der Turbine verwendet.
3. Komplexität und Effizienz: Druckwasserreaktoren gelten aufgrund der Notwendigkeit zweier separater Wasserkreisläufe als komplexer, profitieren jedoch von einem etwas höheren thermischen Wirkungsgrad und der zusätzlichen Sicherheit, die durch die Trennung des radioaktiven Primärkreislaufs von der Turbine entsteht. SWRs haben ein einfacheres Design mit nur einem Kreislauf, aber das bedeutet auch, dass der durch die Turbine strömende Dampf radioaktiv ist, was zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen erfordert.

Was ist PWR?

Der Druckwasserreaktor, allgemein bekannt als PWR, ist ein bekannter und weit verbreiteter Kernreaktortyp zur Stromerzeugung. Druckwasserreaktoren verwenden Brennstäbe aus angereichertem Uran, um kontrollierte Kernspaltungsreaktionen aufrechtzuerhalten. Der Reaktorkern ist in Hochdruckwasser getaucht, das sowohl als Kühlmittel als auch als Moderator dient.

Bei den Kernreaktionen wird eine beträchtliche Menge Wärme freigesetzt, wodurch sich das Wasser erhitzt und in Hochdruckdampf verwandelt. Dieser Dampf wird dann zu einem separaten Turbinensystem geleitet, wo er Turbinen antreibt, die an Stromgeneratoren angeschlossen sind. 

Das Design des Druckwasserreaktors umfasst mehrere Sicherheitsfunktionen wie Steuerstäbe und Notkühlsysteme, um einen stabilen und sicheren Betrieb zu gewährleisten. Aufgrund ihrer nachgewiesenen Erfolgsbilanz in Bezug auf Sicherheit, Effizienz und Leistungsabgabe bleibt die PWR-Technologie ein entscheidender Akteur in der globalen Energielandschaft und versorgt unzählige Gemeinden auf der ganzen Welt mit einem erheblichen Teil der Elektrizität.

Was ist BWR?

BWR steht für „Boiling Water Reactor“. Es handelt sich um einen anderen Kernreaktortyp, der zur Stromerzeugung durch Kernspaltungsreaktionen dient. SWRs unterscheiden sich in ihrer Konstruktion und ihrem Betrieb von Druckwasserreaktoren (PWRs).

In einem Siedewasserreaktor (SWR) wird angereicherter Uranbrennstoff in den Reaktorkern eingebracht. Der Kern ist in Wasser eingetaucht, das sowohl als Kühlmittel als auch als Moderator fungiert. Das Kühlwasser kann aufgrund der bei der Kernspaltung erzeugten Wärme direkt im Reaktorkern sieden.

Der aus dem kochenden Wasser erzeugte Dampf steigt zum oberen Ende des Reaktorbehälters, wo er gesammelt und zu einem Turbinensystem geleitet wird.

Unterschied zwischen PWR und SWR

1. In einem Druckwasserreaktor sind Kühlmittel und Moderator getrennt. Als Kühlmittel dient Wasser, das durch den Reaktorkern zirkuliert und Wärme an einen Dampferzeuger überträgt. Der Dampferzeuger wiederum erhitzt einen separaten Wasserkreislauf, um Dampf für den Antrieb von Turbinen und die Stromerzeugung zu erzeugen. In einem Siedewasserreaktor sind Kühlmittel und Moderator dieselbe Substanz: Wasser. Das Wasser im Reaktorkern kocht aufgrund der bei der Kernspaltung erzeugten Hitze direkt. Der entstehende Dampf steigt zum Turbinensystem auf, ohne dass ein separater Dampferzeuger erforderlich ist.
2. Druckwasserreaktoren arbeiten mit hohem Druck, um das Wasserkühlmittel auch bei erhöhten Temperaturen in flüssigem Zustand zu halten. Dieser Druckzustand wird aufrechterhalten, um zu verhindern, dass das Kühlmittel im Reaktorkern siedet. SWRs arbeiten im Vergleich zu PWRs bei niedrigerem Druck, da das Wasserkühlmittel direkt im Reaktorkern sieden kann. Dieser niedrigere Druck vereinfacht die Konstruktion und den Betrieb des Reaktors.
3. In einem Druckwasserreaktor bleibt das Wasser in direktem Kontakt mit dem Reaktorkern flüssig und nur Dampf wird zum Turbinensystem geleitet. Der Dampf ist von hoher Qualität (Trockendampf) mit minimalem Feuchtigkeitsgehalt und trägt so zu einer höheren Turbineneffizienz bei. In einem SWR ist der aus kochendem Wasser erzeugte Dampf von geringerer Qualität (Nassdampf), da er etwas Feuchtigkeit enthält. Das Vorhandensein von Feuchtigkeit kann die Effizienz des Turbinensystems verringern.
4. Druckwasserreaktoren haben ein komplexeres Design mit einem Dampferzeuger, für dessen Funktion zusätzliche Komponenten und Systeme erforderlich sind. SWRs sind vergleichsweise einfacher konstruiert, da kein separater Dampferzeuger erforderlich ist, was zu einem einfacheren Aufbau führt.
5. In einem Druckwasserreaktor bleibt das Wasser, das in direktem Kontakt mit dem Kernbrennstoff steht, vom im Turbinensystem verwendeten Wasser getrennt, wodurch das Risiko verringert wird, dass radioaktive Isotope die Turbinen erreichen. Da in einem SWR das Wasser direkt im Reaktorkern siedet, können einige radioaktive Isotope im Dampf vorhanden sein, der die Turbinen antreibt. Es sind geeignete Sicherheitsmaßnahmen vorhanden, um mögliche Risiken zu mindern.

Vergleich zwischen PWR und SWR

Vergleichsparameter	PWR	SWR
Kraftstoffkonfiguration	Angereicherte Uran-Brennstoffanordnungen	Angereicherte Uran-Brennstoffanordnungen
Neutronenmoderation	Verwendet Moderator, um Neutronen zu verlangsamen	Verwendet Wasser als Moderator
Dampfqualität	Trockener Dampf	Nasser Dampf
Bedienung der Steuerstange	Absorbiert Neutronen zur Kontrolle der Reaktivität	Absorbiert Neutronen zur Kontrolle der Reaktivität
Kerndruck	Hoher Druck im Reaktorkern	Niedriger Druck im Reaktorkern

Bibliographie

1. https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-003-0092-2
2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900216307707

Letzte Aktualisierung: 23. August 2023