CHOOSE EXPERTS, FIND PARTNERS VEILIGHEID VAN KERNCENTRALES Walter VAN HOVE hoofdingenieur TRACTEBEL...

CHOOSE EXPERTS, FIND

PARTNERS

VEILIGHEID VAN KERNCENTRALES

Walter VAN HOVEhoofdingenieur TRACTEBEL Engineering, docent UGent

18-06-2009 2VEILIGHEID VAN KERNCENTRALES

Veiligheid van de huidige generatie kerncentrales-Strategie, Verdediging in de Diepte

-Regelgeving

-Veiligheidsstudies

-Veiligheidscultuur

Internationale organisaties

Veiligheid van de Generatie III kerncentrales

Wat te verwachten van de Generatie IV systemen

INHOUD


Heropleving van interesse in kerncentralesGroeiende interesse voor nieuwbouw

+ Zekerheid van bevoorrading (voldoende U ; geografische spreiding ;

stabiele landen)

+ Lage productiekost €/kWh (relatief weinig gevoelig aan U prijs)

+ Klimaatsverandering (CO2 vrije elektriciteitsproductie)

...Maar niet zonder problemen

- Weerstand in publieke opinie - Veiligheid

- Nucleair afval

- Investeerders Stabiele wetgeving

- Horden - Productiecapaciteit van grote componenten

- Onvoldoende personeel


Veiligheid ≠ Beveiliging

Zeker sinds 9-11 is de beveiliging van een kerncentrale net zo belangrijk geworden als de veiligheid

Naast de nucleaire veiligheid is ook de industriële veiligheid van het allergrootste belang

Deze presentatie behandelt de nucleaire veiligheid van kerncentrales


Fundamentele bekommernis

Beschermen van personen (publiek, werknemers) en leefomgeving tegen blootstelling aan gevaarlijke ioniserende stralingen

INSAG-12 “Basic Safety Principles for Nuclear Power Plants”, IAEA


INSAG-12

Objective: To protect individuals, society and the environment by establishing and maintaining in nuclear power plants an effective defence against radiological hazard.

Objective: To ensure in normal operation that radiation exposure within the plant and due to any release of radioactive material from the plant is as low as reasonably achievable (ALARA), economic and social factors being taken into account, and below prescribed limits, and to ensure mitigation of the extent of radiation exposure due to accidents.

Objective: To prevent with high confidence accidents in nuclear plants; to ensure that, for all accidents taken into account in the design of the plant, even those of very low probability, radiological consequences, if any, would be minor; and to ensure that the likelihood of severe accidents with serious radiological consequences is extremely small.


Barrières

Radioactiviteit komt voornamelijk van de splijtingsproducten

Bescherming komt van de driedubbele inkapseling van de splijtingsproducten

Doel van de veiligheidsprocedures en -systemen: barrières intact houden


De 3 barrières


Strategie

“Defense-in-Depth” Verdediging in de diepte

De strategie waarmee de veiligheid van een kerncentrale benaderd wordt

Dubbele strategie:- ongevallen vermijden, - maar als ze toch optreden, de gevolgen beperken en een uitbreiding naar een nog ernstiger ongeval vermijden

INSAG-10 “Defence in Depth in Nuclear Safety”, IAEA


Verdediging in de diepte

De toestand van de centrale wordt geklasseerd in opeenvolgende niveaus. Voor elk niveau geldt dat de noodzakelijke acties, uitrustingen, procedures,... moeten toegepast worden om een degradatie naar het volgende niveau te vermijden en om de gevolgen op te vangen van het vorige niveau


Verdediging in de diepte – middelen

Voorkomen van ongevallen:-Hoogste kwaliteit in materialen en uitvoering

-Ontwerp met voldoende ingebouwde marges tegen ongevallen

-Redundantie, diversiteit in de middelen

- Inspectie en testen

-Menselijke factoren: opleiding, veiligheidscultuur

Opvangen van de gevolgen van een ongeval:-Veiligheidssignalen en –systemen

-Veiligheidsprocedures

-Training op simulatoren


Verdediging in de diepte – 5 niveaus

Niveau 1: normale uitbating, vermijden van ontoelaatbare toestanden en defecten

Niveau 2: beheersen van abnormale toestanden en detectie van defecten

Niveau 3: beheersen van ongevallen binnen het ontwerp

Niveau 4: beheersen van zware ongevallen niet voorzien in ontwerp

Niveau 5: noodplannen, beheersen van toestand met radioactieve lozingen in de omgeving


Verdediging in de diepte – 5 niveaus


Veiligheid… in ontwerp én tijdens uitbatingOorspronkelijk ontwerp, aanpassingen aan ontwerp:-Voldoet de installatie aan de van kracht zijnde regelgeving?

-Veiligheidsstudies, respect van de veiligheidscriteria in geval van ongeval

-Nazicht door de veiligheidsautoriteiten

-Gedocumenteerd in het Veiligheidsrapport

Uitbating: -Wordt de centrale binnen de veiligheidslimieten uitgebaat?

- Inspectie tijdens uitbating

-Veiligheidscultuur


Regelgeving – toezicht – actoren In België wordt de Amerikaanse regelgeving toegepast…maar met specifiek Belgische aanpassingen waar nodig

Controle op de toepassing van de regelgeving en meer algemeen op de nucleaire veilgiheid is de bevoegdheid van het FANC (Federaal Agentschap voor Nucleaire Controle)-Verificatie van de correcte toepassing in het ontwerp (Veiligheidsrapport)

-Permanent toezicht tijdens uitbating

Voor technische ondersteuning en controle van Klasse I nucleaire installaties doet het FANC beroep op de technische expertise van BelV

Verantwoordelijke voor de nucleaire veiligheid is de uitbater, Electrabel, die daarbij een beroep doet op de technische expertise van zijn studiebureau Tractebel.


Veiligheidsstudies

Veiligheidsstudies zijn noodzakelijk om het respect van de regelgeving en van de vereiste veiligheidscriteria aan te tonen

Veiligheidsstudies zijn ook noodzakelijk voor de dimensionering van de veiligheidssystemen

Twee soorten veiligheidsstudies:-Deterministische veiligheidsstudies (DSA)

-Probabilistische veiligheidsstudies (PSA)


Deterministische veiligheidsstudies

Binnen elke type van mogelijke oorzaken wordt naar het ergst denkbare ongeval gezocht

Dit ongeval wordt geanalyseerd onder de meest ongunstige omstandigheden waarin de centrale zich kan bevinden (maar steeds binnen het toegestane uitbatingsdomein !)

Alle mogelijke gevolgschade worden mee in rekening gebracht

Bovendien wordt een bijkomende, enkelvoudige faling in een veiligheidssysteem vooropgesteld


++

+ +

+ ++

+imposed margin

voluntary marginsafety margin

criterion

licensing value

licensing margin

real value best possible calculation

conservative I&B conditionscode uncertaintyimposed rules

voluntary margin

conservatism

++

+ +

+ ++

+imposed margin

voluntary marginsafety margin

criterion

licensing value

licensing margin

real value best possible calculation

conservative I&B conditionscode uncertaintyimposed rules

voluntary margin

conservatism


Marges

Veiligheidsmarge: inbegrepen in het criterium, afstand tussen het criterium en de gevaarlijke waarde

Uitbatingsmarge: verschil tussen het resultaat van de DSA studie en het criterium, afstand tussen de uitbating en het veiligheidscriterium

Veranderingen in de centrale kunnen de uitbatingsmarge beïnvloeden, maar niet de veiligheidsmarge


Probabilistische benaderingDe oorspronkelijke opvatting was dat de deterministische studies, de DBA (Design Base Accidents), alle mogelijke accidenten afdekken.

De ondervinding heeft sindsdien geleerd dat meer complexe ongeval sequenties kunnen optreden, die potentieel veel gevaarlijker kunnen zijn (Three Mile Island 2 in 1979,…).

BDBA (Beyond DBA) of “zware ongevallen” moeten daarom ook behandeld worden.

Postuleren dat niets werkt leidt met zekerheid tot catastrofale gevolgen, maar is totaal onrealistisch.

Nood aan een benadering die de waarschijnlijkheid van een ongeval verbindt met de gevolgen.


Probabilistische benadering

Beschouw alle mogelijke oorzaken van een ongeval

Lijst van alle mogelijke scenario’s veroorzaakt door elke oorzaak

Bepaal de waarschijnlijkheid van elk scenario

Bepaal de gevolgen van elk scenario

Risico = waarschijnlijkheid x gevolg

Bereken totale risico = Σ (risico's individuele scenario’s)


DSA versus PSA benadering

Deterministische aanpak

Ergst denkbaar ongeval per type

Omhullend scenario

Toepassing van de regel van de enkelvoudige faling (extra conservatief)

Verificatie van het respecteren van de veiligheidscriteria

Dekt niet alle mogelijkheden af

Probabilistische aanpak

Alle mogelijke ongevallen

Realistisch scenario

Alle mogelijke combinaties van falingen tot een minimum waarschijnlijkheid

Bepalen van het totale risico, gebruikt om het totale risico te verminderen

Risico is nooit nul


Veiligheidssystemen

Elke kerncentrale is uitgerust met een aantal veiligheidssystemen om de gevolgen van elk mogelijk ongeval te beperken en lozing van radioactiviteit te vermijden.

Geklasseerd: ontworpen, gebouwd, geïnspecteerd en onderhouden volgens de strengste kwaliteitsstandaarden (ASME III, klasse 1,…)

Redundant: elk systeem moet 100 % van zijn functie kunnen vervullen zelfs in geval van faling van gelijk welke component of van gelijk welk ondersteunend systeem (elektrische voeding bvb…)


Veiligheidssystemen

Veiligheidssystemen:- SI: veiligheidsinjectie

- AFW: hulpvoedingswater

- CSS, CVS: sproei en ventilatie van reactorgebouw

- SC: stilstandskoelkring

Ondersteunende systemen:- Dieselgeneratoren

- Batterijen

- Perslucht

- Koelsystemen

RPS (Reactor Protection System): logisch systeem dat een groot aantal parameters bewaakt en veiligheidssignalen genereert bij overschrijding van de drempelwaarden (noodstop, veiligheidsinjectie, isolatie reactorgebouw, start hulpvoedingswater,…), 2/3 logica


“Single failure criterion”

« A system complies with the single failure criterion if the corresponding safety function continues to be provided in the case where any item of equipment of the system or the auxiliary systems necessary for its operation failed »

Oplossing: - redundantie (2x100%, 3x50%) in veiligheidssystemen én ondersteunende systemen

-scheidingswanden, brandbeveiliging, seismisch beveiligd

-2/3 logica in signalen


Veiligheidscultuur

Veiligheid is niet uitsluitend het respect voor de reglementering

De veiligste centrale moet ook veilig uitgebaat worden !

Zeer grote aandacht van alle uitbaters voor “Human Performance” en “Safety Culture”

INSAG-4: “Safety culture is that assembly of characteristics and attitudes in organizations and individuals which establishes that, as an overriding priority, nuclear plant safety issues receive the attention warranted by their significance.”


Veiligheidscultuur Bijna alle incidenten in een kerncentrale zijn terug te brengen tot menselijke fouten. Maar tegelijkertijd is het menselijk denkend vermogen zeer efficiënt in het detecteren, analyseren en oplossen van problemen en is dus nodig voor een veilige uitbating.

Het menselijk gedrag is dus cruciaal voor veiligheid van kerncentrales.

Organisaties én individuen moeten een veilig gedrag, een “veiligheidscultuur”, ontwikkelen om fouten te vermijden en tegelijk voordeel te halen uit het menselijk denkend vermogen voor een veilige uitbating.

Bij uitbreiding ook geldig voor alle actoren in de nucleaire industrie.


Samenvatting

Veiligheid van de huidige kerncentrales gebaseerd op:-Robuust en veilig ontwerp-Behoud van 3 barrières (splijtstofhuls, reactorvat, dubbelwandig reactorgebouw)-Toepassing van het principe van de “verdediging in de diepte”-Uitbatingsvergunning afgeleverd op basis van een Veiligheidsrapport, dat voortdurend aangepast wordt aan de werkelijke toestand (veiligheidsstudies!)

-Permanente controle op de uitbating door de veiligheidsautoriteiten-Tienjaarlijkse revisies


Samenvatting

Veiligheid is en blijft de grootste prioriteit van de uitbater:-Onderhouden van strikte veiligheidscultuur-Doorgedreven opleiding en voortdurende vorming van het personeel-Audits door internationale instellingen (WANO, OSART)- Inspectie, onderhoud, modernisering en periodieke beproeving van alle componenten en uitrustingen

Voortdurende investeringen in veiligheid, bvb.:-Simulatoren voor de opleiding

-Katalysatoren in elk reactorgebouw voor de H2 problematiek in geval van zwaar ongeval (wereldprimeur)

-Water in reactorput in geval van zwaar ongeval

-Modernisering van I&C


Veiligheid – de internationale organisatiesIAEAInternational Atomic Energy Agency

Opgericht in 1957 als gevolg van de “Atoms for Peace” toespraak om de lidstaten te helpen bij het veilig gebruik van kernenergie voor vreedzame doeleinden

- Standaarden

- Inspecties

- OSART missies

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Iaea-vienna.JPG


INES schaal

International Nuclear Event Scale

Ingevoerd in 1990 door het IAEAom een betere publiekecommunicatie mogelijk te makenover de veiligheidsrelevantie van een nucleair ongeval


Veiligheid – de internationale organisatiesWENRA-Western European Nuclear Regulators’ Association (WENRA), groepeert de veiligheidsautoriteiten van 17 landen

-Harmonisatie van de regelgeving ; overleg tussen de veiligheidsautoriteiten

OECD/NEA-Organisation for Economic Cooperation and Development/Nuclear Energy Agency

-De missie van het NEA is de lidstaten bij te staan in het ontwikkelen en het behouden, door internationale samenwerking, van de wetenschappelijke, technische en reglementaire basis voor een veilig, milieuvriendelijk en economisch gebruik van kernenergie voor vreedzame doeleinden.


Veiligheid – de internationale organisatiesWANO – World Association of Nuclear Operators-Een wereldwijde organisatie opgericht in 1989 door en voor de uitbaters van kerncentrales met als enig doel de veiligheid van alle kerncentrales wereldwijd te verbeteren

-WANO is opgericht in de nasleep van het Chernobyl ongeval in 1986, “dit mag nooit meer gebeuren”

-WANO is opgericht om wereldwijd de uitbaters van kerncentrales (alle types) te verenigen en in alle openheid ervaring uit te wisselen en van elkaar te leren om de hoogst mogelijke veiligheid te betrachten in de uitbating van kerncentrales

-Middelen:• WANO Peer Reviews, audits ter plaatse door experts van andere kerncentrales

• PI (Performance Indicators)

• SER’s (Significant Event Reports) ; SOER’s (Significant Operating Experience Reports)

-WANO heeft een proces, een dynamiek op gang gebracht waarbij uitbaters wereldwijd elkaar voortstuwen in een continue verbetering van de veiligheid bij de uitbating van kerncentrales

-WANO is zeer effectief gebleken in het bestrijden van de “zelfgenoegzaamheid” (complacency)


Generatie III kerncentralesKerncentrales die nu aangeboden worden door de grote constructeurs

Evoluties van de bestaande kerncentrales (succesvolle types)

Verbeterde economie:-Schaalvergroting

-Vereenvoudiging

-Verkorte bouwtijd

Verbeterde veiligheid:-Alle ervaring opgedaan de jongste 30 jaar met de huidige generatie kerncentrales is ingebouwd in de nieuwe generatie

-Maatregelen voor de opvang van zware ongevallen ingebouwd

-Sommige types maken gebruik van passieve veiligheidssystemen


Generatie III kerncentrales

PWR: EPR (AREVA)AP1000 (Westinghouse)VVER1200 (ASE AtomStroyExport)APWR (MHI)APR1400 (KHNP)

BWR: SWR1000 (AREVA)ABWR (GE, Hitachi)AB1600 (Toshiba)ESBWR (GE)

HWR: ACR1000 (Candu) (AECL)


EPR (AREVA)

Evolutie van N4(F) en Konvoi(D)

Hoogste elektriciteitsproductie per eenheid op de markt: 1700 MWe

Gebruikt enkel beproefde technologie

Twee eenheden onder constructie:Olkiluoto 3, Flamenville 3

Twee eenheden in bestelling:Taishan 1&2


EPR (AREVA)

Verbeterde intrinsieke veiligheid:- Systematische toepassing van VID,

- 4 onafhankelijke veiligheidssystemen

- Dubbelwandig reactorgebouw

- Opvang van gesmolten kern

- Belangrijke vermindering van de radioactieve lozingen na ongeval

- Geen evacuatie van de bevolking nodig

Spreading Compartment

Basemat Cooling Melt PlugMelt Discharge Channel Protective Layer

-7.80m

IRWST

Sacrificial Material

Protective Layer

Sacrificial Material


AP1000 (Westinghouse)

PWR met volledig passieve veiligheidssystemen

Twee-lus PWR, 1150 MWe

Verbeterde economie door- Maximale vereenvoudiging

- Verkorte bouwtijd door modulaire constructie

4 eenheden besteld door China:Sanmen 1&2, Haiyang 1&2


AP1000 (Westinghouse)

Veiligheid verzekert door passieve veiligheidssystemen: kernkoeling, drukafbouw, reactorgebouwkoeling

Nieuwe technologie, jaren van onderzoek en ontwikkeling

Ingebouwde maatregelen voor opvang van zware ongevallen

Passieve systemen en twee-lus ontwerp laten een doorgedreven vereenvoudiging toe



Zijn Generatie III kerncentrales veiliger dan de huidige centrales ?

Wel als je vergelijkt met het oorspronkelijk ontwerp van de huidige kerncentrales zo’n 30-40 jaar geleden!

Niet meer zo duidelijk als je vergelijkt met de huidige toestand van de bestaande kerncentrales



Voortdurend proces van aanpassing en verbetering van bestaande kerncentrales in België:-Dubbelwandig reactorgebouw van bij de aanvang aanwezig

-Tweede veiligheidssysteem of “bunkersysteem” tegen uitwendige ongevallen

-Modernisering van I&C

-Plaatsen van katalytische recombinatoren voor H2 in reactorgebouw (wereldprimeur!)

-Simulatoren voor training van operatoren

-Verbeterde ongevalsprocedures

-Vorming en opleiding van personeel, sterke nadruk op veiligheidscultuur


Generatie IV systemen

Radicaal nieuwe (?) systemen voor de toekomst

Horizon 2040 voor commerciële toepassing

Ook andere toepassingen dan elektriciteitsproductie:-CO2-vrije productie van H2

-Ontzilten van zeewater

-Proceswarmte

-Afbreken van langlevend hoogradioactief kernafval



Systemen die een belangrijke vooruitgang boeken op gebied van:-Duurzaamheid

-Veiligheid en betrouwbaarheid

-Economie

-Non-proliferatie en Beveiliging


Generatie IV systemen – criteria

Veiligheid en Betrouwbaarheid -Safe and reliable operation:SR-1: Generation IV nuclear energy systems operations will excel in safety and reliability.

-Very low risk of core damage:SR-2: Generation IV nuclear energy systems will have a very low likelihood and degree of reactor core damage.

-No need for evacuation plans:SR-3: Generation IV nuclear energy systems will eliminate the need for offsite emergency response.



Generatie IV systemen betekenen een volgende stap voorwaarts inzake veiligheid

Nog te vroeg om nu al conclusies te trekken, volop in ontwikkeling

Belangrijkste trends:-Gebruik van passieve veiligheidssystemen

-Uitsluiten van de mogelijkheid van kernsmelten, nakomende warmte kan op volledig passieve manier en op lange termijn afgevoerd worden, zonder behoefte aan energiebron en zonder tussenkomst van personeel, en dat zonder dat de smelttemperatuur van de kern bereikt wordt


Hartelijk dank voor jullie aandacht !

Vragen??


Waar kan je me contacteren?

HoofdingenieurThermalhydraulics Group ; Nuclear DepartmentTractebel EngineeringArianelaan 7, 1200 Brusseltel : 02/7738352fax : 02/7738900email : [email protected]

Deeltijds Docent aan UGentVakgroep Elektrische Energie, Systemen en AutomatiseringFaculteit IngenieurswetenschappenSint-Pietersnieuwstraat 41, 9000 Gentemail : [email protected]

mailto:[email protected]






CHOOSE EXPERTS, FIND PARTNERS VEILIGHEID VAN KERNCENTRALES Walter VAN HOVE hoofdingenieur TRACTEBEL...

Documents

Transcript of CHOOSE EXPERTS, FIND PARTNERS VEILIGHEID VAN KERNCENTRALES Walter VAN HOVE hoofdingenieur TRACTEBEL...