GRS FACHFORUM. Köln, 07./08. April Weiterentwicklungen bei der PSA als Instrument der Sicherheitsbewertung von Kernkraftwerken

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1 GRS FACHFORUM Köln, 07./08. April 2008 Weiterentwicklungen bei der PSA als Instrument der Sicherheitsbewertung von Kernkraftwerken Dr. Marina Röwekamp GRS Fachforum, 07./08. April 2008

2 Inhalt PSA als ein Bewertungsinstrument der Sicherheitsüberprüfung Notwendigkeit der PSA als ergänzendes Instrument zur Sicherheitsbeurteilung Voraussetzungen für die Nutzung der PSA als Bewertungsinstrument Sicherheitsrelevante Entwicklungen mit Bedeutung für die PSA-Anforderungen Beispiele für den Forschungs- und Entwicklungsbedarf in der PSA Vier-Säulen-Konzept der GRS zur PSA GRS Fachforum, 07./08. April

3 PSA als ein Bewertungsinstrument der SÜ (1) Unverzichtbares Instrument bei der Sicherheitsbeurteilung von Kernkraftwerken in Ergänzung zu deterministischen Bewertungen PSA führt Kenntnisse über Anlagenauslegung und Betriebsweisen, Betriebserfahrung, Erkenntnisse der Reaktorsicherheitsforschung und allgemeinen wissenschaftlich-technischen Sachverstand zu einer Gesamtbewertung des Sicherheitszustandes zusammen GRS Fachforum, 07./08. April

4 PSA als ein Bewertungsinstrument der SÜ (2) PSA der Stufe 1 ermittelt die (zu erwartende) Häufigkeit nicht beherrschter Störfallabläufe, die zum Kernschaden führen PSA der Stufe 2 untersucht - aufbauend auf Stufe 1 - die Funktion des Sicherheitseinschlusses bei einem Unfall mit Kernschäden und ermittelt die Häufigkeit unterschiedlicher Versagensarten des Sicherheitsbehälters sowie das Ausmaß und die näheren Umstände der Freisetzung von Radionukliden PSA der Stufe 3 ermittelt - ausgehend von den Ergebnissen der Stufe 2 - Ausmaß und Häufigkeit der durch die Radionuklide verursachten Schäden ( Risikoanalyse ) GRS Fachforum, 07./08. April

5 Notwendigkeit der PSA als ergänzendes Instrument zur Sicherheitsbeurteilung PSA liefert belastbare Grundlagen für Entscheidungen über Notwendigkeit und Nutzen sicherheitstechnischer Verbesserungen PSA ist seit Neufassung des AtG 2002 obligatorischer Bestandteil der (Periodischen) Sicherheitsüberprüfung (SÜ) und damit ein Instrument der atomrechtlichen Aufsicht GRS Fachforum, 07./08. April

6 Voraussetzungen für die Nutzung der PSA als Bewertungsinstrument Für die Akzeptanz der PSA sind Methoden nach internationalem Stand von Wissenschaft und Technik unabdingbar Für die Weiterentwicklung dieser Methoden sind auch weiterhin Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in Deutschland notwendig GRS Fachforum, 07./08. April

7 Bundeseinheitliche vergleichende Betrachtung der PSA als Bewertungsinstrument Ermittlung der Qualität von im Rahmen der SÜ durchgeführter PSA anhand der Vorgaben des aktuellen PSA-Leitfadens unter Berücksichtigung des aktuellen Standes von Wissenschaft und Technik Überprüfung der Eignung der Vorgaben zur Erstellung der PSA Empfehlungen zur Fortschreibung des Leitfadens Empfehlungen zu methodischen Weiterentwicklungen in der PSA GRS Fachforum, 07./08. April

8 Sicherheitsrelevante Entwicklungen mit Bedeutung für die PSA-Anforderungen Software-basierte Leittechnik ersetzt zunehmend konventionelle Leittechnik und wird in absehbarer Zeit auch Aufgaben in der höchsten Sicherheitskategorie (Reaktorschutz) übernehmen Betriebserfahrung zeigt sicherheitstechnische Bedeutung bisher nicht untersuchter auslösender Ereignisse sowie Einflüsse der Organisation und des Sicherheitsmanagements Das im Rahmen einer Sicherheitsbeurteilung zu untersuchende Aufgabenspektrum des Personals hat sich erweitert (u.a. Eingriffe in Situationen, für die keine Prozeduren vorliegen) Umfang und Detaillierungsgrad durchzuführender Untersuchungen erweitern sich (u.a. EVI/EVA, Störfälle im NLB, Anlagenverhalten in Unfallsituationen) GRS Fachforum, 07./08. April

9 1. Software-basierte Leittechnik (1) Software-basierte Leittechnik wird in naher Zukunft auch in Kernkraftwerken die fest verdrahtete analoge Leittechnik ablösen Software-basierte digitale Leittechnik unterscheidet sich von fest verdrahteter Leittechnik - in Struktur und Funktionsweise - und damit in Ausfallverhalten und Auswirkungen von Fehlern Die Verwendung software-basierter Leittechnik führt auch an der Mensch-Maschine-Schnittstelle (insbesondere in Warte und bei Instandhaltung des Systems) zu sicherheitsrelevanten Änderungen GRS Fachforum, 07./08. April

10 1. Software-basierte Leittechnik (2) Für die realistische Zuverlässigkeitsbewertung sicherheitstechnisch relevanter software-basierter Leittechnik reicht eine Aufteilung des Systems - wie bei Fehlerbaumanalysen - in unabhängige Komponenten und Bestimmung von deren Ausfallwahrscheinlichkeiten nicht aus Das System mitsamt seinen zeitabhängigen Wechselwirkungen sowie seinen immanenten Selbstüberwachungen und Reparaturfunktionen muss in der PSA modelliert werden - Hardware: Bewertung methodisch entwickelbar, F&E begonnen - Software: derzeit noch keine Methodik vorhanden Daten liegen bisher weitgehend nur außerhalb der Kerntechnik vor GRS Fachforum, 07./08. April

11 2. Methoden der dynamischen PSA (1) Einsatz von Methoden der dynamischen PSA zur Modellierung zeitabhängiger Wechselwirkungen zwischen Personalhandlungen, System- und Prozessverhalten und stochastischen Einflüssen, wie z.b.: - Modellierung digitaler Leittechnik - Validierung von Notfallprozeduren - Simulation von Personalhandlungen als dynamischer Prozess Weiterentwicklung der in der GRS entwickelten Methodik zur Durchführung einer dynamischen PSA (Benutzeroberfläche, Reduzierung des Rechenaufwands, Schnittstelle zu deterministischen Rechencodes, etc.) GRS Fachforum, 07./08. April

12 2. Methoden der dynamischen PSA (2) Vergleich von Ergebnissen der dynamischen PSA mit denen der konventionellen PSA-Methodik und Quantifizierung der Modellunsicherheit aufgrund der vereinfachten Modellierung in den Ereignis- und Fehlerbaumanalysen Entwicklung einer Methodik zur Durchführung von Unsicherheitsund Sensitivitätsanalysen im Rahmen einer dynamischen PSA unter Beachtung eines praktikablen Rechenaufwands GRS Fachforum, 07./08. April

13 3. Berücksichtigung bisher nicht untersuchter auslösender Ereignisse (1): Einwirkungen von Überspannung Betriebserfahrung (u.a. Forsmark-Ereignis) zeigt sicherheitstechnische Bedeutung der Einwirkungen von Überspannung Einwirkungen von Überspannung auf sicherheitsrelevante Anlagenteile eines Kernkraftwerkes werden derzeit noch nicht in PSA berücksichtigt Methodenentwicklung zu - Überspannungen durch die elektrischen Anlagen selbst (Netzfehler, Regelungen, Schaltvorgänge) - Überspannung durch Blitzeinwirkungen mit Einkopplung in die Leittechnik (höher frequente Spannungen) GRS Fachforum, 07./08. April

14 3. Berücksichtigung bisher nicht untersuchter auslösender Ereignisse (2): Berücksichtigung wissensbasierter Personalhandlungen (1) Methoden zur Berücksichtigung von Personalhandlungen in der PSA beinhalten noch keine wissensbasierten Handlungen, d.h. nicht (durch Ausbildung oder Prozeduren, wie BHB) vorgeplante, zur Störfallbeherrschung erforderliche Personalhandlungen, die situationsspezifische Entscheidungen erfordern Erfordernis einer Methodik zur Identifizierung wissensbasierter Handlungen des Personals und wesentliche Randbedingungen für die Ausführung solcher Handlungen GRS Fachforum, 07./08. April

15 3. Berücksichtigung bisher nicht untersuchter auslösender Ereignisse (2): Berücksichtigung wissensbasierter Personalhandlungen (2) Bereitstellung eines Modells zur Beschreibung und Wertung kognitiver Prozesse bei der Identifikation, Planung und Auswahl einer wissensbasierten Handlung Notwendigkeit von Daten für wissensbasierte Handlungen in Kernkraftwerken GRS Fachforum, 07./08. April

16 3. Berücksichtigung bisher nicht untersuchter auslösender Ereignisse (3): Bewertung organisatorischer Einflüsse Erheblicher Einfluss derzeit noch nicht in der PSA modellierter leistungsbeeinflussender und damit auch organisatorischer Einflussfaktoren auf die Wahrscheinlichkeit von Fehlhandlungen Organisatorische Faktoren umfassen Konzepte, nach denen der Betreiber Arbeitsaufgaben und Arbeitssysteme im KKW gestaltet und die Qualität der durchgeführten Arbeiten überwacht Einbezug in die probabilistische Personalhandlungsbewertung - der dafür zuständigen Arbeitssysteme des Kraftwerks, - der Maßnahmen zur Gestaltung, Implementierung, Überwachung und Modifikation von Personalhandlungen im Rahmen des Sicherheitsmanagements sowie - der möglichen übergreifenden Auswirkungen (auf andere Arbeitssysteme) GRS Fachforum, 07./08. April

17 4. Methoden und Daten für EVI und EVA (1): Leck- und Bruchhäufigkeiten druckführender Komponenten Notwendigkeit der Erweiterung von Methoden zur Ermittlung von Leck- und Bruchhäufigkeiten druckführender Komponenten infolge umfangreicher neuerer Erkenntnisse aus der Betriebserfahrung Methodenerweiterung um - Schnittstelle zwischen Anwendung statistischer Modelle mit Bayes schen Ansätzen und Strukturzuverlässigkeitsmodellen - Ansätze zur Berücksichtigung und differenzierten Bewertung der Einflüsse verschiedener Schädigungsmechanismen, sowie von Prüfkonzepten und Lerneffekten - Entwicklung geeigneter Strukturzuverlässigkeitsmodelle für Behälter GRS Fachforum, 07./08. April

18 4. Methoden und Daten für EVI und EVA (2): Seismische PSA Erforderliche methodische Konkretisierungen von Vorgaben für die Ermittlung erdbebenkritischer Anlagenteile sowie die Ermittlung erdbebenbedingter Versagenswahrscheinlichkeiten bzw. Versagenskurvenscharen Weiterentwicklung des Verfahrens zur Auswahl relevanter Bauwerke, Systeme und Komponenten Erarbeitung eines Verfahrens zur Klassifizierung von Bauwerken, Systemen und Komponenten im Hinblick auf ihre Risikorelevanz bei seismischen Einwirkungen Modellierung erdbebenbedingter Ereignisabläufe unter Berücksichtigung seismischer Abhängigkeiten GRS Fachforum, 07./08. April

19 4. Methoden und Daten für EVI und EVA (3): Weitere EVI und EVA Erarbeitung eines integralen Werkzeugs zur vollständigen Erfassung und probabilistischen Bewertung des gesamten Ereignisablaufs für das Ereignis unfallbedingter Flugzeugabsturz unter Berücksichtigung von Absturzhäufigkeit und -vorgang, mechanischer Gebäudebelastung, Treibstoffbrand außerhalb wie innerhalb von Gebäuden, Systemausfällen und Quelltermanalyse einschließlich Unsicherheits- und Sensitivitätsanalysen Berücksichtigung wesentlicher Einwirkungen von innen und außen unter den veränderten Randbedingungen bei Betriebsphasen mit abgeschalteter Anlage (Brand, interne Überflutung, Explosionsdruckwelle, extreme Wasserstände, Erdbeben, Flugzeugabsturz) GRS Fachforum, 07./08. April

20 5. Konsistente Berücksichtigung epistemischer Unsicherheiten aus verschiedenen Quellen in Verteilungen von Zuverlässigkeitskenngrößen 6. Methoden zur konsistenten Berücksichtigung von GVA in der PSA GRS Fachforum, 07./08. April

21 Vier-Säulen-Konzept der GRS zur PSA Erprobung Werkzeuge Neue Methoden Weiterentwicklung die die Füllungen Füllungen in in den den Säulen Säulen zeigen zeigen den den Stand Stand der der Entwicklung Entwicklung Säule Säule 4: 4: Erprobung Erprobung der der weiterentwickelten weiterentwickelten Methoden Methoden und und Werkzeuge Werkzeuge in in einer einer Referenz-PSA Referenz-PSA Säule Säule 3: 3: Verbesserung Verbesserung der der Werkzeuge Werkzeuge zur zur effizienten effizienten Durchführung Durchführung von von PSA PSA bis bis zur zur Stufe Stufe 2 Säule Säule 2: 2: Abbau Abbau bestehender bestehender methodischer methodischer Defizite Defizite durch durch die die Entwicklung Entwicklung neuer neuer Methoden Methoden Säule Säule 1: 1: Weiterentwicklung Weiterentwicklung derzeit derzeit in in Deutschland Deutschland verfügbarer verfügbarer PSA-Methoden PSA-Methoden entsprechend entsprechend internationalem internationalem Stand Stand von von Wissenschaft Wissenschaft und und Technik Technik GRS Fachforum, 07./08. April