(GRS-791) Untersuchungen zu neuen Entwicklungen auf den Gebieten EVA und EVI - Neue Entwicklungen bei Einwirkungen von außen und Quantifizierung von Windeinwirkungen

Förderkennzeichen 4721R01350

In diesem Bericht wird einerseits ein Überblick über aktuelle Entwicklungen im Bereich Einwirkungen von außen auf kerntechnische Anlagen gegeben, wobei insbesondere Erdbebenserien näher beleuchtet werden. Andererseits werden eigene Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu Windeinwirkungen auf Kernkraftwerke vorgestellt. Letztere umfassen sowohl eine probabilistische Analyse der aus linearen Winden (Sturmsystemen) für Referenzstandorte im Flachland bzw. an der Küste und im Mittelgebirge resultierenden Windgeschwindigkeiten mit Überschreitenswahrscheinlichkeiten von 10^-4 pro Jahr als auch eine generische Ermittlung der Tornadogefährdung in Deutschland unter Berücksichtigung der Windgeschwindigkeitsverteilung innerhalb eines Tornados.

Erdbeben treten häufig als Serien, bestehend aus Vor-, Haupt- und Nachbeben, auf. Nicht selten gibt es auch innerhalb der Serie zwei oder mehr ähnlich starke Erdbeben. Dieses Verhalten wurde in seismischen Sicherheitsanalysen für Kernkraftwerke bisher nicht explizit betrachtet. In den letzten Jahren wurden jedoch methodische Ansätze für eine mögliche Berücksichtigung von (starken) Nachbeben in seismischen Sicherheitsanalysen (z. B. im Rahmen des METIS-Projekts) entwickelt.

In den Untersuchungen der GRS zu linearen Windeinwirkungen wurde ein Weg aufgezeigt, wie eine probabilistische Windgefährdungsanalyse für eine Überschreitenswahrscheinlichkeit von 10^-4 pro Jahr durchgeführt werden könnte. Dabei wurden sowohl aleatorische als teilweise auch epistemische Unsicherheiten berücksichtigt. Hierbei zeigte sich, dass – zumindest für die betrachteten meteorologischen Referenzstationen – die Unsicherheiten des Median- bzw. Mittelwertes der Windgeschwindigkeit hauptsächlich durch die Wahl der Extrapolationsmethode und damit durch epistemische Unsicherheiten bestimmt sind. Höhere Fraktilwerte wie das 95 % oder das 99 %-Fraktil unterscheiden sich zwischen den einzelnen Methoden jedoch nicht wesentlich, so dass hier epistemische Unsicherheiten eine geringere Rolle spielen.

Für die Ermittlung der Tornado-Gefährdung in Deutschland wurden Daten des ESWD zu beobachteten Tornados hinsichtlich Häufigkeit und betroffener Fläche ausgewertet. Da die Windgeschwindigkeiten innerhalb eines Tornados deutlich variieren, wurde diese Windverteilung zusätzlich mittels eines einfachen Modells analysiert und in die Gefährdungsermittlung mit einbezogen. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass Tornado-Windstärken von F0 und ggf. auch F1 nach der Fujita-Skala im Bereich von Eintrittswahrscheinlichkeiten der Größenordnung 10^-4 pro Jahr liegen. Diese Windgeschwindigkeiten dürften jedoch nicht ausreichend sein, um in einem Kernkraftwerk zu sicherheitstechnisch relevanten Schäden zu führen. Stärkere Tornado-Windgeschwindigkeiten im Bereich F2 bis F5 sind jedoch in Deutschland sehr selten, so dass es gerechtfertigt erscheint, sie mittels Robustheitsbetrachtungen, bei denen von der Auslegung gegen die Notstandsfälle Flugzeugabsturz und Explosionsdruckwelle Kredit genommen wird, zu behandeln. Neben dieser generischen Gefährdungsanalyse werden auch mögliche Auswirkungen von (insbesondere starken) Tornados auf Kernkraftwerke diskutiert.