Zur Verbesserung des Wirkungsgrads der japanischen Atomkraftwerke hat das National Metrology Institute of Japan (NMIJ) die genaueste Forschungs- und Testanlage der Welt zur Messung sehr großer Durchflüsse in Betrieb genommen. Zum Herzstück dieser Anlage gehören vier ALTOSONIC V Ultraschall-Durchflussmessgeräte von KROHNE, die mit je einem magnetisch-induktiven OPTIFLUX-Durchflussmessgerät von KROHNE zur technologie-unabhängigen Plausibilitätsprüfung in Reihe geschaltet sind.

Der global wachsende Energiebedarf und die Diskussion um den Klimawandel haben die Energiewirtschaft verstärkt in den Mittelpunkt des öffentlichen Interesses gerückt. Neue Technologien sind gefragt, um die für die Stromerzeugung eingesetzten Ressourcen effektiver und umweltschonender zu nutzen. Eine neue Forschungsanlage in Japan zeigt nun, dass man diesem Ziel mithilfe modernster Messtechnik von KROHNE ein großes Stück näher kommen kann. Die Forschungsergebnisse dieses Projekts, dass für die japanische Kernkraft-Industrie ins Leben gerufen wurde, lassen sich auch auf konventionelle Kraftwerke übertragen, die auf Basis fossiler Energieträger arbeiten.

Abgesehen von der verwendeten Energiequelle ist der grundlegende Kreislauf in Kernkraftwerken und konventionellen Kraftwerken gleich. In einem Reaktor bzw. Kessel wird Wasser durch Erhitzen zu Wasserdampf umgewandelt, der unter hohem Druck und hoher Temperatur steht.

Der Dampf wird durch eine Turbine geleitet, die wiederum den Strom erzeugenden Generator antreibt. Zur Erzeugung des notwendigen Druckgefälles sitzt hinter der Turbine ein Kondensator, in dem der Dampf stark abgekühlt wird. Im nächsten Schritt wird das Wasser in einen Speisewasserbehälter geleitet, von wo es mit der Speisewasserpumpe wieder in den Reaktor oder Kessel zum erneuten Erhitzen befördert wird.

Prozesssteuerung mithilfe des Speisewasser-Durchflussmessgeräts.

Hinter dem Speisewasserbehälter und der Speisewasserpumpe ist ein Durchflussmessgerät angeordnet, das so genannte „Speisewasser-Durchflussmessgerät“. Es ist von besonderer Bedeutung für die Steuerung des Prozesses, da mit der hier gemessenen Durchflussmenge in Verbindung mit einer Temperaturmessung die Leistung des Reaktors oder Kessels ermittelt und die Einhaltung des maximalen Auslastungsgrads überwacht wird. An dieser Durchflussmessung setzt die Forschungsanlage des NMIJ an.

Die Ungenauigkeit dieser Durchfluss- und Temperatur-Messung beträgt bislang insgesamt 2 bis 3 Prozent, wobei etwa 90 Prozent der Ungenauigkeit von dem Durchflussmessgerät herrühren. Aus Sicherheitsgründen wird der gesamte Kreislauf natürlich so gesteuert, dass die Messungenauigkeit berücksichtigt und die maximale Auslastung der Anlage entsprechend um 2 bis 3 Prozent vermindert wird. Der unerwünschte Effekt dieser Vorgehensweise ist somit eine Reduzierung des Wirkungsgrads der Anlage um insgesamt 2 bis 3 Prozent aufgrund der Unsicherheit dieser Messung.

Ziel des NMIJ-Projektes ist es nun, die Ungenauigkeit dieser Messung auf 1 Prozent zu reduzieren und den Wirkungsgrad entsprechend zu erhöhen. Hierfür wurde die Testanlage gebaut, in der Durchflussmengen generiert werden, die denen in einem Atomkraftwerk entsprechen. Durch den Einsatz der ALTOSONIC V Ultraschall-Durchflussmessgeräte von KROHNE ist somit die genaueste Forschungs- und Testanlage der Welt für sehr große Durchflüsse entstanden.

Für das gesamte Projekt hat das NMIJ eine Laufzeit von 2004 bis 2008 und ein Investitionsvolumen von rund 3 Milliarden Yen, also rund 18 Mio. Euro veranschlagt. Letztendlich wird der Gewinn enorm sein. Mit den gewonnenen Erkenntnissen kann nicht nur die Effektivität sämtlicher Kernkraftwerke, sondern aller thermischen Kraftwerke weltweit um ca.1 Prozent verbessert werden. Das NMIJ rechnet den Effektivitätsgewinn für die 55 japanischen Kernkraftwerke in eine Einsparung neuer fossiler Kraftwerke und somit in eine Einsparung an CO2-Emissionen von jährlich 200.000 Tonnen um.

Interesse an dem japanischen Projekt wurde bereits aus verschiedenen Ländern angemeldet. In Japan hat man bislang aus den lokalen Gegebenheiten heraus insbesonders die Verwertung der Forschungsergebnisse für Atomkraftwerke im Blick. Eine Übertragung ist jedoch grundsätzlich auch auf andere Kraftwerkstypen möglich. Damit könnte das ALTOSONIC V Ultraschall-Durchflussmessgerät von KROHNE schon bald zum Standard bei den Speisewasser-Durchflussmessgeräten werden und helfen, den weltweiten CO2-Ausstoss beträchtlich zu reduzieren.