• 17/08/2012

Vanuit onderhoudsoogpunt: kerncentrales langer openhouden?

Is het langer openhouden van kerncentrales technisch een haalbare kaart? Het toeval wil dat eind vorig jaar specialisten de materie tijdens een studiedag bespraken. Engineeringnet was er bij

Trefwoorden: #doel, #kerncentrale, #reactorvat, #tihange

Lees verder

nieuws

ENGINEERINGNET.BE - Eind 2011 had de achtste editie plaats van het event ‘Trends in Maintenance’ van Stork Technical Services, met als centrale thema 'Ageing Assets and People'.

Onze aandacht werd - destijds al - vooral getrokken door het thema ‘Long Term Operation of Belgian Nuclear Plants - Ageing Management’. Of de problematiek van het wel of niet langer operationeel houden van onze kerncentrales vanuit onderhouds- en veiligheidsoogpunt.

Door de onzekerheid over de scheurtjes in de reactorvatmantel van Doel 3, is de materie plots brandend actueel. Toeval of niet, tijdens de conferentie gaf een technisch expert van een niet nader genoemde energieleverancier zijn mening over de vraag of oudere kerncentrales langer openhouden überhaupt wel mogelijk is uit veiligheids- en onderhoudsoogpunt.

De voordracht spitste zich destijds toe op het langer openhouden van Doel 1&2 en Tihange 1, maar de de problematiek is uiteraard van toepassing op alle kerncentrales. Een verslag.

Nucleaire veiligheid en levensduur
Bij kerncentrales speelt het begrip ‘levensduur’ een centrale rol. Hierbij is het van belang onderscheid te maken tussen de begrippen technische of ontwerplevensduur en economische levensduur. Het begrip technische levensduur betreft de levensduur van een aantal moeilijk (en dus tegen hoge kosten) te vervangen hoofdcomponenten (dit zijn met name de onderdelen van het onder druk staande primaire koelsysteem, waarin ook het reactorvat is opgenomen) zoals die bij het oorspronkelijke ontwerp is gehanteerd.

Een groot deel van de andere componenten van een kerncentrale zijn relatief eenvoudig vervangbaar. Zolang het economisch verantwoord is, wordt de levensduur van de kerncentrale hier dus niet door bepaald. Bij het ontwerp van de hoofdcomponenten worden op basis van de gewenste technische levensduur de belastingen voor deze componenten bepaald, zoals het aantal te verwachten transiënten - met name reactor(snel)afregelingen en -opstarts - en de stralingsbelasting. Hierbij wordt onder conservatieve randvoorwaarden een marge aangenomen inzake technische levensduur.

In de praktijk blijkt, als gevolg van het conservatisme en ook door in het ontwerp en de bedrijfsvoering doorgevoerde verbeteringen, dat de werkelijke belastingen veel lager liggen zodat de technische levensduur van de component langer is dan bij het ontwerp was aangenomen.

Uitzondering: reactorvat
Men zou kunnen stellen dat de levensduur van de kerncentrale uiteindelijk, onder de randvoorwaarde dat de installatie op veiligheidstechnisch correcte wijze en conform de geldende vergunning en regelgeving blijft functioneren, geheel afhankelijk is van economische afwegingen. De ervaringen met kerncentrales in het buitenland leert dat alle grote componenten op één uitzondering na, rendabel vervangbaar zijn. In Frankrijk, Japan en de VS zijn bijvoorbeeld al diverse stoomgeneratoren en reactorvatdeksels vervangen.

De grote uitzondering is het reactorvat. Dit is zo groot, zwaar en radioactief, dat vervanging uit financieel economische overwegingen niet goed mogelijk is. De technische levensduur van een kerncentrale hangt dus in feite af van het reactorvat, zolang het technisch en economisch mogelijk is versleten onderdelen in de rest van de installatie te vervangen.Uiteindelijk wordt de daadwerkelijke bedrijfsduur bepaald door het moment waarop de kosten voor het blijven voldoen aan de veiligheidseisen niet meer kunnen worden terugverdiend.

Long Term Operation
De laatste jaren wordt op internationaal niveau meer en meer aandacht besteed aan de mogelijkheid om kerncentrales voor een langere termijn uit te baten dan oorspronkelijk bij het ontwerp werd verondersteld.

Deze ‘Long Term Operation’ is een wereldwijd erkend nucleair concept en wordt door het International Atomic Energy Agency gedefinieerd als volgt:“Long term operation is operation beyond an established timeframe set forth by, for example, licence term, design, standards, license and/or regulations, which has been justified by safety assessment with consideration given to life limiting processes and features of systems, structures and components (SSCs)”.

Als uitgangspunt bij het ontwerp van een kerncentrale werd typisch een bedrijfsduur van 30 à 40 jaar vooropgesteld. Deze bedrijfsduur werd gebruikt bij het ontwerp van een aantal componenten, die gedimensioneerd werden opdat ze de voorziene belastingen gekoppeld aan bijvoorbeeld 40 jaar exploitatie zouden kunnen weerstaan.

Het bereiken van deze voorziene bedrijfsduur heeft echter geen onmiddellijke consequenties voor het veiligheidsniveau van de kerncentrale in zijn geheel. Een kerncentrale zou veiligheidstechnisch gezien langer dan zijn origineel voorziene bedrijfsduur in bedrijf kunnen blijven, mits alle componenten in een goede toestand blijven door onderhoud of indien nodig vervanging.

In de Verenigde Staten wordt een verlenging van de vergunning (die oorspronkelijk verleend was voor 40 jaar) voor een bijkomende 20 jaar verleend op voorwaarde dat de exploitant kan aantonen door analyse, een adequaat verouderingsbeheer, een verbetering in materialen of systemen en het uitvoeren van testen dat de verdere exploitatie geen verhoogd risico voor de bevolking, de werknemers en het leefmilieu oplevert.

Men moet eveneens in rekening brengen dat de ontwerpcriteria van oudere kerncentrales verschillend zijn en vaak minder conservatief zijn dan deze van recentere eenheden. Het ontwerp moet echter ook regelmatig opnieuw geëvalueerd worden (o.a. via periodieke veiligheidsherzieningen) en er moeten verbeteringen worden aangebracht om in de mate van het mogelijke te voldoen aan de meest recente ontwerpcriteria.

Vanuit veiligheids- & onderhoudsoogpunt
Bij het verouderingsbeheer van kerncentrales dient uiteraard bijzondere aandacht besteed te worden aan de onvervangbare componenten, met name het reactorvat. Bij oudere installaties zal de kans op falingen/incidenten volgens de badkuipcurve toenemen. De monitoring van de toestand van de installaties moet versterkt worden om eventuele toename van falingen vroegtijdig te kunnen opsporen. Naast de evaluatie van de verouderingseffecten per component dient ook de globale veroudering van de systemen geëvalueerd te worden.

Voor kerncentrales is de periodieke veiligheidsherziening de gepaste gelegenheid om zich de vraag te stellen of het toenmalige ontwerp, met de verbeteringen die in de loop van de jaren zijn ingevoerd, nog voldoet aan het veiligheidsniveau dat vandaag de dag gevraagd wordt. Is het met andere woorden noodzakelijk om verbeteringen aan de veiligheid van het ontwerp aan te brengen?

De exploitant dient dus een methodologie te ontwikkelen om die domeinen te identificeren waar verbeteringen aan de veiligheid van het ontwerp van de betrokken eenheden noodzakelijk en/of mogelijk zijn. Het resultaat van deze aanpak is een globaal en systematisch programma voor de monitoring en het beheer van de veroudering van de (actieve en passieve) systemen, structuren en componenten. Dit programma zal op continue basis geïmplementeerd dienen te worden en zal tijdens de verdere uitbating van de kerncentrale regelmatig geëvalueerd worden.

Essentieel voor (voortgezette) bedrijfsvoering is de actuele veiligheidssituatie van de reactor en bijbehorende veiligheidssystemen en -voorzieningen. Voor een kerncentrale zijn voorwaarden voor veilig bedrijf vastgelegd in de zogenaamde Technische Specificaties.

Hierin zijn eisen aan de beschikbaarheid en reparatietijd van belangrijke componenten opgenomen. Net als bij andere kerncentrales bestaat bij Doel 1&2 en Tihange 1 een complex van activiteiten die bedoeld zijn om alle systemen en componenten van belang voor de nucleaire veiligheid in een zodanige conditie te houden dat ze hun functie kunnen vervullen tot ten minste de eerstvolgende inspectie en zonodig onder ongevalomstandigheden. Daarnaast wordt speciaal op de veroudering gelet. Dit betekent dat er nu al een ver ontwikkeld systeem bestaat om de beschikbaarheid van alle veiligheidssystemen zeker te stellen.

Ontwikkelingen nauwgezet volgen
Samenvattend kan geconcludeerd worden dat er technisch goede mogelijkheden lijken te zijn om de bedrijfsvoering bij Doel 1&2 en Tihange 1 voort te zetten na 2015. Dit vraagt uiteraard de nodige inspanning om de systemen zodanig te onderhouden dat aan alle veiligheidseisen wordt voldaan. Daarvoor moeten mogelijk onderdelen worden vervangen en moeten ontwikkelingen in de veroudering nauwgezet worden gevolgd.


Door Hubert Lahaut, Maintenance Magazine

Lees ook: Nieuw type ultrasone meetsondes legt scheurtjes in reactorvat Doel 3 bloot