Seebeben und Tsunami. und. Kernkraftwerk Fukushima Daiichi

Transkript

1 1 Seebeben und Tsunami in Japan am 11. März 2011 und Konsequenzen für das Kernkraftwerk Fukushima Daiichi Dr.-Ing. Ludger Mohrbach

2 Stromversorgungssystem Nord Honshu 2 Systemgrenze 50 / 60 Hz südlich Tokio Drei Frequenzumrichter mit insgesamt nur 1 GW. Erdbebenbedingter Ausfall vieler konventioneller Kraftwerke und aller Kernkraftwerke (11 Blöcke an 4 Standorten, Schnellabschaltung TEPCO Gesamtlast: 41 GW Verbliebene Kapazität: 31 GW Versorgungslücke: 10 GW

3 3 Das Tohoku Seebeben Epizentrum 38 3 N 38,3 N, ,4 4 E E Entfernungen Onagawa 90 km F-Daiichi 160 km F-Daini 170 km Tokai 260 km Sendai 150 km Magnitude: Maß für die am Epizentrum freigesetzte Energie. Intensität: Maß für die Stärke der Erschütterungen an einem bestimmten Ort. Quellle: GRS, 2011 F: Fukushima Zeitangaben in Ortszeit (Japan Standard Time)

4 4 Das Tohoku Seebeben Tektonik 83 mm/a Wassertiefe Z 7 bis 8 km Hypozentrum ZH 20 bis 25 km Maximalversatz Dmax 17 bis 25 m 1) D Riß Rißgeschwindigkeit h i di k it v 2 km/s Bruchfläche A 500 km 100 km Abschätzung des bewegten Wasservolumens V A ¼ D 500 km 100 km 2,5 m = 125 km3 Vertikalversatz D 7 bis 10 m Konsequenz: Plötzliche Verlagerung eines großen Wasservolumens Tsunami. Quelle: Dr. Hein Meidow, Köln, ) im tiefen Untergrund

5 Das Tohoku Seebeben Beschleunigungen 5 Maximalbeschleunigungen 3D-Resultierende: g 2000 Beschleunigung 1 ) in cm/s 2 Fukushima Horizontal Vertikal N-S O-W Daiichi Daiichi Daiichi Daiichi Daiichi Daiichi Auslegungsüberschreitend Auslegungsüberschreitend 500 Auslegung cm/s 2 Daini Daini Daini Daini :46 Uhr 11. März 2011 Auslegung Resa 2 ) 135 to Auslösender Grenzwert Gemessene Beschleunigungen waren um bis zu 26 % höher als die Auslegungswerte für Fukushima Daiichi ( 10 % für Onagawa). Quellen: Nied, Wano Tokyo, Tepco, 2011 N-S: Nord-Süd O-W: Ost-West 1 ) maximal, vorläufige Daten 2 ) Resa: Reaktorschnellabschaltung

6 Tsunami Anfängliche Auswirkungen 6 Fukushima Daiichi Tsunami 46 m 4 bis 5 m Überflutungshöhe in den pazifikseitigen Bereichen des Reaktorgebäudes und des Maschinenhauses. h Quelle: Tepco, 2011

7 Tsunami Anfängliche Auswirkungen 7 Fukushima Daini während der Überflutung vorher 2 bis 3 m Überflutungshöhe im Bereich der Reaktorgebäude. Quelle: Tepco, 2011

8 Fukushima Daiichi Unit Leistung Status 1 ) MWe Betrieb MWe Betrieb MWe Betrieb MWe Revision MWe Revision MWe Revision 1 ) Vor dem Erdbeben Source: Nuclear Engineering Handbook, 2010

9 Fukushima Daiichi Höhenprofil 9 Tsunami-Schutzwall Ursprüngliche Auslegung maximale Wellenhöhen von 3,1 m. Nachbesserung 2002 maximale Wellenhöhen von 5,7 m. Sicherheitsreserve 4,3 m durch Fundamenthöhe von 10 m. Quelle: Janti, 2011 Alle Höhenangaben beziehen sich auf den Referenzwasserstand in der Onahama-Bay

10 Tsunami Schäden in Fukushima Daiichi 10 Vor dem Tsunami Nach dem Tsunami und den H 2 -Explosionen Schweröltanks Fehlende Tanks Verlagerter Tank? Quelle: Wano PC, Barrwood, 2011

11 Tsunami Schäden in Fukushima Daiichi 11 Abluftkamin Intaktes Tepco-Logo Überflutung bis zu dieser Linie Beschädigtes Tor Pumpen Offenes Tor Kabeltunnel Einlauf Quellen: Janti, Digital Globe, 2011

12 Fukushima Daiichi Design von Block 1 12 Abklingbecken Beckenflur Stahlhüllkonstruktion Reaktorgebäude Betoncontainment Reaktordruckbehälter Reaktordesign: BWR-3 Containmentdesign: Mark-I Primäres Containment Drywell Kondensationskammer Wetwell Quellen: NRC, General Electric,

13 Notkühlsysteme 13 1) Residual Heat Removal System 2) Low-Pressure Core Spray (LOCA) 3) High-Pressure Coolant Injection (LOCA) 4) Reactor Core Isolation Cooling (Unit 2/3: BWR-4) 5) Isolation Condenser (Unit 1: BWR-3) 6) Borating System 1) Pumpenergie erforderlich 4) 5) 3) Pumpenergie 2) erforderlich 6) Source: AREVA NP, March 24, 2011 LOCA: Loss of Coolant Accident

14 Ablauf 14 Blöcke 1 bis 3: Keine H2- Rekombinatoren für Unfallbedingungen g Wasserstoffexplosionen Beckenflur (1 und 3) Zerstörung der Wände Betonstrukturen wahrscheinlich intakt Partielle Kernzerstörung Ausdampfen Abklingbecken 1-4 Source: AREVA NP, March 24, 2011

15 Fukushima Daiichi Anlagenstatus 15 Unit Status vor dem Erdbeben Zustand des Reaktorkerns Temperatur des RDB, außen Containment Strom, extern im Abklingbecken Reaktor- gebäude Wasserstand im RDB Druck im RDB beschädigt 250 C 128 C In Betrieb Resa schwer beschädigt 180 C 450 C beschädigt 90 C (?) 150 C 2 bar, 1 bar, 1 bar, beschädigt beschädigt beschädigt schwer beschädigt 40 % (?) freigelegt 5bar bar, abnehmend wiederhergestellt, plus Kontrollraumbeleuchtung leicht beschädigt 30 % (?) freigelegt Revision schwer beschädigt 50 % (?) freigelegt < 1 bar (?) 1 bar (?) Revision Revision Kaltabschaltung Abklingbecken Süßwasser, Betonpumpe Meer- und Süßwasser, Beckenkühlung Meer- und Süßwasser, Betonpumpe Meer- und Süßwasser, Betonpumpe 32 C, 24 C Pumpe repariert Quelle: IAEA, 2. April 2011 schwer beschädigt Schäden vermutet keine unmittelbaren Schäden vermutet

16 Opfer in Fukushima 16 Vorläufige Angaben bis zum 16. Mai 2011: 5 Tote: 2 in Daini Seebeben bedingt, 2 in Daiichi zunächst vermisst, 3. April 2011 tot t aufgefunden f (Tsunami), 1 in Daiichi kollabiert bei Aufräumarbeiten (>60 Jahre) 20+ Personen verletzt (hauptsächlich durch Wasserstoffexlosionen), Weniger als 30 Personen: Strahlendosen von 100 bis < 180 msv incl. 3 Arbeiter, die am 1. April 2011 versucht hatten, im überfluteten Daiichi-2 Kabel zu verlegen. 0 Personen: Strahlendosis von mehr als 250 msv (250 msv: Ein zusätzlicher später Krebsfall unter 100 Personen).

17 Offene Fragen 17 Ist Fukushima Daiichi eine Frage des Restrisikos der Kernenergie? Datum Zielregion Erdbeben 1 ) Tsunami 2 ) Analyse historischer sc Daten Datum Zielregion Erdbeben 1 ) Tsunami 2 ) Japan M = 9,0 23 m Kurilen M = 8,3 11 m Japanisches Meer M = 7, m Noshiro M = 7, m Kii-Halbinsel M = 8,1 10 m Schon Erdbeben mit geringen Magnituden Sanriku M = 8,4 30 m von 7,4 bis 7,5 können große Tsunamis mit Tokaido M = 7,9 12 m Amplituden von mehr als 10 m auslösen! Kurilen M = 8,2 12 m Sanriku M = 7,6 38 m Nankaido M = 8,4 28 m Kurilen M = 7,5 12 m Ryukyu-Inseln M = 7,4 85 m Japan M = 8,4 11 m Tokaido-Kashima M = 8,2 10,5 m Sanriku M = 8,0 25 m Nankaido M = 8,6 17 m Tatsächliche Auslegungsbasis M 7,4 > 10 m 16 große Tsunamis mit maximalen Amplituden von mindestens 10 m in den letzten 513 Jahren. Tatsächliche Häufigkeit 16 f = a a 30 a Somit muss (irgendwo in Japan) alle etwa 30 Jahre mit einem großen Tsunami gerechnet werden! Standortspezifische Häufigkeit Abhängig von Topografie etc. 100 bis Jahre Nein, es wurde vielmehr ein hohes spezifisches Risiko unterschätzt! Quellen: Dr. Johannis Nöggerath, Swiss Nuclear Society, March 28, 2011, 1 ) Magnitude 2 ) maximale Amplitude

18 Wie konnte es dazu kommen? 18, 26. März 2011: Japanese Rules for Nuclear Plants Relied on Old Science By NORIMITSU ONISHI and JAMES GLANZ 1) Viertältester Standort in Japan (sechziger Jahre) 2) Deterministische Erdbebenauslegung (Faktor 3 zu Normalgebäuden) 3) Bemessungs- Tsunami: Chile 1960 Magnitude 9,4, Höhe in Japan 3,2 m 4) Anlagenauslegung 5,7m (Molen gegen Taifune), 10 m Höhe über Meer 5) Noch nie hat ein Tsunami ein Kernkraftwerk getroffen 6) 1981 hat NISA die Erdbebenauslegung angepasst (nicht Tsunami) 7) 1995 Kobe Erdbeben: Sitzungen von Betreibern boykottiert 8) 2002 Japan Society of Civil Engineers: Tsunami Richtlinien für KKW 9) 2006 erste neue Tsunami- Betrachtung, immer noch keine Probabilistik aber: Quelle:

19 Vergessene Tsunami- Warnsteine 19 Tsunami- Warnungen Hunderte Markierungssteine: Bau nicht unterhalb dieses Steins! Bei Erdbeben, achte auf Tsunamis! Publikation in den Achtziger Jahren: Yogan- Erdbeben 869. Tsunami mehrere Kilometer landeinwärts, knapp nördlich des Standorts Fukushima Daiichi. Quellen: AP, Spiegel Online, April 19, 2011

20 Kurzfristige Schutzmaßnahmen 20 Anforderungen der japanischen Aufsichtsbehörde (Nisa) Verbesserung der Notfallmaßnahmen (Notstromdiesel, Stromkabel...) Neue Überflutungsbarrieren mit wasserdichten Türen. Nach Umsetzung der Tsunami-Schutzmaßnahme KKW Kashiwazaki Kariwa Status quo Neue Barriere Neue Barriere Neue wasserdichte Türen 12 m hoch Quelle: Tepco Nisa: Nuclear and Industrial Safety Agency KKW: Kernkraftwerk