Kernkraftwerke auf dem Trockenen: Was Dürre und Hitzeperioden für die Kühlung bedeuten
Wofür benötigt ein Kernkraftwerk Kühlwasser?
Hinsichtlich der Stromerzeugung funktionieren Kernkraftwerke (KKW) im Grunde genommen wie andere thermische Kraftwerke auch: Durch Wärme wird aus Wasser Dampf erzeugt, der wiederum über eine Turbine einen Generator antreibt. Genauso wie bei Kohle- und Gaskraftwerken mit Dampfturbinen wird der Dampf anschließend in einem Kondensator wieder in Wasser umgewandelt.
Dafür muss dem Kondensator Wärme entzogen werden. Diese Wärmeabfuhr kann grundsätzlich auf unterschiedliche Weise erfolgen.
Wie wird ein Kernkraftwerk gekühlt?
Wenn in diesem Beitrag von „Kühlwasser“ die Rede ist, geht es nicht um das Kühlmittel im Reaktor oder die Reaktorkühlung. Gemeint ist das Wasser, das die Wärme nach der Turbine über den Kondensator an die Umgebung abführt.
Bei einem Druckwasserreaktor (DWR) und einem Siedewasserreaktor (SWR) ist der Weg der Wärme vom Reaktor bis zum Kondensator unterschiedlich. Das hier betrachtete Kühlwasser aus Flüssen, Seen oder dem Meer kommt jedoch bei beiden Reaktortypen nicht mit dem Reaktor oder dem radioaktiven Wasser-Dampf-Kreislauf in Kontakt. Es dient dazu, die nach der Turbine noch vorhandene Wärme im Kondensator abzuführen.
Bei der sogenannten Durchlaufkühlung wird das Wasser zur Kühlung des Kondensators aus einem Fluss, See oder Meer entnommen, durch den Kondensator geführt und anschließend wieder in das Gewässer eingeleitet.
Dies bedeutet allerdings nicht, dass das Kraftwerk bei der Durchlaufkühlung das dem Gewässer entnommene Wasser im eigentlichen Sinn verbraucht: Nahezu die gleiche Wassermenge, die dem Gewässer entnommen wurde, wird nach der Durchströmung des Kondensators auch wieder zurückgeleitet. Entscheidend ist vielmehr, dass die entsprechende Wassermenge am Standort verfügbar ist und das erwärmte Wasser wieder in das Gewässer eingeleitet werden darf (mehr dazu im Abschnitt „Gewässerschutz“).
Eine andere Möglichkeit ist die Kühlung über einen Kühlturm. Dabei wird das im Kondensator erwärmte Wasser in einer Art Kreislauf zum Kühlturm geführt, dort abgekühlt und anschließend wieder zum Kondensator zurückgeführt. Allerdings verdunstet ein Teil des Wassers im Kühlturm. Diese Verdunstungsverluste müssen ausgeglichen werden.
Alternativ wird bei der sogenannten Ablaufkühlung (wie bei der Kühlung ohne Kühlturm) Kühlwasser aus einem Gewässer entnommen und durch den Kondensator geführt. Anschließend wird das erwärmte Wasser im Kühlturm abgekühlt und wieder in das Gewässer zurückgeleitet. Auf diese Weise kann die Temperatur des eingeleiteten Wassers im Vergleich zu der Kühlung ohne Kühlturm deutlich reduziert und damit der Wärmeeintrag in das Gewässer begrenzt werden.
Daneben ist auch ein Mischbetrieb möglich. Dabei wird ein Teil des Kühlwassers nach der Kühlung im Kühlturm wieder dem Kondensator zugeführt, während ein anderer Teil in das Gewässer zurückgeleitet wird. Je nach Betriebszustand lässt sich das Verhältnis zwischen Wasserentnahme, Wasserverbrauch und Wärmeeintrag in das Gewässer variieren.
Wie viel Wasser dem Gewässer bei den einzelnen Kühlarten entnommen wird beziehungsweise wie viel Wasser tatsächlich verbraucht wird, wird weiter unten im Abschnitt „Wie viel Wasser braucht ein Kernkraftwerk zur Kühlung?“ beschrieben.
Welche Kühltürme kommen bei Kernkraftwerken zum Einsatz?
Bei Kernkraftwerken werden im Wesentlichen zwei Kühlturm-Bauarten genutzt: der Naturzug-Nasskühlturm und der Hybridkühlturm.
Beim Naturzug-Nasskühlturm wird das erwärmte Kühlwasser über Düsen oder Verteiler im Kühlturm verrieselt. Ein Teil des Wassers verdunstet.
Die dafür benötigte Verdampfungswärme wird dem verbleibenden Wasser entzogen, das dadurch abkühlt. Die warme, feuchte Luft steigt aufgrund des natürlichen Auftriebs im Kühlturm nach oben.
Hybridkühltürme kombinieren eine Nass- und eine Trockenkühlung. Bei der Nasskühlung wird – wie beim Naturzug-Kühlturm – Wärme durch die Verdunstung von Wasser an die Umgebung abgegeben. Bei der Trockenkühlung wird das erwärmte Wasser dagegen ohne Verdunstung durch Luft abgekühlt. Dazu wird das Wasser durch viele dünne Rohre geleitet, an denen Luft vorbeiströmt und die Wärme an die Umgebung abführt. Dieser Luftstrom wird durch Ventilatoren zusätzlich verstärkt. Das Verhältnis von Nass- und Trockenkühlung lässt sich dabei an die jeweils aktuellen Bedingungen anpassen. So lässt sich etwa bei hohen Außentemperaturen die Kühlleistung erhöhen, während bei niedrigen der Wasserverbrauch reduziert werden kann.
Die Wahl des Kühlsystems hat damit erheblichen Einfluss darauf, wie stark ein Kraftwerk von der Verfügbarkeit von Kühlwasser abhängig ist.
Können Kernkraftwerke auch ohne Wasser gekühlt werden?
Nahezu alle der heute betriebenen Kernkraftwerke nutzen Wasser aus Flüssen, Seen oder Meeren zur Abfuhr der bei der Stromerzeugung entstehenden Wärme. Es gibt allerdings auch Beispiele für andere Lösungen.
Ein besonders ungewöhnliches Beispiel ist das KKW Palo Verde im US-Bundesstaat Arizona. Die drei Reaktoren mit zusammen rund 3.900 MWe stehen in einer sehr trockenen Region und entnehmen ihr Kühlwasser nicht aus einem natürlichen Gewässer. Stattdessen verwendet die Anlage aufbereitete kommunale Abwässer, die über Leitungen aus dem Großraum Phoenix zur Anlage transportiert werden.
Eine weitere Möglichkeit ist die Trockenkühlung, bei der die Wärme nicht über die Verdunstung von Wasser, sondern unmittelbar über Luft an die Umgebung abgegeben wird. Historisch wurde dieses Prinzip beispielsweise im KKW Bilibino im arktischen Teil Russlands eingesetzt. Die kleinen Reaktoren mit jeweils rund 12 MWe verfügten über luftgekühlte Kondensatoren. Dabei wurde die in der arktischen Region reichlich vorhandene kalte Luft genutzt, um den Dampf nach der Turbine wieder zu kondensieren. Die Reaktoren wurden zwischen 2018 und 2025 sukzessive abgeschaltet.
Auch einige SMR-Konzepte setzen auf wasserarme beziehungsweise wasserfreie Kühllösungen. So soll der Xe-100 von X-energy für die Kühlung des Kondensators sowohl mit Nass- als auch mit Trockenkühlung ausgelegt werden können. Oklo setzt bei seinem Aurora-Konzept auf einen natriumgekühlten Reaktor und luftgekühlte Kondensatoren. Auch Holtec sieht für seinen SMR-300 den Einsatz luftgekühlter Kondensatoren vor, wenn an einem Standort nur wenig Wasser verfügbar ist.
Die Beispiele zeigen, dass luftgekühlte Konzepte bislang vor allem bei Anlagen mit vergleichsweise geringer Leistung zum Einsatz kommen. Ein Grund dafür ist, dass die Wärmeabfuhr über Luft deutlich weniger effizient ist als die Kühlung über Wasser. Für große Leistungsreaktoren wären daher sehr große Wärmetauscher- und Luftmengen erforderlich, was die Technik aufwendiger und weniger kompakt macht.
Wann und warum muss ein Kraftwerk seine Leistung reduzieren?
Gewässerschutz
Hohe Temperaturen und Trockenheit können auf unterschiedliche Weise zu Einschränkungen führen. Zumeist sind Vorgaben zum Schutz der Gewässer der Auslöser für Leistungsreduzierungen oder Abschaltungen.
Wird Kühlwasser aus einem Fluss entnommen und erwärmt wieder eingeleitet, darf dadurch das Gewässer nicht über einen bestimmten Grenzwert hinaus erwärmt werden. Diese Vorgaben sollen verhindern, dass Fauna und Flora des Gewässers Schaden nehmen. Steigt die Temperatur des Flusses bereits aufgrund einer Hitzeperiode an, steht für die zusätzliche Erwärmung durch das Kraftwerk entsprechend weniger Spielraum zur Verfügung. In diesem Fall kann das Kraftwerk seine Leistung reduzieren. Dadurch sinkt auch die abzuführende Wärmemenge und damit auch die zusätzliche Erwärmung des Gewässers. Steht kein Spielraum mehr zur Verfügung, muss die Anlage heruntergefahren werden.
Von solchen Leistungsreduzierungen oder Abschaltungen waren in Europa in den letzten Jahren insbesondere französische und schweizerische Anlagen betroffen, aber auch deutsche KKW wie Neckarwestheim, Isar oder Krümmel mussten in der Vergangenheit aufgrund von Gewässerschutzvorgaben mit reduzierter Leistung betrieben werden.
Tatsächlicher Wassermangel
Daneben kann Niedrigwasser auch unmittelbar die Verfügbarkeit von Kühlwasser beeinträchtigen. Sinkt der Pegelstand so weit, dass die vorhandenen Entnahmeeinrichtungen nicht mehr ausreichend mit Wasser versorgt werden können, kann der Leistungsbetrieb eingeschränkt oder die Anlage abgeschaltet werden.
Besonders betroffen waren im Sommer 2026 zwei an der Donau gelegene Kernkraftwerke: Beim ungarischen KKW Paks und beim rumänischen KKW Cernavodă führten die außergewöhnliche Trockenheit und die damit verbundenen niedrigen Pegelstände der Donau zu erheblichen Ausfällen der Stromproduktion.
Beim ungarischen Kernkraftwerk Paks musste die Leistung aufgrund des niedrigen Wasserstands in der Donau reduziert werden. Um sicherzustellen, dass die Ansaugöffnungen auch bei der Wasserentnahme noch ausreichend mit Wasser bedeckt waren und die Pumpen nicht trocken liefen beziehungsweise Luft ansaugten, wurden drei der vier Reaktorblöcke zeitweise komplett abgeschaltet und der vierte mit reduzierter Leistung betrieben. Um das KKW künftig besser gegen vergleichbare Niedrigwasserstände abzusichern, sollen die Ansaugöffnungen tiefer in das Flussbett verlegt werden.
In Rumänien hingegen führte der Donauarm, an dem das KKW Cernavodă liegt, nicht genügend Wasser. Die Anlage musste zeitweise komplett vom Netz genommen werden. Hier sind Maßnahmen vorgesehen, um die Wasserführung in dem betroffenen Donauarm zu verbessern.
Wie sehr der Betrieb von lokalen Gegebenheiten abhängt, zeigt das Beispiel des zwischen den beiden genannten Anlagen an der Donau gelegene bulgarische KKW Kosloduj, das im selben Zeitraum mit einer nur zeitweisen und sehr geringen Leistungsreduktion weiterbetrieben werden konnte.
Kernkraftwerk-Standorte am Meer
Auch bei Kernkraftwerk-Standorten an der Küste kann die Kühlwasserentnahme durch natürliche Ereignisse beeinträchtigt werden. So kann es – etwa infolge veränderter Meeresströmungen oder anderer ozeanografischer und biologischer Einflussfaktoren – zum verstärkten Auftreten bestimmter Meerestiere und Algen kommen. Gelangen größere Mengen solcher Organismen in die Kühlwasserentnahme, können Rechen und Filter verstopfen und dadurch die Kühlwasseraufnahme begrenzen.
Ein besonders anschauliches Beispiel ist das französische KKW Gravelines an der Nordseeküste. Dort führten im August 2025 und August 2026 massenhaft auftretende Quallen dazu, dass mehrere Reaktoren abgeschaltet oder mit reduzierter Leistung laufen mussten. Ebenfalls im August 2026 wurde die Leistung von Block 1 des Kernkraftwerks Koeberg in Südafrika vorsorglich auf 50 Prozent reduziert, nachdem sich infolge eines massenhaften Sardinensterbens marines Material am Kühlwassereinlauf angesammelt hatte. Ein noch ungewöhnlicheres Beispiel stammt schließlich aus Südkorea: Beim KKW Uljin gelangten 2003 schätzungsweise 295 Tonnen Salpen, gallertartige Meerestiere, in die Kühlwasserentnahme. Die dadurch eingeschränkte Kühlwasserversorgung führte zu einer Verringerung der Leistung um rund 38 Prozent.
Wie viel Wasser braucht ein Kernkraftwerk zur Kühlung?
Die Größenordnung hängt stark von der Leistung und dem Kühlsystem ab.
Bei einem großen Kernkraftwerk mit Durchlaufkühlung können mehrere Dutzend Kubikmeter Wasser pro Sekunde durch den Kondensator fließen. So wurde für das Kernkraftwerk Isar 2 (1.485 MWe) ein maximaler Kühlwasserdurchfluss von rund 60 Kubikmetern pro Sekunde angegeben. Beim Kernkraftwerk Paks werden für die vier bestehenden Reaktoren (ca. je 500 MWe) jeweils etwa 25 Kubikmeter pro Sekunde angegeben, also insgesamt rund 100 Kubikmeter pro Sekunde.
Bei einer Kühlung mit Kühlturm ist die benötigte Entnahmemenge aus einem Fluss dagegen wesentlich geringer. Dafür geht Wasser insbesondere durch Verdunstung verloren. Für ein großes Kernkraftwerk kann auch dieser Wasserbedarf mehrere Millionen Kubikmeter pro Jahr betragen.
Wie groß die Belastung für ein Gewässer tatsächlich ist, lässt sich deshalb nicht allein anhand der vom Kernkraftwerk entnommenen beziehungsweise verbrauchten Wassermenge beurteilen. Entscheidend sind neben der Temperatur des zurückgeleiteten Wassers und den jeweiligen regulatorischen Anforderungen des Gewässerschutzes vor allem die Wassermenge, die der Fluss führt.
Ist Wassermangel ein Problem für die Sicherheit eines Kernkraftwerks?
Eine Einschränkung des Leistungsbetriebs aufgrund hoher Wassertemperaturen oder niedriger Wasserstände bedeutet zunächst nicht, dass die Sicherheit des Reaktors gefährdet ist. Hitzeperioden sind in der Regel über einen längeren Zeitraum vorhersehbar. Die Wassertemperatur von Flüssen verändert sich ebenfalls nicht schlagartig. Dadurch können Betreiber auf die Entwicklung reagieren und beispielsweise die Leistung reduzieren oder die Anlage rechtzeitig abfahren.
Allerdings muss auch nach einer Abschaltung weiterhin Wärme aus dem Reaktor abgeführt werden: Die sogenannte Nachzerfallswärmeleistung liegt bei einem Kernkraftwerk mit rund 1.000 MWe beziehungsweise 3.000 MWth nach etwa einer Stunde noch in der Größenordnung von 40 bis 50 MW, nach 24 Stunden bei rund 15 MW – laut Angaben der Internationalen Atomenergie-Organisation IAEO sind bei heutigen Reaktordesigns nach einer Stunde noch rund 1,5 Prozent und nach einem Tag etwa 0,4 Prozent der ursprünglichen thermischen Reaktorleistung als Nachzerfallswärme abzuführen.
Entsprechend sinkt auch die für die Wärmeabfuhr erforderliche Kühlwassermenge deutlich. Die Nachzerfallswärme wird dabei nicht mehr über die Hauptkühlwasserpumpen, sondern über das Nebenkühlwassersystem abgeführt, wofür üblicherweise lediglich wenige Kubikmeter pro Sekunde benötigt werden.
Für die sicherheitstechnisch erforderliche Kühlung stehen neben der normalen Kühlwasserversorgung weitere, unabhängige Versorgungsmöglichkeiten (zum Beispiel Brunnen oder Reservoire) zur Verfügung, welche die Nebenkühlwasserversorgung gewährleisten können. Das gilt für die abgeschalteten deutschen sowie für die meisten europäischen Anlagen. Zudem wurden im Nachgang zu den Reaktorunfällen von Fukushima zusätzliche mobile Maßnahmen zur Sicherstellung der Kühlung umgesetzt. Entsprechendes Equipment wird je nach Land direkt vor Ort auf der Anlage oder in zentralen Lagern bereitgehalten.
(Teile dieses Textes beruhen auf einem älteren Beitrag, der zuletzt 2024 aktualisiert wurde.)