Turbinen und Kondensator

TurbinenVier Frischdampfleitungen führen vom Reaktor ins Maschinenhaus, wo der Dampf – fast 2'000 Kilo pro Sekunde – auf die Turbinengruppe geleitet wird. Diese Turbinengruppe besteht aus einer Hochdruckturbine und drei Niederdruckturbinen, die alle vom Badener Unternehmen Brown Boveri und Cie. (heute Alstom) hergestellt wurden.
Zunächst trifft der 280°C heisse Dampf auf die Schaufeln der Hochdruckturbine und versetzt diese mit 3'000 Umdrehungen pro Minute in Rotation. Hierbei werden 40 Prozent der Gesamtleistung des KKL erzeugt. In diesem Hochdruckteil expandiert der Dampf auf 11,3 bar, worauf er in die Wasserabscheider-Zwischenüberhitzer strömt. Dort wird er getrocknet und wieder auf 263°C erhitzt, in den Niederdruckteilen der Turbine entspannt und zuletzt im Kondensator wieder zu Wasser kondensiert. Die drei Niederdruckturbinen liefern zusammen weitere 60 Prozent der Gesamtleistung.

Die Hoch- und Niederdruckturbinen unterscheiden sich in Grösse, Bauart und Beschaufelung. Die Schaufeln der Hochdruckturbine sind wesentlich kleiner, da das Dampfvolumen in diesem Druckbereich kleiner ist. Die Schaufeln der Niederdruckturbinen sind für das grössere Dampfvolumen unterhalb 10 bar ausgelegt. Der Hochdruckteil weist neun Stufen und zwei Fluten auf, die Niederdruckteile je sechs Stufen und zwei Fluten. Zwischen den einzelnen Turbinengehäusen der Rotoren befindet sich jeweils nur ein Radiallager und zwischen den Hochdruck- und dem ersten Niederdruckgehäuse das Axiallager. Die Wärmedehnung des Turbinenrotors beträgt maximal 42,2 Millimeter. Zur Abdichtung der Rotoren gegen die Gehäuse wird inaktiver Sperrdampf aus separaten Dampfumformern genutzt. Durch dieses Sperrdampfsystem wird zudem verhindert, dass radioaktiver Dampf an Rotordichtungen oder Ventilspindeln austreten kann. Daher ist auch während des Betriebes das Maschinenhaus ohne Atemschutz für Wartungsarbeiten begehbar.

Da immer wieder Fortschritte beim Bau von Dampfturbinen gemacht werden, ist es möglich, durch deren Erneuerung den Wirkungsgrad eines Kernkraftwerks zu erhöhen. Nach nur zehn Jahren Betrieb wurden bereits 1994 im KKL die drei Rotoren der Niederdruckturbinen ersetzt. Dadurch konnte die Stromproduktion ohne Leistungssteigerung des Reaktors, ohne Mehrverbrauch an Kernbrennstoff, ohne zusätzlichen Betriebsaufwand und ohne Mehrproduktion von nuklearen Abfällen um rund 32 Millionen kWh Strom pro Jahr vergrössert werden.

KondensatorNachdem der Dampf seine technisch nutzbare Energie an die Turbinen abgegeben hat, wird er in den Kondensator geleitet. Hier wird er durch Kühlung wieder verflüssigt und als sogenanntes "Speisewasser" in den Reaktor zurückgeführt.
 
Der Kondensator des KKL ist quer zur Turbinenachse angeordnet und wird vom Hauptkühlwasser durchströmt. Dieses  Wasser fliesst durch 42'000 Titanröhrchen von je 13 Meter Länge. Der Kondensator hat vier voneinander getrennte Wasserkammern. Diese Bauart ermöglicht es, ein eventuell auftretendes Leck schnell zu orten, den entsprechenden Kondensatorteil zu isolieren und die Turbogruppe mit reduzierter Leistung weiter zu betreiben. Damit bei einem Leck kein Wasser aus dem Reaktorkreislauf in den Kondensator fliesst, herrscht im Kondensator Unterdruck und auf der Hauptkühlwasserseite Überdruck (rund 2 bar).
 
Ist der Dampf nun zu Wasser kondensiert, wird dieses gereinigt, vorgewärmt und wieder in den Reaktor zurückgeleitet. Dazu fördern zwei Pumpen – eine dritte steht als Reserve bereit – das Kondensat durch eine Reinigungsanlage und durch die Niederdruckvorwärmung in den Speisewasserbehälter. Die Kondensatreinigungsanlage entfernt gelöste und ungelöste Verunreinigungen wie Chloride und Korrosionsrückstände. Sie sorgt so für die erforderliche hohe Reinheit des Speisewassers. Der Speisewasserbehälter dient als Mischvorwärmer und wird mit Hochdruck-Abdampf beheizt sowie mit der Restwärme der Kondensate von Wasserabscheidern und Hochdruckvorwärmern. Die Speisewasserpumpen fördern das Speisewasser durch die zweistufige, doppelstrassige Hochdruckvorwärmung in das Reaktorgefäss. Der Heizdampf für diese Vorwärmer kommt aus der Hochdruckturbine; das Heizkondensat geht in den Speisewasserbehälter. Bei Normalbetrieb laufen zwei Speisepumpen, die je 50 Prozent fördern, während die dritte in Reserve bleibt. Der Wasser–Dampf–Kreislauf ist geschlossen.