Standortauswahl – wie lassen sich Endlager in ... · Hierbei ist unter anderem vorgesehen, die Anzahl der Standortkandidaten in folgenden Schritten sukzessive einzuengen: Auswahl

Standortauswahl – wie lassen sich Endlager in verschiedenen Wirtsgesteinen vergleichen?

Klaus Fischer-Appelt, GRS

GRS Fachgespräch 2015

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Standortauswahlgesetz (§ 1) : „Ziel des Standortauswahlverfahrens ist

in einem wissenschaftsbasierten und transparenten Verfahren

für die im Inland verursachten, insbesondere Wärme entwickelnden, radioaktiven Abfälle

den Standort für eine Anlage zur Endlagerung […] zu finden,

der die bestmögliche Sicherheit gewährleistet.“

Hierbei ist unter anderem vorgesehen, die Anzahl der Standortkandidaten in folgenden Schritten sukzessive einzuengen:

Auswahl für untertägige Erkundungen (§ 17)

Abschließender Standortvergleich und Standortvorschlag (§ 19)

Standortauswahlverfahren:

Quelle: @Fotolia/Jane


Systeme in ihrer Gesamtheit sind nicht ohne weiteres gegeneinander abwägbar (insbesondere komplexe Endlagersysteme)!

Selbst einzelne Endlagerkomponenten in verschieden Wirtsgesteinen sind nicht ohne weiteres miteinander vergleichbar (z.B. unterschiedliche sicherheitskonzeptionelle Anforderungen an Endlagerbehälter)

Je kleiner die zu bewertenden Teilsysteme sind, desto eher sind nachvollziehbare Einzelbewertungen möglich.

Vergleichsproblematik:

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Es gibt weltweit keine Methodik für einen sicherheitsgerichteten systematischen Vergleich

von Endlagersystemen in verschiedenen Wirtsgesteinen

Quelle: @Fotolia/Anton Ignatenco Quelle: @Fotolia/Tim UR


VerSi: Durchführung Vergleichender Sicherheitsanalysen

BMU/BfS-Verbundforschungsvorhaben, Laufzeit 2007 – 2010, Teilvorhaben:

SR 2538: „Planerische Grundsatzfragen“ Endlagerkonzepte und Standortdaten für zwei Endlagersysteme in Tonstein und Steinsalz

SR 2580: „Szenarienentwicklung“ Zusammenstellung möglicher zukünftiger Entwicklungen der Endlagersysteme und Analyse der Auswirkungen auf den Einschluss

WS 2044: „Langzeitsicherheitsanalysen“ Quantitative Methode, Bewertung von Indikatorwerten auf Basis von probabilistischen Analysen mit Variation von Parameterwerten

SR 2589: „Evaluierung“ Entwicklung einer verbal-argumentativen Vergleichsmethodik inkl. Ableitung von qualitativen Bewertungsgrößen und -maßstäben

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Bei den Standorten, die zur Auswahl für den nächsten Untersuchungsschritt miteinander verglichen werden sollen,

wurde durch die Ergebnisse von Sicherheitsuntersuchungen gezeigt, dass die geowissenschaftlichen Kriterien des Arbeitskreises Auswahlverfahren (AkEnd) Endlagersuche eingehalten werden,

und eine zumindest begründete Aussicht auf Erfüllung der Anforderungen in einem späteren Genehmigungsverfahren (z.B. BMUB-Sicherheitsanforderungen) besteht.

Prinzipielle Eignung auf ausreichendem Sicherheitsniveau (bezogen auf den jeweiligen Kenntnisstand): Standorte, die den o.g. Anforderungen nicht genügen, würden erst gar nicht zum Vergleich anstehen.

Abwägung zwischen mehreren Standorten ggf. in verschiedenen Wirtsgesteinen erforderlich

Für eine Abwägung müssen über die o.g. Kriterien hinaus zusätzliche Qualitäts-merkmale herangezogen werden, z.B. die sicherheitsgerichtete Robustheit 5

Prämissen:


Robustheit :

Unempfindlichkeit der Sicherheitsfunktionen eines Endlagersystems gegenüber

a) inneren und äußeren Einflüssen sowie gegenüber b) Ungewissheiten

a) Systemrobustheit Systemimmanente Unempfindlichkeit

gegenüber „Störungen“ (z.B. Inlandvereisung)

b) Aussagesicherheit Charakterisierbarkeit

und Prognostizierbarkeit

eines Endlagersystems

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Quelle: @Fotolia/Firma V


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Endlagersystemkomponenten und Sicherheitsfunktionen:

Sicherheitsfunktion: Eigenschaft oder ein im Endlagersystem ablaufender Prozess, die bzw. der in einem sicherheitsbezogenen System oder Teilsystem […] die Erfüllung der sicherheitsrelevanten Anforderungen gewährleistet (BMUB 2010).

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Schritt 1: Erstellung eines synoptischen Sachstandsberichtes

Vorbereitende Informationsgrundlage zum Standortvergleich Indikative (weitgehend objektive) Sach-Ebene, keine Bewertung

(=normative Werte-Ebene)

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Beschreibung der Sicherheitskonzepte und deren technischen Umsetzung entlang der einzelnen Endlagersystemkomponenten


Schritt 2: Ableitung und Klassifizierung von Sicherheitsfunktionen

1. Rückhaltende Sicherheitsfunktionen (RSF): Wirkung dient primär der Radionuklidrückhaltung (i. S. des Einschlussgedankens) Werden nur den Komponenten zugeordnet, die innerhalb des

einschlusswirksamen Gebirgsbereiches (ewG) liegen Sind für die Robustheitsbewertung wesentlich

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Sicherheitsfunktions-Typen:

2. Integritätsbewahrende Sicherheitsfunktionen (ISF): Wirkung dient primär dem Schutz von Komponenten und damit auch der RSF Können Komponenten zugeordnet werden, die innerhalb oder außerhalb des ewG

liegen Können die Systemrobustheit der RSF gegenüber internen oder externen

Einwirkungen (z.B. thermische oder mechanische Lasten) steigern


Schritt 2: Ableitung und Klassifizierung von Sicherheitsfunktionen Insgesamt ca. 60 Sicherheitsfunktionen, Beispiele:

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1. Rückhaltende Sicherheitsfunktionen (RSF): Komponente: Schachtverschluss:

Begrenzung von Lösungsbewegung oder Radionuklidtransport durch hydraulischen Widerstand (Dichtwirkung)

2. Integritätsbewahrende Sicherheitsfunktionen (ISF): Komponente: Deckgebirge:

Integritätserhalt des ewG: Schutz vor Erosion durch Inlandeis


Schritt 3: Relevanzwichtung von Sicherheitsfunktionen

Relevanz: Bedeutsamkeit/Wichtigkeit der Rückhaltenden Sicherheitsfunktionen für die Einschlusswirkung des ewG

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Wichtung entlang von Ordinalskalen/Rangskalen:

5: Sicherheitskonzeptionell unverzichtbar / 4: Hohe Relevanz / 3: Mäßige Relevanz / 2: Geringe Relevanz /1: Vernachlässigbare Relevanz, irrelevant

Jeweils getrennt für 2 Zeiträume:

a) Übergangsphase: t < 10.000 Jahre (Entwicklung Versatz, Zerfallswärme, Gasdruckaufbau, Wirkungszeitraum von techn. Dichtsystemen wie Schacht- und Streckenverschlüsse etc.)

b) Stationäre Langzeitphase: t > 10.000 Jahre (Einschlusswirkung Versatz, Einwirkung von klimatischen Ereignissen etc.)


Schritt 5a: Identifikation der sicherheitsrelevanten Parameter einer RSF

Problem: Sicherheitsfunktion ist nicht quantifizierbar/messbar

Ziel: Ermittlung und Auflistung der charakteristischen Parameter jeder Rückhaltenden Sicherheitsfunktion (quantifizierbar)

Tabellarische Darstellung:

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Schritt 5b: Bewertung des Vertrauens in die Charakterisierung der RSF-Parameter für den Ist-Zustand • Bewertungsmaßstäbe (geo)technische Komponenten

1. Aussagekraft der Untersuchungsmethoden zum Nachweis der Einhaltung der Auslegungsanforderungen (u.a. Genauigkeit)

2. Stand von W+T bei Konzeption und Erstellung der (geo)technischen Komponente 3. Komplexität des Aufbaus der (geo)technischen Komponente

(u.a. Upscaling von Laborversuchen)

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• Bewertungsmaßstäbe geologische Komponenten 1. Aussagekraft der Untersuchungsmethoden:

Genauigkeit, Repräsentanz 2. Heterogenität: Übertragbarkeit der Messergebnisse

auf die räumliche Variabilität der Parameter 3. Untersuchungsumfang: Betriebener Aufwand bei der Erhebung des

Parameterwertes

Ordinale Bewertung: 5: sehr hoch 4: hoch 3: mäßig 2: gering 1: sehr gering


Schritt 5b: Beispiel Heterogenität: Übertragbarkeit der Messergebnisse auf die räumliche Variabilität der Parameter (Tonstein) Sedimentationsbedingungen: Vollmarine, landferne

Beckenbildungen Keine Deltaschüttungen Gleichmäßige Sedimentation Tektonische Ruhe Homogenität: Günstig für Charakterisierbarkeit

Syn- und postsedimentäre tektonische Beanspruchung: Mächtigkeitsschwankungen Schieferung Hoher Inkohlungsgrad, Geol. Störungen etc. Heterogenität: Ungünstig für Charakterisierbarkeit

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Schritt 5c: Bewertung der Prognostizierbarkeit der RSF-Parameter und ihrer Systemrobustheit

Prognostizierbarkeit Prozessverständnis

Ungewissheiten bei der Prognose der Veränderung eines Parameterwertes bei veränderten äußeren Randbedingungen

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Dilemma: Die Einschätzung der Systemrobustheit ist in der Praxis nicht von der Prognostizierbarkeit trennbar

Systemrobustheit:

Systemimmanente Unempfindlichkeit gegenüber „Störungen“ (z.B. Inlandvereisung)

Einbeziehung der entsprechenden Schutzwirkungen der integritätsbewahrenden Sicherheitsfunktionen ISF


Schritt 5c: Prognostizierbarkeit / Systemrobustheit Beispiel:

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Systemrobustheit Zu einem bestimmten (aber nicht genau bekannten) Zeitpunkt nach Lösungsangriff wird sich die integrale Permeabilität der Streckenabdichtung infolge des Durchbruchs der Korrosionsfront um einen bestimmten (aber nicht exakt bekannten) Betrag erhöhen. Je geringer die Änderung dieses Parameterwertes (integrale Permeabilität) ist, desto höher ist i.d.R. die Systemrobustheit.

Prognostizierbarkeit Prozessverständnis Permeabilitätserhöhung einer Streckenabdichtung aus Salzbeton bei Zutritt Mg-haltiger Lösung: Prognose des Ablaufs und der Geschwindigkeit der Korrosion sind mit Ungewissheiten behaftet.


Erweiterung der Spannweite infolge von Ungewissheiten im Prozessverständnis

Schritt 5c: Zusammenhang Charakterisierbarkeit, Prognostizierbarkeit, Systemrobustheit

Die Ungewissheiten bei der Charakterisierung eines Parameterwertes zum Istzustand erhöhen sich um die Prognoseungewissheiten. Dies überlagert die Bestimmung der tatsächlichen prozessbedingten Änderung des Parameterwertes . 18

x

t t1 t2

Parameterspannweite infolge von Ungewissheiten bei der Charakterisierung des Istzustandes

„Wahre“ prozessbedingte Änderung des Parameterwertes ~ Maß für Systemrobustheit


Schritt 5c: Beispiel Systemrobustheit: Kaltzeitliche Auswirkungen auf die Einschlusswirksamkeit der Endlagersysteme

Einflüsse: • Bildung von glazialen Erosionsrinnen • Permafrost • Reaktivierung des Salzfließens durch

Eisauflast • Temperaturspannungen • etc.

Indikatoren für Systemrobustheit: • Tiefe der Endlager (!!) • Geomechanisch stabiles Verhalten bei

Auflast • Hoher Erosionswiderstand (Deckgebirge) • Lage außerhalb ehemaliger

Vereisungsgrenzen • etc.

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Schritt 5d: Bewertung des Vertrauens in die Erfüllung der sicherheitskonzeptionellen Anforderungen an die RSF-Parameter

Die bisherigen Robustheitsbewertungen in den Schritten 5b und 5c sind noch nicht hinreichend aussagekräftig:

Für die Gesamtrobustheit eines RSF-Parameters ist zu untersuchen, in welchem Verhältnis die Lage der Parameterspannweite zu den sicherheitskonzeptionellen Anforderungen an den Parameter steht

Bewertung jeweils für:

t < 10.000 a und t > 10.000 a

Wahrscheinliche und weniger wahrscheinliche Ereignisse

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x

Schritt 5d: Bewertung des Vertrauens in die Erfüllung der sicherheitskonzeptionellen Anforderungen an die RSF-Parameter

Sicherheitskonzeptionelle Mindestanforderung


Struktur Gesamtmethodik

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SynoptischerSachstandsbericht

Globale Standort-

charakterisierung

Ableitung vonSicherheitsfunktionen

RelevanzwichtungSicherheitsfunktionen

Auswirkungen auf den RSF-Parameter

Vergleich mit Auslegungsanforderungen

Vertrauen in die Erfüllung der Auslegungs-anforderungen an den RSF-Parameter

über den Nachweiszeitraum

Robustheit der RSF

MöglicheEinleitungsereignisse

SchutzwirkungISF

Korrelation Relevanz-Robustheit (nur RSF)

Vertrauen in die Charakterisierung

Rückhaltende SFRSF-Parameter

Ergebnisanalyse

AnforderungenAKEnd, BMU

SR 2580

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SR 2538

WS 2044

SR 2538

SR 2538

Aggregation der Einzelbewertungen der

Parameter zu einer Gesamtbewertung der

zugehörigen Sicherheitsfunktion


Schritt 6: Korrelation Relevanz-Robustheit

Matrix zur Ableitung von potentiellen Robustheitsdefiziten:

Erwartung: Sicherheitsfunktionen sollten eine ihrer Relevanz entsprechend angemessene Robustheitsklasse aufweisen

Ergebnisse < -1 sind Hinweise auf wenig robuste Sicherheitsfunktionen

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Errechnete Zahlenwerte dienen ausschließlich zur Identifikation potentieller Robustheitsdefizite.

Es erfolgt keine mathematische Verrechnung untereinander.


Schritt 6: Korrelation Relevanz-Robustheit Bewertungsmatrix

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Schritt 7: Ergebnisanalyse

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Schritte:

1. Reflektion der durchgeführten Robustheitsbewertung, insbesondere des Teilschritts, bei dem eine geringe Robustheitsbewertung erfolgte, die zu dem identifizierten Robustheitsdefizit geführt hat

2. Sicherheitskonzeptionelle Bedeutung: Diskussion der Auswirkung des Robustheitsdefizits auf die Sicherheitsperformance des gesamten Endlagersystems

3. Korrekturmöglichkeiten, z.B.: − Reduzierung der Ungewissheiten bei Charakterisierung und Prognose durch F&E − Erhöhung des Untersuchungsaufwandes − Optimierung der technischen Auslegung des Endlagers etc. − Modifikationen am Sicherheitskonzept

Quelle:@ Fotolia/rcx


Schlussbemerkungen

1. Das verbal-argumentative Abwägungsverfahren trägt dazu bei, eine zielgerichtete und nachvollziehbare Auswahlentscheidung vorzunehmen.

2. Vorteil: Der Anwender ist „gezwungen“, sich detailliert mit der Funktionsweise komplexer Endlagersysteme auseinanderzusetzen und seine Bewertungen jeweils nachvollziehbar zu begründen.

3. Wichtig: Anwender müssen aus Wissenschaftlern verschiedener Fachrichtungen bestehen.

4. Ideal: Methodik wird durch mehrere Teams parallel angewendet.

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Aber: Keine Berücksichtigung betriebssicherheitlicher Aspekte. Sicherheitstechnische Robustheit ist sicher nicht das einzige Abwägungskriterium:

Parallel können noch weitere Abwägungskriterien (z.B. Partizipationsbereitschaft / Akzeptanz der Öffentlichkeit, Regionalentwicklungschancen etc. ) in den Entscheidungsprozess einbezogen werden.


Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Link zu den VerSi-Abschlussberichten: http://www.grs.de/search/node/versi

Quelle:@ Fotolia/rcx

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