Ausbau der Kernkraftkapazität des Vereinigten Königreichs

Die Kernenergie wird im Vereinigten Königreich schon seit Jahrzehnten betrieben und dürfte sich in Zukunft nur noch weiter aufwärtsgerichtet entwickeln. Im April 2022 kündigte die britische Regierung die britische Energiesicherheitsstrategie an, nach einem erfolgreichen Jahrzehnt, in dem sie das erste Kernkraftwerk seit einer Generation genehmigte und eine Verfünffachung der erneuerbaren Energien erreichte. Neben Versprechen wie einer enormen Steigerung der Wasserstoffproduktion sieht die Strategie eine Reihe von Maßnahmen zur Verbesserung der Kernenergiekapazität vor. In einer Erklärung von Premierminister Boris Johnson zur Strategie hieß es: „Wir setzen auf die sichere, saubere und erschwingliche neue Generation von Kernreaktoren und bringen Großbritannien in einem Bereich, in dem wir einst weltweit führend waren, wieder an die Vormachtstellung.“ Die Erklärung fügte hinzu, dass die Regierung „massiv in die Kernenergie investieren“ werde.

Die Strategie baut auf dem Zehn-Punkte-Plan der Regierung für eine grüne industrielle Revolution auf und skizziert Ansätze zur Unterstützung grüner Arbeitsplätze und zur Beschleunigung des britischen Wegs zum Netto-Nullpunkt. Im Plan wird detailliert dargelegt, dass das Vereinigte Königreich eine groß angelegte Kernenergie anstrebt und versucht, die Zukunft der Kernenergie durch weitere Investitionen in kleine modulare Reaktoren (SMRs) und fortschrittliche modulare Reaktoren (AMRs) voranzutreiben. Der Plan umfasst einen Future Nuclear Enabling Fund in Höhe von 120 Millionen Pfund zur Förderung neuer Kernkraftwerke, eine Investition in Höhe von 210 Millionen Pfund für die Entwicklung von SMRs mit Rolls-Royce und eine Investition in Höhe von 100 Millionen Pfund zur Unterstützung der Entwicklung des Kernkraftwerks Sizewell C von EDF Energy in Suffolk. Ein Teil dieser Investitionen wird aus dem Advanced Nuclear Fund in Höhe von bis zu 385 Millionen Pfund stammen, um die nächste Generation der Nukleartechnologie zu unterstützen.

Angesichts des Aufstiegs der Nuklearindustrie im Vereinigten Königreich ist es von entscheidender Bedeutung, dass geeignete Forschungs- und Testeinrichtungen vorhanden sind, um Unternehmen in diesem Bereich zu unterstützen. Das Nuclear Advanced Manufacturing Research Centre (Nuclear AMRC), das von Branchenführern und der Regierung unterstützt wird und sich im Besitz der University of Sheffield befindet, hilft britischen Herstellern, Aufträge im gesamten Nuklearsektor – im Neubau, im Betrieb und bei der Stilllegung – und in anderen qualitätskritischen Branchen zu gewinnen . Seine Einrichtungen und Dienstleistungen stehen allen offen.

Die Ingenieure und Branchenspezialisten des Zentrums arbeiten mit Unternehmen zusammen, um innovative Techniken und optimierte Prozesse für die hochpräzise Fertigung in großem Maßstab zu entwickeln. Unternehmen können die hochmodernen Werkstätten des Nuclear AMRC nutzen, um neue Prozesse auf Maschinen im Produktionsmaßstab zu entwickeln und zu testen, ohne Kapazitäten in ihren eigenen Fabriken zu verlieren.

Das Nuclear AMRC bietet außerdem eine Reihe von Unterstützungsleistungen bei der Entwicklung der Lieferkette, um Herstellern den Einstieg in den Nuklearmarkt und den weltweiten Wettbewerb zu erleichtern. Sein Flaggschiff-Programm „Fit For Nuclear“ ist ein einzigartiges Diagnosetool, mit dem Unternehmen ihre Betriebsabläufe anhand der Branchenanforderungen messen und etwaige Lücken schließen können.

Neben seiner Kernforschungsfabrik im Advanced Manufacturing Park in South Yorkshire betreibt das Zentrum eine Modularisierungs-F&E-Einrichtung im Birchwood Park und entwickelt neue Technologiekapazitäten bei Nuclear AMRC Midlands in Derby. Es ist Teil des High Value Manufacturing Catapult – einer nationalen Allianz von sieben führenden Fertigungsforschungszentren.

Die Innovationsplattform sprach mit Andrew Storer, CEO des Nuclear AMRC, um mehr über die aktuellen und zukünftigen nuklearen Aussichten im Vereinigten Königreich und die Rolle des Nuclear AMRC bei der Förderung der nuklearen Entwicklung zu erfahren.

Die Nuklearlandschaft im Vereinigten Königreich sieht so rosig aus wie seit vielen Jahren nicht mehr. Als Nation sind wir bestrebt, unsere Treibhausgasemissionen bis 2050 auf netto Null zu reduzieren, mit dem Ziel, die Stromerzeugung bis 2035 zu dekarbonisieren. Der einzig realistische Weg, dies zu erreichen, ist der Einsatz von Kernenergie neben erneuerbaren Energien, da Kernkraft die einzige Möglichkeit ist bewährte kohlenstoffarme Erzeugungstechnologie, die zuverlässige Grundlastenergie bereitstellen kann, um die inhärenten Schwankungen von Wind, Sonne und Gezeiten auszugleichen.

Es gab zahlreiche detaillierte Modellierungen potenzieller Wege zum Netto-Nullpunkt – von internationalen Gremien wie dem International Panel on Climate Change und der International Energy Authority, aber auch von britischen Gremien wie dem Climate Change Committee und Energy Systems Catapult – und allen anderen zeigen den Bedarf an Kernkraft als Teil des Energiemixes. Die britische Regierung hat dies erkannt und im April im Rahmen der britischen Energiesicherheitsstrategie das Ziel einer nuklearen Kapazität von 24 GW bis 2050 bekannt gegeben.

Vor etwa 12 Jahren, als das Nuclear AMRC erstmals gegründet wurde, gab es Pläne für etwa 19 GW neue Kernkraftwerkskapazität im Vereinigten Königreich. Abgesehen von Hinkley Point C von EDF Energy wurden diese Projekte noch nicht umgesetzt, hauptsächlich aufgrund finanzieller Herausforderungen. Nach dem alten Differenzvertragsmodell, das in den 2000er Jahren eingeführt wurde, mussten Kraftwerksentwickler die gesamten Baukosten eines Atomprojekts finanzieren – Dutzende Milliarden Pfund über ein Jahrzehnt oder länger – und erhielten erst dann Einnahmen, wenn das Kraftwerk mit der Stromerzeugung begann. Das ist kein attraktives Investitionsprofil, und die Finanzierungskosten haben die Gesamtkosten für den Bau von Hinkley Point C erheblich erhöht.

Das Vereinigte Königreich hat nun das Regulated Asset Base (RAB)-Finanzierungsmodell für Kernkraftprojekte gesetzlich verankert. RAB soll ein attraktiveres Investitionsprofil für große Infrastrukturprojekte bieten, indem es während der Bauphase durch einen geringen Aufpreis für Verbraucher eine Einnahmequelle bietet und so das Projektrisiko für den Investor verringert.

Die andere große Veränderung, die wir in den letzten Jahren gesehen haben, ist das Aufkommen kleiner modularer Reaktoren als sinnvolle Ergänzung zu Reaktoren im Gigawatt-Maßstab, wie den Framatome EPRs, die in Hinkley Point gebaut werden. Da sie kleiner und schneller zu bauen sind, dürften SMRs für institutionelle Anleger attraktiver sein. Und da sie für die Herstellung in Fabriken konzipiert sind, können Hersteller Techniken aus anderen Sektoren wie der Luft- und Raumfahrt nutzen, um Kosten zu senken und die Produktivität zu steigern.

Wir sehen auch ein wachsendes Interesse an anderen neuen Designs fortschrittlicher Reaktoren, insbesondere an gasgekühlten Hochtemperaturreaktoren, die bis in die 2040er Jahre für die effiziente Produktion von kohlenstoffarmem Wasserstoff und die industrielle Dekarbonisierung eingesetzt werden können.

Es gibt Fusionsenergie – ein Bereich, in dem Großbritannien wirklich weltweit führend ist. Die britische Atomenergiebehörde (UKAEA) arbeitet derzeit an einem Prototyp eines Fusionskraftwerks, dem Spherical Tokamak for Energy Production (STEP), Anfang der 2040er Jahre. Kommerzielle Fusionsenergie wird in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts der Schlüssel zu grenzenloser CO2-armer Energie sein.

Es ist von entscheidender Bedeutung, dass wir im Vereinigten Königreich eine starke Infrastruktur für die Kernenergie entwickeln – nicht nur, weil wir die Wirtschaft dekarbonisieren müssen, sondern weil sie ein höheres Maß an Energiesicherheit bietet und uns von den starken Preisschwankungen auf den Märkten für fossile Brennstoffe befreit.

Das Vereinigte Königreich verfügt über Stärken im gesamten nuklearen Lebenszyklus. Wir können Kernbrennstoff herstellen – obwohl wir auf Uranimporte angewiesen sind – und wir verfügen über einen sehr gut etablierten und weltweit führenden Stilllegungssektor. Derzeit befinden sich mehrere inländische Reaktortechnologien in der Entwicklung, darunter der Rolls-Royce SMR und eine Reihe fortschrittlicher modularer Reaktoren und Fusionstechnologien.

Die Entwicklung des britischen Kernenergiesektors wird auch erhebliche wirtschaftliche Vorteile im gesamten Vereinigten Königreich mit sich bringen – mehr als jede andere Energietechnologie. Diese Vorteile werden landesweit spürbar sein – etwa 90 % der Arbeitsplätze in der Branche sind außerhalb von London und im Südosten angesiedelt, und der durchschnittliche Wert der Arbeitsplätze in der Kernenergie liegt etwa doppelt so hoch wie der Landesdurchschnitt.

Unsere Mission beim Nuclear AMRC ist es, britischen Herstellern dabei zu helfen, Aufträge im gesamten Nuklearsektor zu gewinnen. Das machen wir auf zwei Arten. Wie die anderen Zentren im High Value Manufacturing Catapult liefern wir Fertigungsinnovationen, um Unternehmen dabei zu helfen, ihre Produktion zu optimieren oder neue technische Fähigkeiten zu entwickeln, die die Produktivität verbessern und gleichzeitig die strengsten Qualitätsstandards einhalten können. Wir leisten auch viel Arbeit in der Lieferkettenentwicklung, um sicherzustellen, dass britische Lieferanten die Anforderungen von Nuklearprojekten erfüllen können.

Auf der Fertigungs-F&E-Seite lag unser ursprünglicher Schwerpunkt auf den maschinenbautechnischen Aspekten von Nuklearneubauten. Das bedeutet qualitätskritische Bearbeitung, Schweißen, Plattieren und Messtechnik im großen Maßstab, und unsere Forschungsfabrik in Rotherham beherbergt einige der größten und fortschrittlichsten Bearbeitungsplattformen und Fügezellen, die weltweit für unabhängige industrielle Forschung verfügbar sind. In den letzten Jahren haben wir in neue Technologiebereiche expandiert, darunter Modularisierung, Steuerung und Instrumentierung, digitales Engineering und verschiedene Arten der additiven und endkonturnahen Fertigung.

Wir haben einigen unserer Gründungspartner dabei geholfen, wirklich erhebliche Produktivitätssteigerungen zu erzielen. Beispielsweise haben wir mit Rolls-Royce zusammengearbeitet, um zu zeigen, dass die Montagezeit für einen komplexen Wärmetauscher mit rund 5.000 durch 11 Platten gefädelten Rohren um mindestens die Hälfte reduziert werden kann. Wir haben Sheffield Forgemasters dabei geholfen, die Vorfräszeit für ein großes Kernschmiedewerk um über 40 % zu reduzieren.

In einer langfristigen Zusammenarbeit haben wir mit Partnern in den USA zusammengearbeitet, um zu zeigen, dass Elektronenstrahlschweißen und andere Techniken dazu beitragen können, die Produktionszeit für einen SMR-Druckbehälter von etwa zweieinhalb Jahren auf weniger als 12 Monate zu verkürzen. Einer unserer größten Erfolge dort war der Nachweis, dass die Schweißzeit für einen Behälterabschnitt von 60 Stunden auf nur eine Stunde verkürzt werden konnte, was einer Energieeinsparung von fast zwei Tonnen CO2 pro Schweißung entspricht.

Darüber hinaus haben wir intensiv mit Partnern aus dem Bereich der nuklearen Stilllegung zusammengearbeitet. Wir haben Sellafield Ltd und seine Lieferanten dabei unterstützt, die Kosten für Abfallbehälter für die Langzeitlagerung gefährlicher Abfälle zu senken. Zehntausende dieser Kisten werden für die Stilllegung der alten Kernkraftwerksstandorte des Vereinigten Königreichs benötigt, und wir haben gezeigt, wie Designänderungen und fortschrittliche Herstellungstechniken dem Steuerzahler über die Laufzeit des Programms Hunderte Millionen Pfund einsparen könnten. Wir beschäftigen uns mit den Herstellungsanforderungen der geplanten geologischen Entsorgungsanlage für die dauerhafte Lagerung von Abfällen und unsere Instrumentierungsforscher haben an intelligenten Sensoren gearbeitet, die den Zustand von Abfallbehältern über Jahrzehnte hinweg überwachen können, indem sie Umgebungsstrahlung nutzen, um sich selbst mit Strom zu versorgen.

Die andere Seite unserer Arbeit besteht darin, die britische Lieferkette zu entwickeln und Hersteller dabei zu unterstützen, die Anforderungen der Branche in Bezug auf Qualitätsmanagement und Sicherheitskultur sowie technische Fähigkeiten zu erfüllen. Wir arbeiten auch mit Reaktorentwicklern und führenden Vertretern der Industrie zusammen, um sicherzustellen, dass neue Kraftwerke kosteneffizient und mit größtmöglichem britischen Anteil hergestellt werden können.

Unser Flaggschiffprogramm „Fit For Nuclear“ (F4N) hat rund 1.000 britischen Herstellern dabei geholfen, ihre Abläufe an Industriestandards zu messen und die notwendigen Schritte zu unternehmen, um etwaige Lücken zu schließen. F4N war äußerst erfolgreich und wir passen das Modell jetzt an, um andere wachsende CO2-arme Sektoren zu unterstützen, darunter erneuerbare Offshore-Energien, Kohlenstoffabscheidung und Wasserstoffproduktion.

Die Unternehmen, mit denen wir an Lieferkettenprogrammen zusammengearbeitet haben, haben uns erzählt, dass unsere Unterstützung ihnen geholfen hat, neue Verträge im Wert von 2,5 Milliarden Pfund zu gewinnen und mehr als 10.000 Arbeitsplätze zu schaffen oder zu sichern. Das ist eigentlich nur die Spitze des Eisbergs, wenn man sich die Investitionen ansieht, die wir benötigen, um Netto-Null zu erreichen, und die Chancen für britische Hersteller.

Bei einem Großteil unserer Fertigungsentwicklungsarbeit geht es darum, sicherzustellen, dass neue Fertigungsprozesse den Anforderungen der nuklearen Sicherheit entsprechen. Die große Herausforderung besteht darin, dass die internationalen Nuklearvorschriften und -normen häufig die Verwendung alter Fertigungstechnologien vorschreiben, die viel weniger produktiv sind. Daher müssen wir nachweisen, dass mit diesen neueren Methoden Komponenten hergestellt werden können, die über Jahrzehnte hinweg mindestens genauso sicher und zuverlässig sind .

In einigen Fällen nutzen wir eine Technik wie das Elektronenstrahlschweißen, die in anderen Sektoren wie der Luft- und Raumfahrt oder dem Schiffbau bereits gut etabliert ist, und zeigen durch strenge Tests und Analysen, dass sie nuklearen Standards entsprechen kann. In anderen Projekten entwickeln wir innovativere Methoden zur Formgebung und Verbindung der exotischen Legierungen, die für Fusionsreaktoren benötigt werden.

Wir beschäftigen uns auch mit nachhaltigen Herstellungsprozessen, die die Umweltkosten der Produktion senken können – zum Beispiel durch die Umstellung von großen Mengen ölbasierter Bearbeitungsflüssigkeiten auf viel kleinere Mengen fortschrittlicher Kühlmittel oder Strahlschweißtechniken, mit denen ein dicker Abschnitt verbunden werden kann ein einziger Durchgang, ohne dass eine wiederholte Wärmebehandlung erforderlich ist.

In einem aktuellen Projekt haben wir mit Cavendish Nuclear und anderen Partnern zusammengearbeitet, um ein automatisiertes System zur Echtzeiterkennung von Schweißfehlern zu entwickeln. Dies kann für Fertigungen mit hoher Integrität von entscheidender Bedeutung sein – durch die Verkürzung der Prüfzeit um Stunden werden Produktivität, Terminsicherheit und Ressourceneffizienz verbessert.

Sicherheit ist die oberste Priorität der Kernenergieindustrie, und ein großer Teil unseres F4N-Services hilft Herstellern bei der Entwicklung einer guten Sicherheitskultur.

Der Rolls-Royce SMR kann eine große Rolle auf dem Weg Großbritanniens zu Netto-Null-Emissionen spielen. Als kleiner, fabrikgefertigter Reaktor passt er viel besser zu den aktuellen Kapazitäten der britischen Nuklearlieferkette, was uns dabei helfen wird, die wirtschaftlichen Vorteile der Energiewende zu maximieren.

Wir waren Teil des britischen SMR-Konsortiums, das die erste Entwicklungsphase mit einer zusätzlichen Finanzierung von 18 Millionen Pfund von der Regierung durchführte. Unsere Arbeit konzentrierte sich darauf, zu demonstrieren, wie fortschrittliche Fertigungstechniken Kapitalkosten und Produktionszeit reduzieren können, in Bereichen wie tragbare Bearbeitung, Sauberkeit nach dem Prozess, Schweißen und Plattieren, Messung und digitale Fertigung.

Im vergangenen November veranstalteten wir den Start des Rolls-Royce SMR-Geschäfts mit staatlicher Unterstützung in Höhe von 210 Millionen Pfund, ergänzt durch private Investitionen. Wir konzentrieren uns weiterhin auf die Entwicklung der Fertigungskapazitäten für den SMR, einschließlich der Schaffung einer vollständig integrierten Testanlage für die SMR-Fertigung vor der Produktion in unserem Zentrum in Rotherham.

Wir werden zwei fortschrittliche Fertigungsprototypen herstellen – einen repräsentativen schweren Druckbehälter mit einer Länge von etwa 6 m und einem Gewicht von 27 Tonnen sowie einen Behälterverschlusskopf in Originalgröße mit einem Durchmesser von etwa 4,5 m und einer Masse von 40 Tonnen. Beide werden aus Schmiedeteilen hergestellt, die von Sheffield Forgemasters bereitgestellt werden, und vollständig nach nuklearen Qualitätsstandards geschweißt und verkleidet.

Dies werden einige der größten und anspruchsvollsten Teile sein, an denen wir gearbeitet haben, und sie werden viele der Technologien und Techniken vereinen, die wir im letzten Jahrzehnt entwickelt haben.

Unsere Aufgabe besteht im Wesentlichen darin, dazu beizutragen, dass ein möglichst großer Teil des Rolls-Royce SMR in britischen Fabriken hergestellt werden kann, und zwar so kosteneffektiv wie möglich und gleichzeitig alle Qualitäts- und Sicherheitsstandards erfüllen, die von Nuklearkunden und Aufsichtsbehörden erwartet werden.

Andrew wurde im August 2017 zum Chief Executive Officer von Nuclear AMRC ernannt, nachdem er dem Zentrum ursprünglich 18 Monate zuvor als Geschäftsführer beigetreten war. Zuvor war er sechs Jahre lang Programmdirektor für das zivile Nukleargeschäft von Rolls-Royce und leitete die Kundenbindung und Ausschreibungen für Neubauentwickler. Bevor er im zivilen Nuklearbereich arbeitete, war er General Manager für die Unterstützung der U-Boot-Flotte und stellte die Verfügbarkeit auf See sicher.

Er begann seine Arbeit als Lehrling am Nuclear Energy Institute (NEI) und entwickelte seine Karriere durch verschiedene Ingenieurfunktionen in großen Kohle- und Gaskraftwerken sowie durch die Lieferung von Komponenten für Sizewell B. Er vertritt das Nuclear AMRC in der Nuklearindustrie Council leitet das Arbeitsprogramm Winning UK Business im Rahmen des Nuclear Sector Deal und ist Teil der Lenkungsgruppe für das Great British Nuclear Vehicle, das in der britischen Energiesicherheitsstrategie angekündigt wurde.

Er ist Vorstandsmitglied der Nuclear Industry Association und des Nuclear Innovation Research Advisory Board; Vertreter des Vereinigten Königreichs und Material- und Fertigungsleiter beim Generation IV International Forum; und Mitglied der Lenkungsgruppe für nukleare Kraft-Wärme-Kopplung der Royal Society. Er ist Gastprofessor für Nuklearfertigung und Fähigkeitsentwicklung an der University of Sheffield.

Andrew Storer CEO Nuclear Advanced Manufacturing Research Center https://namrc.co.uk https://www.linkedin.com/company/nuclear-amrc/ https://twitter.com/NuclearAMRC

Bitte beachten Sie, dass dieser Artikel auch in der elften Ausgabe unserer vierteljährlichen Publikation erscheinen wird.

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