Technische Grenzen für die Laufzeit von Kernkraftwerken ? - GRS-Fachforum Dr.-Ing. Erwin Fischer, Technische Leitung Kernkraftwerk Isar 2010 Köln ...
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Technische Grenzen für die Laufzeit von Kernkraftwerken ? GRS-Fachforum 2010 Köln, 25.02.2010 Dr.-Ing. Erwin Fischer, Technische Leitung Kernkraftwerk Isar
Technische Grenzen für die Laufzeit von KKW´n ?
1. Hintergründe
2. Weltweiter Trend zu längeren Laufzeiten von KKW
3. Motivation zu längeren Laufzeiten
4. Sicherheitstechnische Anforderungen bei längeren Laufzeiten
5. Anforderungen an die Anlagentechnik bei längeren Laufzeiten
6. Fokuspunkte für Langzeitbetrieb
7. Technische Grenzen für die Laufzeit von KKW ?
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 21. Hintergründe – Internationale Rahmenbedingungen
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 3Weltbevölkerung – der Run auf Energie
Strom
Primärenergie 25 000 TWh
Weltbevölkerung
15 400 TWh
19 Mrd. t SKE
14 Mrd. t SKE
Immer mehr Menschen brauchen 8 Mrd. Menschen
immer mehr Energie 6 Mrd. Menschen
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 4Weltenergiebedarf und Deckung
(Mrd. t SKE) (World Energy Council Reference Scenario )
30 27,1
Wasserkraft
25 Erdgas
19,4
20
Erdöl
15
13,7
12,6
10,4 Kohle
10 7,9
5 Kernenergie
sonstige
0 erneuerbare
1970 1980 1990 1998 2020 2050 Energien
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 5Herausforderungen an nachhaltige Energieversorgung
Sozialverträglichkeit:
Interne + externe Versorgungssicherheit
gesellschaftliche g Akzeptanz
nachhaltige
Energieversorgung
Umweltverträglichkeit: Wirtschaftlichkeit:
Sicherheit + Klimavorsorge Effizienz + Wettbewerbsfähigkeit + Bezahlbarkeit
Kernenergie kein Selbstzweck, sondern im Energiemix
wichtiger Beitrag zu nachhaltiger Energieversorgung
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 62. Weltweiter Trend zu längeren Laufzeiten
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 72. Weltweit eindeutiger Trend zu längeren Laufzeiten
Frankreich, Schweiz, Schweden, UK,
Russland, Japan …
Laufzeitverlängerung genehmigt
bzw. in konkreter Planung
USA:
Ca. 60 Anlagen
mit Lizenz für
60 Jahre Laufzeit
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 8Europa setzt auf Kernenergie
Armenien (ARM): 0/1 Polen (PL): PD
Belgien (B): PD Rumänien (RO): 0/2
Bulgarien (BG): 0/2 Russland (RUS): 7/17
Estland (EST): PD Schweiz (CH): 0/3
Finnland (FIN): 1/2 Slowakische Rep. (SK): 0/2
Frankreich (F): 1/1 Slowenien (SLO): PD
Großbritannien (GB): 0/10 Tschechische Rep. (CZ): 0/2
Italien (I): PD Türkei (TR): 0/3
Lettland (LV): PD Ukraine (UA): 0/2
Litauen (LT): 0/4 Ungarn (H): PD
Niederlande (NL): PD Weißrussland (BY): PD
Neue KKW:
../.. = Im Bau/In Planung
PD = Politisch Diskutiert
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 93. Motivation zu längeren Laufzeiten
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 10CO2–Emissionen verschiedener Erzeugungstechnologien
Emissionen aus lebenszyklischer Betrachtung für
Kraftwerksbetrieb
kg CO2 / kWh Brennstoffversorgung
1,0 0.96 Kraftwerksbau
Fossil
0.78 0.76
0,8 „Entweder/oder“:
0,6
Ausstieg oder ambitionierte Klimavorsorge -
Nationales 40 %-Ziel ohne KE nicht erreichbar
0,4 0.35
Erneuerbare Nuklear
0.20
0,2
0.02 0.004 0.025
0,0
Braun- Stein- Öl Natur- Solar Wind Wasser Uran
kohle kohle gas (Photovoltaik)
Kernenergie, Wasser- und Windkraft praktisch CO2 frei
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 11CO2-Problematik verstärkt die wirtschaftliche Attraktivität
der Kernenergie als Grundlast-Technologie
Langfristige Erzeugungsvollkosten in Europa (Annahme)
100 in €/MWh
80
60 CO2 40 €/t
CO2 20 €/t
40
Brennstoff & variable Kosten
20 Fixe betriebliche Kosten
0 Kapitalkosten
CCGT Stein- Nuklear
kohle
Grundlast (8.000 h/a)
Quelle: Eigene Berechnung (2008).
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 12Verteilung weltweiter Energieressourcen
10,8%
10,8% 32,0% 28,6%
1,7% 3,5%
1,7% 3,5% 24,2%
0,0%
0,0%
24,8%
17,7% 7,6%
EU 25
EU25
EU 25
4,1% 3,9%
GUS
Nordamerika
North America
23,7%
3,6% 6,1% 0,0%
16,7%
16,7%
8,6%
8,6% 7,8%
7,8% 4,2%
4,2%
Asien
10,8% Afrika
4,3% 2,3% 4,7% Africa
Africa 63,2%
Südamerika 40,9%
32,4%
Anteile globaler Ressourcen Strategische Ellipse mit 70 % 0,0% 0,0%
der globalen Öl- und Gas- 9,9%
reserven. 0,4% 1,4%
Mittlerer Osten
Öl Gas Kohle
Oil Gas Coal Uran
Uran (gestrichelte Linie: 65 % der
weltweiten Reserven)
Australien
Gros der Gas- und Ölreserven in politisch sensitiven Regionen
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 13Stromproduktion und Kraftwerkseinsatz im E.ON-Netzbereich
Kraftwerkseinsatz / Windeinspeisung 01.11. - 30.11.2008
20.000
Laufwasser Braunkohle Kernenergie Wind Steinkohle Öl/Gas Speicher Pumpen
18.000
16.000
14.000
12.000
Leistung in MW
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
0
Sa 01.11.
So 02.11.
Mo 03.11.
Fr 07.11.
Di 04.11.
Mi 05.11.
Do 06.11.
Sa 08.11.
So 09.11.
Mo 10.11.
Fr 14.11.
Di 11.11.
Mi 12.11.
Do 13.11.
Sa 15.11.
So 16.11.
Mo 17.11.
Di 18.11.
Mi 19.11.
Do 20.11.
Fr 21.11.
Sa 22.11.
So 23.11.
Mo 24.11.
Di 25.11.
Mi 26.11.
Do 27.11.
Fr 28.11.
Sa 29.11.
So 30.11.
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 144. Sicherheitstechnische Anforderungen bei längeren
Laufzeiten
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 15Anlagensicherheit und Umweltverträglichkeit
Vorsorgeziele – Erfüllung der Anforderungen an den Betrieb
y Nationales Atomgesetz (AtG)
y Strahlenschutzverordnung (StrSchV)
y Sicherheitskriterien für Kernkraftwerke
y Leitlinien für die Auslegung von Druck- und Siedewasserreaktoren
Anlagenschutzziele und Umweltverträglichkeitsziele
y Kontrolle der Reaktivität
y Kühlung der Brennelemente
y Sicherer Einschluß der radioaktiven Stoffe
y Begrenzung der Auswirkungen auf die Umgebung
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 16Anlagensicherheit und Umweltverträglichkeit
Im Betrieb wird Anlagensicherheit und Umweltverträglichkeit erreicht durch:
ySicherheitstechnische Vorsorgemaßnahmen zur
y Gewährleistung des bestimmungsgemäßen Normalbetriebes
y Vermeidung und Begrenzung von Störungen
y Vermeidung und Beherrschung von Störfällen
yRisikominimierung
y Begrenzung der Auswirkungen von schweren Störfällen durch
Notfallmaßnahmen
y Begrenzung der Auswirkungen auf die Umgebung, ggf. auch durch
Katastrophenschutzmaßnahmen
In Praxis: Sicherheitsanspruch wird erreicht durch hohe Qualität in
der Technik, Organisation, Administration
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 17Sicherheit ist Voraussetzung für wirtschaftlichen Langzeitbetrieb
1.) Safety First
y Sicherer operativer Betrieb
y Permanente Investitionen in Sicherheitstechnik
y Kontinuierliche Aus-/Weiterbildung des
Personals
y Regelmäßige Audits zur Anlagensicherheit durch
interne und externe Experten
y Erfahrungsaustausch auf nationaler und
1.
internationaler Ebene
y Intensive und transparente Zusammenarbeit mit
Sicherheit
Aufsichtsbehörden
2.) Optimaler wirtschaftlicher
Betrieb der Anlagen
y Erreichen der Sicherheitsziele 2.
y und Zuverlässigkeit
schafft hohe Anlagenverfügbarkeit
Verfügbarkeit
y Sicherstellung der Grundlast-
versorgung auch bei hoher
Anlagenflexibilität
3.
Kosten
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 185. Anforderungen an die Anlagentechnik bei längeren
Laufzeiten:
…nach wie vor der
Erhalt des anforderungsgerechten Sollzustandes - d. h. des
bestimmungsgemäßen Zustandes
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 19Erhalt der Wirksamkeit und Zuverlässigkeit der Anlagentechnik
Potentiell notwendige Wirksamkeiten sicherheitsrelevanter Einrichtungen
Mechanische Bauwerke und Elektro- und Leit- Betriebsstoffe
Systeme Tragkonstruktionen technische Systeme
• Standsicherheit • Standsicherheit • Standsicherheit • Gebrauchs-
tauglichkeit
• Integrität • Gebrauchs- • Störfallfestigkeit
• Funktionalität tauglichkeit • Funktionalität
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 20Lebensdauer- und Alterungsmanagement
Definition eines neuen
Qualitätsstatus
LM Neuer Qualitätsstatus z.B. durch PSÜ,
Erfahrungsrückfluss,
Nachrüstung/Modifikation
Konzeptionelle, technologische Weiterentwicklung,
Weiterentwicklung des Standes der Technik
Einfluss auf AM
Sollzustand
Qualität aus Auslegung und Dokumentation
Fertigung bei Bauwerken Zeichnungen, Systemschaltpläne,
Diagramme, Qualitätsstatus, …
Systemen, Komponenten
Physikalische Alterung: Klärung der Zustandsveränderung.
Werteverzehr Ermüdung, Errosion, Korrosion, … Abweichungen vom Designstatus
(Alterungsmechanismen) oder Errichtungsqualitätszustand?
Qualitätsstatus
Bewertung des aktuellen
für den bestimmungsgemäßen
AM Qualitätsstatus
Zustand bei Betrieb im Hinblick auf zulässige
z. B. Ermüdung D ≤ 1.0 Abweichungen
Ereignis/ Schaden GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 21Ereignis-/ Vorkommnis- Management
Normalbetrieb
Einfluss auf AM
Reactive Instandhaltung,- setzung
Ereignis
Abweichung
Management
höhere Ausfallraten
Schadens-
Störungs-
und Prüfungen
Maßnahmen erforderlich
entwicklung
Bewertung des
Zustand erfüllt noch Qualitätsstatus und der
Störfallanforderungen Zuverlässigkeit und
Wirksamkeit
bei Störfällen
Schaden
Management
Schädigung Ausfall,
Störfall-
stark erhöhte Ausfallrate
Versagen
Zuverlässigkeit und
Schadenszustand Wirksamkeit bei
Störfällen nicht gegeben
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 225. Fokuspunkte für Langzeitbetrieb
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 23Fokuspunkte für die Anlagentechnik bei Langzeitbetrieb
y Absicherung der unterstellten Einwirkungen auf SSC´s (z. B durch PSÜ)
y Absicherung des zugesicherten Materialverhaltens von SSC´s
y Begrenzung des betriebsbedingten Werteverzehrs an SSC´s durch
adäquate Überwachung und anforderungsgerechte
- Wartung und Pflege der Anlagen
- Instandhaltung
- ggf. präventive Instandsetzungen
- oder Erneuerungen von SSC´s - soweit erforderlich - im Rahmen
eines adäquaten Lebensdauermanagements
y Ggf. Umsetzung technischer Verbesserungspotentiale aus
sicherheitstechnischen Analysen bei Angemessenheit
y Wirksames Alterungsmanagement mit Bewertung potentieller
physikalischer Alterungsmechanismen in den Strukturen
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 24Zu berücksichtigende Alterungsphänomene (Beispiele)
Korrosion
Ermüdung Errosion
Schwellen
Versprödung
Kriechen etc.
Einflussnahme auf der Widerstandsseite (SSC´s)
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 25Deutsche Anlagentechnik - KWU-Druckwasserreaktor
Elektrotechnik
Großmaschinen
RDB
Dampferzeuger
PKL + DH Leittechnik
andere Sicherheitssysteme wie z. B.
Not- und Nachkühlsysteme
Bauwerke
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 267. Technische Grenzen für die Laufzeit von KKW ?
y Die Anlagentechnik deutscher KKW ist durch ihr grundsätzliches Design so
konzipiert, dass ein sicherer Anlagenbetrieb von mindestens 40 Jahren
bestimmungsgemäß ist; dies unter der Voraussetzung, dass eine
ordnungsgemäße Betriebsführung mit entsprechender Instandhaltung der
Bauwerke, Systeme und Komponenten erfolgt.
y Eigene sicherheitstechnische Analysen von Anlagen weisen deutlich darüber
hinaus gehende Lebensdauerpotentiale aus.
y In Verbindung mit einem anforderungsgerechten Alterungs- und
Lebensdauermanagement ist auch ein über 40 Jahre hinaus gehender
Weiterbetrieb auf hohem Sicherheitsniveau möglich.
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 27Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit!
GRS-Fachforum-2010-Köln 25.02.2010 EKK-KKI-TL-Dr. Fs Folie 28Sie können auch lesen
