Weil das Thema kürzlich schon mal aufkam, hier noch mal eine Einordnung dazu:
Thermische Kraftwerke haben üblicherweise Wirkungsgrade bezogen auf Strom, von 35-40% Moderne Steinkohlekraftwerke kommen bis 45%
D.h. die Wärme, die beim Verbrennen oder bei der Kernspaltung freigesetzt wird, wird zu etwas mehr als einem Drittel in Strom umgewandelt. Der Rest wird im besten Fall als Fernwärme nutzbar gemacht. In den meisten Fälle ist diese Wärme aber “Abfall” und es wird enorm viel Wasser verwendet, um diesen “Abfall” loszuwerden. Für Atomkraft ist mir in Deutschland keine Fernwärme bekannt. Ein Atomkraftwerk nahe an Städte zu bauen ist nicht besonders beliebt.
Du kommst mit dem Dampfkraftprozess einfach physikalisch schnell an diese Grenze.
Ein Sonderfall für hohe Stromausbeute sind sog. Gas- und Dampfkraftwerke. mit bis um die 60%. Dabei wird zuerst eine Gasturbine durch Verbrennung angetrieben und dann das heiße Abgas in einem Dampfkraftprozess genutzt. Ist mit Gas als Energieträger aber recht teuer.
Neben dem Kühlwasser steht bei Braunkohle auch noch der extreme Wasserverbauch durch die Grundwasserabsenklung. Da werden Unmengen an Grundwasser abgepumpt, die dabei meist auch mit Eisensulfat belastet werden. Das Wasser ist dann ebenfalls erstmal “weg” aus dem lokalen Wasserhaushalt.
In Bezug auf den Wasserverbrauch sind Atomkraftwerke also nicht grundsätzlich schlechter oder besser als Kohlekraftwerke. Die sind alle beschissen. Und gerade wenn in trockenen und heißen Sommern die Flüsse wenig Kühlwasser bieten, werden solche Kraftwerke auch ein Faktor von Instabilität im Netz, anstatt das Netz zu stabilisieren.
Wobei ich bei diesen Artikeln immer die Frage habe, was mit dem Wasser passiert. Das wird doch nicht alles wegverdampft, oder? Ist das am Ende verbraucht, weil verstrahlt?
Und Punkt 2, hat China nicht gerade während der Hitzewellen der letzten Jahre Kohlekraftwerke gebaut, die dann auch die Klimaanlagen betreiben sollten. Vor dem Hintergrund, dass zur gleichen Zeit auch das Wasser für die Wasserkraft gefehlt hat … die würden doch nicht derart fehlinvestieren, oder?
Es kommt drauf an.
Erstmal zur Atomkraft: In Dampfkraftwerken gibt es einen geschlossenen Dampfkreislauf, und mindestens einen weiteren Kühlkreislauf. Atomkraftwerke haben z.T. einen geschlossenen Kühlkreislauf der dann erst mit einem offenen Kreislauf gekühlt wird. (Also drei Wasserkreisläufe) Wenn alles ordentlich gewartet wird, sollte keine nennenswerte Radioaktivität an das Kühlwasser abgegeben werden, was in die Umwelt gelangt.
EDIT: Zu Atomkraft muss mach noch Druckwasserreaktoren und Siedewasserreaktoren unterscheidens. Hier ist eine (Lobby-)Website mit Grafiken zum Prinzip https://www.kernenergie.ch/de/so-funktioniert-ein-kernkraftwerk.html
Als “verbraucht” gilt alles Wasser, was durch menschliche Zwecke so verändert wird, dass es nicht mehr “zur sofortigen Nutzung” zur Verfügung steht.
Bei Verdampfungskühlung mit den großen Kühltürmen ist das Wasser erstmal “weg”. Verdampfung hat aber den Vorteil, dass sie sehr effizient ist. Du brauchst etwa 5x so viel Energie um ein kg Wasser bei 100°C vollständig von flüssig zu gasförmig umzuwandeln , wie um Wasser von 0 auf 100°C zu erwärmen.
2.257 kJ/kg Verdampfungsenthalpie bei 100°C und Normaldruck
418 kJ/kg von 0 auf 100°C bei 4,18 kJ/(kgK)Bei Flüssen ist das Wasser in dem Sinne nicht “verbraucht”, wenn es nur leicht erwärmt wird. Das geht aber nur an sehr mächtigen Flüssen gut. Durch die Erwärmung des Flusswassers wird auch die Verdunstung aus dem Fluss verstärkt. Wieviel das dann ist, kommt sehr stark darauf an, wie die Temperatur vor und nach dem Kraftwerk ist. Ich bin mir auch nicht sicher, ab welcher Temperatur das Wasser als “verbraucht” gewertet wird, weil es zu warm für aquatisches Leben ist.
Nehmen wir als Beispiel ein Kraftwerk mit 40% Energieeffizienz und 1 GW elektrischer Leistung. Dann stehen 1 GW/40% = 2,5 GW an thermischer Leistung und du musst 1,5 GW wegkühlen.
Variante A:
- Flusswasser kommt mit 10°C an und wird auf maximal 30°C erwärmt, also 20°C bzw. Kelvin Differenz
- 1,5 GW = 1,5 GJ/s
- 1,5 GJ/s / (4,18 kJ/kgk * 20 K) = 17.943 kg/s bzw. rund 18 m³/s
- Mit 30°C Flusstemperatur dürften die meisten Lebewesen ziemlich kämpfen. D.h. dazu muss noch deutlich mehr Wasser dabei sein, damit die Erwärmung verträglich bleibt. Ich habe auf die Schnelle eine zulässige Einleittemperatur von 30°C-35°C und max. Flusstemperatur von 28 °C gefunden. (Seite 19).
- Wenn im Sommer schon vor dem Kraftwerk 20°C sind und nach dem Kraftwerk max. 28°C sein dürfen, dann muss der Fluss mindestens 18 m³/s * (20/8) = 45 m³/s haben.
Variante B:
- Flusswasser kommt mit 10°C an und wird auf 100°C erwärmt und verdampft.
- 1,5 GJ/s / (4,18 kJ/kgk * 90 K + 2.257 kJ/kg) = 570 kg/s bzw. 0,57 m³
- Weil die Verdampfung auch schon vorher einsetzt und wegen anderer Ineffizienzen lass es 0,7-1 m³/s sein.
Wenn du am Rhein oder an der Donau bist, wirst du eher Variante A finden. An der Spree musst du vor allem Variante B einsetzen, weil sonst nach Berlin alles im Wasser tot wäre.
Die Abwärme wird oft durch verdampfen abgegeben, da man entweder etwas Wasser verdampfen oder eine große Menge Wasser erwärmen kann um die gleiche Menge Wärme abzugeben.
Das radioaktive Wasser fließt in einem geschlossenen Kreis und gibt seine Hitze in mindestens einem Wärmetauscher an das Wasser ab, welches das Kraftwerk verlässt.
Bei Stauseen kann aufgrund der großen Fläche mehr Wasser verdampfen als in einem Kohle-/AKW.