Separates Brennelement-Nasslager im Kernkraftwerk Gösgen-Däniken

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1 Separates Brennelement-Nasslager im Kernkraftwerk Gösgen-Däniken TELEPERM XS Training Program

2 Inhalt 1 Überblick 2 Die Gebäude 2.1 Brennelement-Lagergebäude 2.2 Systemtrakt 2.3 Trockenkühltürme 2.4 Bautechnische Anforderungen 3 Sicherheit und Schutz 3.1 Schutz gegen Brand 3.2 Schutz gegen Einwirkungen von außen Flugzeugabsturz Erdbeben 3.3 Strahlenschutz 4 Die Kühlung des Brennelement-Lagerbeckens 5 Die Lagerung der Brennelemente 6 Die Abläufe bei der Brennelement-Einlagerung 7 Umweltverträglichkeitsprüfung 2 Herausgeber: Framatome ANP GmbH Freyeslebenstraße Erlangen, Germany Weitere Informationen: Reinhold Klaus NGPNG Tel.: Fax: reinhold.klaus@framatome-anp.com

3 1 Überblick Das Kernkraftwerk Gösgen- Däniken liegt im Kanton Solothurn am Südufer der Aare zwischen Olten und Aarau Das vorhandene Becken für die Lagerung abgebrannter Brennelemente im Reaktorgebäude des schweizerischen Kernkraftwerks Gösgen-Däniken verfügt über eine Kapazität, die eine Zwischenlagerung von bis zu fünf Jahren erlaubt. Die Lagerkapazität erreicht in den nächsten Jahren ihre Grenzen. Sie kann jedoch durch ein separates Nasslager erweitert werden. Eine besondere Eigenschaft dieses neuen Nasslagers ist die weitestgehend passive Kühlung des Lagerbeckens mit Naturumlauf, das heißt ohne Zuhilfenahme von aktiven Komponenten wie Pumpen. Dieses Konzept ist sicherheitstechnisch vorteilhaft und ermöglicht einen wirtschaftlichen Betrieb. Das neue Nasslager wird auf dem Gelände der Anlage Gösgen- Däniken nordwestlich des Abluftkamins, westlich der Strasse am Reaktorhilfsanlagengebäude und östlich des Kraftwerkszauns errichtet werden. Durch die unmittelbare Nähe zum Reaktorhilfsanlagengebäude können einige Systeme z. B. für vollentsalztes Wasser (Deionat) und Lüftung mitbenutzt werden, solange das Kraftwerk in Betrieb ist. Erst bei Stilllegung des Kernkraftwerkes werden diese Systeme nachgerüstet, um dann für das Nasslager einen voll autarken Betrieb zu ermöglichen. 3

4 Nasslager Position des neuen separaten Nasslagers auf dem Areal des Kernkraftwerkes Gösgen-Däniken Im Endausbau fasst das Nasslager bis zu 1000 Brennelemente. Es können sowohl Uran-Brennelemente als auch Mischoxid- Brennelemente eingelagert werden. 2 Das Nasslager soll seinen Betrieb Anfang 2007 aufnehmen. Die Gebäude Das neue Nasslager für abgebrannte Brennelemente besteht aus dem Brennelement-Lagergebäude, dem angebauten Systemtrakt mit Passerelle sowie zwei Trockenkühltürmen. Nasslager Kühlturm Nasslager Brennelement- Lagergebäude Nasslager Systemtrakt mit Übergang Nasslager Kühlturm Hilfsanlagengebäude Die Gebäude des neuen Nasslagers für abgebrannte Uranund Mischoxid-Brennelemente Schaltanlagengebäude 4

5 Schnitt durch den Innenbereich des Brennelement-Lagergebäudes 2.1 Brennelement-Lagergebäude Das Lagergebäude dient der sicheren Lagerung abgebrannter Brennelemente. Neben einem Lagerbecken und einem Behälterbecken sind dort auch wesentliche Systeme für den Betrieb sowie die für die Lagerung notwendigen Handhabungseinrichtungen untergebracht. Das kubische Gebäude aus Stahlbeton hat eine Grundfläche von 17 m x 35,5 m, eine Gesamthöhe von 25 m und gründet rund 8 m tief. Das Bauwerk wird innerhalb einer Umfassungswand aus überschnittenen Bohrpfählen erstellt. Durch diese Bohrpfähle wird die entsprechende Standsicherheit für außergewöhnliche Einwirkungen (siehe Kapitel 2.4) gewährleistet. 2.2 Systemtrakt Der Systemtrakt, ein rechtwinkliger Dreieckanbau am Brennelement-Lagergebäude, erfüllt ausschließlich betriebliche Funktionen. In den Geschossen des Systemtrakts sind z.b. Räume für die Lüftungsanlage, die betriebliche Elektro- und Leittechnik und den örtlichen Leitstand vorhanden. Das Personal erreicht das Brennelement-Nasslager über die Passerelle, die das Reaktorhilfsanlagengebäude mit dem Systemtrakt verbindet. Von dort gibt es einen Zugang in das Brennelement- Lagergebäude. Durch die Lüftungsanlagen wird ein Unterdruck im Systemtrakt sowie im Brennelement-Lagergebäude sichergestellt, sodass keinerlei luftgetragene Aktivität nach außen in die Umgebung gelangen kann. 5

6 2.3 Trockenkühltürme An den beiden Stirnseiten des Brennelement-Lagergebäudes befindet sich je ein Trockenkühlturm. Jeder Kühlturm mit einer Grundfläche von 9 m x 13 m beinhaltet im Wesentlichen die Wärmetauscher und Ventilatoren des Beckenkühlsystems. Mit einer Höhe von 24,5 m sind die ebenerdig gegründeten Kühlturmbauwerke knapp einen halben Meter niedriger als das Brennelement- Lagergebäude. 2.4 Bautechnische Anforderungen Bei der Auslegung der Bauwerke werden neben den betrieblichen Einwirkungen (z. B. Eigenlasten, Auflasten) und den klimatischen Bedingungen (z. B. Wind und Schnee) auch außergewöhnliche Einwirkungen, so genannte Einwirkungen von außen (Erdbeben, Hochwasser, Flugzeugabsturz, Explosionsdruckwelle), berücksichtigt. Die einzelnen Einwirkungen werden abhängig von der Gleichzeitigkeit ihres Auftretens überlagert und bei der Dimensionierung der Bauwerke zugrunde gelegt. 3 Sicherheit und Schutz An die Sicherheit des neuen Brennelement-Nasslagers in Gösgen- Däniken werden höchste Anforderungen gestellt. Alle Einrichtungen zur Lagerung von abgebrannten Brennelementen werden so ausgeführt, dass für die gelagerten Brennelemente im bestimmungsgemäßen Betrieb sowie bei Betriebsstörungen oder Störfällen die Unterkritikalität sichergestellt ist, die Nachzerfallsleistung abgeführt wird und eine unzulässige Strahlenexposition der Bevölkerung oder des Betriebspersonals verhindert wird. Diese Ziele werden durch ein gestaffeltes Sicherheitskonzept mit Maßnahmen zur Störfallverhinderung und Störfallbeherrschung sowie Maßnahmen zur Risikominimierung erreicht. 3.1 Schutz gegen Brand Die Brandschutzmassnahmen werden auf Basis der gesetzlichen Vorschriften, Regelwerke und Richtlinien gemäß VKF (Vereinigte Kantonale Feuerversicherung) festgelegt, mit dem Ziel: Brände zu verhindern bzw. ihre Ausbreitung zu begrenzen Brände frühzeitig zu erkennen, um eine schnelle und effektive Brandbekämpfung zu ermöglichen. 6

7 Durch bautechnische sowie anlagentechnische Schutzmaßnahmen werden diese Vorgaben realisiert. Beispielsweise werden das Brennelement-Lagergebäude, der Systemtrakt und die beiden Kühltürme als Brandabschnitte voneinander getrennt und auch innerhalb der Gebäude selbst werden einzelne Bereiche als weitere Brandabschnitte ausgeführt. 3.2 Schutz gegen Einwirkungen von außen Das Konzept zum Schutz der Anlage gegen Einwirkungen von außen besteht aus aufeinander abgestimmten Kombinationen von organisatorischen, anlagentechnischen und baulichen Schutzmaßnahmen, die den sicherheitstechnischen Anforderungen des Nasslagers Rechnung tragen. Je nach Art der äußeren Einwirkung ergeben sich unterschiedliche Schutzmaßnahmen: Das Erdbeben ist ein großflächiges Ereignis und wirkt auf alle Anlagenteile und auf die Umgebung des Nasslagers. Der Flugzeugabsturz und dadurch hervorgerufene Erschütterungen, die Wirkung von Flugzeugtrümmern und Treibstoffbrand stellen eine örtlich begrenzte Einwirkung für das Nasslager dar. Außer Erdbeben und Flugzeugabsturz werden auch die Einwirkungen Explosionsdruckwelle, Hochwasser, Blitz, Wind, Eis, Schnee und Brand außerhalb des Nasslagers auf das Nasslager betrachtet Flugzeugabsturz Obwohl das Aktivitätsinventar des Nasslagers wesentlich geringer ist als das von Leistungsreaktoren, wird bei der Auslegung die Richtlinie HSK-R-102/d, wie sie für Kernkraftwerke Gültigkeit hat, zugrunde gelegt. Das Brennelement-Lagergebäude wird baulich gegen Flugzeugabsturz gesichert. Die Außenstrukturen des Gebäudes werden in Vollschutzdicke (mindestens 1,5 m) ausgelegt. Zur Reduzierung der induzierten Erschütterungen bei Flugzugabsturz insbesondere auf das Brennelement-Lagerbecken und die Gestelle mit den Brennelementen sind die inneren Gebäudestrukturen von den Außenwänden getrennt. Erschütterungen sind somit nur über die Fundamentplatte übertragbar, werden jedoch über ein Feder- Dämpfersystem vermindert. 7

8 3.2.2 Erdbeben Bei Auftreten von Erdbeben werden die Einrichtungen des Nasslagers durch induzierte Erschütterungen beansprucht. Durch eine entsprechende Auslegung wird die Sicherheit des Nasslagers gewährleistet. Die Kritikalitätssicherheit der Brennelemente wird durch den Erhalt der Gestell-Geometrie sichergestellt. Zur Kühlung der Brennelemente ist eine ausreichende Wasserüberdeckung vorhanden, die durch die Integrität des Brennelement-Lagerbeckens sichergestellt wird. Die Nachwärmeabfuhr erfolgt über das passive Beckenkühlsystem. Der Aktivitätseinschluss wird durch die Standsicherheit der Brennelement-Lagergestelle und die Integrität der Brennelemente sowie des Beckens gewährleistet. 3.3 Strahlenschutz Das Strahlenschutzkonzept ist auf die Richtlinien der schweizerischen Aufsichtsbehörden ausgerichtet und hier insbesondere auf die HSK-Richtlinie R-07 und die HSK-Richtline R-11. Sowohl für den normalen Betrieb des Nasslagers als auch für denkbare Störfälle werden die Sicherheitsanforderungen zum Schutz des Kraftwerkspersonals und der in der Umgebung der Anlage lebenden Bevölkerung erfüllt. Die realen radioaktiven Ableitungen mit Luft und Wasser aus der Anlage Gösgen werden durch die konservativ berechneten Ableitungen aus dem Nasslager nur geringfügig erhöht und die zulässigen Grenzwerte für radioaktive Abgabe mit Wasser und Luft bei weitem unterschritten. Eine potenzielle durch das Nasslager verursachte Strahlenexposition von Personen in der Umgebung ist daher vernachlässigbar gering. 4 Die Kühlung des Brennelemente-Lagerbeckens Aufgabe des Beckenkühlsystems ist die Nachwärmeabfuhr aus dem Brennelement-Lagerbecken im Normalbetrieb und nach Störfällen. Das Beckenkühlsystem besteht aus vier symmetrisch aufgebauten unabhängigen Strängen, wobei jeweils zwei Stränge einem Kühlturm zugeordnet sind. Als Kühlmittel im Lagerbecken dient Deionat. Über einen Zwischenkühlkreislauf, der betrieblich als auch nach Störfällen im Naturumlauf arbeitet, wird die Wärme nach außen in die Umgebung transportiert. Das Zwischenkühlmittel 8

9 Kühlturm II Kühlturm I Lagerbecken Schematische Darstellung des Beckenkühlsystems Aufbau des Beckenkühlsystems mit einem der beiden Kühltürme (Deionat mit Frostschutz) strömt dabei über im Lagerbecken eingehängte Wärmetauscher und weiter zu den beiden Kühltürmen, wo es über Wasser-Luft-Wärmetauscher die Wärme an die Luft mittels Naturzug abgibt. Nur bei fast vollem Brennelement-Lagerbecken und bei sehr hohen Umgebungstemperaturen wird die Luftzirkulation im Kühlturm mittels Ventilatoren unterstützt. Aufgrund der passiven Funktionsweise des Beckenkühlsystems bei Störfällen ist eine Notstromversorgung ausschließlich für die sicherheitstechnisch wichtige Instrumentierung erforderlich. Diese wird über eine unterbrechungsfreie Stromversorgung bestehend aus Batterien gewährleistet. Die sicherheitstechnisch wichtigen Messwerte für Temperatur und Füllstand im Lagerbecken sowie der Druck im Kühlsystem werden im Kommandoraum des Kernkraftwerkes und zusätzlich örtlich angezeigt. Aufgrund der Niederdruckauslegung und der Qualität des viersträngigen Beckenkühlsystems sowie der passiven Funktionsweise ist von einem Ausfall nicht auszugehen. Unabhängig davon steht aber für sehr unwahrscheinliche Ereignisse zusätzlich ein Accident-Management-System zur Verfügung. 9

10 5 Die Lagerung der Brennelemente Im Lagerbecken werden die Brennelemente in Kompaktlagergestellen gelagert. Durch die natürliche Konvektion im Lagerbecken wird das Lagergestell von unten durchströmt und die Brennelemente werden gekühlt. Die Brennelemente sind im Lagergestell so angeordnet, dass aufgrund des gegenseitigen Abstands der Brennelemente und der Neutronen absorbierenden Absorberschächte in den Lagergestellen die Unterkritikalität immer gewährleistet ist. Blick auf ein Nasslagerbecken während der Einbringung eines Kompaktlagergestelles Im Becken integrierte Reinigungssysteme reinigen das Beckenwasser, damit bei der Handhabung der Brennelemente gute Sichtverhältnisse für die Betriebsmannschaft gegeben sind. Um die Aktivitätskonzentration und damit die Dosisleistung auf der Bedienbühne und am Beckenrand zum Schutze des Betriebspersonals gering zu halten, steht bei Bedarf eine Filtereinrichtung zur ionalen Reinigung des Beckenwassers zur Verfügung. 6 Die Abläufe bei der Brennelement-Einlagerung Die Brennelemente werden aus dem Kraftwerk über das betriebsinterne Schienensystem auf einem Schwerlasthofwagen in den üblichen Brennelement-Transportbehältern angeliefert, wobei sowohl Nass- als auch Trockentransporte realisiert werden können. Die Transportbehälter werden horizontal liegend in das Brennelement-Lagergebäude gefahren. Die Einlagerung von abgebrannten Brennelementen Im Eingangsbereich wird der Transportbehälter senkrecht aufgerichtet und in dieser Position über eine Deckenluke auf den Beckenflur und von da in das Behälterbecken gebracht. Mit einer Brennelement-Handhabungsvorrichtung, die von einer Brücke aus bedient wird, werden die Brennelemente aus dem Transportbehälter entladen. 7 Umweltverträglichkeitsprüfung Es wurde eine Umweltverträglichkeitsprüfung mit positivem Ergebnis durchgeführt. Durch den Betrieb des Nasslagers ergeben sich keine Auswirkungen auf die Umgebung. 10