Nagra - Belüftung und Kühlung des Tiefenlagers für radioaktive Abfälle
Das geologische Tiefenlager für radioaktive Abfälle ist ein Jahrhundertbauwerk
Für die langfristige Entsorgung von radioaktiven Abfällen soll ein geologisches Tiefenlager entstehen. AFRY plant die Belüftung und Kühlung dieser Lager für einen sicheren Bau und Betrieb.
Radioaktive Stoffe umgeben uns überall und sind etwas Natürliches. Sie können im Boden, im Gestein, in unserer Nahrung sowie Atemluft vorkommen. Heutzutage werden sie angereichert und vielfältig genutzt, beispielsweise in Kernkraftwerken für die Stromerzeugung, bei unterschiedlichsten Anwendungen in der Medizin wie Strahlentherapie oder Gesundheitsvorsoge, Industrie und Forschung. Dabei entstehen radioaktive Abfälle.
Wo radioaktive Abfälle entstehen
Es gilt das Verursacherprinzip, wer radioaktive Abfälle erzeugt, muss diese unter Aufsicht des Bundes dauerhaft und sicher entsorgen. Damit Mensch und Umwelt langfristig geschützt werden, müssen die in der Schweiz entstehenden Abfälle in einem geologischen Tiefenlager entsorgt werden. Das Kernenergiegesetz schreibt dies so vor.
Es wird zwischen hochaktiven, mittelaktiven und schwachaktiven Abfällen unterschieden. In der Schweiz sind fünf Kernkraftwerke Beznau 1 + 2, Gösgen, Leibstadt und Mühleberg für die Stromproduktion verantwortlich, wobei letzteres Ende 2019 seinen Betrieb einstellte. Sie gehören zu den grössten Verursachern von radioaktiven Abfällen in Form von abgebrannten, hochaktiven Brennelementen. Schwach- und mittelaktive Abfälle entstehen aus dem Betrieb und der Stilllegung der Atomkraftwerke und im Bereich Medizin, Industrie und Forschung.
Die sichere Entsorgung des Atommülls – ein Generationenprojekt
Heute lagern die radioaktiven Abfälle in Zwischenlagern. Einerseits im zentralen Zwischenlager Zwilag in Würenlingen, auf dem Gelände des Kernkraftwerks Beznau ZWIBEZ und beim Kernkraftwerk Gösgen.
Der Bund zusammen mit den Kernkraftwerken übertrugen der "Nagra" die Aufgabe zur sicheren Entsorgung der Abfälle. Die "Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle wurde 1972 gegründet.
Radioaktiver Abfall muss für lange Zeit sicher eingeschlossen werden. Wie lange wir uns noch darum kümmern können, lässt sich nicht festlegen. Aus diesem Grund dürfen die Abfälle längerfristig nicht an der Erdoberfläche bleiben, da sie hier von Naturgefahren oder menschlichen Eingriffen nicht geschützt sind.
Das Tiefenlager verfügt über mehrfache Barrieren, natürlicher und technischer Art, damit die Langzeitsicherheit gewährleistet werden kann und radioaktive Stoffe nicht an die Oberfläche gelangen können. Dank diesen Sicherheitsvorkehrungen braucht das Tiefenlager nach dem Verschluss keine menschliche Betreuung mehr.
Das geologische Tiefenlager
Ein geologisches Tiefenlager soll gebaut werden. Nördlich Lägern eignet sich als Standortgebiet am besten, welches nordwestlich von Bülach in den Kantonen Zürich und Aargau liegt. Wo das Lager gebaut werden kann, ist abhängig von der Geologie.
Ein Tiefenlager besteht aus Oberflächeninfrastruktur mit Gebäuden an der Erdoberfläche, wo die Abfälle angeliefert und für die Lagerung unter Tag vorbereitet werden. Dann geht es für mehrere hundert Meter in die Tiefe. Der Zugang zu den Anlagen im Untergrund, zu Hauptlager, Testbereich und Pilotlager werden durch Schächte gewährleistet.
AFRY wurde von der Nagra für mehrere Kompetenzen beauftragt
AFRY wurde beauftragt, im Rahmen der Etappe 3 des Sachplans der Nagra, die Planung und Dokumentation sämtlicher untertägigen Anlagen auf Stufe Vorprojekt, inkl. der Zugangsbauwerke zu übernehmen. Der Auftrag bestand aus den Teilmandaten Bauplanung und Geomechanik sowie der Tragwerksplanung. Die Planung wurde mit der BIM-Methode erarbeitet.
Das Lager umfasst drei Schächte mit je 900 m Tiefe und ein Tunnel- und Kavernensystem von über 40 km Länge. Für den Standortvergleich und anschliessende Wahl des Beststandorts wurden im Teilprojekt Bauplanung (BAUP) verschiedene Standorte vertieft geprüft und beurteilt. Jedes Projekt berücksichtigt die standortspezifischen geologischen, geomechanischen und topografischen Verhältnisse, sowie Randbedingungen, die sich aus dem partizipativen Prozess in den Standortregionen ergaben.
Im Teilprojekt Tragwerksplanung (TWP) wurden umfangreiche geomechanische 3D-Modellierungen sowie die Dimensionierung von ausgewählten Tunnelbauwerken und Schächten im Opalinuston durchgeführt. Die Berechnungen erfolgten an drei verschiedenen Lagerstandorten mit Tiefen zwischen ca. 500 m und 900 m. Die Modellierung berücksichtigte nebst den geomechanischen Parametern auch die unterschiedlichen Offenhaltungszeiten der Bauwerke. In Zusammenarbeit mit der BAUP wurden Vortriebs- und Sicherungskonzepte für die Tunnel- und Kavernenbauwerke geplant.
Dienstleistungen im Überblick:
- Planung und Layout des gesamten Tunnel- / Kavernensystems, inkl. Realisierungsprogramme, Kostenschätzungen, Materialbewirtschaftungskonzept
- Tunnelstatik
- Bautechnische Risikoanalyse
- Lüftung/Klima Tiefenlager
In den entsprechenden Tiefen ist mit Gebirgstemperaturen von bis zu 45°C zu rechnen. Die Belüftung und Kühlung der Lager ist eine grosse Herausforderung.
AFRY erstellte Lüftungs- und Kühlungskonzepte, überprüfte die Eignung für verschiedene Layouts wie Standorte, Tiefen, Stollennetzwerke und Szenarien. Unser Expertenteam definierte den erforderlichen Anlagen- und Platzbedarf.
Ziel ist die Gewährleistung normkonformer, lufthygienischer Bedingungen an den verschiedenen Arbeitsbereichen unter Tag. Die nukleare Betriebssicherheit, Brand und Störfälle spielen aber ebenfalls eine grosse Rolle. Dabei wird sowohl die Bauphase als auch die Betriebsphase berücksichtigt.
Fakten zum Projekt
Kunde: Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle (Nagra)
Dienstleistungen:
- Definition der Bauphasen
- Erstellung von Lüftungskonzepten für die Bau- und Betriebsphasen
- Erstellung von Kühlungskonzepten für die Bau- und Betriebsphasen
- Berechnung der Luftbedingungen im Arbeitsbereich
- Bestimmung der Leistungen und Anordnungen der Ventilatoren
- Betrachtung der Sicherheitsaspekte
Bearbeitungszeitraum: 2000 - 2022
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