Kernkraftwerk Forsmark

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Reaktor 3

Das Kernkraftwerk Forsmark ist eines von drei im Betrieb befindlichen Kernkraftwerken in Schweden und erzeugt etwa ein Sechstel der schwedischen Elektrizität.

Das Kernkraftwerk besteht aus drei Kraftwerksblöcken in der Bauart Siedewasserreaktor: Forsmark-1 (1.011 Megawatt elektrische Nettoleistung, Inbetriebnahme 1980), Forsmark-2 (951 MW elektrische Nettoleistung, 1981 in Betrieb genommen) und Forsmark-3 (1.190 MW elektrische Nettoleistung, 1985 in Betrieb genommen). Die Jahresproduktion beläuft sich im Schnitt auf 23,5 TWh^[1].

Schweden deckt rund 50 Prozent (69,5 TWh(e)) seines Strombedarfs mit Atomenergie aus drei Kernkraftwerken (Forsmark, Oskarshamn, Ringhals) mit insgesamt zehn Reaktorblöcken. Zwei weitere Anlagen mit zusammen drei Reaktoren wurden bereits permanent stillgelegt.^[2]

Inhaltsverzeichnis

1 Betreiber
2 Geschichte
- 2.1 Entdeckung der Tschernobyl-Katastrophe
- 2.2 Störfall Juli 2006
3 Siehe auch
4 Weblinks
5 Quellen

[Bearbeiten] Betreiber

Forsmark-Betreiber ist die Forsmark Kraftgrupp AB, eine Tochtergesellschaft der auch in Deutschland als Stromerzeuger tätigen Firma Vattenfall. Das Dorf Forsmark liegt an Upplands Küste etwa auf halbem Weg zwischen Gävle und Norrtälje.

[Bearbeiten] Geschichte

[Bearbeiten] Entdeckung der Tschernobyl-Katastrophe

Durch die empfindlichen Instrumente des Kernkraftwerks war Forsmark am 27. April 1986 einer der ersten Orte außerhalb der Sowjetunion, an dem Anzeichen der Nuklearkatastrophe von Tschernobyl bemerkt wurden. Damals wurde bei Arbeitern eine erhöhte Strahlung festgestellt. Bei der Suche nach der Quelle stellte sich dann heraus, dass die erhöhte Strahlung von außerhalb kam.

[Bearbeiten] Störfall Juli 2006

Ein Kurzschluss außerhalb des Kraftwerkes führte am 25. Juli 2006 zur Trennung der Anlage vom Stromnetz und zur automatischen Schnellabschaltung des Reaktors. Um die Nachwärme des abgeschalteten Reaktors abzuführen, hätte ein Notkühlsystem automatisch anspringen müssen. Jedoch versagten Teile der Notstromversorgung für das Notkühlsystem, nur zwei von vier Dieselgeneratoren sprangen an und versorgten die Nachkühlung mit Energie. Weil durch die Stromunterbrechung auch ein Teil des Steuerungssystems ausgefallen war, hatte die Betriebsmannschaft mehr als zwanzig Minuten lang keinen vollständigen Überblick über den tatsächlichen Zustand des Reaktors. Danach konnte sie die beiden nicht automatisch angelaufenen Notstromgeneratoren per Hand anwerfen.

[Bearbeiten] Tragweite des Störfalles

Welche Auswirkungen der Störfall nach dem Stand der in Forsmark eingesetzten Technik im schlimmsten Fall hätte haben können, und wie nahe die Anlage durch den Zwischenfall an eine Kernschmelze gekommen ist, wird unterschiedlich bewertet, da die Schnellabschaltung und wesentliche Teile des Notkühlsystems funktioniert haben. Laut Aussage eines ehemaligen Konstruktionsleiters des Kraftwerks, Lars-Olov Höglund, habe das Kraftwerk kurz vor einem GAU durch Kernschmelze gestanden.^[3]

Die schwedische Strahlenschutzbehörde SKI und die finnische Strahlenschutzbehörde STUK halten diese Aussage allerdings für übertrieben. Eine akute Kernschmelze sei zu keiner Zeit des Störfalls zu erwarten gewesen, dennoch sei der Zwischenfall sehr ernst zu nehmen.

[Bearbeiten] Konsequenzen des Störfalles in Schweden

Als Konsequenz aus dem Vorfall bleiben der betroffene Reaktorblock in Forsmark und der baugleiche Block 2, der zum Zeitpunkt des Störfalls bereits zur alljährlichen Revision und zum Brennelementwechsel heruntergefahren war, bis auf weiteres abgeschaltet und ebenfalls zwei baugleiche Reaktorblöcke im Kernkraftwerk Oskarshamn. Die Betriebserlaubnis dieser vier Siedewasserreaktoren mit gleicher Technik ist zurückgezogen und muss vor einer Wiederinbetriebnahme erneuert werden ^[4].

Die schwedische Strahlensicherheitsbehörde SKI bewertete den Fehler in einer ersten Reaktion als Störfall (Stufe zwei) auf der von null bis sieben reichenden International Nuclear Event Scale (INES). Vier Wochen nach dem Störfall gab der Vorsitzende des Reaktorsicherheitsausschusses der SKI, Björn Karlsson, zu, dass sich "durch die Klärung von Einzelheiten das Bild deutlich verschlechtert" habe ^[5].

Die Strompreise in Schweden stiegen auf Rekordniveau.^[6]

[Bearbeiten] Wiederinbetriebnahme unter Auflagen

Etwa zwei Monate nach dem Störfall verweigerte die schwedische Strahlenschutzbehörde SKI zunächst eine neue Betriebsgenehmigung wegen Sicherheitsmängeln und verhängte Auflagen zur Erhöhung der Sicherheit. Am 28. September 2006 stimmte die SKI einem Wiederanfahren der Reaktorblöcke 1 und 2 zu. Die Betreiber waren den Auflagen der SKI nachgekommen, müssen jedoch die Sicherheit noch weiter verbessern und dazu einen Maßnahmenplan erarbeiten. Vor der Wiederaufnahme des Betriebs in Forsmark müssen die Notfallpläne noch überarbeitet, Pläne für die Schulung des Personals erarbeitet und Wartungsarbeiten verbessert werden. Wann die Reaktoren in Forsmark wieder angefahren werden können, steht noch nicht fest.

[Bearbeiten] Reaktionen auf den Störfall in Deutschland

Der teilweise Ausfall der Notstromversorgung hat auch in anderen Ländern Fragen nach der Sicherheit ihrer kerntechnischen Anlagen aufgeworfen. In den deutschen Medien blieb der Störfall von Forsmark zunächst weitgehend unbemerkt. Er wurde vom deutschen Bundesumweltministerium am 3. August 2006 als „sicherheitstechnisch ernstes Ereignis“ eingestuft – mit dem Ergebnis, dass auch in Deutschland alle Kernkraftwerke nochmals überprüft wurden.^[7] Innerhalb weniger Tage reichten die zuständigen Aufsichtsbehörden der Bundesländer Berichte der Betreiber von Kernkraftwerken, die von ihren Experten begutachtet worden waren, an das Bundesumweltministerium weiter. Zentrale Fragestellung ist für das Bundesumweltministerium, ob es in den deutschen Kernkraftwerken zu ähnlichen Störfällen kommen kann ^[8].

Nach Angaben der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS), der zentralen Fachinstitution Deutschlands auf dem Gebiet der nuklearen Sicherheit, sind diese Berichte nicht ausreichend. Eine ganze Reihe von Pannen habe den Störfall in der Anlage verursacht. Die GRS forderte daher eine gründlichere Überprüfung deutscher Kernkraftwerke.

Besondere Beachtung findet das Kernkraftwerk Brunsbüttel, dessen Sicherheitsleittechnik und Notstromversorgung besonders unsicher sein soll und seit Jahren von der Reaktorsicherheitskommission untersucht wird. Die sofortige Stilllegung wird gefordert ^[9]. Die Kernkraftwerke Forsmark und Brunsbüttel werden beide vom Energiekonzern Vattenfall betrieben. Vattenfall hat inzwischen ein externes Gutachten beim Steinbeis-Institut für Angewandte Forschung an der Universität Rostock in Auftrag gegeben und beim Ministerium in Kiel eingereicht, in dem berechnet wird, dass ein gleichartiger Störfall in Brunsbüttel nicht auftreten könne. Zu demselben Ergebnis kam auch ein Gutachten von AEG. AEG hatte die Technik in Forsmark geliefert, die dort zum technischen Versagen geführt hatte.

[Bearbeiten] Ablauf des Störfalles und aufgetretene Pannen

Ablauf

Am 25. Juli 2006 wurde der Reaktor Forsmark-1 nach einem Kurzschluss im Zusammenhang mit Wartungsarbeiten in der Umspannstation, über die das AKW seinen Strom ans allgemeine Netz abführt, von der Stromversorgung automatisch getrennt. Dies führte zu einem Lastabwurf des Generators und die im Reaktor produzierte Wärme konnte nicht mehr in elektrische Leistung umgesetzt werden. Der Reaktor wurde über eine Schnellabschaltung auf 25% seiner Nennleistung heruntergefahren; das heißt, die atomare Kettenreaktion wurde reduziert auf die interne Kraftwerksversorgung. Jedoch war die Trennung von dem Kurzschluss nicht in der üblichen kurzen Zeit von ca. 100 ms erfolgt, es entstanden daher zunächst Unterspannung und nach der Trennung Spannungsüberhöhungen (Transienten) von 120% während 1 s, und der Strom für die Steuerung des Kernkraftwerkes und die Speisepumpen, die die Nachzerfallswärme abführen müssen, fiel in 2 von 4 internen Netzbereichen aus. Die interne Versorgung wurde daraufhin auf das Notstromsystem umgeschaltet.

Die Sicherheitssysteme des Kraftwerks Forsmark 1 sind vierfach redundant ausgelegt, d.h. die 4 Untersysteme (A bis D) sind physikalisch getrennt und umfassen elektrische, elektronische und mechanische Sicherheitseinrichtungen. Das werksinterne 220V-Versorungsnetz sollte bei Unterspannung aus 4 separaten, batteriebetriebenen, als Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) ausgelegten Wechselrichtern (verzögerungsfrei) und das 6kV-Netz aus 4 Dieselgeneratoren (nach deren Hochlauf) gespeist werden. Von den 4 Systemen gingen 2 USV- und 2 zugeordnete Diesel-Systeme (Untersysteme C und D) bestimmungsgemäß in Betrieb, die beiden anderen USV (Untersysteme A und B) hatten sich wegen der Störungen abgeschaltet; die zugeordneten Diesel waren zwar angelaufen, konnten wegen fehlender USV-Spannung aber nicht in Betrieb gehen.

Damit fehlte die Stromversorgung für einen Teil der 220V-gespeisten Messgeräte in der Leitwarte und weitere Komponenten

Sensoren, Übertrager, Regler und Ereignis-Protokollierung
Anzeigen und Überwachungseinrichtungen im Kontrollraum, z.B. Anzeige "Kontrollstäbe im Kern " (für System A und B), Anzeige für die Neutronenüberwachung und für Druck und Wasserstand im Reaktordruckgefäß.
Feinbewegung der Antriebe für die Kontrollstäbe (alle Stäbe waren vom hydraulischen Schnellabschaltsystem eingefahren)
Motorgetriebene Trennungs- und Druckreduzierventile hatten verlängerte Reaktionszeiten
Die Motorantriebe für 4 Umwälzpumpen fielen aus

Der Druck im Reaktorkessel wurde auf 1,2 MPa für eine Zeit von 30 min reduziert. Der Wasserstand im Kessel wurde stabilisiert auf 1,9m über dem Kern. Die Sättigungstemperatur ging mit dem Druck zurück, ein Temperaturwechsel, für den der Kessel und seine internen Komponenten nur für 25 Zyklen ausgelegt sind.

Die Versorgung und die Sicherung des Reaktors durch Abtransport der Nachzerfallswärme benötigt zwei Notstromaggregate, da jedes einzelne 50 Prozent der erforderlichen Notleistung liefern kann.

Nach 22 Minuten stellte das Wartenpersonal die Verbindung zwischen den spannungslosen 500V-Schienen der dieselgestützten Subsysteme A und B und dem 6kV-Netz wieder her, das während des ganzen Vorfalls aus dem externen 70kV-Netz versorgt wurde. Diese manuellen Aktionen setzten die gesamte elektrische Versorgung des Kraftwerks wieder in Betrieb. Die Bedienungsmannschaft konnte wieder feststellen, dass die Kontrollstäbe alle in den Reaktorkern eingefahren waren. Von nun an gingen alle Teilbereiche des Hilfs-Speisewassersystems wieder in Betrieb und der Reaktor erreichte bald seinen Nenn-Wasserpegel. Die aktivierten Sicherheitssysteme wurden manuell zurückgesetzt (in Bereitschaft) und die geöffneten Entlastungsventile geschlossen. Nach insgesamt 45 Minuten konnte die Betriebsmannschaft bestätigen, dass sich der Reaktor in einem sicheren und stabilen Abschaltmodus befand .^[10]

Ursachen

Die kritische Situation war aus zwei Ursachen entstanden:

das Schutzsystem der 400kV-Schaltstation arbeitete nicht schnell genug. Das lag daran, dass der Netzbetreiber Svenska Kraftnät, der Eigentümer der Schaltstation, es versäumt hat, einen Erdschluß-Sicherheitsschalter einzubauen, der für schnelle Trennung des Erdschlusses in 100 ms gesorgt hätte. Die so entstandenen Transienten verursachten, dass von den 4 USV-Einheiten zwei (Subsysteme A und B) durch ihre interne Schutzeinrichtung für ihre elektronischen Gleich- und Wechselrichter von den Notstromversorgungsschienen abgetrennt wurden, noch bevor sie ihren Betrieb als Stromlieferant aus den Batterien an das Notstromnetz aufnehmen konnten. Ungenügende Selektivität zwischen Gleichrichterschutz (für die Batterieladung) und Wechselrichterschutz (für die Wechselspannungserzeugung aus der Batteriespannung) verursachte im Zusammenhang mit der Überspannung den Ausfall der beiden USV-Einheiten. Als direkte Folge davon konnten die 2 zugeordneten Dieselgeneratoren, die schon gestartet waren, wegen fehlender 220V-Spannungsversorgung für die Drehzahlregelung mittels Tachogenerator nicht hochgefahren werden. Sie wurden vom 500V-Netz getrennt und abgeschaltet.
das Abschaltsystem der Kraftwerksgeneratoren bei Frequenzabweichung versagte infolge eines Design-Fehlers, weil zwei Phasen vertauscht waren. Diese Phasenabhängigkeit war nicht getestet worden. Eine Turbine war nach dem externen Kurzschluss - infolge zu geringen hydraulischen Drucks in dem Regelventilsystem - unter Nenndrehzahl gefallen, die Frequenz des Generators fiel unter 47,5 Hz. Das Abschaltsystem hätte bei der eingetretenen Frequenzabweichung das kraftwerksinterne Notstrom-Netz automatisch auf die externe 70kV-Versorgung umschalten müssen, dann wäre der Spannungsausfall auf Sekunden begrenzt gewesen statt Minuten.
Ein dritter Fehler blieb ohne Wirkung. Das Startsignal für einen vorhandenen 70 kV- Gasturbinengenerator erreichte diesen nicht, weil ein Automatikprozessor nicht richtig arbeitete. Dies blieb jedoch ohne Belang, weil das externe 70kV-Netz die ganze Zeit über für die interne Kraftwerksversorgung verfügbar war.

Es zeigte sich eine Schwäche des Sicherheitskonzepts dieses Kraftwerks hauptsächlich darin, dass der Hochlauf eines Notstrom-Dieselgenerators von der korrekten Funktion der zugehörigen USV-Einheit abhängt. USV und Dieselgenerator zusammen bringen auf diese Weise kaum höhere Sicherheit für das 500V-Netz. Andere Kraftwerke speisen die Steuerung des Dieselhochlaufs auch direkt aus Batterien. Dass derselbe Fehler bei zwei von vier Systemen auftrat, wird von der schwedischen Behörde SKI als "Fehler mit gemeinsamer Ursache" eingestuft, was die Sicherheitsauslegung der Notstromversorgung erheblich reduziert. ^[11], ^[12]

Stand der Korrekturmaßnahmen (14.09.2006)

Inzwischen ist in Forsmark 1 die Spannungversorgung für die Dieselhochlaufsteuerung umgestellt worden auf Gleichspannungsspeisung aus den Batterie-Systemen, und ein Schutzsystem wurde in der externen 400kV-Schaltstation eingerichtet und getestet. Auch die anderen genannten Fehlerursachen wurden beseitigt. Als längerfristige Maßnahmen sind Überarbeitung des Sicherheitsanalyseberichts und Pläne für präventive Wartung vorgesehen.