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Kernkraftwerk Beznau Zuverlässige und klimafreundliche Stromproduktion

Kernkraftwerk Beznau - Axpo Switzerland · Blick auf die Insel Beznau ... Wasserkraftwerken die wichtige Grundlast. ... Dampf wird auf eine Turbine geleitet, die einen Genera-

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Kernkraftwerk Beznau Zuverlässige und klimafreundliche Stromproduktion

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Axpo – Strom für die Schweiz

Das Kernkraftwerk Beznau (KKB) gehört zum Kraftwerks-park der Axpo, dem Schweizer Energieunternehmen mit lokaler Verankerung und europäischer Präsenz. Axpo ist zu 100 Prozent im Besitz der Nordostschweizer Kantone und versorgt zusammen mit Partnern rund 3 Millionen Menschen in der Schweiz mit Strom. Axpo ist entlang der gesamten Wertschöpfungskette aktiv: Stromproduktion, Transportnetze, Handel, Vertrieb und Dienstleistungen.

Axpo verfügt über einen klimafreundlichen Kraftwerks-park mit einer weitgehend CO2-freien Stromproduktion. Kernkraftwerke, Wasserkraftwerke an Fliessgewässern sowie Biomassekraftwerke decken die Grundlast der Stromversorgung. Hochdruckspeicherkraftwerke mit ihren Stauseen dienen dem Ausgleich von Verbrauchs-schwankungen und -spitzen. Dieser Kraftwerkspark ist optimal auf die Bedürfnisse einer sicheren und wirt-schaftlichen Stromproduktion ausgerichtet.

Schaffhausen

Frauenfeld

St. GallenAppenzell

Vaduz

Basel

Delémont

Solothurn

Neuchâtel

Liestal Zürich

Zug

Lausanne

SionBellinzonaGenève

Chur

GlarusLuzern

Sarnen Altdorf

Schwyz

StansBern

Fribourg

AarauHerisau

• Axpo/Kantonswerke • CKW

Strom für rund 3 Millionen Menschen in der Schweiz. Axpo/Kantonswerke Centralschweizerische Kraftwerke (CKW)

Blick auf die Insel Beznau mit dem Kernkraftwerk im Hintergrund.

Kernkraftwerk Beznau

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Stromproduktion rund um die Uhr

Zusammen mit den Laufwasserkraftwerken gehört das Kernkraftwerk Beznau zu den klimaschonendsten Kraft-werken der Schweiz.

Wichtige BandenergieDas Kernkraftwerk produziert mit Ausnahme von weni-gen Wochen pro Jahr, in denen Brennstoffwechsel und Revisionen vorgenommen werden, rund um die Uhr Strom. Diese Bandenergie bildet zusammen mit den Wasserkraftwerken die wichtige Grundlast. Wenn die Anlagen im Sommer zur Revision abgestellt werden, decken die Wasserkraftwerke den Strombedarf.

Im Kernkraftwerk arbeiten über 500 Personen. Die Über-wachung der Anlagen durch ein Team von spezialisierten Betriebsleuten erfolgt im Dreischichtbetrieb. Im Kom-mandoraum werden sämtliche Einstellungen, Werte oder Veränderungen aller Komponenten angezeigt und aufge-zeichnet. Geringste Abweichungen von den Sollwerten werden sofort akustisch und optisch gemeldet, damit die richtigen Vorkehrungen getroffen werden können.

Das Kernkraftwerk Beznau besteht aus zwei weitgehend identischen Anlagen, Block 1 und Block 2, mit einer Leis-tung von je 365 Megawatt. Die beiden Anlagen sind für 8000 Volllaststunden oder rund 355 Betriebstage pro Jahr ausgelegt. Sie erzeugen zusammen rund 6000 Giga-wattstunden pro Jahr. Dies entspricht etwa dem doppel-ten Stromverbrauch der Stadt Zürich.

Erstes Kernkraftwerk mit UmweltdeklarationDas Kernkraftwerk Beznau ist das erste Kraftwerk der Schweiz, für das eine Umweltdeklaration (EPD®, Environ-mental Product Declaration) nach ISO 14025 erarbeitet wurde. Kernstück der Umweltdeklaration ist eine Öko- bilanz. Sie ermöglicht die Quantifizierung und Einschät-zung der Emissionen in die Umwelt sowie der Ressourcen-nutzung über die gesamte Prozesskette der Elektrizitäts-produktion. Als weitere Umweltinformationen wurden unter anderem die biologische Vielfalt in der Umgebung des Kernkraftwerks, die Strahlenbelastung des Personals und die elektromagnetischen Felder erhoben.

Die Sicherheitsgebäude des Kernkraftwerks Beznau.

Kernkraftwerk Beznau

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Kernkraftwerke sind im Prinzip Dampfkraftwerke. Die für das Verdampfen des Wassers notwendige Wärme ist jedoch nicht das Ergebnis eines Verbrennungsvorgangs, sondern sie wird in einem Kernreaktor gewonnen. Der Dampf wird auf eine Turbine geleitet, die einen Genera-tor antreibt. Dabei dreht der Rotor des Generators auf derselben Welle wie die Turbine, und zwar mit 3000 Um-drehungen pro Minute. Sein Magnetfeld erzeugt bei dieser schnellen Drehung in den Wicklungen des festste-henden Stators eine elektrische Spannung. Damit wird die Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewan-delt – wie bei einem Velodynamo. Die Generatorspan-nung beträgt 15,5 Kilovolt. Von einem Transformator wird sie auf etwa 220 Kilovolt erhöht und so transportfähig gemacht. Über die Schaltanlage wird der Strom schliess-lich an das Hochspannungsnetz abgegeben.

Strom aus Bewegungsenergie

Transformatoren im Einsatz.

Kernkraftwerk Beznau

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Maschinenhaus mit Turbinen und Generator.

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Der Blick ins Kernkraftwerk

Die beiden zylinderförmigen Sicherheitsgebäude prägen das Bild des Kernkraftwerks Beznau. In diesen doppel-wandigen Bauten mit einer Höhe von 67,5 Metern und einem Durchmesser von 38 Metern befinden sich die Primäranlagen, in denen aus Kernenergie Wärme und anschliessend Dampf erzeugt wird. Sie sind von einer gasdicht zusammengeschweissten Stahldruckschale (3) umgeben. Die Dicke beträgt 30 Millimeter. In einem Abstand von 1,5 Meter wird die Stahldruckschale von einem 90 Zentimeter dicken Betonmantel (1) vollständig umschlossen. Dieser ist auf der Innenseite mit einer gasdichten Stahlauskleidung (2) von 6 Millimetern verse-hen. Die Luft aus dem Hohlraum wird in das Innere der Stahldruckschale gesaugt, wodurch ein Unterdruck entsteht. Dieser verhindert das unerwünschte Austreten von Luft – und somit Radioaktivität – aus dem Inneren ins Freie. Im Maschinenhaus sind die Sekundäranlagen und die Turbogeneratorengruppen untergebracht, die die erzeugte Wärme zuerst in mechanische und dann in elek-trische Energie umwandeln. Dort wird auch die Wärme für die Fernwärmeversorgung Refuna ausgekoppelt.

1 Betonmantel

2 Stahlauskleidung

3 Stahldruckschale

4 Reaktordruckgefäss

5 Regelstabantrieb

6 Dampferzeuger

7 Reaktorhauptpumpe

8 Hochdruckturbine

9 Wasserabscheider, Zwischenüberhitzer

10 Niederdruckturbinen

11 Generator

12 Transformator

13 Kondensator

14 Speisewasserbehälter

127 °C

155 bar, 300 °C

55 bar, 270 °C

2 bar, 247 °C

0,04 bar, 30 °C

15,5 kV

120 °C

230 kV

Kreislaufschema

Kernkraftwerk Beznau

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127 °C

155 bar, 300 °C

55 bar, 270 °C

2 bar, 247 °C

0,04 bar, 30 °C

15,5 kV

120 °C

230 kV

Kreislaufschema

1

2

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1011

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Sicherheitsgebäude

Brennstoff-lagerbecken

Brenn- stoff- lager

Maschinenhaus

Kommandoraum

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Der Weg der Energie

1 Regelstabantrieb

2 Reaktordruckgefäss

3 Druckhalter

4 Regelstäbe

5 Brennelemente

6 Reaktorhauptpumpe

7 Dampferzeuger

8 Hochdruckvorwärmer

9 Speisewasserbehälter

10 Speisewasserpumpe

11 Niederdruckvorwärmer

12 Kondensatpumpe

13 Kondensator

14 Hochdruckturbine

15 Niederdruckturbinen

16 Generator

17 Transformator

18 Wasserabscheider, Zwischenüberhitzer

19 Dampfauskopplung Refuna

20 Wärmeaustauscher Refuna

Blick in den geöffneten Reaktordruckbehälter.

Kernkraftwerk Beznau

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127 °C

155 bar, 300 °C

55 bar, 270 °C

2 bar, 247 °C

0,04 bar, 30 °C

15,5 kV

120 °C

230 kV

Kreislaufschema

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Sicherheitsgebäude

BetonmantelStahlauskleidungStahldruckschale Maschinenhaus

Fernwärmenetz Refuna

Kühlwasser- rückgabe

Kühlwasser-entnahme

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Die Dampferzeugung

Die beiden Blöcke des Kernkraftwerks Beznau sind mit Druckwasserreaktoren ausgerüstet, das heisst, sie besit-zen zwei getrennte Wasserkreisläufe. Im Primärkreislauf steht das Wasser, das den Reaktorkern durchströmt, unter so hohem Druck, dass es auch bei einer Temperatur von 312 °C im Kern nicht sieden kann. In den Dampf- erzeugern gibt das Primärwasser seine Wärme an das Sekundärwasser des zweiten Kreislaufs ab. Der bei tieferem Druck entstehende Dampf treibt Turbinen mit angeschlossenen Stromgeneratoren an. Im Kondensator wird der Dampf wieder zu Wasser – bereit für einen er-neuten Zyklus der Dampfproduktion.

1 Schwungrad

2 Pumpenmotor

3 Pumpenlaufrad

4 Regelstabantrieb

5 Druckgefässdeckel

6 Regelstab

7 Brennelement

8 Kernstützplatte

9 Frischdampfaustritt

10 Dampftrockner

11 Mannlochdeckel

12 Wasserabscheider

13 Frischdampf zu den Turbinen

14 Speisewasser zum Dampferzeuger

15 Speisewassereintritt

16 U-Rohr-Bündel

17 Rohrboden

18 Wasserkammer

Kernkraftwerk Beznau

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Dampferzeuger

Druckhalter

Reaktordruckgefäss

Reaktorhauptpumpe

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Kühlung durch Aarewasser

Damit sich der Dampf nach dem Durchlauf durch die Turbinen wieder in Wasser verwandelt, muss er in den Kondensatoren abgekühlt werden. Dazu werden bei Volllastbetrieb für beide Blöcke insgesamt 40 Kubik- meter Kühlwasser pro Sekunde benötigt, die der Aare entnommen werden. Da das Gefälle zwischen dem Oberwasserkanal und dem Aareunterlauf sechs Meter beträgt, muss das Kühlwasser nicht, wie in anderen Kernkraftwerken üblich, mit Pumpen durch die Konden-satoren befördert werden: In Beznau fliesst es selbst- ständig vom Oberwasserkanal des Wasserkraftwerks zum tiefer gelegenen Aarebett. Dies war einer der Gründe, warum man sich seinerzeit für den Standort auf der Insel Beznau entschieden hat.

Jan. Feb. März Apr. Mai Juni Juli Aug. Sept. Okt. Nov. Dez.

24°

22°

20°

18°

16°

14°

12°

10°

Temperaturerhöhung durch KKBnach Durchmischung mit dem Aarewasser

MonatsmaximumMonatsminimum

Kernkraftwerk Beznau

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1

2

7

4

4

5

3

3

1 Block 1

2 Block 2

3 Kühlwassereinläufe im Oberwasserkanal

4 Kühlwasserausläufe im natürlichen Aarebett

5 Wasserkraftwerk

6 Wehrkraftwerk

7 Unterwerk (Verbindung ins Stromübertragungsnetz)

Folgeseiten:Im Kommandoraum laufen

alle Fäden zusammen.

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Sicherheit über alles

Kernkraftwerk Beznau

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• Der Unterdruck im Zwischenraum zwischen Stahldruck-schale und Betonmantel verhindert den Austritt radio- aktiver Gase.

• Eine Stahlauskleidung dichtet die Innenseite des Beton-mantels ab.

Abschirmung der radioaktiven StrahlungDer 3 Meter dicke biologische Schild und der Abschirm-beton verhindern den Austritt radioaktiver Strahlung wirksam. Der Betonmantel weist eine Wandstärke von 90 Zentimetern auf.

BetriebssicherheitGrösste Beachtung wird der Betriebssicherheit geschenkt. Und dies nicht nur im Normalbetrieb, sondern auch bei allfälligen ausserordentlichen Vorkommnissen, wie zum Beispiel bei unvorhersehbaren Defekten an Anlageteilen. Aus diesem Grund sind die wichtigen Komponenten der Anlage wie Steuerungen und Alarmauslösungen gleich doppelt oder mehrfach vorhanden. Fällt eine aus, steht immer noch eine zweite oder eine dritte zur Verfügung, welche dieselbe Funktion erfüllen kann.

Sicherheit hat für Axpo höchste Priorität. Das Kernkraft-werk Beznau ist gegen Erdbeben, Hochwasser und Flug-zeugabstürze geschützt. Wichtige Systeme und Bauteile funktionieren unabhängig voneinander, sind mehrfach vorhanden und räumlich getrennt. Zudem wird stetig in Sicherheitstechnik und Erneuerung investiert.

Sechs BarrierenBei der Kernspaltung entstehen radioaktive Spalt- und Aktivierungsprodukte. Diese stark strahlenden Stoffe dürfen nicht in die Umwelt gelangen. Mehrere Barrieren sorgen dafür:• Die Spaltprodukte können das Gefüge der hart gesin-

terten Brennstoffpellets praktisch nicht verlassen.• Die gasdicht verschweissten Hüllrohre der Brennele-

mente verhindern den Austritt von Spaltprodukten ins Kühlwasser.

• Die Brennelemente sind im Druckgefäss untergebracht und werden vom Wasser umströmt. Dieses verbleibt im geschlossenen Primärkreislauf.

• Der ganze Primärkreislauf befindet sich in der aus 30 Millimeter dicken Stahlplatten gasdicht verschweiss-ten Stahldruckschale.

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Doppelwandiges Sicherheitsgebäude67,5 m hoch, 38 m Aussendurchmesser

Stahldruckschale (3 cm)

Abschirmbeton

Betonmantel (90 cm)

Biologischer Schild

Brennelemente

Reaktordruck- gefäss

Hüllrohr

Brennstoffpellets

Zwischenraum mit UnterdruckStahlauskleidung (0,6 cm)

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Uran als Brennstoff

Wie lange reichen die Uranvorräte?Uran ist der Rohstoff für den Betrieb der heutigen Kern-kraftwerke. Ein Metall, das fast überall in den Gesteinen der Erde vorkommt und in riesigen Mengen in den Ozea-nen. Die bekannten, zu einem Preis von 130 US-Dollar pro Kilogramm wirtschaftlich abbaubaren Uranreserven genügen beim heutigen Verbrauch für die nächsten 100 Jahre. Die effektiven Uranreserven sind wesentlich grösser. Sobald der Marktpreis steigt, lohnt es sich, neue Vorkommnisse zu erschliessen oder alternative Formen der Förderung zu nutzen. Dazu zählt die Gewinnung von Uran aus Phosphaten oder Meerwasser, zwei Verfah-ren, die bereits erprobt sind. Unter diesen Bedingungen würden die Vorräte für viele Jahrhunderte oder gar Jahrtausende reichen. Weitere Faktoren sind die techno-logische Entwicklung der Reaktoren, die eine bessere Ausnützung des Brennstoffs gewährleistet, sowie die Wiederaufbereitung, die massgeblich zu einer Auswei-tung der Reserven beiträgt. Auch ein allfälliger Preis- anstieg lässt sich gut verkraften, da die Kosten für Uran lediglich 5 bis 10 Prozent der Strom-Gestehungskosten bei Kernkraftwerken ausmachen.

Hoher EnergieinhaltDurchschnittlich werden pro Tonne Erz etwa 1 bis 5 Kilo-gramm Natururan gewonnen. Der hohe Energieinhalt des Urans – aus einer Tonne Natururan kann gleich viel Energie erzeugt werden wie aus 10 000 Tonnen Erdöl – macht auch die Erschliessung von Vorkommen mit relativ geringem Urangehalt rentabel. Natururan besteht zur Hauptsache aus einer Mischung von zwei Atomen, die sich lediglich in ihren physikalischen Eigenschaften unter- scheiden. Nur Uran-235, das im Natururan in einer Kon-zentration von 0,7 Prozent vorliegt, kann in Leichtwasser-reaktoren gespalten werden. Der Rest besteht aus nicht spaltbarem Uran-238. Für den Betrieb von Kernreaktoren muss der Anteil an spaltbarem Uran-235 von 0,7 Prozent auf 3 bis 5 Prozent erhöht, d.h. angereichert werden.

Nach seiner Gewinnung wird das Erz gemahlen. Mit Säure wird das Uran aus dem Erz herausgelöst und anschlies-send zu Urankonzentrat (U3O8) weiterverarbeitet. Dieses wird wegen seiner gelben Farbe auch «gelber Kuchen» (yellow cake) genannt. Der nächste Verarbeitungsschritt ist die Umwandlung (Konversion) des Urankonzentrats in das gasförmige Uranhexafluorid (UF6).

Kernkraftwerk Beznau

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Zwei Brennstoffpellets aus Uranoxid (UO2) liefern ein Jahr lang Strom für einen 4-Personen-Haushalt.

Von der Anreicherung zum BrennelementFür den darauffolgenden Veredelungsschritt, die Anrei-cherung, werden vor allem Gaszentrifugen eingesetzt. Nach der Anreicherung wird das Uranhexafluorid in das pulverförmige Uranoxid (UO2) verwandelt, zu Pellets gepresst und bei ca. 1700 °C gesintert, das heisst zu keramischem Material umgeformt. Bei der Herstellung von Brennstäben werden diese Pellets in Zirkonium- Hüllrohre abgefüllt. Die Brennstäbe werden gasdicht verschweisst, angepasst auf den jeweiligen Kraftwerks-typ zu unterschiedlich grossen Brennelementen zusam-mengesetzt und nach einer sehr kritischen Ausgangs-kontrolle seitens Werkvertreter zum Kernkraftwerk geliefert. Dort können sie ohne weitere Verarbeitung zur Energieherstellung eingesetzt werden.

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Sorgfältiger Umgang mit Abfällen

Im Kernkraftwerk Beznau fallen Abfälle von unterschied-lich starker Radioaktivität an. 99 Prozent der Radioaktivi-tät verbleiben in den bestrahlten Brennelementen, die während mindestens sechs Monaten im wassergekühlten Brennstofflagerbecken aufbewahrt werden. Anschlies-send werden diese in Lagerbehälter umgeladen und ins Zwischenlager des Kernkraftwerks Beznau (Zwibez) ge-bracht. Hier werden schwachaktive Abfälle aufbewahrt,

bevor sie in ein geologisches Tiefenlager abtransportiert werden. Feste radioaktive Betriebsabfälle werden im zen-tralen Zwischenlager in Würenlingen (Zwilag) mit einem Hochleistungsplasmabrenner bei hohen Temperaturen thermisch zersetzt oder aufgeschmolzen. Dabei wird das Volumen verkleinert und unter Zumischung von glasbil-denden Stoffen die Endlagerfähigkeit verbessert.

Eingelagerte Fässer mit schwachaktiven Abfällen im Zwischenlager Beznau. Kontrollstand des Zwischenlagers Beznau für schwachaktive Abfälle.

Kernkraftwerk Beznau

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Abwässer

Aus Betrieb, Labor, Duschen, Wäscherei usw.

Ionenaustauscherharze

Aus chemischer Wasserreinigung

Brennbares Material

Schutzmittel, Reinigungsmaterial usw.

Schmelzbare Gegenstände

Pumpen, Ventile, Rohrleitungen, Isoliermaterialien usw.

Abgebrannte Brennelemente

Reinigung mit chemischer Fällung, zentrifugieren, feinstfiltrieren

Mit Kunststoff verfestigt, in Fässer abgefüllt

Verbrennung in der Verbrennungs- und Schmelz anlage im Zwilag

Einschmelzen in der Verbrennungs- und Schmelzanlage im Zwilag

Mindestens sechs Mo-nate Lagerung im was-sergefüllten Brennstoff-lagerbecken

Rückstand (Schlamm) mit Beton verfestigt, in Fässer abgefüllt

Asche mit Glas in Kokillen verfestigt, in Fässer abgefüllt

Schmelze in Kokillen verfestigt, in Fässer abgefüllt

Transport ins Zwibez für die Zwischenlagerung

Aus dem Betrieb des KKB ergeben sich jährlich rund einhundert 200-Liter-Fässer mit verfestigten schwachaktiven Rückständen mit einem Volumen von rund 20 Kubikmeter. Sie werden bis zum Abtransport in geologische Tiefenlager im KKB oder im Zwilag zwischengelagert.

Stark radioaktive Rück-stände werden verglast und in Spezial behälter abgefüllt – aus dem KKB rund 1,5 Kubikmeter pro Jahr

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Die Regionale Fernwärme Unteres Aaretal (Refuna) ver-sorgt in 11 Gemeinden der Region rund 15 000 Bewoh-ner mit Wärme aus dem Kernkraftwerk Beznau. Die An-schlussleistung betrug im Jahr 2010/11 rund 81 Megawatt. Damit können jährlich 12 000 Tonnen Heizöl eingespart werden. Im Winter 1983/84 wurde das Paul Scherrer Institut (PSI) an das umweltfreundliche Heizsystem an- geschlossen. Ein Jahr danach folgten die ersten Privat- kunden. Heute beträgt die Trassenlänge des Haupt- netzes 31 und die der Ortsnetze 103 Kilometer.

Die Wärmeauskopplung erfolgt zwischen dem Hoch- und dem Niederdruckteil der Turbine, wo 127 °C heisser Dampf entnommen und einem Wärmetauscher zugeführt wird. Dort wird die im Dampf enthaltene Wärme an das Fernheiznetz übergeben, dessen Wasser sich dabei auf 120 °C erwärmt. Da jedes der beiden Kraftwerke eine solche Wärmeauskopplung besitzt, steht jederzeit Fernwärme zur Verfügung, also auch während der alljähr-lichen Revision. Bei der Wärmeauskopplung reduziert sich die elektrische Leistung des Kraftwerks um bis zu 7,5 Megawatt.

Fernwärme für die Region

Kernkraftwerk Beznau

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Refuna-Rohrbrücke über den Aarekanal.

Die Hauptleitungen sind 31 Kilometer, die Ortsleitungen 103 Kilometer lang.

Das Refuna Fernwärme-Leitungsnetz

Heisser Vorlauf Reserveheizwerke Ausgekühlter Rücklauf Druckerhöhungsstationen

Klingnau

DöttingenKleindöttingen

Leuggern

Aare

Aare

Endingen

Würenlingen

Siggenthal Station

ABB Turgi

Stilli

Riniken

Rüfenach

Villigen

Paul Scherrer Institut (PSI)

Kernkraftwerk Beznau Hauptpumpenstation

Das Refunda Fernwärme-Leistungsnetz

Limm

at

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Besuchen Sie uns und erleben Sie Energie mit allen Sinnen!

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BesucherzentrumAxpo | AxporamaSchlossweg 16 | CH-5315 BöttsteinT +41 56 250 00 31 | F +41 56 250 00 [email protected]/erleben

Kostenlose Führungen für angemeldete Gruppen. Bitte um frühzeitige Kontaktaufnahme.

Werkbesichtigung Kernkraftwerk BeznauBesuchergruppen können das KKB unter kundiger Führung besichtigen. Interessenten wenden sich an das Besucherzentrum Axporama. Ihre Anmeldung sollte mindestens zwei Wochen vor dem gewünschten Termin erfolgen.

Besucherzentrum Axporama

Kernkraftwerk Beznau

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Das Besucherzentrum Axpo-rama liegt in der Nachbarschaft des Kernkraftwerks Beznau. Die Ausstellung bietet einen spannenden Einblick in die Welt der Energie und um-fassende Informationen zum Strommix der Axpo.

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Axpo | Kernkraftwerk BeznauBeznau | CH-5312 DöttingenT +41 56 266 71 11 | F +41 56 266 77 01www.axpo.com

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