Gemischter Meilenstein: Was wir von Vogtle über die Zukunft der Kernenergie in den USA lernen können 

Am 31. Juli nahm das Kernkraftwerk Vogtle 3 in Georgia offiziell den kommerziellen Betrieb auf und speist 1,1 GW Kernenergie in das Netz der Region ein. Damit wird jährlich mehr kohlenstofffreier Strom in das Netz von Georgia eingespeist als die gesamte derzeitige Solar- und Windenergieproduktion des Bundesstaates, eine Menge, die sich verdoppeln wird, wenn Block 4 von Vogtle Anfang 2024 ans Netz geht. Dies ist zweifelsohne ein Gewinn für das Klima, denn es wird mehr als dreimal so viel kohlenstofffreie Energie in das Netz von Southern Company eingespeist wie die gesamte bisher installierte Solarenergie in diesem System. 

Gleichzeitig verdeutlicht die Erfahrung in Vogtle die gravierenden Veränderungen, die wir vornehmen müssen, damit die Kernenergie in einer kohlenstoffarmen Energiezukunft eine wichtige Rolle spielen kann. Der Bau von Vogtle 3 und 4 hat ein Jahrzehnt gedauert, und die Kosten haben sich gegenüber den geschätzten 14 Milliarden Dollar verdoppelt. Die Verzögerungen und Kostenüberschreitungen sind auf verschiedene Probleme zurückzuführen, die von der unvollständigen Fertigstellung des technischen Entwurfs über Probleme beim Aufbau der Lieferkette und der Qualifizierung bis hin zu unzureichendem Projektmanagement und unzureichender Ausführung reichen. Darüber hinaus stieß das Projekt auf Probleme mit der Atomaufsicht und den Genehmigungsbehörden sowie auf Bauverzögerungen und Finanzierungsschwierigkeiten, darunter der Konkurs eines Zulieferers, ein Wechsel des Baupartners und vieles mehr. Diese Herausforderungen des Vogtle-Projekts spiegeln die allgemeinen Probleme der Kernenergiebranche wider, die gelöst werden müssen, um den Energiebedarf in einer kohlenstofffreien, globalen Wirtschaft zu decken. 

Was können wir aus den Erfahrungen in Vogtle lernen?  

Der Wert der Kernenergie 

Es gibt zwei übereinstimmende Themen, die sich in fast jeder größeren Studie über die Dekarbonisierung der Energiesysteme finden. Erstens müssen wir einen möglichst großen Teil der Wirtschaft elektrifizieren, was eine Verdoppelung oder Verdreifachung der von uns erzeugten Strommenge in den nächsten Jahrzehnten bedeutet^.1 Zweitens können Ressourcen wie Wind- und Solarenergie zwar einen Großteil der Last tragen, aber die Leistung der erneuerbaren Energien schwankt je nach Jahreszeit erheblich, und wir brauchen feste, abschaltbare, stets verfügbare kohlenstofffreie Quellen, um das Stromportfolio zu vervollständigen^.2   

Die Kernenergie ist eine klare Option für die Bereitstellung von kohlenstofffreiem Strom und sauberer Wärmeenergie.  

Die Kernenergie hat in einer Welt, in der Land und Material knapp sind, zwei weitere große Vorteile: Aufgrund ihrer hohen Energiedichte ist der Platzbedarf für die Erzeugung relativ kompakt (siehe Abbildung 1 unten), und es werden wesentlich weniger Beton, Stahl und andere wichtige Materialien pro Leistungseinheit benötigt als bei anderen kohlenstofffreien Energiequellen (siehe Abbildung 2 unten). Beide Faktoren sind wichtige Überlegungen für die Entwicklung großer, wichtiger Energieinfrastrukturen in den Vereinigten Staaten und auf der ganzen Welt. 

Studien der Internationalen Energieagentur und anderer kommen zu dem Schluss, dass sich die Kernenergieproduktion bis Mitte des Jahrhunderts verdoppeln oder vervierfachen muss, um die Kosten zu minimieren und die Zuverlässigkeit eines vollständig dekarbonisierten Stromsystems zu gewährleisten. Allein in den USA schätzt das Department of Energy (DOE), dass 550-770 GW an neuen sauberen, festen Kapazitäten benötigt werden, um die Netto-Null-Emissionsziele für 2050 zu erreichen.

Das wird aber nur möglich sein, wenn die neue Kernenergie zu vorhersehbaren und vernünftigen Kosten und innerhalb eines akzeptablen Zeitrahmens bereitgestellt werden kann. Und die Erfahrungen in Vogtle zeigen, wie viel sich ändern muss, damit dies erreicht werden kann.

Abbildung 1: Die Kernenergie benötigt wenig Land, um große Mengen an Strom zu liefern

Abbildung 2: Energiewirtschaftliche Rentabilität

Aber das wird nicht geschehen, wenn neue Kernenergie nicht zu vorhersehbaren und vernünftigen Kosten und innerhalb eines akzeptablen Zeitrahmens bereitgestellt werden kann. Und die Erfahrungen in Vogtle zeigen, wie viel sich ändern muss, damit dies erreicht werden kann. 

Was wir gelernt haben und was sich ändern muss 

Einige dieser Unzulänglichkeiten lassen sich auf die so genannten "First-of-a-kind"-Probleme (FOAK) zurückführen. Vieles kann aber auch auf ein insgesamt schlechtes Projektmanagement zurückgeführt werden. Bei der Analyse erfolgreicher Kernenergieprojekte, die innerhalb eines angemessenen Zeit- und Kostenrahmens durchgeführt wurden, wurden die folgenden Merkmale festgestellt: 

• Vollständige technische Planung vor dem Bau 
• Einheitliche Gesamtverantwortung für das Projekt 
• Ausdrückliches Augenmerk auf das Kostenmanagement als Ziel, einschließlich Leistungsvorgaben

• Mehrere Einheiten eines demonstrierten Reaktordesigns 
• Effiziente Regulierung, die das Lernen während der Projektentwicklung unterstützt

Die meisten neueren Kernenergieprojekte in der westlichen Hemisphäre wurden durch einige oder alle dieser Faktoren in Frage gestellt, und das Vogtle-Projekt war nicht anders - es fehlte an all diesen Eigenschaften. 

Aber es gibt noch ein tieferes Problem im Spiel. Vogtle stellt den barocken Höhepunkt einer Kernenergiebranche dar, die durch große, einmalige Bauprojekte" gekennzeichnet ist, die in hohem Maße auf kundenspezifische Anpassungen, Spezialkomponenten und -materialien sowie einzigartige Fertigungsmöglichkeiten und -anforderungen angewiesen sind. Dies erhöht die Projektkosten und schränkt potenzielle Zulieferer in ihrer Beteiligung und Wertschöpfung ein. Die Herausforderungen, mit denen das Vogtle-Projekt konfrontiert ist, wie z.B. Verzögerungen, Kostenüberschreitungen und behördliche Fragen, stehen sinnbildlich für die allgemeinen Herausforderungen, denen sich die Kernenergiebranche und andere große, komplexe Infrastrukturprojekte gegenübersehen. 

All das muss sich ändern. Und zwar schnell.  

Um den Einsatz zu ermöglichen, sind erhebliche Kostensenkungen erforderlich, die sich ergeben, wenn wir mehrere Anlagen desselben Typs einsetzen. Auch wenn die Kapitalkosten für diese Projekte anfangs höher sein mögen als wünschenswert (~6200 $/KWe im Vergleich zu 3000-4000 $/KWe, um die Kernenergie voll wettbewerbsfähig zu machen), werden die Kosten mit wiederholten Erfahrungen mit demselben Konzept sinken. 

Neben anderen Erfordernissen, die in einer kürzlich durchgeführten DOE-Analyse ermittelt wurden, können Kostensenkungen durch eine stärkere Standardisierung in verschiedenen Projektkostenkategorien erreicht werden. "Kodifizierte Bauprozesse oder Prozessmanagement" sollten "ein 'Playbook' für den Projektbau schaffen" und so die Arbeitskosten senken. In ähnlicher Weise sollte die Standardisierung von Komponenten die Herstellung beschleunigen, was zu weiteren Kosteneinsparungen führen und die Standardisierung von Prozessen weiter begünstigen könnte.  

Ganz grundsätzlich muss die Atomindustrie von einem "Projekt"-Modell zu einem "Produkt"-Modell übergehen. Die Produktion von Kernkraftwerken muss so erfolgen, als ob es sich um Boeing 737 handelt und nicht um maßgeschneiderte, pompöse Kathedralen.  

Ähnliche Einsichten wurden in einem Bericht von McKinsey & Company Anfang dieses Jahres wiedergegeben, der einen klaren Bedarf an "Standardisierung von Entwürfen, Verwendung von reproduzierbaren Konstruktionsmodellen, Wiederholungsbauten und verstärktem modularen Bau feststellte, um die Kosten zu senken und die Effizienz zu verbessern".

Ein möglicher politischer Weg nach vorn 

Kurz gesagt: Damit die Kernenergie einen sinnvollen Beitrag zur globalen Dekarbonisierung leisten kann, müssen wir radikal überdenken, wie wir die Kerntechnik konzipieren, finanzieren, bauen, regulieren und genehmigen. Inkrementelle Anpassungen der derzeitigen institutionellen Regelungen werden nicht ausreichen, um eine nachhaltige Ausweitung der neuen Kernenergie zu erreichen.  

Wir brauchen ein überarbeitetes industrielles, regulatorisches und lizenzrechtliches Ökosystem, das standardisierte, standardisierte und wettbewerbsfähige Produkte produziert und liefert. Produkte statt kostspieliger und riskanter, mehrere Jahrzehnte dauernder Projekte. Diese Produkte müssen wettbewerbsfähig sein (3.000 $/kW oder weniger), mit risikoarmen Lieferzeiten von 3 bis 5 Jahren oder weniger, leicht weltweit zu lizenzieren, zu nahezu normalen kommerziellen Bedingungen finanzierbar, geeignet für den Einsatz in den Entwicklungsländern, wo der größte Teil der Emissionen und des Energiebedarfs entstehen wird, und in der Lage, Sektoren wie alternative Kraftstoffe, wie sauberer Wasserstoff und Ammoniak, und industrielle Wärme sowie Strom zu dekarbonisieren. 

Die USA können dazu beitragen, diese transformativen Bemühungen voranzutreiben. Es bedarf jedoch ehrgeizigerer Maßnahmen im eigenen Land und auf der globalen Bühne, um ein globales Nuklear-Ökosystem zu schaffen, das Hunderte von Gigawatt pro Jahr liefern kann, etwa das Zehnfache der derzeitigen weltweiten Baurate.  

Zu den Elementen einer transformativen Strategie gehören:  

• Öffentlich-private Zusammenarbeit, um ein standardisiertes Produkt-Ökosystem zu ermöglichen, mit maximaler Standardisierung und Rekategorisierung von nuklearen und nicht-nuklearen Komponenten;  
• Öffentliche Maßnahmen zur Förderung von Großaufträgen, die den wiederholten Einsatz von standardisierten Designs ermöglichen;  
• Ein strategisches Forschungs- und Entwicklungsprogramm, ähnlich wie das "Earth Shot"-Programm des DOE für Solar- und Wasserstofftechnologie, um die Investitionskosten für Kernkraftwerke in die Nähe von oder unter 3.000 $/kW zu drücken;  
• Ein Innovationsprogramm, das auf Kernenergieanwendungen für die kohlenstofffreie Brennstofferzeugung und industrielle Wärmeerzeugung ausgerichtet ist;  
• Neue globale Initiativen zur Erleichterung der multinationalen Konstruktionszertifizierung sowie zur Bereitstellung von Mitteln für die Genehmigung von Kernreaktoren in neuen Ländern, möglicherweise einschließlich der Einrichtung einer internationalen Bank für nukleare Infrastruktur, um die globale Expansion zu fördern;  

• Bereitstellung einer "Sandkasten"-Umgebung, die eine zeitlich begrenzte Demonstration und Erprobung neuer Kernenergiekonzepte unter behördlicher Aufsicht ermöglicht;  
• Reform der Genehmigungspraxis der US-Nuklearaufsichtsbehörde für neue fortschrittliche Konzepte, um den Schwerpunkt auf die Leistung zu legen und so die Versprechen früherer Kongressgesetze zu erfüllen;  
• Maßnahmen zur Einführung eines neuen Modells für Strahlungsnormen mit niedriger Dosis, um eine angemessene Sicherheitsregelung zu unterstützen;  
• Maßnahmen zur Gewährleistung einer sozial- und umweltverträglichen Beschaffung von Uran;  
• Ein regierungsweites Programm zur Erleichterung der Wiederverwendung stillgelegter fossiler Kraftwerke für den Bau neuer Kernkraftwerke; 

• Maßnahmen zur Sicherstellung der Verfügbarkeit von hochgradig schwach angereichertem Uran zur Unterstützung des Einsatzes fortgeschrittener Technologien; und 
• Schaffung einer neuen nationalen Regelung für die Entsorgung nuklearer Abfälle.  

Die Kernenergie hat das Potenzial, eine wichtige Rolle in einer umfassenden Klimastrategie zu spielen. Doch damit dieses Potenzial ausgeschöpft werden kann, bedarf es eines tiefgreifenden Wandels des Geschäfts-, Liefer-, Finanzierungs- und Regulierungsmodells. Das Klima kann sich nicht noch mehr Vogtles leisten. 

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¹ Der World Energy Outlook der Internationalen Energieagentur (IEA) schätzt, dass die Stromnachfrage um 150 % steigen wird, von 28.000 TWh im Jahr 2021 auf 73.000 TWh im Jahr 2050 im Rahmen des Netto-Null-Szenarios. Darin sind konservative Schätzungen des Bevölkerungswachstums und der anhaltenden Beschränkungen des Energiezugangs in den Entwicklungsländern enthalten. IEA, Weltenergieausblick 2022, Seite 44 (2022)

² Eine Überprüfung von 7 nationalen Studien ergab, dass der durchschnittliche Anteil an sauberer fester Energie bei 35 % des prognostizierten Netto-Null-Erzeugungsmixes liegt. Siehe The NorthBridge Group, Review and Assessment of Literature on Deep Decarbonization in the United States:Importance of System Scale and Technological Diversity, at 11 (2021)