M3 Vollständiger Stromerzeugungszyklus

Thema

Die Stromerzeugung in einem Kernkraftwerk, die alle Grundlagen aus Teil I vereint, ist ein kontinuierlicher Prozess: Die im zweiten Modell dieses Katalogs beschriebene, anhaltende Kernspaltung erzeugt permanent Wärme. Das Kühlmittel absorbiert und transportiert diese Wärme, entweder direkt in einem Siedewasserreaktor oder über einen Zwischenkreislauf in einem Druckwasserreaktor, bis es zu Druckdampf wird. Dieser Dampf treibt die Turbine an und wandelt thermische Energie in mechanische Rotationsenergie um. Die Turbine treibt den mit ihrer Welle gekoppelten Generator an, der diese Rotation in elektrische Energie umwandelt. Schließlich wird diese elektrische Energie in das Stromnetz eingespeist.

Dieser gesamte Prozess läuft kontinuierlich und gleichzeitig ab, solange sich der Reaktor im stabilen Betrieb befindet: Es gibt keine Abfolge von Erzeugungszyklen, sondern einen konstanten Wärmestrom, der in jedem Schritt der Kette schrittweise in elektrische Energie umgewandelt wird.

Der Gesamtwirkungsgrad dieser Umwandlung – also der Anteil der im Reaktorkern erzeugten thermischen Energie, der als elektrischer Strom in das Netz eingespeist wird – ist, wie in jedem Wärmekraftwerk, durch die Gesetze der Thermodynamik begrenzt, die die Umwandlung von Wärme in mechanische Arbeit regeln. Es hängt primär von der Temperaturdifferenz zwischen dem in die Turbine eintretenden Dampf und dem zur Kondensation am Ende des Zyklus verfügbaren Wasser ab. Diese Differenz wird wiederum durch die von den Kernmaterialien zugelassenen Betriebstemperaturen und die bereits in einem vorherigen Modell dieses Katalogs festgelegte Kühlmittelwahl bestimmt.

Daher zeigt dieses Modul, das zunächst die acht vorangegangenen Grundlagen zu einem kontinuierlichen Prozess verknüpft, abschließend, dass dieser gesamte Prozess – von der Kernspaltung bis zur Elektrizität – nicht effizienter ist als das schwächste Glied in der gesamten Kette: die Temperaturdifferenz, die die Gesetze der Thermodynamik tatsächlich nutzen können.

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