Ausgewählte Forschungsresultate des Bereichs „Kernenergie und Sicherheit“

Energie-Systeme

Globale Energie-Szenarien helfen, die weitere Entwicklung der verschiedenen Energiesysteme besser einzuschätzen. Im Beitrag „Global Energy Scenarios“ werden speziell die globalen Entwicklungspfade für die Nuklearenergie beleuchtet. Dabei wird das am PSI weiterentwickelte „Globale Multi-Regionen Energiesystem-Model“ MARKAL verwendet. Basierend auf vorgegebenem (exogenem) Energiebedarf und unter der Annahme perfekten Wettbewerbs wird der Energiemix bei minimalen Gesamtkosten für 15 Weltregionen unter Berücksichtigung von je spezifischen Szenarien ermittelt. Dadurch können die unterschiedlichen Entwicklungspfade von entwickelten und sich entwickelnden Weltregionen erfasst werden.

Zusammen mit dem World Energy Council (WEC) wurden in einer ersten Studie zwei kohärente Szenarien JAZZ und SYMPHONY mit Zeithorizont 2050 entwickelt. Jazz steht für minimale Interventionen der Regierung, im Unterschied zu SYMPHONY wo die Märkte stärker reguliert sind und die Alternativen Energietechnologien mehr gefördert werden. Der nukleare Zuwachs erfolgt vor allem in China (+220 GW mit SYMPHONY oder +63 GW mit JAZZ), vor Ländern des Mittleren Ostens (+41 GW mit SYMPHONY oder +21 GW mit JAZZ) sowie Japan, Korea und Taiwan (+44 GW mit SYMPHONY oder +16 GW mit JAZZ). Demgegenüber wird die nukleare Kapazität in der EU und der Schweiz (EU31) um 13 GW wegen fehlendem Business-Case abnehmen. Für USA und Russland sind die entsprechenden Abnahmen -49% und -36% (JAZZ). Hingegen wird in SYMPHONY bei Berücksichtigung der Erfordernisse der Klimapolitik die nukleare Kapazität in EU31 um +27 GW ausgebaut, während in den USA die Kapazität um +34% und in Russland um +41% wachsen werden. Ein Treiber ist der wachsende Elektrizitätsbedarf, der für 2050 in JAZZ auf 150% und in SYMPHONY auf 123% steigen wird. Der Anteil der nuklearen Produktion von 13% (2010) sinkt in JAZZ auf 6% während er in SYMPHONY auf 15% steigt.

Im Beitrag „Role of Nuclear power in a decarbonized European electricity market“ wird die zukünftige Rolle der Kernenergie in Europa diskutiert. Es ist unbestritten, dass die CO₂-Emissionen auch bei der Elektrizitätserzeugung reduziert werden müssen. Damit kann auch der nuklearen Erzeugung eine Rolle zukommen, die sich allerdings im Wettbewerb gegen andere „low-carbon“ Technologien (Carbon Capture and Storage [CSS], Erneuerbare Energien) bewähren muss. Mit Hilfe des am PSI entwickelten Modells EUSTEM (das mit einer stündlichen Zeitauflösung die minimalen Kosten eines Technologiemixes ermitteln kann) konnte gezeigt werden, dass die Nukleare Erzeugung eine wichtige Rolle spielen kann, dass aber der Ausstieg in Deutschland, Belgien und der Schweiz nur zu einem sehr moderaten Wachstum der nuklearen Erzeugung führen wird, trotz geplantem Ausbau in UK, Tschechien und Finnland. Die Rolle des Nuklearen würde aber an Gewicht gewinnen, falls noch nicht gut etablierte Technologien (wie z.B. CSS) nicht zum gewünschten Erfolg führen würden.

Anwendungen der Nukleartechnik

Mittels Schneller Neutronen können Vorgänge in Behältern aus dichtem Material, z.B. Stahl, nicht-intrusiv und ohne Kontakt abgebildet werden. Dies kann die Untersuchung der Wasserdichte-Verteilung in Brennelementen oder auch speziell der Siedekrise (Dry-Out) ermöglichen. Am PSI wurde nun ein Prototyp entwickelt, der Objekte von bis zu 10 cm Grösse abbilden kann bei einer räumlichen Auflösung von ungefähr 2 mm, siehe den Beitrag „Development and characterization of a D-D fast neutron generator for imaging applications (TWOFAST)“. Die Weiterentwicklung zielt auf eine Verkürzung der Messzeit. Dieses System könnte bei der Detektion von Sprengstoffen in Stahlbehältern oder bei der Industriellen Metrologie angewendet werden.

Martin A. Zimmermann, Abteilung Nuclear Energy and Safety, Paul Scherrer Institut (PSI)