Die französischen Atomausfälle 2022: Lehren für die Kernenergie in Europa 

Ab Mitte der 1970er Jahre begann Frankreich mit dem Bau von Dutzenden großer Leichtwasserkernreaktoren. Im Laufe von nur 15 Jahren führten die Investitionen in die Kernenergie zur schnellsten Dekarbonisierung des Stromnetzes einer industrialisierten Volkswirtschaft in der Geschichte. Frankreich verringerte seinen Anteil an fossilen Brennstoffen bis 1990 von etwa 70 % auf etwa 10 %, was Hunderte Millionen Tonnen CO2 vermeidet. Die Kernenergie wurde in Frankreich fast fünf Jahrzehnte lang mit hoher Kapazität betrieben und lieferte im Durchschnitt etwa 75 % der Netzstromversorgung (Wind- und Solarenergie werden im Jahr 2022 etwa 12 % liefern). Frankreichs Kernkraftwerke haben zusammen mit 47 Reaktoren in 12 anderen EU-Mitgliedstaaten einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der europäischen Klimaziele und zur Gewährleistung der Energiesicherheit geleistet, indem sie etwa ein Viertel des gesamten Stroms und etwa ein Drittel des kohlenstoffarmen Stroms liefern.  

Allerdings wurden Frankreichs nukleare Beiträge im Jahr 2022 durch längere Wartungsabschaltungen und wetterbedingte Stromabschaltungen unterbrochen, was zu einer rekordverdächtig niedrigen nuklearen Verfügbarkeit in Frankreich führte. Am Tiefpunkt lag Frankreichs nukleare Verfügbarkeit etwa einen Monat lang bei 40 % der maximalen Kapazität. Dieser Einbruch veranlasste einige Kritiker dazu, die Zuverlässigkeit der Kernenergie und ihre potenzielle Rolle in Europas Dekarbonisierungsstrategie in Frage zu stellen.  

Aber sind die Probleme mit der französischen Flotte im Jahr 2022 ein Zeichen für unvermeidliche Probleme beim groß angelegten Einsatz von Kernkraftwerken? Oder handelt es sich um eine Vernachlässigung der Situation und eine verpasste Chance, die mit einer besseren Politik, einigen technischen Korrekturen und mehr Aufmerksamkeit seitens der Regulierungsbehörden und der Industrie behoben werden kann? Dies sind wichtige Fragen, die es zu beantworten gilt, um objektiv zu beurteilen, welche Rolle die Kernenergie in Europas kohlenstofffreier Zukunft spielen kann.  

Sauberer fester Strom

Dies ist eine besonders kritische Frage, da zahlreiche Studien zu dem Schluss gekommen sind, dass die Dekarbonisierung des Elektrizitätssektors, selbst wenn er von erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne dominiert wird, wahrscheinlich kostengünstiger und schneller vonstatten geht, wenn wir eine beträchtliche Menge an "sauberen, festen", stets verfügbaren und nicht wetterabhängigen Stromquellen im Mix haben. Die Kernenergie ist weltweit eine dieser sauberen, festen Optionen (zusammen mit geothermischer Energie, Wasserstoffverbrennung, Biomasse und fossilem Gas mit CO2-abscheidung), und sie ist im europäischen Netz bereits gut etabliert, mit in Betrieb befindlichen Anlagen in 13 von 27 Mitgliedsstaaten. Wie bereits erwähnt, liefert die Kernenergie bereits rund ein Viertel des gesamten Stroms in Europa und etwa ein Drittel des kohlenstoffarmen Stroms.

Abgesehen von den Vorteilen, die die Kernenergie in Bezug auf den Kohlenstoffausstoß bietet, kann sie den gesamten räumlichen Fußabdruck eines sauberen Stromerzeugungssystems in einer landarmen Region wie Europa verringern, den Bedarf an neuen Fernleitungen reduzieren und den Bedarf an kritischen Mineralien und Materialien senken. Angesichts der verbindlichen Zielvorgaben und der zunehmenden Verankerung der Klimapolitik in der EU ist das Interesse an der Kernenergieerzeugung weit über Frankreich hinaus gestiegen: Spanien, Finnland und Schweden haben angekündigt, die Kapazität ihrer bestehenden Kraftwerke zu erhöhen, während Rumänien, Polen und die Niederlande Pläne für den Bau neuer Kernkraftwerke angekündigt haben.  

Es steht außer Frage, dass die Kernenergie in einer kohlenstoffarmen europäischen Zukunft eine wertvolle, vielleicht sogar zentrale Rolle spielen könnte. Verneint die Erfahrung in Frankreich aus dem Jahr 2022 diese Möglichkeit? 

Um diese Frage zu beantworten, müssen wir zunächst die Fakten prüfen. 

Frankreichs Kernenergie im Jahr 2022

Die französische Kernenergiebranche sah sich im Jahr 2022 mit einer Reihe von sich überschneidenden Problemen konfrontiert. 

1. Winzige korrosions- und wärmebelastungsbedingte Risse in einer Reihe von Reaktorrohren , die das französische Kernkraftunternehmen EDF aus dem ursprünglichen Westinghouse-Design "französisiert" hat und die von EDF mit einer neuen Geometrie modifiziert wurden; diese Rohre im Sicherheitseinspritz- und Nachwärmeabfuhrsystem wurden im Rahmen von routinemäßigen Wartungsprüfungen entdeckt. Die Risse hätten, wenn sie nicht behoben worden wären, wahrscheinlich zu einem Wasseraustritt im Inneren des Reaktorsicherheitsgebäudes geführt. 

2. Geplante Wartungsarbeiten an einigen Anlagen, die aufgrund von Personal- und Ressourcenbeschränkungen weder aufgeschoben noch schnell durchgeführt werden konnten.  

3. Hohe Flusstemperaturen, die zu einer Verringerung der Leistung der verbleibenden französischen Reaktoren führten. 

Lassen Sie uns diese Fragen der Reihe nach untersuchen. 

Korrosion 

Erstens ist es wichtig anzuerkennen, dass die Probleme mit der Rohrkorrosion in Absprache zwischen EDF und der französischen Aufsichtsbehörde identifiziert und behoben wurden. Anfang dieses Jahres wurde eine nukleare Verfügbarkeit von 70 % erreicht, wobei die vollständige Inspektion und Reparatur gemäß der vorgeschlagenen Inspektions- und Wartungsstrategie bis Ende 2025 abgeschlossen sein soll. Es ist auch wichtig zu wissen, dass sich die defekten Rohrleitungszonen zwar in einem sicherheitsrelevanten Bereich befinden, dass aber redundante Sicherheitssysteme die Kühlung des Reaktors auch dann gewährleistet hätten, wenn die defekte Rohrleitung ausgefallen wäre. Zweifellos war es ein unglückliches Timing, aber die Ausfälle können auch als Beweis dafür angesehen werden, dass das Wartungs- und Sicherheitssystem für die Kernenergie in Frankreich funktioniert. Es wäre zwar ideal gewesen, wenn der Korrosionsmechanismus im Rahmen der Auslegungsänderung des Systems zur Sicherheitseinspeisung und Nachwärmeabfuhr vor der Zertifizierung der Reaktoren erkannt worden wäre (oder noch besser, wenn sich EDF an die ursprüngliche Standardauslegung gehalten hätte), aber wichtig ist, dass solche Probleme erkannt und angemessen behandelt wurden, bevor sie zu größeren Problemen wurden.  

Zweitens macht dieser Vorfall deutlich, dass die Art und Weise, wie künftige Kernkraftwerke geliefert werden, erheblich verbessert werden muss. Es stimmt, dass die langsame Behebung des Korrosionsproblems letztlich ein Problem der Qualitätskontrolle ist, für das EDF die Verantwortung trägt. Es könnte in der Tat auf einige grundlegende Probleme innerhalb von EDF selbst hinweisen, wenn man bedenkt, dass das Unternehmen 2016 einen ähnlichen Ausrüstungsdefekt erlitten hat. Es weist aber auch darauf hin, dass in der Nuklearindustrie eine gründlichere Kommerzialisierung und Standardisierung erforderlich ist. Die derzeitigen Kernkraftwerke, wie die von EDF, ähneln eher großen komplexen Infrastrukturprojekten als Massenprodukten. Das heißt, wenn die Ausrüstung auf den neuesten Stand gebracht werden muss, erfolgt dies - wie hier geschehen - durch maßgeschneiderte Anpassungen an manchmal komplexen und großen Komponenten, anstatt ganze Teile von der Stange auszutauschen. Kleinere, einfachere, standardisierte Reaktoren, die größtenteils in Fabriken hergestellt und nicht vor Ort zusammengebaut werden, werden nicht nur Probleme vermeiden, die mit lokalen Abweichungen von geprüften Konstruktionen verbunden sind, sondern auch zeitnahe und kostengünstige Reparaturen ermöglichen. Derartige Änderungen des Geschäftsmodells für den Einsatz der Kernenergie sind auch entscheidend dafür, dass sie auf das für die Bewältigung des Klimawandels erforderliche Niveau gebracht werden kann.  

Personalmangel aufgrund unterschiedlicher politischer Signale 

Eine weitere Ursache, die von EDF und den französischen Gewerkschaften für die Länge der anschließenden Wartungsstillstände nach der Identifizierung der Korrosionsprobleme angeführt wurde, ist die abnehmende Kapazität der Arbeitskräfte im Nuklearbereich in Frankreich, die durch die schwankende Unterstützung der Regierung und die fehlende politische Klarheit für den Sektor verursacht wurde. Die anfänglichen Abschaltungen waren bereits eine große Belastung für einen einzelnen Betreiber (EDF), aber die anschließenden geplanten Wartungsarbeiten - von denen viele wegen der Covid-19-Pandemie verschoben oder in ihrem Umfang für 2021 reduziert worden waren - erwiesen sich als zu viel für eine Atomindustrie, die ihre Investitionen durch jahrelange mangelnde Unterstützung seitens der Regierung untergraben sah.  

Zunächst aufgrund des politischen Drucks nach dem durch den Tsunami verursachten Atomunfall in Fukushima zog sich die französische Führung in zwei aufeinanderfolgenden Regierungen aus der Kernenergie zurück. Frankreichs vorheriger Präsident Francois Hollande verhandelte vor den Präsidentschaftswahlen 2012 mit einer der französischen Oppositionsparteien und versprach, bestimmte französische Reaktoren abzuschalten und den Anteil der Kernenergie am Energiemix deutlich zu verringern. Präsident Macron hat sich zu Beginn seiner ersten Amtszeit ebenfalls dazu verpflichtet, allerdings mit einem weniger aggressiven Zeitplan. Präsident Macron hat kürzlich seinen Kurs geändert, aber solche anhaltenden negativen Signale der Regierung an eine Branche behindern nicht nur öffentliche und private Investitionen in diese Branche, sondern signalisieren auch angehenden Ingenieuren, Wissenschaftlern und anderen, dass sie keine Karriere in dieser Branche anstreben sollten. In der Tat haben die Personalvermittlungsagenturender Branche darauf hingewiesen, dass diese Faktoren zu einem Arbeitskräftemangel im Nuklearbereich in verschiedenen Disziplinen beigetragen haben. Wer will schon in einem aussterbenden Bereich arbeiten?  

Obwohl die zunehmende Hinwendung zu erneuerbaren Energien in den letzten zehn Jahren dazu beigetragen haben mag, dass Frankreich in letzter Zeit Schwierigkeiten hatte, effizient neue Reaktoren zu bauen, hat der frühere CEO von EDF auch auf die oben genannten Personalfaktoren hingewiesen, die Frankreich daran hindern, diese Wartungsepisode schnell zu überwinden. Wären die notwendigen langfristigen Investitionen getätigt worden und hätten genügend spezialisierte Arbeitskräfte zur Verfügung gestanden, wäre dies möglich gewesen. Immerhin hat EDF Hunderte von zusätzlichen Arbeitskräften aus Kanada und den USA geholt, um bei den Wartungsarbeiten zu helfen.

So bedauerlich dies auch war, ist dieser Zeitraum nur eine kurze Momentaufnahme und nicht repräsentativ für die jahrzehntelange Zuverlässigkeit der Branche. Auch wenn Frankreich in Bezug auf ungeplante Ausfälle von Kernkraftwerken im Vergleich zu anderen Ländern das Schlusslicht bildet, lag die Verfügbarkeit der Kernenergie in den drei Jahren vor 2022 immer noch bei fast 70 % und erreichte dieses Niveau im Januar 2023 wieder. 

Hohe Flusstemperaturen und Drosselung 

Was die flussbedingten Produktionseinschränkungen betrifft, so sind solche wetterbedingten Vorfälle angesichts des Klimawandels eine zunehmende Realität für alle Energieunternehmen. Aber sie sind ein überschaubares Problem. Wichtig ist, dass es sich dabei nicht um ein binäres "verfügbar/unverfügbar"-Problem handelte - die Kraftwerke konnten sicher weiterlaufen, waren aber aufgrund von Vorschriften gezwungen, ihre Leistung im Interesse der flussabwärts gelegenen Ökosysteme zu drosseln(das französische Gesetz schreibt solche Drosselungen vor, wenn die Wassertemperaturen bestimmte Schwellenwerte erreichen oder wenn die Flusspegel und Durchflussmengen niedrig sind). Kraftwerke für fossile Brennstoffe und Wasserkraftwerke an Flüssen reduzieren ihre Leistung manchmal aus ähnlichen Umweltgründen.  

Keine Erzeugungsquelle, auch nicht die der erneuerbaren Energien, ist gegen saisonale Wetterschwankungen gefeit. So hat die Windenergie in der EU im Sommer 2022 weniger als die Hälfte ihres jährlichen Höchststandes erreicht, und es gibt manchmal mehrere Tage und Wochen, in denen die Windkraftleistung in der gesamten Region vernachlässigbar ist. Auch bei der Solarenergie gibt es dramatische Schwankungen der saisonalen Verfügbarkeit. Während die Energiespeicherung tägliche Schwankungen bei Wind- und Solarenergie ausgleichen kann, sind mehrwöchige und saisonale Flauten bei Wind- und Solarenergie mit den derzeitigen Speichertechnologien praktisch nicht zu bewältigen.  

Im Gegensatz dazu gibt es heute mehrere technische Möglichkeiten, um die Abschaltung von Kernkraftwerken während Hitzewellen zu verringern oder zu verhindern, wie z. B. die Umlauf- oder indirekte Nasskühlung, wie sie in 42 US-Reaktoren, darunter Palo Verde in der Wüste von Arizona, eingesetzt wird. Auch Trockenkühlung ist möglich, wird aber noch nicht kommerziell genutzt (das Carbon Free Power Project von Nuscale in Idaho plant den Einsatz von Trockenkühlung). Für mehrere französische Reaktoren wurden schließlich Ausnahmegenehmigungen erteilt, um den Betrieb während der Sommerhitze unvermindert fortzusetzen, aber es gibt auch andere Möglichkeiten. 

In einer kürzlich durchgeführten Analyse wurden die Auswirkungen vergangener Hitzewellen in Europa auf die Kernkraftleistung und die technischen Möglichkeiten zu ihrer Bewältigung untersucht. Die Schlussfolgerungen sind im Folgenden zusammengefasst: 

• Die Abschaltung von Kernkraftwerken aufgrund extremer Hitzeperioden hat dazu geführt, dass die europäische Kernkraftleistung seit dem Jahr 2000 um etwa 0,1 % zurückgegangen ist. Speziell für Frankreich, das mit seinen vielen Flusskraftwerken im Landesinneren am stärksten betroffen ist, beträgt die entsprechende Zahl etwa 0,15 %. 
• In Spitzenzeiten waren während der jüngsten Hitzewellen weniger als 5 % der europäischen Kernkraftkapazitäten aufgrund von Drosselungen nicht verfügbar. Selbst zu Zeiten der Spitzenabschaltungen war die Verfügbarkeit der Kernkraft höher als die aller anderen kohlenstoffarmen Stromerzeugungstechnologien in Europa, einschließlich Photovoltaik, Wind- und Wasserkraft. 
• Um dieses Problem kurz- bis mittelfristig zu lösen, sind nicht unbedingt technische Lösungen erforderlich. Die französische Kernkraftwerksflotte wird beispielsweise im Sommer mit einem Kapazitätsfaktor von 60 % betrieben, unabhängig davon, ob es sich um eine Hitzewelle handelt oder nicht, da sie in der Regel in Abhängigkeit von der Last eingesetzt wird und die Last im Sommer am niedrigsten ist, so dass planmäßige Abschaltungen üblich sind. Die Strompreise sind während der Drosselungszeiten moderat geblieben (40-60 €/MWh), und Frankreich deckt im Sommer seinen eigenen Bedarf. Um die Produktionsausfälle seiner am stärksten gefährdeten Flusskraftwerke während der Hitzewellen zu kompensieren, könnte Frankreich die Produktion des restlichen Kraftwerksparks erhöhen, wenn es wirtschaftliche Anreize gäbe. 

• Längerfristig gibt es für alle Kraftwerkstypen, einschließlich der Kernkraft, technische Möglichkeiten, sowohl die Auslastung als auch die Verfügbarkeit zu erhöhen. Diese werden durch die Wirtschaftlichkeit und nicht durch technische Grenzen bestimmt. Die mit diesen Optionen verbundenen Kostensteigerungen sind relativ bescheiden. 

Die Kernenergie ist zwar nicht völlig unabhängig von saisonalen Schwankungen, aber sie ist nach wie vor eine äußerst zuverlässige und saubere Option. 

Das große Bild 

Kurzum, die Anzeichen deuten darauf hin, dass Frankreichs Erfahrung der letzten anderthalb Jahre eine isolierte Episode ist, ein unglücklich gewähltes Zusammentreffen von Herausforderungen, und kein Hinweis auf ein chronisches Problem mit der Kernenergie. Die Verfügbarkeit der französischen Kernkraftwerke stieg im Januar 2023 wieder auf 73 %, nachdem sie im August zuvor auf einen Tiefstand von 40 % gesunken war, und es wird erwartet, dass die Flotte bis Ende 2023 etwa 76-84 % ihrer durchschnittlichen Leistung erbringen wird. Letztendlich sind die Schwierigkeiten auf Fehler von EDF, Mängel im aktuellen Modell der Kernenergie, unzureichende Investitionen in die französische Kernenergie und ein sehr unglückliches Timing zurückzuführen.  

Der französische Nuklearsektor muss aus diesen Ereignissen lernen und sich verbessern, und die proaktiven Reaktionen von EDF und der französischen Aufsichtsbehörde deuten darauf hin, dass er dies auch tut. Für Europa sind die Lehren ebenso klar. Längerfristig wird die standardisierte Lieferung von Kernkraftwerken die Probleme der lokalen Anpassung und der arbeitsintensiven Sanierung zugunsten eines modularen Austauschs vermeiden, wie es bei der Wartung von Flugzeugen der Fall ist. Und es gibt eine Vielzahl betrieblicher und technischer Lösungen, um die Herausforderungen der Kühlung von Kernkraftwerken bei Hitzewellen zu bewältigen. 

Keine kohlenstofffreie Energieoption ist ohne Herausforderungen, und die Kernenergie ist keine Ausnahme. Aber die französischen Erfahrungen mit der Kernenergie zeigen, dass es weit mehr Erfolge als Misserfolge gibt. Daran ändern auch die Ereignisse des Jahres 2022 nichts. Die Dekarbonisierung eines europäischen Stromnetzes, das sich bis Mitte des Jahrhunderts möglicherweise verdoppeln oder verdreifachen muss, erfordert ein Portfolio von Optionen. Die Kernenergie bleibt eine äußerst zuverlässige und wahrscheinlich unverzichtbare Komponente in diesem Mix.