Modellunterstützte Analysen zur Wirksamkeit der geologischen Barrieren als Beitrag zur Standort-auswahl für geologische Tiefenlager in der ...
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Tage der Standortauswahl 2021 - Freiberg Modellunterstützte Analysen zur Wirksamkeit der geologischen Barrieren als Beitrag zur Standort- auswahl für geologische Tiefenlager in der Schweiz P. Marschall (Nagra), A. Papafotiou, C. Li, M. Hayek, D. Zbinden (all Intera), P. Smith (SAM Ltd) Web-Konferenz 11.02.2021
1 Einleitung – Entsorgungsprogramm Schweiz
Überblick – Lagertypen
- Geologisches Tiefenlager für schwach- und mittelaktive Abfälle
(Betriebsaufnahme ab ca. 2050)
- Geologisches Tiefenlager für hochaktive Abfälle
(Betriebsaufnahme ab ca. 2060)
- Option für ein Kombilager offen
(… sofern sicherheitstechnisch gleichwertig. Der Nachweis der Gleichwertigkeit
wird entsprechend den Vorgaben durch die Aufsichtsbehörden im Rahmen der
sogenannten Gesamtbewertung erbracht)
2
1 Einleitung – Das Sachplanverfahren
Behördliche Vorgaben zur Standortwahl –
Sachplan geologische Tiefenlager Auswahl von geologischen Etappe 1
Standortgebieten 3 Jahre
- 3-stufiger Einengungs- und Auswahlprozess
(Transparenter Auswahlprozess nach sicherheits-
technischen und bautechnischen Kriterien unter Be-
rücksichtigung von Raumplanungs-, Umwelt- und Auswahl von mindestens 2 Etappe 2
sozioökonomischen Aspekten) Standorten 7 Jahre
- Aktuelle Phase: »Standortwahl» (2018-2021/22)
Standortwahl
Ergänzen der geologischen Kenntnisse
Auswertung 3-D Seismik in allen Standortgebieten Auswahl Standort
Tiefbohrprogramm Etappe 3
Indikatorbasiertes Auswahlverfahren Rahmenbewilligungs- 11 Jahre
Entscheid Komilager vs. 2 Einzellager
verfahren
3
1 Einleitung – Die potenziellen Standortgebiete
Bundesratsentscheid zum Abschluss der Etappe 2 (November 2018):
(Weiterführung der Untersuchungen in den Standortgebieten JO, NL, ZNO)
4 Vorschläge Nagra 2x2 - Etappe 2 SGT
1 Einleitung – Das Sachplanverfahren
Etappe 3 / Standortwahl - Kriterien-basierter Indikatoransatz
(13 Kriterien zur Standortevaluation hinsichtlich Sicherheit und technischer Eignung)
Anwendung des
Indikatoransatzes
am Beispiel der
Kriteriengruppe 3
5
2 Umsetzung der Vorgaben – Qualitative Bewertung des EG
ENSI AN 33/649
Ergänzende Empfehlungen und Anforderungen der Aufsichtsbehörden –
Präzisierungen der sicherheitstechnischen Vorgaben für SGT - Etappe 3
Implementierung des Indikatoransatzes im Rahmen der Qualitativen Bewertung des
Einschlusswirksamen Gebirgsbereichs (EG) – Modell-unterstütztes Vorgehen (Nagra)
6
2 Modell-unterstützter Indikatoransatz – Modellportfolio
Modell-unterstützte Analyse der Barrierenwirksamkeit – Implementierung der
standortspezifischen Konfigurationen
HAA
Tiefenlager
SMA
Tiefenlager
Jura-Ost Zürich Nordost Nördlich Lägern
7
2 Modell-unterstützter Indikatoransatz – Modellportfolio
Modellportfolio zur Analyse der Barrierenwirksamkeit – Spektrum der geometrischen
Abstraktion (3-D, 2-D) und der betrachteten Prozesse (Stofftransport, Wärme, Gastransport)
- Konsistenz zwischen komplexen Standortmodelle und vereinfachten
Bewertungsmodellen («Fehlerfortpflanzung» durch Modellabstraktion)
600
400
200
0
l)
Depth (m as
-20
0
-40
0
-60
00
0
20
27
000 -80
271 0
000
270 -1
000 00
269 0
68
000
20
68
268
00
N-S
10
68
000
00
00
267
67
00
90
000
67
00
266
80
67
00
70
000
E-W
67
265
00
60
67
00
000
50
67
264
00
40
00
Schicht- und Strukturmodelle Strömungs- und Transportmodelle, Thermo-hydraulische
von allen Standortgebieten Temperaturmodelle Zweiphasenflussmodelle
8
2 Kriterienbasierter Indikatoransatz – Umsetzung
Modell-unterstützte Bewertung der Ungewissheiten – Genereller Workflow am Beispiel der
Kriteriengruppe 3 (KG 3)
«Zu bewertende Aspekte KG 3»
(definiert in SGT: Nicht-reduzierbare Ungewissheiten bezüglich
Charakterisierbarkeit, Explorierbarkeit, Prognostizierbarkeit )
Indikatoren zu KG3
(einfach) messbare / modellierbare Grössen, relevant für die zu
bewertenden Aspekte
Eignungskennzahlen
(zur Bewertung der Konfiguration; normierte Zahl zwischen 0 und 1)
Bewertungsskala
Bewertungsmodelle / Bewertungsszenarios
(verteidigbarer Abstraktion-Level, breites Spektrum von Szenarien)
Einhaltung der
Eigungsziel-
Probabilistische Analysen - Sicherheitsmargen werte
(… unter Berücksichtigung der reduzierbaren/nicht-reduzierbaren
Ungewissheiten)
9
2 Kriterienbasierter Indikatoransatz – Umsetzung
Modellbasierte Bewertung der Ungewissheiten – Methodik (1) – beispielhaft
Zu beurteilender Eignungs-
Kriterium Indikator(en)
Aspekt kennzahl(en)
Kriterium Zu beurteilender Aspekt Mögliche Indikatoren Eignungskennzahl
SFHWZ
Nicht reduzierbare Ungewissheiten* bez. der STAO-
spezifischen Ausprägung der faziellen Variabilität und Stofffrachten aus dem EG
T50
der sicherheitsrelevanten Strömungs- und
3.1
Transporteigenschaften des EG)
Charakterisierbarkeit SF1Mio
der Gesteine
Nicht reduzierbare Ungewissheiten* bez. der STAO- Geomechanischer
spezifischen Ausprägung von Festigkeit & Steifigkeit Spannungszustand FPintact
des EG 2.3 (Deviatorspannung) des EG»
10 * Nicht reduzierbar durch weitere Untersuchungen von der Oberfläche2 Kriterienbasierter Indikatoransatz – Erstellung der Bewertungsmodelle
Bewertungsmodell zum Stofftransport – Beispiel 2-D Vertikalschnitt HAA-Lager ZNO
Extrapolation von Störungen
(von der Basis MK bis Top Malm)
Lagerumfeldmodell
(ca. 4 x 4 km2)2 Kriterienbasierter Indikatoransatz – Festlegung der Indikatoren
Indikatoren – Beispiel “Stofffrachten in die oberen / unteren
Rahmengesteine (vertikal-ebenes 2-D Bewertungsmodell)
Profil der Stofffracht an
der Grenze zu den oRG
- Freisetzung eines “konservativen”
(d.h. nicht-sorbierenden) Tracers
aus den Lagertunneln
- Erfassung der Stofffracht am
oberen Rand des Wirtgesteins
Zeitlicher Verlauf
Hydraulische Durchlässigkeit
12
Effektiver Diffusionskoeffizient3 Anwendungsbeispiele – Probabilistische Analysen
Rückhaltevermögen des Wirtgesteins – Bedeutung der räumlichen Variabilität der sicherheits-
relevanten Fazieseigenschaften (SGT-Kriterium 3.1)
300 Monte Carlo Simulationen
Abdeckende Konzeptualisierungen (horizontale Korrelationslänge)
133 Anwendungsbeispiele – Probabilistische Analysen
Rückhaltevermögen des Wirtgesteins – Bedeutung von nicht-reduzierbaren Ungewissheiten
hinsichtlich der tektonischen Überprägung in den Standortgebieten (SGT-Kriterium 3.2)
300 Monte Carlo Simulationen
Beispielhafte Konzeptualisierung der
… deutlich frühere
tektonischen Überprägung
«Erstankunft»
(Bedeutung des Abstandes der Störungen von den Lagertunnel)
143 Anwendungsbeispiele – Probabilistische Analysen
Rückhaltevermögen des Wirtgesteins – Bedeutung von nicht-reduzierbaren Unsicherheiten der
hinsichtlich Erosions- / Hebungsszenarien in den Standortgebieten (SGT-Kriterium 3.3)
GOK heute
Zukünftige Tektonische Situation heute Zukünftige
Entwicklung Entwicklung
σv=15 MPa
σv=10 MPa
Slip tendency erhöht
Slip tendency klein
153 Anwendungsbeispiele – Probabilistische Analysen
Rückhaltevermögen des Wirtgesteins – Bedeutung von nicht-reduzierbaren Unsicherheiten der
hinsichtlich Erosions- / Hebungsszenarien in den Standortgebieten (SGT-Kriterium 3.3)
300 Monte Carlo Simulationen
Eingangs-Parameter Resultate
time (years)
103 104 105 106 107
0
200
Loss of overburden (m)
Kritische
400 Restüberdeckung
y=a*tb
600
800
1000
Entwicklung der
Beispielhaftes Szenario zur Störungsaktivierung infolge von
Restüberdeckung
(hypothetisch; 300 mögliche Hebungs- oder Erosionsprozessen
Entwicklungsszenarien) (Störungsaktivierung bei Hebungen > 200 m)
163 Anwendungsbeispiele – Probabilistische Analysen
Kriteriengruppe 3 / Zuverlässigkeit der geologischen Aussagen – Systematische Beurtei-
lung der parametrischen und konzeptuellen Unsicherheiten sowie der Szenarien-Unsicherheiten
- Alternative Szenarien pro Kriterium Massgebend für Bewertung:
- Alternative Konzeptualisierungen pro Kriterium - ungünstiges Szenario
- Probabilistische Parametervarianten - ungünstige Konzeptualisierung
- gesamte Parameterbandbreite
Kriterium 3.1 Kriterium 3.2 Kriterium 3.3
173 Anwendungsbeispiele – Probabilistische Analysen
Weitere Anwendungsbeispiele für modellunterstützte Analysen zur Wirksamkeit der
geologischen Barrieren:
- Kriterium 2.3: (a) Ausdehnung der Auflockerungszone
(Lagerbedingte Einflüsse) (b) Gasfreisetzung
(c) Wärmefreisetzung HAA
- Kriterium 3.3: (a) Eiszeit-Szenarien
(Prognostizierbarkeit LZE) (b) Glaziale Tiefenerosion
184 Schlussbemerkung und Ausblick Bewertung des modell-unterstützten Indikatoransatzes zum Standortvergleich - setzt die behördlichen Vorgaben aus dem Sachplanverfahren in nachvollziehbarer Form um! - transparenter und überprüfbarer Workflow in Hinblick auf die konzeptuellen Annahmen, verwendeten Modellwerkzeuge, betrachten Entwicklungsszenarien … - Flexibilität hinsichtlich der Beurteilung alternativer Szenarien, komplementärer Konzeptualisierungen und Parametervarianten. - Quantitative Bewertungsskalen erleichtern den Vergleich der standort-spezifischen Lagerprojekte. Ausblick - der vorgestellte Workflow wird einen wichtigen Beitrag zum Standortvergleich leisten, der voraussichtlich im Frühjahr 2022 abgeschlossen sein wird 19
besten dank für ihre aufmerksamkeit
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