Az atomerőművek külsk lső környezeti hatásokkal szembeni biztonsága A Paksi Atomerőmű földrengés-biztonsága Dr. Katona Tamás, tudományos tanácsadó, PA Rt.
Miről l szól l az előad adás? Miért aktuális a nukleáris energetikáról l beszélni? Miért érdekes a külsk lső környezeti hatásokr sokról, eseményekr nyekről l beszélni? Külső környezeti hatások és s az atomerőművek biztonsága A paksi atomerőmű földrengésbiztonsága A paksi atomerőmű külső környezeti hatásokkal szembeni biztonsága
Miért aktuális a nukleáris energetikáról l beszélni? A nukleáris energetika szerepe nagy világ OECD EU Magyaror- szág 441 blokk több mint 10000 reaktor év 350 blokk több mint 8000 reaktor év 16 % 24 % 150 blokk 34 % 4 blokk 38 %
Felismerések sek Az atomenergia alkalmazása nélkn lkül l a fejlett világ g nem tudja biztosítani tani magának azt a stratégiai függetlenséget get és s ellátás-stabilit stabilitást, st, ami biztonsági és gazdasági gi okokból l nélkn lkülözhetetlen, és s kompenzálja a kőolaj- és s földgf ldgáz z importtól l való függőséget. get. A világ g energia-fogyaszt fogyasztása, sa, következk vetkezésképp az ebből fakadó környezet-terhelés s annak ellenére növekedni n fog, hogy a felhasználás s hatékonys konyságát és s a megújul juló energia-forr források kihasználását t a fejlett világ g kiemelten preferálja lja.
A nukleáris energetika útkeresésese Adekvát t válaszok v a kihívásokra: Biztonság g növeln velése (a TMI és s a csernobili balesetek után) Versenyképess pesség g növeln velése (ár,( rendelkezésre állás), business as usual Az iparág g stratégi giája: Üzemidő hosszabbítás Revitalizáci ció (új építések, fejlesztések) sek)
A nukleáris energetika jelene, jövőjeje USA - a nukleáris energetika újjászületése: üzemidő hosszabbítás, s, teljesítm tménynövelés, új építések (két új j 3+ generáci ciós s típus t engedélyez lyezése folyik, 3 új early site permit ) Franciaország: üzemidő hosszabbítás, s, új erőmű
A nukleáris energetika jelene, jövőjeje Németország: leépítés, de úgy, hogy megmaradjon Finnország: üzemidő hosszabbítás, s, tovább bbá parlamenti jóváhagyj hagyás és s létesl tesítési si engedély az új j blokkra és s a nagyaktivitású hulladékt ktároló projektre Szlovákia, Csehország: üzemidő hosszabbítás, s, új j blokkok építése Pálfordulás: Svédorsz dország, Olaszország
A hazai helyzet
A paksi atomerőmű helye a villamosenergia-rendszerben rendszerben 12000 MW 10000 8000 6000 Import alap új kapacitás 4000 hazai kapacitás 2000 Paks ÜH 2000 2006 2012 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 s a legolcsóbb termelő A további húsz h évvel törtt rténő hosszabbítás: s: üzemidő Biztonsági és s műszaki m korlátai nincsenek; A hazai és s nemzetközi zi környezetvk rnyezetvédelmi célkitc lkitűzések elérését t előseg segíti; A meglévő törvényi, jogszabályi keretek között k megvalósíthat tható; Gazdaságilag jövedelmezj vedelmező, állami közremk zreműködés s nélkn lkül megvalósíthat tható projekt. A paksi atomerőmű a magyar villamosenergia- rendszer nélkn lkülözhetetlen eleme ma és s hosszú távon is.
Miért érdekes a külsk lső környezeti hatásokr sokról, eseményekr nyekről l beszélni? A közelmk zelmúlt lt természeti katasztrófákkal kkal terhes időszak szak volt Terrorizmus, mint a feszülts ltség g egyik forrása Megnőtt az emberek érzékenysége és érdeklődése a katasztrófák, k, ritka természeti és humán n eredetű események és s hatásaik, következményeik iránt
Forrás: GeoRisk
Forrás: GeoRisk
Jogos a kérdk rdés: Mennyire biztonságosak, ellenáll llóak az atomerőművek a katasztrófák hatásaival szemben?
A biztonság g az atomerőművek létezésének alapfeltétele tele A biztonsági követelmk vetelmények
A kockázat 1,00E-01 Acceptability of societal risk [2] Az atomerőművek okozta kockázatnak kisebbnek kell lenni, mint amit a társadalom más ipari tevékenységek esetében eltűr. frequency 1,00E-03 1,00E-05 1,00E-07 societal risk to be decreased Minél súlyosabb következményekkel számolunk, annál kisebb kell, hogy legyen a tervezésnél figyelembe vett kezdeti esemény valószínűsége. 1,00E-09 1 10 100 1000 10000 number of fatalities Kockázat= A kezdeti esemény valószínűsége Egy adott, az esemény okozta teher valószínűsége A szerkezet tönkremenetelének valószínűsége A következmény, a kár mértéke Telephely vizsgálat A mértékadó jellemzők meghatározása Dinamikai válasz- és fragilitás elemzés A következmények elemzése
A tervezési alap meghatároz rozásának koncepciója
A tervezési alap hatályos követelmények Az atomerőmű tervezésénél l figyelembe kell venni minden külsk lső eseményt, amely az atomerőmű biztonsága szempontjából l releváns hatással bír: b természeti eseményeket, amelynek éves gyakorisága ga 10-4 /év, vagy ennél l nagyobb, emberi tevékenys kenység g okozta eseményeket, amelynek éves gyakorisága ga 10-7 /év, vagy ennél l nagyobb A szánd ndékos károkozk rokozásra (hábor ború) ) nem kell tervezni, ezekkel, így a terrorizmussal szemben is, védelmi v intézked zkedések
A külsk lső veszélyek és s a paksi atomerőmű biztonsága A tervezés s az egykori szovjet normák k szerint törtt rtént Földrengésre, vagy egyéb b rendkívüli külsk lső hatásra nem tervezték k az erőművet, bár b r már m r akkoron komoly viták k voltak a telephely szeizmicitásáról,, amiről l végül v l politikai döntd ntés s született A nyolcvanas években a telephely szeizmicitásának újraértékelése elkezdődött (a bővítés b s okán). Kutatások, viták k eredménytelen nytelenül a rendszer hiánya A kilencvenes években a biztonság átfogó és s korszerű újraértékelése során n minden kockázatot megvizsgáltunk és értékeltünk Felismertük, hogy a földrengf ldrengés s a biztonság g szempontjából l meghatároz rozó külső esemény, amivel szemben az atomerőmű biztonságát t garantálni kell a korszerű követelmények szerint Biztonságn gnövelő programot hajtottunk végre v a korszerű követelmények teljesítése se érdekében, ami 2002-ben fejeződött be
Kockázat zat-menedzselés Nem tolerálható A prioritások meghatároz rozása a biztonságn gnövelés s terén: ALARP koncepció A kockázatcsökkentés kötelező A kockázat csökkentés ésszerű tolerálható Biztonságnövelő program Elhanyagolható kockázat
A földrengf ldrengés-biztonsági feladatok 1. A földrengf ldrengés-veszély előzetes zetes értékelése (0,35g) 2. Azonnali intézked zkedések (easy( easy-fix projekt- 1993-1995) 1995) 3. A telephely komplex földtudomf ldtudományi és s mérnm rnökgeológiai giai vizsgálata 1986-1995 1995 A telephely alkalmasságának megállap llapítása A tervezési alapba tartozó mértékadó földrengés s jellemzőinek inek meghatároz rozása 4. A földrengf ldrengés-biztonság g technológiai koncepciójának nak kidolgozása 5. Operátori intézked zkedések, eljárások kidolgozása földrengf ldrengés s esetére, földrengés-jelzés 6. Az atomerőmű földrengésállóságának meghatároz rozása, a biztonsági hiányok megállap llapítása 7. A megerősítések sek tervezése és s kivitelezése 8. Földrengés s PSA és s korrekciók
A telephely vizsgálat főf eredményei Nincs felszínre kifutó elvetődés A mértm rtékadó földrengés s maximális vízszintes gyorsulásért rtéke 0,25 g (vertikális 0,2 g) Uniform Hazard Response Spectrum (Pannon felszínre és s a szabad felszínre a talaj átvitelének figyelembevétel telével) Nincs talajfolyósod sodás (a 10000 éves szinten)
A veszély meghatározása valósz színűségi módszerrel PSHA (UHRS a Pannon felszínre)
A szabadfelszíni jellemzők k meghatároz rozása Veszélyeztetettségi válasz-spektrum az alapkõzetre vonatkoztatva (UHRS) A talaj rugalmas tulajdonságai Akcelerogram illesztése földrengés adatbázisokból Periódusidõ (s) Periódusidõ (s) Output (felszíni) mozgás Input (alapkõzeti) mozgás Spektrális arány Periódusidõ (s) Gyorsulás Alapkõzet Felszín Periódusidõ (s)
A forrász szónák
A veszélyeztetetts lyeztetettségi görbeg 1,0E+00 Veszélyeztetettségi görbe PGA 1,0E-01 1,0E-02 S=0.5 85% percentil 50% percentil mean (átlag) súlyozott átlag 15% percentil ARUP b.e. éves meghaladási gyakoriság 1,0E-03 1,0E-04 1,0E-05 1,0E-06 1,0E-07 1,0E-08 0,01 0,1 1 gyorsulás (g)
Uniorm Hazard Response Spectra UHRS (súlyozott átlag) 1,8 1,6 1,4 5% csilla p ítá s sig m a = 0.5 1.000.000 év 100.000 év ARUP 100e 10.000 év ARUP 10e 1,2 Gyorsulás (g) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,01 0,1 1 10 Fundamentális periódus (s)
A földrengf ldrengésállóság g növeln velése: 1993-2002 Easy-fix projekt Technológiai koncepció meghatároz rozása Operátori intézked zkedések/utasítások sok földrengf ldrengés s esetére, szeizmikus műszerezés Komplex elemzések és s megerősítések sek Épület dinamikai számítások: sok: földrengés-válasz lasz (padlóspektrumok, input a technológia elemzéséhez) az épület teherviselő képességének értékelése, a megerősítések sek meghatároz rozása A technológiai berendezések elemzése, a megerősítések sek szüks kségességének megállap llapítása Minősítések sek (aktív v rendszerek) A megerősítések sek tervezése A megerősítések sek kivitelezése Földrengés s PSA (és( s korrekciós s intézked zkedések)
Easy-fix projekt easy-fix tételek telek száma 5507 Gépészeti berendezés 202 Villamos berendezés 465 kábelcsatorna 2498 I&C szekrények, állványok 2061 téglafalak 281 Beépített acélszerkezet Akkumulátorok cseréje 445 t A vizsgált tételek t telek száma az előzetes felméréskor: 10184 tétel t tel a 4 blokkra 2006.12.26.
Komplex elemzések és s megerősítések sek Épület dinamikai számítások: sok: földrengés-válasz lasz (padlóspektrumok, input a technológia elemzéséhez) az épület teherviselő képességének értékelése, a megerősítések sek meghatároz rozása A megerősítések sek tervezése A megerősítések sek 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!
3. BLOKK 4. BLOKK D G V B KERESZTIRÁNYÚ VILL. GALÉRIA LOKALIZÁCIÓS TORONY DARUPÁLYÁK DILATÁCIÓ R E A K T O R É P Ü L E T H O S S Z I R Á N Y Ú V I L L A M O S G A L É R I A 12x12,0=144,0 T U R B I N A G É P H Á Z LOKALIZÁCIÓS TORONY KERESZTIRÁNYÚ VILL. GALÉRIA 39,0 12,0 39,0 12,0 24,0 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 se
Hosszirány nyú megerősítések sek 4. BLOKK TURBINAGÉPHÁZ B SOR/1. +38,98 +29,17 +19,17 +20,70 DEFLEKTOR RÁCSOS FÕTARTÓK DARUPÁLYA +13,37 +9,47 +3,80 ±0,00-4,40-6,50 PINCESZINT
4. BLOKK TURBINAGÉPHÁZ B SOR/7. +38,98 +29,17 +19,17 +20,70 DEFLEKTOR RÁCSOS FÕTARTÓK DARUPÁLYA +13,37 +9,47 +3,80 ±0,00-4,40-6,50 PINCESZINT
Komplex elemzések és s megerősítések sek A technológiai berendezések elemzése, a megerősítések sek szüks kségességének megállap llapítása Minősítések sek (aktív v rendszerek) A megerősítések sek tervezése A megerősítések sek kivitelezése
Földrengésállóság: ahogy van Fragility curves 1 0,9 0,8 0,7 HCLPF eloszlás 1.-4. blokk és 3-4. blokk probability 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 load valószínűség 1,0 std.dev. 1 std.dev.2 0,8 0,6 0,4 0,2 Robosztus konstrukció. A betervezett tartalékok nagyok. Csővezetékek ahogy van, illetve ahogy volt kapacitása 0,0 0,01 0,1 1 10 HCLPF
Megerősítések sek
Megerősítések sek
A földrengf ldrengés-biztonsági program mennyiségi jellemzői Minősítés és megerősítés időszak A beépített mennyiség Villamos és I&C berendezés Easy-fix, 1994-1995 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 földrengf ldrengés-biztonsági program fázisai időszak Telephely veszélyeztetetts lyeztetettsége 1986-1993 1993 Korlátozott terjedelmű vizsgálatok. DB pga 0-0.15-0.19-0.35g 0.35g 1993-1996 1996 Intenzív és s teljes körűk telephely vizsgálat: előzetes zetes DB pga: : 0.35g végleges DB pga: : 0.25g 1996-2002 Mikroszeizmikus monitorozás. 2002-2008 2008 EKT, RHKT, Első Időszakos Biztonsági Felülvizsg lvizsgálatlat A veszélyeztetetts lyeztetettség g elemzése a földrengf ldrengés PSA-hoz második IBF Intézked zkedések a biztonság érdekében Nincs intézked zkedés Easy-fix program Műszerezés+kezelői i eljárások: Automatikus leáll llítás, speciális technológia a lehűtésre és s tartós hűtésre Nincs automatikus leáll llítás s + kumulatív v abszolút t sebesség kritérium rium CAV, normál l lehűtési technológia, megerősítések, sek, Földrengés s PSA Földrengés PSA-ból származ rmazó megerősítések, sek, CDF <5x10-5 /a
A biztonságn gnövelés ára: 19961 996-2002 ~ 300 millió USD 6% 2% 4% 3% 28% Reaktor Védelmi Rendszer Földrengésvédelem Magas ph üzemmód 21% PTR PRISE Blokkszámítógép csere Egyéb BNI 36%
A földrengf ldrengés-biztonsági program hatása a hazai műszakim szaki-tudományos fejlődésre Telephely-vizsg vizsgálat terén új j metodikák k honosodtak meg és s nemzetközi zi figyelmet érdemlő tapasztalat halmozódott fel. kialakult egy hatékony kommunikáci ció a mérnm rnökök és s a geo-,, szeizmológiai tudományok művelm velői i közöttk Eszközök, k, módszerek m honosodtak meg, tapasztalatok halmozódtak fel a végeselemes dinamikai számítások, sok, a szerkezetek és s technológiai rendszerek, berendezések komplex retrofitjának tervezése, kivitelezése, organizáci ciója terén
Szeizmikus mérőhálózatm
Egyéb b külsk lső hatások és s az atomerőmű biztonsága A természeti hatások közül k l a földrengés s a meghatároz rozó Terepszint a 10000 éves árvíz-szint felett A meteorológiai széls lsőségek nem döntd ntőek a biztonság szempontjából probability 1 0,1 0,01 0,001 0,0001 86 88 90 92 94 96 98 m above Baltic A A humán n eredetű események valósz színűségi vagy távolsági alapon kiszűrhet rhetők k (pl. közlekedk zlekedési balesetek veszélyes anyagok (pl. etilén) száll llítása közben k a Dunán és s a 6-os 6 úton) Repülőgép p rázuhanr zuhanás s (gyakorisága ga a legújabb forgalmi adatokból l 10-8 8 /év)/ jeges jégmentes
(db) 600000 500000 400000 300000 A légtérhasználatból eredő veszély 200000 200 % 180 100000 160 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 év 120 140 Érk./Ind. Átrepült Összesen 100 80 BALESTEK 60 40 balesetek száma 16 14 12 10 8 6 4 20 0 vitorlázó és sárkányrepülő 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 év sport kis szállító nagy szállító harci Érk./Ind. Átrepült Összesen 2 összes 0 1990 1995 2000 2005 év
Repülőgép p rázuhanr zuhanás p (mbar) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 t (ms) Sportrepülő becsapódás
A célpontok c méretének összehasonlítása sa WTC 63 széles 412 magas Kiégett üzemanyag tároló 25 széles 12 magas Konténment épület 40 m széles 50 m magas Pentagon 454 m széles (281 m oldalanként) 22 magas Üzemanyag konténerek 3 m széles 6 m magas
Biztonság: mélysm lységi védelemv 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 v jellemző: : zónaolvadz naolvadási gyakoriság A zónaolvadz naolvadás s elviselhető kockázat zatára a NAÜ ajánlotta maximum régi r erőművekn veknél l 10-4 /év v (újakn( jaknál l 10-5 /év). A biztonságn gnövelési intézked zkedések révén r n a zónaolvadz naolvadás s kockázat zatát t a paksi atomerőműben sikerült kb. 3*10-5 /évre csökkenteni. Ha a zónaolvadz naolvadás s kockázat zatát t megszorozzuk a konténment nment egyidejű sérülésének valósz színűségével, úgy a kibocsátásra sra (max. 10-6 /év), illetve az erőmű környezetében élők k egyéni kockázat zatára max 10-7 -10-8 /fő/év értéket kapunk, ami a legritkább természeti veszélyekkel mérhetm rhető össze (összehasonlításul: sul: Magyarországon gon a foglalkozási balesetek átlagos halálos los kockázata 1,7.10-4 /fő,év, a nem halálos losé pedig 3,5.10-2 /fő,év).
A biztonságnövelés eredménye Zónaolvadás gyakorisága 7,00E-04 6,00E-04 5,00E-04 4,00E-04 3,00E-04 2,00E-04 1,00E-04 0,00E+00 P 0% P 100% Földrengés CDF <5x10-5/a 5/a 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 lt közel k két k évtized következetes k munkájának nak köszönhetően en a paksi atomerőmű biztonságos a külsk lső környezeti hatásokkal szemben, amelyek közül k l a földrengés s a meghatároz rozó A biztonság g nem statikus dolog, folyamatos munkát igényel A veszélyeztetetts lyeztetettség g soron következk vetkező újraértékelése 2008-ban az Időszakos Biztonsági Felülvizsg lvizsgálat lat keretében törtt rténik a legújabb tudományos ismeretek figyelembevétel telével A paksi atomerőmű biztonságosan üzemeltethető mindannyiunk javát t szolgálva. lva.