Ydinjätteen loppusijoitus Suomessa

Transkriptio

1 Ydinjätteen loppusijoitus Suomessa Johdatus ydinenergiatekniikkaan, Posivan projekti Aaltonen Ismo 1

2 Ydinjätehuolto, vaihtoehdot Jälleenkäsittely Varastointi Syvälle Pinnalle Loppusijoitus syvälle Kallioperä (erilaisia muodostumia, syväreiät, tunnelit ) Merien syvänteet Eksoottiset ratkaisut Avaruuteen Subduktiovyöhykkeisiin Jäätikön alle Aaltonen Ismo 2

3 Geologinen loppusijoitus Useiden eri tyyppisten geologisten muodostumien on osoitettu olevan soveltuvia loppusijoitukselle Kaikissa tapauksissa teknisillä päästöesteillä (EBS) on vähintäänkin täydentävä rooli Loppusijoitus on toteutettavissa monissa erilaisissa geologisissa ympäristöissä Geologinen loppusijoitus = EBS ja geologinen ympäristö yhdessä täyttävät turvallisuustoiminnot Erilaisilla geologisilla ympäristöillä on omat erityiskysymyksensä Aaltonen Ismo 3

4 Erilaiset muodostumat (esimerkkivertailua) Savimuodostuma Alhainen lämmönjohtavuus Pieni permeabiliteetti Stabiilius Vain vähän kokemusta rakentamisesta Plastinen deformaatio Hyvä pidätyskyky Homogeeninen Ennustettava Kulkeutumisominaisuudet EBS ei ole avainasemassa Kiteinen kallioperä Hyvä lämmönjohtavuus Permeabiliteetti voi olla iso Vaihteleva rakoilu Rakennettavuus ok Heterogeeninen Kokemusta rakentamisesta Kovaa ja haurasta Anisotrooppinen jännitys Ei juuri liukene, erodoidu yms Hidastaa RN vapautumista EBS:n rooli merkittävä Aaltonen Ismo 4

5 Aaltonen Ismo 5

6 Posiva Oy

7 Posiva Oy Posiva on perustettu vuonna 1995 Toimiala: omistajien käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus ja muut ydinjätehuollon asiantuntijatehtävät Omistajat: Henkilöstöä n. 90 Alihankkijoina ja konsultteina työskentelee n. 200 henkilöä Liikevaihto n. 70 M Aaltonen Ismo 7

8 Posiva Oy Missiona omistajien käytetyn ydinpolttoaineen turvallinen ja kustannustehokas loppusijoitus Visiona olla teollisen loppusijoitusratkaisun edelläkävijä Posiva on siirtymässä T&K-töistä toteutukseen Posiva Solutions myy osaamista Aaltonen Ismo 8

9 Posiva Oy Aaltonen Ismo 9

10 Ydinjätehuolto Suomessa Valtioneuvosto LUVAT Työ- ja elinkeinoministeriö TEOLLISUUDEN VOIMA OYJ FORTUM POWER & HEAT VALVONTA Säteilyturvakeskus (STUK) YDINJÄTEHUOLLON RAHOITUS Valtion ydinjätehuoltorahasto Työ- ja elinkeinoministeriö POSIVA OY Konsultit, tutkimuslaitokset, urakoitsijat, yliopistot Aaltonen Ismo 10

11 Loppusijoitustilat TEOLLISUUDEN VOIMA OYJ Tulevaisuudessa FORTUM POWER & HEAT Olkiluodon ydinvoimala Käytetyn polttoaineen välivarasto Käytetyn polttoaineen välivarasto Loviisan ydinvoimala POSIVA OY Voimalaitosjätteen loppusijoitustila Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus Voimalaitosjätteen loppusijoitustila Aaltonen Ismo 11

12 KÄYTETYN YDINPOLTTOAINEEN VÄLIVARASTO - Reaktorirakennuksesta poistettujen polttoainenippujen jäähdytys kallioon louhituissa vesialtaissa. - Käyttöönotto 1987 PURKUJÄTTEIDEN LOPPUSIJOITUSTILA - Tilavaraus purkujätteelle VOIMALAITOSJÄTELUOLA - Keski- ja matala-aktiivisen jätteen loppusijoitus. - Käyttöönotto Aaltonen Ismo KÄYTETYN YDINPOLTTOAINEEN 12 LOPPUSIJOITUSTILAT - ONKALO rakennettu - LS-laitos rakenteilla

13 Geologisen loppusijoituksen selvitykset alkavat Loppusijoituksen aikataulu Suomessa Sijoituspaikkatutkimukset Olkiluoto sijoituspaikaksi ONKALOn rakentaminen ja varmentavat tutkimukset Olkiluodossa Loppusijoituslaitoksen rakentaminen 2015 Rakentamislupa Koekäyttö ja käyttöönotto Loppusijoituksen aloitus 2020-luvun alkupuolella 1983 Käyttölupahakemus Rakentamislupahakemus 1978 Valtioneuvoston ja eduskunnan periaatepäätös Valtioneuvoston päätös kokonaisaikataulusta Aaltonen Ismo 13

14 Posivan hanke Aaltonen Ismo 14

15 Posivan hanke Laajuus: Ensimmäinen loppusijoitustunneli suljettu Megaprojekti Loppusijoituksen tuotantokustannus on merkittävä osa ydinsähkön tuotantohintaa Posiva sai kapselointi- ja loppusijoituslaitoksen rakentamisluvan marraskuussa Aaltonen Ismo 15

16 Konsepti ja turvallisuus

17 KBS-3-vaihtoehdot Kuva: SKB Aaltonen Ismo 17

18 KBS-3V Moniesteperiaate Aaltonen Ismo 18

19 Turvallisuusperustelun muodostaminen Aaltonen Ismo 19

20 Vaatimustenhallinnan tasot Aaltonen Ismo 20

21 Turvallisuustoiminnot Aaltonen Ismo 21

22 EBS:n toimintakykytavoitteet (esim.) Aaltonen Ismo 22

23 Kallion tavoiteominaisuudet (esim.) Aaltonen Ismo 23

24 Tasojen 4 ja 5 vaatimukset Suunnitteluvaatimukset Toimintakykytavoitteista ja tavoiteominaisuuksista johdettuja yksityiskohtaisempia vaatimuksia Vaatimustenhallinnan tasolla 4 Määritelty erikseen eri EBS-komponenteille ja maanalaisille tiloille Suunnitteluspesifikaatiot Yksityiskohtaisia kvantitatiivisia vaatimuksia Johdettu suunnitteluvaatimuksista Määritelty siten, että turvallisuustoiminnot ja toimintakykytavoitteet saavutetaan ja pysyvät yllä oletetuissa olosuhteissa niin kauan kuin käytetty polttoaine on vaarallista Vaatimustenhallinnan tasolla 5 Määritelty erikseen eri EBS-komponenteille ja maanalaisille tiloille Aaltonen Ismo 24

25 Toimintakykyanalyysi Tarkastellaan toimintakykytavoitteiden ja tavoiteominaisuuksien täyttymistä huomioiden todennäköinen kehityskulku, epävarmuudet ja satunnaiset poikkeamat Tarkastellaan koko loppusijoitusjärjestelmän termistä, hydraulista, mekaanista ja kemiallista kehityskulkua Kehitykseen vaikutavat ulkoiset ja sisäiset kuormitukset Käsitellään ne kehityskulut, jotka arvioinnin perusteella voivat johtaa radionuklidien vapautumiseen Tarkastellaan käyttövaihetta ja pidempiä ajanjaksoja miljoonaan vuoteen asti EBS ja kallio todennäköisesti täyttävät tavoitteet Joihinkin kapselinpaikkoihin voivat vaikuttaa havaitsematta jäänyt kapselin seinämän lävistävä vika, pohjaveden suurempi virtaama ja tavoitearvoista poikkeava koostumus, puskurin ja täytön paikallisesti alentunut tiheys mahdollisesti esiintyvän laimean pohjaveden aiheuttaman kemiallisen eroosion seurauksena, kapselivaurio suureen maanjäristykseen, liittyvien kallioliikuntojen vuoksi Aaltonen Ismo 25

26 KBS-3:n turvallisuus Aaltonen Ismo 26

27 Loppusijoituspaikka

28 Loppusijoituspaikka ja paikanvalintaprosessi Aaltonen Ismo 28

29 EBS Kapseli, puskuri, täyttö

30 Kapseli Sisäosa pallografiittirautaa, ulkokuori kuparia Hyvin tutkitut Valmistusmateriaalit Rakenne Valmistustapaa Sulkemistekniikka Mekaanisesti ja kemiallisesti kestävä säiliö Aaltonen Ismo 30

31 Kapseli Ulkokuori 5 cm paksu kupari suojaa sisäosaa ja polttoainenippuja pohjaveden syövyttävältä vaikutukselta Ulkokuoren korrodoituminen kestää epäsuotuisissakin oloissa satoja tuhansia vuosia Luonnonanalogiat ja arkeologia Sisäosa Pallografiittirautainen sisäosa kantaa kapseliin kallioperässä kohdistuvat mekaaniset rasitukset Maanjäristykset, siirrokset Mannerjään paine Pallografiittirauta Sitkeää Lujaa Valuominaisuuksiltaan terästä parempi Aaltonen Ismo 31

32 Kapseli Kuparikapseli Pitkäaikainen tiiveys Seinämäpaksuus 50 mm Pituus 3,6 m; 4,7 m; 5,2 m Halkaisija m Sisäosa Mekaaninen kestävyys Ferriittistä pallografiittivalurautaa 12 tai 4 polttoainenipulle 5500 tu varten tarvitaan noin 2800 kapselia LO n. 700 OL1-2 n OL3 n Aaltonen Ismo 32

33 Puskuri Kuparikapseli eristetään kalliosta puskurimateriaalilla Puskurimateriaalina on tiiviiksi puristetusta bentoniitista valmistettuja lohkoja Bentoniitti on luonnossa savi joka koostuu smektiittiryhmän mineraaleista Paisuvahilainen Johtaa vettä erittäin heikosti Saturoituu, paisuu, estää veden virtauksen kapselin läheisyydessä Ehkäisee mahdollisessa vuototilanteessa radionuklidien pääsyn kallioon Suojaa kapselia mekaaniselta rasitukselta Täyttää ja tiivistää mahdollisen liikehdinnän aikana mahdollisesti syntyneet halkeamat Aaltonen Ismo 33

34 Puskuri Sopiva lämmönjohtavuus, paisuntapaine, tiheys saturoituneena, vedenjohtavuus, mukautuvuus jotta se Suojaa kapselia kallion siirroksilta Estää merkittävän mikrobitoiminnan Varmistaa riittävän tiiveyden Estää kapselin vajoamisen Estää kulkeutumisen puskurin sisällä Estää radionuklidien kulkeutumisen kolloidien mukana Aaltonen Ismo 34

35 Täyttö Loppusijoitustunnelit täytetään bentoniittisavilohkoilla ja -pelleteillä tai granuilla Savi johtaa hyvin heikosti vettä Se on kemiallisesti ja mekaanisesti stabiili Tunneleita täytetään vaiheittain koko loppusijoitustoiminnan ajan Tekniset tilat, ajotunneli ja kuilut täytetään Auttaa kallion palautumisessa mahdollisimman lähelle luonnontilaansa Estää tilojen muuttumisen pohjaveden virtausreiteiksi Auttaa säilyttämään tilojen mekaanisen vakauden Tunnelien täyttö pitää myös puskurin paikallaan Täyttö estää tunkeutumisen tiloihin Aaltonen Ismo 35

36 Täyttö Aaltonen Ismo 36

37 Laitokset, laitteet, testit

38 Kapselointilaitos Rakennustilavuus n m3, pituus 67 m, leveys 36 m Max. kapasiteetti 100 kapselia/vuosi Aaltonen Ismo 38

39 Kapselointilaitos 1. Uusien loppusijoituskapseli en vastaanotto- ja varastotila 2. Polttoaineen käsittelykammio 3. Kuparikannen hitsauskammio 4. Hitsin tarkastuspaikat 5. Kapselin pinnan puhdistuspaikka 6. Kapselihissi Aaltonen Ismo 39

40 Loppusijoitustilat Loppusijoituslaitoksen kapasiteetti 6500 tu (n kapselia) Tunneliston syvyys m ja laajuus n. 2 km 2 Rakentamis- ja käyttöaika n. 100 vuotta Luolaston tilavuus noin 2 milj. m 3 Tunneleiden pituus noin km Aaltonen Ismo 40

41 Loppusijoitustilat Tilat jakautuvat kolmeen osaan 1. Loppusijoitustunneleihin, joihin käytettyä ydinpolttoainetta sisältävät kapselit sijoitetaan 2. Keskustunneleihin, jotka yhdistävät loppusijoitustunneleita ja kuiluja 3. Maanalaisiin teknisiin aputiloihin Aaltonen Ismo 41

42 Aaltonen Ismo 42

43 Keskustunneli leveys 6,0 korkeys 7,1 m tunneliparin väli 20 m nousee 1:100 pituus 300 m loppusijoitustunnelien väli min 25 m Aaltonen Ismo 43

44 Loppusijoitustunneli leveys 3,50 m korkeus 4,35 m (OL1-2) nousee 1:50 pituus m sijoitusreikien väli 10 m Aaltonen Ismo 44

45 Tilojen rakentaminen ja käyttö 1. Louhitaan keskustunnelit ja loppusijoitustunnelit 2. Tunneleihin porataan kapselireiät 3. Kapseli siirretään hissillä loppusijoitussyvyydelle ja edelleen siirto- ja asennusajoneuvoon 4. Kapseli ja puskurilohkot asennetaan reikään 5. Tunneli täytetään ja rakennetaan tulppa Aaltonen Ismo 45

46 Aaltonen Ismo 46

47 Laitteiden kehitys ja testaus Aaltonen Ismo 47

48 Laitteiden kehitys ja testaus Aaltonen Ismo 48

49 Demonstraatiotilat ONKALOssa Aaltonen Ismo 49

50 Komponenttikokeet Aaltonen Ismo 50

51 FISST Täyttöprosessin testaus Koko KBS-3V -konsepti Operoinnin ja logistiikan toimivuus EBS-monitorointi Aaltonen Ismo 51

52 Yhteistoimintakoe Osa koekäyttöä, joka keskittyy konseptin käyttötoiminnan osoittamiseen Ennen käyttölupahakemusta Lopullisilla laitteilla Todellisissa olosuhteissa Ilman käytettyä ydinpolttoainetta Purkamisesta päätetään myöhemmin Aaltonen Ismo 52

53 Yhteistoimintakoe Aaltonen Ismo 53

54 Aaltonen Ismo 54