Az atomerőművek külső környezeti hatásokkal szembeni biztonsága A Paksi Atomerőmű földrengés-biztonsága Dr. Katona Tamás, tudományos tanácsadó, PA Rt.
Miről szól az előadás? Miért aktuális a nukleáris energetikáról beszélni? Miért érdekes a külső környezeti hatásokról, eseményekről beszélni? Külső környezeti hatások és az atomerőművek biztonsága A paksi atomerőmű földrengésbiztonsága A paksi atomerőmű külső környezeti hatásokkal szembeni biztonsága
Miért aktuális a nukleáris energetikáról beszélni? világ
441 blokk
16 %
több mint 10000 reaktor év OECD
350 blokk
24 %
több mint 8000 reaktor év EU
A nukleáris energetika szerepe nagy
Magyarország
150 blokk
34 %
4 blokk
38 %
Felismerések Az atomenergia alkalmazása nélkül a fejlett világ nem tudja biztosítani magának azt a stratégiai függetlenséget és ellátás-stabilitást, ami biztonsági és gazdasági okokból nélkülözhetetlen, és kompenzálja a kőolaj- és földgáz importtól való függőséget. A világ energia-fogyasztása, következésképp az ebből fakadó környezet-terhelés annak ellenére növekedni fog, hogy a felhasználás hatékonyságát és a megújuló energia-források kihasználását a fejlett világ kiemelten preferálja.
A nukleáris energetika útkeresése Adekvát válaszok a kihívásokra: – Biztonság növelése (a TMI és a csernobili balesetek után) – Versenyképesség növelése (ár, rendelkezésre állás), „business as usual”
Az iparág stratégiája: – Üzemidő hosszabbítás – Revitalizáció (új építések, fejlesztések)
A nukleáris energetika jelene, jövője USA - a nukleáris energetika újjászületése: – üzemidő hosszabbítás, – teljesítménynövelés, – új építések (két új 3+ generációs típus engedélyezése folyik, 3 új „early site permit”)
Franciaország: üzemidő hosszabbítás, új erőmű
A nukleáris energetika jelene, jövője Németország: leépítés, de úgy, hogy megmaradjon Finnország: üzemidő hosszabbítás, továbbá parlamenti jóváhagyás és létesítési engedély az új blokkra és a nagyaktivitású hulladéktároló projektre Szlovákia, Csehország: üzemidő hosszabbítás, új blokkok építése Pálfordulás: Svédország, Olaszország
A hazai helyzet
A paksi atomerőmű helye a villamosenergia-rendszerben 12000
MW
Import 10000
alap 8000
új kapacitás
6000
hazai kapacitás
4000
2000
ÜH
Paks 2000
2006
2012
2017
2020
2005-2020. között összesen kb. 6000 MW építése szükséges, melynek háromnegyed része a leállítások pótlásához kell!
A paksi atomerőmű szerepe A legnagyobb és a legolcsóbb termelő A további húsz évvel történő hosszabbítás:
üzemidő
– Biztonsági és műszaki korlátai nincsenek; – A hazai és nemzetközi környezetvédelmi célkitűzések elérését elősegíti; – A meglévő törvényi, jogszabályi keretek között megvalósítható; – Gazdaságilag jövedelmező, állami közreműködés nélkül megvalósítható projekt.
A paksi atomerőmű a magyar villamosenergiarendszer nélkülözhetetlen eleme ma és hosszú távon is.
Miért érdekes a külső környezeti hatásokról, eseményekről beszélni? A közelmúlt természeti katasztrófákkal terhes időszak volt Terrorizmus, mint a feszültség egyik forrása Megnőtt az emberek érzékenysége és érdeklődése a katasztrófák, ritka természeti és humán eredetű események és hatásaik, következményeik iránt
Forrás: GeoRisk
Forrás: GeoRisk
Jogos a kérdés: Mennyire biztonságosak, ellenállóak az atomerőművek a katasztrófák hatásaival szemben?
A biztonság az atomerőművek létezésének alapfeltétele A biztonsági követelmények
Acceptability of societal risk [2]
A kockázat
1,00E-03 frequency
Az atomerőművek okozta kockázatnak kisebbnek kell lenni, mint amit a társadalom más ipari tevékenységek esetében eltűr.
1,00E-01
societal risk to be decreased 1,00E-05
1,00E-07
Minél súlyosabb következményekkel számolunk, annál kisebb kell, hogy legyen a tervezésnél figyelembe vett kezdeti esemény valószínűsége.
Kockázat=
A kezdeti esemény valószínűsége
Egy adott, az esemény okozta teher valószínűsége
Telephely vizsgálat
A mértékadó jellemzők meghatározása
1,00E-09 1
10
100
1000
10000
number of fatalities
A szerkezet tönkremenetelének valószínűsége Dinamikai válasz- és fragilitás elemzés
A következmény, a kár mértéke A következmények elemzése
A tervezési alap meghatározásának koncepciója
A tervezési alap – hatályos követelmények Az atomerőmű tervezésénél figyelembe kell venni minden külső eseményt, amely az atomerőmű biztonsága szempontjából releváns hatással bír: – természeti eseményeket, amelynek éves gyakorisága 10-4/év, vagy ennél nagyobb, – emberi tevékenység okozta eseményeket, amelynek éves gyakorisága 10-7/év, vagy ennél nagyobb
A szándékos károkozásra (háború) nem kell tervezni, ezekkel, így a terrorizmussal szemben is, védelmi intézkedések
A külső veszélyek és a paksi atomerőmű biztonsága A tervezés az egykori szovjet normák szerint történt Földrengésre, vagy egyéb rendkívüli külső hatásra nem tervezték az erőművet, bár már akkoron komoly viták voltak a telephely szeizmicitásáról, amiről végül politikai döntés született A nyolcvanas években a telephely szeizmicitásának újraértékelése elkezdődött (a bővítés okán). Kutatások, viták eredménytelenül – a rendszer hiánya A kilencvenes években a biztonság átfogó és korszerű újraértékelése során minden kockázatot megvizsgáltunk és értékeltünk Felismertük, hogy a földrengés a biztonság szempontjából meghatározó külső esemény, amivel szemben az atomerőmű biztonságát garantálni kell a korszerű követelmények szerint Biztonságnövelő programot hajtottunk végre a korszerű követelmények teljesítése érdekében, ami 2002-ben fejeződött be
Kockázat-menedzselés Nem tolerálható
A prioritások meghatározása a biztonságnövelés terén: ALARP koncepció
A kockázatcsökkentés kötelező A kockázat csökkentés ésszerű
tolerálható
Biztonságnövelő program
Elhanyagolható kockázat
A földrengés-biztonsági feladatok 1. A földrengés-veszély előzetes értékelése (0,35g) 2. Azonnali intézkedések (easy-fix projekt- 1993-1995) 3. A telephely komplex földtudományi és mérnökgeológiai vizsgálata 1986-1995 – A telephely alkalmasságának megállapítása – A tervezési alapba tartozó mértékadó földrengés jellemzőinek meghatározása
4. A földrengés-biztonság technológiai koncepciójának kidolgozása 5. Operátori intézkedések, eljárások kidolgozása földrengés esetére, földrengés-jelzés 6. Az atomerőmű földrengésállóságának meghatározása, a biztonsági hiányok megállapítása 7. A megerősítések tervezése és kivitelezése 8. Földrengés PSA és korrekciók
A telephely vizsgálat fő eredményei Nincs felszínre kifutó elvetődés A mértékadó földrengés maximális vízszintes gyorsulásértéke 0,25 g (vertikális 0,2 g) Uniform Hazard Response Spectrum (Pannon felszínre és a szabad felszínre a talaj átvitelének figyelembevételével) Nincs talajfolyósodás (a 10000 éves szinten)
A veszély meghatározása valószínűségi módszerrel PSHA (UHRS a Pannon felszínre)
A szabadfelszíni jellemzők meghatározása Veszélyeztetettségi válasz-spektrum az alapkõzetre vonatkoztatva (UHRS)
A talaj rugalmas tulajdonságai
Akcelerogram illesztése földrengés adatbázisokból
Periódusidõ (s)
Periódusidõ (s)
Output (felszíni) mozgás
Periódusidõ (s)
Gyorsulás
Spektrálisarány
Input (alapkõzeti) mozgás
Felszín Alapkõzet Periódusidõ (s)
A forrászónák
A veszélyeztetettségi görbe V e s z é ly e z t e t e t t s é g i g ö r b e PGA 1,0E + 00 S = 0.5
8 5 % p e r c e n ti l 5 0 % p e r c e n ti l m e a n (á tl a g )
1 , 0 E -0 1
sú l y o z o tt á tl a g 1 5 % p e r c e n ti l A R U P b .e .
éves meghaladási gyakoriság
1 , 0 E -0 2
1 , 0 E -0 3
1 , 0 E -0 4
1 , 0 E -0 5
1 , 0 E -0 6
1 , 0 E -0 7
1 , 0 E -0 8 0 ,0 1
0,1
g y o r s u lá s ( g )
1
Uniorm Hazard Response Spectra UHRS ( s ú ly o z o t t á t la g )
1 ,8 1 .0 0 0 .0 0 0 é v 5 % c si l l a p í tá s si g m a = 0 . 5
1 ,6
1 0 0 .0 0 0 é v ARUP 100e 1 0 .0 0 0 é v ARUP 10e
1 ,4
Gyorsulás (g)
1 ,2
1 ,0
0 ,8
0 ,6
0 ,4
0 ,2
0 ,0 0 ,0 1
0 ,1
F u n d a m e n t á lis p e r ió d u s ( s )
1
10
A földrengésállóság növelése: 1993-2002 Easy-fix projekt Technológiai koncepció meghatározása Operátori intézkedések/utasítások földrengés esetére, szeizmikus műszerezés Komplex elemzések és megerősítések – Épület dinamikai számítások: földrengés-válasz (padlóspektrumok, input a technológia elemzéséhez) az épület teherviselő képességének értékelése, a megerősítések meghatározása
– A technológiai berendezések elemzése, a megerősítések szükségességének megállapítása – Minősítések (aktív rendszerek) – A megerősítések tervezése – A megerősítések kivitelezése
Földrengés PSA (és korrekciós intézkedések)
Easy-fix projekt easy-fix tételek száma – Gépészeti berendezés – Villamos berendezés – kábelcsatorna – I&C szekrények, állványok – téglafalak
5507 202 465 2498 2061 281
Beépített acélszerkezet
445 t
Akkumulátorok cseréje
A vizsgált tételek száma az előzetes felméréskor: 10184 tétel a 4 blokkra 2006.12.26.
Komplex elemzések és megerősítések Épület dinamikai számítások: – földrengés-válasz (padlóspektrumok, input a technológia elemzéséhez) – az épület teherviselő képességének értékelése, a megerősítések meghatározása
A megerősítések tervezése A megerősítések kivitelezése
AZ ÜZEMI FŐÉPÜLET 3 DIMENZIÓS VÉGESELEMES MODELLJÉNEK FŐBB JELLEMZŐI • 3 dimenziós, • összekapcsolt szerkezetek együttese, • merevségek és tömegek elosztása összetett, • csatolt talaj-épület modell, • 28000 szabadságfok 4700
csomópont
5400
síkhéj elem (háromszög és négyszög alakú)
4600
rúdelem
• a nem szerkezeti elemek mint tömegek szerepelnek, de merevséggel nem rendelkeznek!
4. BLOKK
BLOKK DILATÁCIÓ
REAKTORÉPÜLET
24,0 12,0
DARUPÁLYÁK
V B
12,0
KERESZTIRÁNYÚ VILL. GALÉRIA
D G
LOKALIZÁCIÓS TORONY
39,0
LOKALIZÁCIÓS TORONY
KERESZTIRÁNYÚ VILL. GALÉRIA
3.
HOSSZIRÁNYÚ VILLAMOS GALÉRIA
39,0
12x12,0=144,0
TURBINAGÉPHÁZ DARUPÁLYA
A 21x12,0=252,0
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
A tető szerkezet megerősítése
Hosszirányú megerősítések 4. BLOKK TURBINAGÉPHÁZ
B SOR/1.
+38,98
DEFLEKTOR +29,17 RÁCSOS FÕTARTÓK +20,70 +19,17
DARUPÁLYA
+13,37 +9,47 +3,80 ±0,00 -4,40 -6,50
PINCESZINT
4. BLOKK TURBINAGÉPHÁZ B SOR/7. +38,98
DEFLEKTOR +29,17 RÁCSOS FÕTARTÓK +20,70 +19,17
DARUPÁLYA
+13,37 +9,47 +3,80 ±0,00 -4,40 -6,50
PINCESZINT
Komplex elemzések és megerősítések A technológiai berendezések elemzése, a megerősítések szükségességének megállapítása Minősítések (aktív rendszerek) A megerősítések tervezése A megerősítések kivitelezése
Földrengésállóság: „ahogy van” Fragility curves 1 0,9 0,8
HCLPF eloszlás 1.-4. blokk és 3-4. blokk
0,6
1,0 std.dev. 1
0,5
std.dev.2Robosztus
0,4
0,8
0,3
konstrukció. A betervezett tartalékok nagyok.
0,2 0,1 0 load
valószínűség
probability
0,7
0,6
Csővezetékek „ahogy van”, illetve „ahogy volt” kapacitása
0,4
0,2
0,0 0,01
0,1
1 HCLPF
10
Megerősítések
Megerősítések
A földrengés-biztonsági program mennyiségi jellemzői Minősítés és megerősítés
időszak
A beépített mennyiség
Villamos és I&C berendezés
Easy-fix, 19941995
450 t acélszerkezet és az akkumulátor telepek cseréje
A primérkör nagyenergiájú csővezetékei és berendezései
1997-1999
250 megerősítés
A főépületi csarnokok (reaktor, turbina) megerősítése
1999-2000
1360 t acélszerkezet
Tartószerkezetek a reaktorépületben a lokalizációs toronyban
2000-2001
300 t acélszerkezet
A primerkör más csővezetékei és berendezései
1998-2000
760 megerősítés
Biztonsági osztályba sorolt csővezetékek és berendezések a szekunder körben, megerősítések és turbina csarnoki acél tartószerkezetek megerősítése
2000-2002
160 t acélszerkezet
Biztonsági osztályba sorolt csővezetékek a primerkörön kívül
2000-2002
1500 megerősítés
Egyéb osztályba sorolt csővezeték és beredezés
2001-2002
80 megerősítés
A földrengés PSA eredményeként meghatározott intézkedések
2002-
Pl. csomópontok megerősítése
A földrengés-biztonsági program fázisai időszak
Telephely veszélyeztetettsége
Intézkedések a biztonság érdekében
1986-1993
Korlátozott terjedelmű vizsgálatok. DB pga 0- 0.150.19-0.35g
Nincs intézkedés
1993-1996
Intenzív és teljes körű telephely vizsgálat:
Easy-fix program
előzetes DB pga: 0.35g végleges DB pga: 0.25g
Műszerezés+kezelői eljárások: Automatikus leállítás, speciális technológia a lehűtésre és tartós hűtésre
1996-2002
Mikroszeizmikus monitorozás. Nincs automatikus leállítás + kumulatív abszolút sebesség Első Időszakos Biztonsági kritérium CAV, normál lehűtési Felülvizsgálat technológia, megerősítések, A veszélyeztetettség elemzése Földrengés PSA a földrengés PSA-hoz
2002-2008
EKT, RHKT,
második IBF
Földrengés PSA-ból származó megerősítések, CDF <5x10-5/a
A biztonságnövelés ára: 1996-2002 ~ 300 millió USD 2%
4%
3%
6%
28%
Reaktor Védelmi Rendszer Földrengésvédelem Magas pH üzemmód PTR
21%
PRISE Blokkszámítógép csere Egyéb BNI
36%
A földrengés-biztonsági program hatása a hazai műszaki-tudományos fejlődésre Telephely-vizsgálat terén új metodikák honosodtak meg és nemzetközi figyelmet érdemlő tapasztalat halmozódott fel. kialakult egy hatékony kommunikáció a mérnökök és a geo-, szeizmológiai tudományok művelői között Eszközök, módszerek honosodtak meg, tapasztalatok halmozódtak fel a végeselemes dinamikai számítások, a szerkezetek és technológiai rendszerek, berendezések komplex retrofitjának tervezése, kivitelezése, organizációja terén
Szeizmikus mérőhálózat
Egyéb külső hatások és az atomerőmű biztonsága 0,1 probability
A természeti hatások közül a földrengés a meghatározó Terepszint a 10000 éves árvíz-szint felett A meteorológiai szélsőségek nem döntőek a biztonság szempontjából
1
jeges
0,01
jégmentes
0,001
0,0001 86
88
90
92
94
96
98
m above Baltic
¾A humán eredetű események valószínűségi vagy távolsági alapon kiszűrhetők (pl. közlekedési balesetek veszélyes anyagok (pl. etilén) szállítása közben a Dunán és a 6-os úton) ¾Repülőgép rázuhanás (gyakorisága a legújabb forgalmi adatokból 10-8 /év)
A légtérhasználatból eredő veszély
(db) 600000
500000
400000
300000
%
200
200000
180 100000
160 140
0 1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
Érk./Ind.
1997
Átrepült
1998
120
1999
2000
2001
2002
2003 év
100 Összesen 80
BALESTEK
40 20
16
0
14 balesetek száma
60
1990
12 10
1991
vitorlázó és sárkányrepülő 1992 1993 1994 1995 sport Érk./Ind. kis szállító
8
nagy szállító
6 harci
4 2 0 1990
összes 1995
2000 év
2005
1996 Átrepült
1997
1998
Összesen
1999
2000
2001
2002
2003
év
Repülőgép rázuhanás 90 80
p (mbar)
70 60 50 40 30 20 10 0 0
50
100 t (m s)
Sportrepülő becsapódás
150
A ccélpontok élpontok m éretének méretének öösszehasonlítása sszehasonlítása WTC 63 széles 412 magas
Konténment épület 40 m széles 50 m magas Kiégett üzemanyag tároló 25 széles 12 magas
Pentagon 454 m széles (281 m oldalanként) 22 magas
Üzemanyag konténerek 3 m széles 6 m magas
Biztonság: mélységi védelem Konténment, acél 4 cm 1 m vastag vasbeton konténment fal 1,5 m vastag vasbeton Védelem 1,2 m vastag beton 4 cm vastag acéllemez borítással
Reaktor tartály 10-20 cm vastag acél
A biztonság értékelése Kvantitatív jellemző: zónaolvadási gyakoriság A zónaolvadás elviselhető kockázatára a NAÜ ajánlotta maximum régi erőműveknél 10-4/év (újaknál 10-5/év). A biztonságnövelési intézkedések révén a zónaolvadás kockázatát a paksi atomerőműben sikerült kb. 3*10-5/évre csökkenteni. Ha a zónaolvadás kockázatát megszorozzuk a konténment egyidejű sérülésének valószínűségével, úgy a kibocsátásra (max. 10-6/év), illetve az erőmű környezetében élők egyéni kockázatára max 10-7-10-8/fő/év értéket kapunk, ami a legritkább természeti veszélyekkel mérhető össze (összehasonlításul: Magyarországon a foglalkozási balesetek átlagos halálos kockázata 1,7.10-4/fő,év, a nem halálosé pedig 3,5.10-2/fő,év).
A biztonságnövelés eredménye Zónaolvadás gyakorisága
7,00E-04
P 0% P 100%
6,00E-04 5,00E-04
Földrengés CDF <5x10-5/a
4,00E-04 3,00E-04 2,00E-04 1,00E-04 0,00E+00 1995
1997
1999
2000
2002
2003
2004
A zónaolvadási gyakoriság változása 1995-2004. között. Az üzemzavar nem befolyásolta a blokkok biztonságát, nem csökkentette az üzemidő hosszabbítás lehetőségét!
Következtetések Az elmúlt közel két évtized következetes munkájának köszönhetően a paksi atomerőmű biztonságos a külső környezeti hatásokkal szemben, amelyek közül a földrengés a meghatározó A biztonság nem statikus dolog, folyamatos munkát igényel A veszélyeztetettség soron következő újraértékelése 2008-ban az Időszakos Biztonsági Felülvizsgálat keretében történik a legújabb tudományos ismeretek figyelembevételével A paksi atomerőmű biztonságosan üzemeltethető mindannyiunk javát szolgálva.
