Mehr als Strom
Zahlreiche europäische Länder prüfen oder planen den Einsatz von Small Modular Reactors (SMR) als Teil ihrer zukünftigen Energieversorgung, teils mit erheblicher staatlicher Förderung. Dabei steht nicht in allen Fällen nur die reine Stromerzeugung im Fokus: Teilweise sollen SMR auch dazu genutzt werden, Fernwärme zum Heizen oder sogenannte Prozesswärme für industrielle Anwendungen bereitzustellen; auch die Erzeugung von Wasserstoff wird angestrebt. So könnten SMR zukünftig Teile sogenannter hybrider Energienetze sein, in denen unterschiedliche Energiequellen, Speicher und Umwandlungsprozesse miteinander kombiniert sind.
Mit Blick auf die Sicherheit stellt sich dabei die Frage, ob und gegebenenfalls wie sich ein derartiges hybrides Netz und daran angeschlossene SMR wechselseitig beeinflussen könnten. Antworten auf diese Frage zu finden, war das Ziel des von der EU-Kommission geförderten Forschungsprojekts TANDEM, an dem neben zahlreichen Forschungsorganisationen aus dem Ausland auch die GRS beteiligt war.
Modellierung eines hybriden Netzes mit SMR
Innerhalb von TANDEM wurde ein hybrides Netz mit der Software MODELICA modelliert. Darin lassen sich physikalische Systeme, wie Energieerzeugungsanlagen, Turbinen, Ventile, Generatoren und Wärmeübertrager aber auch deren Steuerungen simulieren. Fachleute der GRS haben mithilfe des von der GRS entwickelten Thermohydraulikcodes ATHLET einen generischen SMR modelliert. Diese spezielle Software erlaubt es unter anderem, Rückwirkungen wie einen plötzlichen Lastabwurf nach Ausfall des Stromnetzes auf das Verhalten eines Reaktors zu simulieren. Um die wechselseitigen Einflüsse des hybriden Netzes und des SMR abbilden zu können, wurden anschließend beide Systeme miteinander gekoppelt.
Im Rahmen der anschließenden Analysen wurden dann beispielsweise plötzliche Änderungen des Wärme- und Strombedarfs simuliert, wie sie etwa bei einem kurzfristigen, ungeplanten Ausfall eines großen Verbrauchers auftreten könnten. Diese sogenannten Laständerungen wurden dabei bis zu einem Ausmaß unterstellt, das einem anomalen Betrieb bis hin zum Störfall gleichkäme.
Neuer Anwendungsfall für Analysetool
Für die Forschenden der GRS war bei den Arbeiten in TANDEM ein weiterer Punkt von besonderem Interesse, nämlich inwieweit der GRS-eigene Simulationscode zur Untersuchung eines solchen, in dieser Form bislang noch nicht praktizierten Einsatzes überhaupt geeignet ist.
„Ein wesentlicher Aspekt unserer Forschung ist es, unsere Analysewerkzeuge wie beispielsweise ATHLET stetig an technologische Neuerungen anzupassen – das betrifft vor allem die Entwicklung neuer Reaktortypen wie SMR, aber auch veränderte Rahmenbedingungen für deren Betrieb.
Nur so können wir auf Dauer auch in Deutschland verlässliche Aussagen zur Sicherheit der Anlagen in unserer europäischen Nachbarschaft treffen, und das macht internationale Projekte wie TANDEM für uns so wertvoll.“
Sara Beck, Leiterin des Bereichs Sicherheitsforschung
Ergebnisse von TANDEM
Die Arbeiten im Projekt TANDEM haben gezeigt, das SMR grundsätzlich geeignet sein können, als Teil eines hybriden Energienetzes die unterstellten Ereignisse zu beherrschen. So hat die Leistungsregelung des SMR etwa bei einem plötzlichen Abfall des Wärmebedarfs durch eine kontrollierte Absenkung der Kernleistung einen neuen stationären und damit sicheren Zustand eingestellt. Allerdings konnte auch gezeigt werden, dass es je nach Auslegung eines realen SMR erforderlich sein kann, die Leistung des Reaktorkerns durch anlagenspezifische Regelungssysteme zu begrenzen, um Situationen zu vermeiden, in denen es andernfalls zu einer Reaktorschnellabschaltung käme. Wichtig für zukünftige Analysen ist darüber hinaus, dass gezeigt werden konnte, dass sich mithilfe des gekoppelten Systems aus ATHLET und MODELICA Sicherheitsanalysen auch mit komplexen Regelungen und in hybriden Energiesystemen durchführen lassen.
Eine ausführliche Dokumentation der Ergebnisse von TANDEM ist auf der Webseite des Projekts zu finden.