SCHOTT solutions Nr. 2/2014 > Energie

Otto-Schott-Forschungszentrum
SCHOTT entwickelt und produziert Glas-Metall-Durchführungen, die sowohl hohen Temperaturen als auch Überdruck in Kernreaktoren standhalten. Foto: SCHOTT/H.-R. Schulz

Höchste Ansprüche erfüllen


Kernenergie deckt 11 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs. Die Sicherheit dieser Energieform steht seit dem nuklearen Unfall von Fukushima Daiichi 2011 in Japan im Mittelpunkt öffentlicher Diskussionen. Großdurchführungen von SCHOTT sorgen künftig für ein Plus an nuklearer Sicherheit.


Corrina Thomson

Bei der Untersuchung des Unfalls in Fukushima fand der Kernkraftwerksbetreiber TEPCO heraus, dass der Tsunami die Stromversorgung des Kühlsystems im Kraftwerk zum Erliegen brachte und dabei einen deutlichen Temperaturanstieg im Reaktorsicherheitsbehälter verursachte. Während die Betriebstemperatur im Normalbetrieb bei etwa 60 °C lag, stieg sie aufgrund der Überschwemmung auf über 250 °C. Dabei wurde der geltende Auslegungsdruck um mehr als das Doppelte überschritten. Es wird angenommen, dass extrem hohe Temperatur- und Druckverhältnisse in Fukushima für die Überbeanspruchung der Epoxy-Kapselungen in den elektrischen Kabeldurchführungen verantwortlich waren, was schließlich zum Austritt explosiven Wasserstoffs führte.

Eine Kabeldurchführung ist ein wesentlicher Bestandteil des Reaktorsicherheitsbehälters bzw. des Rückhaltesystems. In diesem übertragen elektrische Leiter Messdaten oder stellen Starkstrom zum Betrieb des Reaktors bereit. Wenn diese Durchführungen nicht gleichen oder kritischeren Anforderungen wie denen des Reaktorsicherheitsbehälters standhalten, besteht die Gefahr, dass sie sich zu Schwachstellen entwickeln, die während des täglichen Betriebs oder eines Unfalls versagen können.

SCHOTT entwickelt und produziert einzigartige Glas-Metall-Durchführungen (sog. Electrical Penetration Assemblies = EPAs) mit hervorragenden Eigenschaften, die sowohl hohen Temperaturen als auch Überdruck im Falle schwerer Reaktorunfälle standhalten. Weltweit werden bereits rund 10.550 dieser SCHOTT Komponenten in Kernkraftwerken und an anderen sicherheitskritischen Standorten wie Flüssiggasanlagen oder in U-Booten verwendet. Seit den 1960er-Jahren werden sie in über 50 Kernkraftwerken eingesetzt, etwa in Borssele in den Niederlanden, in Loviisa in Finnland und in Forsmark in Schweden. Die Technologie wurde über viele Jahre kontinuierlich weiterentwickelt. Aufgrund ihrer hervorragenden Performance sind die EPAs führend im Zusammenhang mit strengeren Sicherheitsstandards für Komponenten, die nach Fukushima angestrebt werden. Anders als herkömmliche Komponenten verwenden Glas-Metall-Durchführungen von SCHOTT kein organisches Epoxy- oder Teflonmaterial, das sich im Laufe der Zeit in den Reaktoren abbaut. Zudem bewirken hohe Temperaturen, Druck und Strahlung, dass diese Materialien altern und an Widerstandsfähigkeit nachlassen, was bei Glas-Metall-Kapselungen nicht der Fall ist.
Höhere Sicherheit

Höhere Sicherheit


Komponentenhersteller haben ihre Sicherheitsspezifikationen als Konsequenz aus Fukushima verschärft. Wie aktuelle Symposien bestätigen, herrscht in der Nuklearindustrie jedoch die allgemeine Auffassung, dass Normungsgremien dringend höhere allgemeingültige Standards auf internationaler Ebene festschreiben sollten. Organisationen wie die Internationale Atomenergiebehörde (IAEA), die amerikanische Aufsichtsbehörde für Kernenergie (NRC), das Institut für Elektro- und Elektronikingenieure (IEEE) und die amerikanische Gesellschaft für Maschinenbauer (ASME) sind die Schlüsselorgane, die nuklearen Standards festlegen.

Atomenergie boomt in China

Kabeldurchführungen von SCHOTT
Kabeldurchführungen von SCHOTT werden sorgfältig getestet und erfüllen hohe Standards. Ihre Lebensdauer reicht über Jahrzehnte. Foto: SCHOTT/H.-R. Schulz

Vor kurzem wurden im Kernreaktor Forsmark 3 nördlich von Stockholm Kabeldurchführungen von SCHOTT installiert. Die Komponenten wurden speziell für dieses Projekt konzipiert und strengen Tests unterzogen, um so die höheren Standards zu erfüllen, die für den zur Vattenfall Gruppe gehörenden Betreiber Forsmarks Kraftkrupp AB bei der Nachrüstung des Reaktors – und unter Berücksichtigung veränderter Sicherheitsszenarien – eine wichtige Rolle spielten. Die Komponenten sind so ausgelegt, dass sie bei Überflutung bis zu 13 Meter unter Wasser mindestens 30 Tage standhalten, und dies zugleich bei Druckwerten bis 8,3 bar und Temperaturen bis 185 °C. Im Fall eines schweren Unfalls überstehen die Durchführungen eine Strahlungsdosis von bis zu 1,7 MGy bei einer Dosisrate von 2360 Gy/h schadlos.

„Unsere Kabeldurchführungen wurden sorgfältig getestet und erfüllen hohe Standards. Das bedeutet, dass die Durchführungen in Forsmark 3 über eine Lebensdauer von mehr als 30 Jahren verfügen”, erklärt Thomas Fink, General Manager SCHOTT Nuclear Safety Division. Der Anteil für Kabeldurchführungen an den Gesamtkosten eines Kernkraftwerks ist gering. „Beim Neubau von Atomkraftwerken beträgt der Kostenanteil dieser sicherheitskritischen Komponenten nur 0,1 % des gesamten Budgets. Das ist eine geringe Investition, die eine signifikante Verbesserung der Reaktorsicherheit bringt”, ergänzt Thomas Fink.
Kernreaktor Forsmark 3
Im Kernreaktor Forsmark 3 nördlich von Stockholm wurden speziell konzipierte Kabeldurchführungen von SCHOTT installiert. Foto: Vattenfall
Die Modernisierung der schwedischen Kraftwerke wird laut Vattenfall mit längeren Reaktorbetriebszeiten einhergehen. Torbjörn Wahlborg, Vorstandsvorsitzender Forsmarks Kraftgrupp AB: „Vattenfall führt momentan die weitreichendste Modernisierung in der Geschichte der schwedischen Atomkraft durch. Das Unternehmen plant über einen fünfjährigen Zeitraum, zwischen 2013 und 2017, eine Summe von 16 Milliarden Schwedische Kronen (ca. 1,75 Mrd. €) zu investieren. Vom technischen Standpunkt aus ermöglicht der Modernisierungsprozess, dass diese Kraftwerke über mehrere Jahrzehnte weiterbetrieben werden können.”

Zweifellos wird es für die nächsten Jahre einen bedeutenden Markt für Kernreaktorkomponenten geben, sowohl für Nachrüstung als auch Neubau. Das global avisierte Ziel werden erhöhte Sicherheitsstandards sein – nach Fukushima und darüber hinaus. SCHOTT ist führend mit seinen Glas-Metall-Durchführungen, die auch kritischen Bedingungen standhalten. Mit seiner proaktiven Vorgehensweise bei der Einhaltung strengerer Sicherheitsstandards hat sich das Unternehmen bei seiner Fertigung von Komponenten für Kraftwerke schon jetzt ganz vorne positioniert. <