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Sicherheitstechnische Herausforderungen bei
einer verlängerten Zwischenlagerung
abgebrannter Brennelemente
Beate Kallenbach-Herbert
1. Symposium HAW-Endlagerung
Hannover, 4.+5. Februar 2015
2
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Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
Agenda
Ausgangssituation1
Regulatorischer Rahmen2
Internationale Aktivitäten3
Schlussfolgerungen5
Weitere sicherheitsrelevante Einflussfaktoren4
3
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Ausgangssituation
● Zwischenlager für abgebrannte Brennelemente (und verglaste
Spaltprodukte) wurden für einen Aufbewahrungszeitraum von
40 Jahren sicherheitstechnisch bewertet und genehmigt.
● Bestehende Genehmigungen laufen zwischen 2034 (erstes zentrales
Zwischenlager) und 2046/47 (die meisten dezentralen
Zwischenlager) aus.
● Im Fall einer verlängerten Zwischenlagerung sind mögliche
Eigenschaftsveränderungen von Behältern, Behältereinbauten,
Brennelementen, Gebäuden und Equipment zu bewerten.
● Die Sondersituation der Standort-Zwischenlager Jülich und Brunsbüttel wird
hier nicht betrachtet.
Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
4
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Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
Agenda
Ausgangssituation1
Regulatorischer Rahmen2
Internationale Aktivitäten3
Schlussfolgerungen5
Weitere sicherheitsrelevante Einflussfaktoren4
5
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Regulatorischer Rahmen (1)
Nationales Regelwerk:
● ESK-Leitlinien für die trockene Zwischenlagerung bestrahlter Brenn-
elemente und Wärme entwickelnder radioaktiver Abfälle in Behältern, 2013
‒ „…beziehen sich auf eine zeitliche befristete Aufbewahrung …mit dem
Ziel einer nachfolgenden Endlagerung. …
‒ Als geeigneter Maßstab kann der … Zeitraum von 40 Jahren
herangezogen werden. …
‒ Ist dieser Zeitraum absehbar nicht ausreichend, sind geeignete
zusätzliche Nachweise (z. B. zum Langzeitverhalten von Werkstoffen
und Komponenten der Behälter und Inventare unter den lagerspezifischen
Beanspruchungsbedingungen) zu erbringen. “
● ESK-Leitlinien zur Durchführung von periodischen Sicherheitsüberprüfungen
und zum technischen Alterungsmanagement für Zwischenlager für bestrahlte
Brennelemente und Wärme entwickelnde radioaktive Abfälle, 2014
Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
6
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Regulatorischer Rahmen (2)
Alterungsmanagement (AM)
Maßnahmen für:
nicht zugängliche
Behälterbereiche und
Inventare
Maßnahmen für:
zugängliche
Behälterbereiche,
Gebäude, sonstige
technische Einrichtungen
Zuständigkeit:
Lagerbetreiber
Außerhalb des direkten
Zuständigkeitsbereichs der
Lagerbetreiber
nicht-
technisches
AM
technisches
AM
Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
7
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Regulatorischer Rahmen (3)
Internationales Regelwerk (insbesondere):
● EURATOM-Richtlinie 2011/70/EURATOM über einen Gemeinschaftsrahmen
für die verantwortungsvolle und sichere Entsorgung abgebrannter
Brennelemente und radioaktiver Abfälle, vom 19. Juli 2011
‒ „Die Lagerung radioaktiver Abfälle - einschließlich der Langzeitlagerung -
ist eine Übergangslösung, aber keine Alternative zur Endlagerung.“
‒ „… die wechselseitigen Abhängigkeiten der einzelnen Schritte bei der
Entstehung und Entsorgung abgebrannter Brennelemente und radioaktiver
Abfälle werden berücksichtigt;“ (Artikel 4 (3) b)
Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
8
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Regulatorischer Rahmen - Zwischenfazit
● Vorhandene Regelwerke und Genehmigungen sind auf eine
begrenzte Betriebszeit der Zwischenlager zugeschnitten
● Eine Extrapolation auf erheblich längere Zwischenlagerzeiten ist auf
Basis bestehender Kenntnisse, Nachweise und Regelwerke nicht
möglich
● Zwischenlagerbetrieb, periodische Sicherheitsüberprüfungen und
Alterungsmanagement
‒ liefern Erkenntnisse für Verhalten zugänglicher Lager- und
Behälterbereiche,
‒ geben keine Hinweise für nicht zugängliche Behälterbereiche und
Inventare
● Zusätzliche Nachweise und ggf. neue Genehmigungen für die
Zwischenlagerung müssen die folgenden Entsorgungsschritte
(Transporte, Konditionierung und Endlagerung) berücksichtigen
Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
9
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Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
Agenda
Ausgangssituation1
Regulatorischer Rahmen2
Internationale Aktivitäten3
Schlussfolgerungen5
Weitere sicherheitsrelevante Einflussfaktoren4
10
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Internationale Aktivitäten (1)
Forschungsaktivitäten im internationalen Kontext:
● IAEA: Coordinated Research Project on Spent Fuel Performance
Assessment and Research (SPAR III), 2009 – 2014
‒ Beteiligte Staaten: Argentinien, Kanada, Frankreich, Deutschland, Ungarn,
Japan, Russland, Slowakei, Spanien, Schweden, Schweiz,
Großbritannien, USA
‒ Ziele u.a.: Bewertung von Materialverhalten bei der Zwischenlagerung
abgebrannter Brennelemente und Auswirkungen auf Handhabung und
Transport
Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
11
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Internationale Aktivitäten (2)
Forschungsaktivitäten im internationalen Kontext:
● EPRI: Extended Storage Collaboration Program (ESCP), seit 2009
‒ Beteiligte Staaten: Deutschland (BAM), Ungarn, Japan, Korea, Spanien,
Großbritannien, USA
‒ Ziele:
Phase 1: Überblick über bestehende technische Datenlücken
Phase 2: Möglichkeiten zur koordinierten Nutzung internationaler
Forschungsaktivitäten
‒ Ergebnis aus Phase 1:
Hydrid-Effekte (u.a. Wasserstoff-Umorientierung in Hüllrohrmaterial)
Forschungsgegenstand von internationalem Interesse
Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
Electric Power Research Institute
12
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Internationale Aktivitäten (3)
Forschungsaktivitäten im internationalen Kontext:
● High Burnup Dry Storage Cask Research and Development Project,
seit 2013
‒ Ziele: Entwicklung und Umsetzung eines Prüfplans zur Generierung von
Daten über Zwischenlagersysteme für hoch abgebrannte Brennelemente
(> 45 GWd/tSM)
‒ Vorgehen:
● Beladung eines Behälters mit unterschiedlichen Brennelementtypen,
● Monitoring von Behältertemperatur und Gas im Innenraum,
● Begleitende Laboruntersuchung entsprechender Brennelementtypen,
● Öffnen des Behälters nach definierter Lagerzeit: visuelle Inspektion und
detaillierte Laboruntersuchung der Brennelemente
Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
Electric Power Research Institute
13
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Internationale Aktivitäten - Zwischenfazit
● International noch keine gesicherten Erkenntnisse zum
Brennelementverhalten bei verlängerter Zwischenlagerung
● Versprödung der Brennelement-Hüllrohre kann nicht ausgeschlossen
werden mit potenziellem Einfluss auf
‒ Sicherheit bei mechanischen Belastungen bei der Handhabung und bei
Störfällen während der Zwischenlagerung
‒ Sicherheit bei mechanischen Belastungen (incl. Unfällen) beim Transport
‒ die Handhabung bei der Umladung / Konditionierung und
‒ die Möglichkeiten zur Konditionierung der Brennelemente für die
Endlagerung
● Internationale Initiativen und Projekte können auf nationale
Randbedingungen zugeschnittene Forschungsmaßnahmen nicht
ersetzen
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14
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Agenda
Ausgangssituation1
Regulatorischer Rahmen2
Internationale Aktivitäten3
Schlussfolgerungen5
Weitere sicherheitsrelevante Einflussfaktoren4
15
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Kompetenz-
erhalt
Weitere sicherheitsrelevante Einflussfaktoren
Finanzierung
Sicherung
gegen
Entwendung
Erhalt der
verantwort-
lichen
Institutionen
Erhalt der
Sicherheits-
standards
Generationen-
gerechtigkeit
Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
… insbesondere bei langfristiger Zwischenlagerung:
16
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Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
Agenda
Ausgangssituation1
Regulatorischer Rahmen2
Internationale Aktivitäten3
Schlussfolgerungen5
Weitere sicherheitsrelevante Einflussfaktoren4
17
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Schlussfolgerungen
● Zwischenlagerung der abgebrannten Brennelemente = Übergangs-
lösung mit zeitlicher Begrenzung auf wenige Jahrzehnte konzipiert
● Für zugängliche Behälterbereiche, Gebäude und Equipment könnten
Sicherheitsnachweise voraussichtlich über bestehende
Genehmigungsfristen hinaus erbracht werden
● Zum längerfristigen Verhalten der Brennelemente derzeit kein
ausreichender Kenntnisstand
● Systematische Verschlechterung der Hüllrohreigenschaften können
‒ die Sicherheit bei verlängerter Zwischenlagerung beeinträchtigen,
‒ zu erhöhtem Aufwand bei der Vorbereitung für die Endlagerung führen –
bei ggf. reduzierten kerntechnischen Kompetenzen
‒ Optionen für Endlagerkonzepte reduzieren, wenn Konditionierungs-
möglichkeiten eingeschränkt sind
Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
18
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Schlussfolgerungen
● Erhebliche Verlängerungen bestehender Zwischenlagerlösungen
‒ erhöhen für zukünftige Generationen erheblich den technischen Aufwand
zur Realisierung einer dauerhaften Entsorgungslösung
‒ schränken die Optionen für dauerhafte Entsorgungslösungen ein
‒ stellen eine erhebliche finanzielle Belastung dar.
Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
19
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Beate Kallenbach-Herbert
Leiterin Bereich Nukleartechnik & Anlagensicherheit
Öko-Institut e.V.
Büro Darmstadt
Rheinstraße 95
64295 Darmstadt
Telefon: +49 6151 8191-122
E-Mail: b.kallenbach@oeko.de
Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015

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Sicherheitstechnische Herausforderungen bei einer verlängerten Zwischenlagerung abgebrannter Brennelemente

  • 1. www.oeko.de Sicherheitstechnische Herausforderungen bei einer verlängerten Zwischenlagerung abgebrannter Brennelemente Beate Kallenbach-Herbert 1. Symposium HAW-Endlagerung Hannover, 4.+5. Februar 2015
  • 3. 3 www.oeko.de Ausgangssituation ● Zwischenlager für abgebrannte Brennelemente (und verglaste Spaltprodukte) wurden für einen Aufbewahrungszeitraum von 40 Jahren sicherheitstechnisch bewertet und genehmigt. ● Bestehende Genehmigungen laufen zwischen 2034 (erstes zentrales Zwischenlager) und 2046/47 (die meisten dezentralen Zwischenlager) aus. ● Im Fall einer verlängerten Zwischenlagerung sind mögliche Eigenschaftsveränderungen von Behältern, Behältereinbauten, Brennelementen, Gebäuden und Equipment zu bewerten. ● Die Sondersituation der Standort-Zwischenlager Jülich und Brunsbüttel wird hier nicht betrachtet. Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
  • 5. 5 www.oeko.de Regulatorischer Rahmen (1) Nationales Regelwerk: ● ESK-Leitlinien für die trockene Zwischenlagerung bestrahlter Brenn- elemente und Wärme entwickelnder radioaktiver Abfälle in Behältern, 2013 ‒ „…beziehen sich auf eine zeitliche befristete Aufbewahrung …mit dem Ziel einer nachfolgenden Endlagerung. … ‒ Als geeigneter Maßstab kann der … Zeitraum von 40 Jahren herangezogen werden. … ‒ Ist dieser Zeitraum absehbar nicht ausreichend, sind geeignete zusätzliche Nachweise (z. B. zum Langzeitverhalten von Werkstoffen und Komponenten der Behälter und Inventare unter den lagerspezifischen Beanspruchungsbedingungen) zu erbringen. “ ● ESK-Leitlinien zur Durchführung von periodischen Sicherheitsüberprüfungen und zum technischen Alterungsmanagement für Zwischenlager für bestrahlte Brennelemente und Wärme entwickelnde radioaktive Abfälle, 2014 Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
  • 6. 6 www.oeko.de Regulatorischer Rahmen (2) Alterungsmanagement (AM) Maßnahmen für: nicht zugängliche Behälterbereiche und Inventare Maßnahmen für: zugängliche Behälterbereiche, Gebäude, sonstige technische Einrichtungen Zuständigkeit: Lagerbetreiber Außerhalb des direkten Zuständigkeitsbereichs der Lagerbetreiber nicht- technisches AM technisches AM Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
  • 7. 7 www.oeko.de Regulatorischer Rahmen (3) Internationales Regelwerk (insbesondere): ● EURATOM-Richtlinie 2011/70/EURATOM über einen Gemeinschaftsrahmen für die verantwortungsvolle und sichere Entsorgung abgebrannter Brennelemente und radioaktiver Abfälle, vom 19. Juli 2011 ‒ „Die Lagerung radioaktiver Abfälle - einschließlich der Langzeitlagerung - ist eine Übergangslösung, aber keine Alternative zur Endlagerung.“ ‒ „… die wechselseitigen Abhängigkeiten der einzelnen Schritte bei der Entstehung und Entsorgung abgebrannter Brennelemente und radioaktiver Abfälle werden berücksichtigt;“ (Artikel 4 (3) b) Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
  • 8. 8 www.oeko.de Regulatorischer Rahmen - Zwischenfazit ● Vorhandene Regelwerke und Genehmigungen sind auf eine begrenzte Betriebszeit der Zwischenlager zugeschnitten ● Eine Extrapolation auf erheblich längere Zwischenlagerzeiten ist auf Basis bestehender Kenntnisse, Nachweise und Regelwerke nicht möglich ● Zwischenlagerbetrieb, periodische Sicherheitsüberprüfungen und Alterungsmanagement ‒ liefern Erkenntnisse für Verhalten zugänglicher Lager- und Behälterbereiche, ‒ geben keine Hinweise für nicht zugängliche Behälterbereiche und Inventare ● Zusätzliche Nachweise und ggf. neue Genehmigungen für die Zwischenlagerung müssen die folgenden Entsorgungsschritte (Transporte, Konditionierung und Endlagerung) berücksichtigen Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
  • 10. 10 www.oeko.de Internationale Aktivitäten (1) Forschungsaktivitäten im internationalen Kontext: ● IAEA: Coordinated Research Project on Spent Fuel Performance Assessment and Research (SPAR III), 2009 – 2014 ‒ Beteiligte Staaten: Argentinien, Kanada, Frankreich, Deutschland, Ungarn, Japan, Russland, Slowakei, Spanien, Schweden, Schweiz, Großbritannien, USA ‒ Ziele u.a.: Bewertung von Materialverhalten bei der Zwischenlagerung abgebrannter Brennelemente und Auswirkungen auf Handhabung und Transport Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
  • 11. 11 www.oeko.de Internationale Aktivitäten (2) Forschungsaktivitäten im internationalen Kontext: ● EPRI: Extended Storage Collaboration Program (ESCP), seit 2009 ‒ Beteiligte Staaten: Deutschland (BAM), Ungarn, Japan, Korea, Spanien, Großbritannien, USA ‒ Ziele: Phase 1: Überblick über bestehende technische Datenlücken Phase 2: Möglichkeiten zur koordinierten Nutzung internationaler Forschungsaktivitäten ‒ Ergebnis aus Phase 1: Hydrid-Effekte (u.a. Wasserstoff-Umorientierung in Hüllrohrmaterial) Forschungsgegenstand von internationalem Interesse Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015 Electric Power Research Institute
  • 12. 12 www.oeko.de Internationale Aktivitäten (3) Forschungsaktivitäten im internationalen Kontext: ● High Burnup Dry Storage Cask Research and Development Project, seit 2013 ‒ Ziele: Entwicklung und Umsetzung eines Prüfplans zur Generierung von Daten über Zwischenlagersysteme für hoch abgebrannte Brennelemente (> 45 GWd/tSM) ‒ Vorgehen: ● Beladung eines Behälters mit unterschiedlichen Brennelementtypen, ● Monitoring von Behältertemperatur und Gas im Innenraum, ● Begleitende Laboruntersuchung entsprechender Brennelementtypen, ● Öffnen des Behälters nach definierter Lagerzeit: visuelle Inspektion und detaillierte Laboruntersuchung der Brennelemente Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015 Electric Power Research Institute
  • 13. 13 www.oeko.de Internationale Aktivitäten - Zwischenfazit ● International noch keine gesicherten Erkenntnisse zum Brennelementverhalten bei verlängerter Zwischenlagerung ● Versprödung der Brennelement-Hüllrohre kann nicht ausgeschlossen werden mit potenziellem Einfluss auf ‒ Sicherheit bei mechanischen Belastungen bei der Handhabung und bei Störfällen während der Zwischenlagerung ‒ Sicherheit bei mechanischen Belastungen (incl. Unfällen) beim Transport ‒ die Handhabung bei der Umladung / Konditionierung und ‒ die Möglichkeiten zur Konditionierung der Brennelemente für die Endlagerung ● Internationale Initiativen und Projekte können auf nationale Randbedingungen zugeschnittene Forschungsmaßnahmen nicht ersetzen Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
  • 15. 15 www.oeko.de Kompetenz- erhalt Weitere sicherheitsrelevante Einflussfaktoren Finanzierung Sicherung gegen Entwendung Erhalt der verantwort- lichen Institutionen Erhalt der Sicherheits- standards Generationen- gerechtigkeit Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015 … insbesondere bei langfristiger Zwischenlagerung:
  • 17. 17 www.oeko.de Schlussfolgerungen ● Zwischenlagerung der abgebrannten Brennelemente = Übergangs- lösung mit zeitlicher Begrenzung auf wenige Jahrzehnte konzipiert ● Für zugängliche Behälterbereiche, Gebäude und Equipment könnten Sicherheitsnachweise voraussichtlich über bestehende Genehmigungsfristen hinaus erbracht werden ● Zum längerfristigen Verhalten der Brennelemente derzeit kein ausreichender Kenntnisstand ● Systematische Verschlechterung der Hüllrohreigenschaften können ‒ die Sicherheit bei verlängerter Zwischenlagerung beeinträchtigen, ‒ zu erhöhtem Aufwand bei der Vorbereitung für die Endlagerung führen – bei ggf. reduzierten kerntechnischen Kompetenzen ‒ Optionen für Endlagerkonzepte reduzieren, wenn Konditionierungs- möglichkeiten eingeschränkt sind Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
  • 18. 18 www.oeko.de Schlussfolgerungen ● Erhebliche Verlängerungen bestehender Zwischenlagerlösungen ‒ erhöhen für zukünftige Generationen erheblich den technischen Aufwand zur Realisierung einer dauerhaften Entsorgungslösung ‒ schränken die Optionen für dauerhafte Entsorgungslösungen ein ‒ stellen eine erhebliche finanzielle Belastung dar. Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015
  • 19. 19 www.oeko.de Beate Kallenbach-Herbert Leiterin Bereich Nukleartechnik & Anlagensicherheit Öko-Institut e.V. Büro Darmstadt Rheinstraße 95 64295 Darmstadt Telefon: +49 6151 8191-122 E-Mail: b.kallenbach@oeko.de Längerfristige Zwischenlagerung│Kallenbach-Herbert│Hannover│05.02.2015