| Bearbeitungszeitraum |
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März 2012 - Juli 2017 |
| Vorhabenziel |
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Im Rahmen des Projektes ANSICHT wurde eine Methode entwickelt, wie ein Sicherheitsnachweis für ein Endlager für hoch-radioaktive und wärmeentwickelnde Abfälle im Tongestein in Deutschland geführt werden kann (Jobmann et al. 2017a, Jobmann et al. 2017b). Die in den Sicherheitsanforderungen 2010 allgemein formulierten Kriterien für den Integritätsnachweis einer geologischen Barriere wurden zum Zwecke einer rechnerischen Nachweisführung eines potentiellen Endlagers im Tonstein im Vorhaben ANSICHT konkretisiert, quantitativ untersetzt (Jobmann et al. 2017c) und ihre Anwendung schließlich exemplarisch demonstriert (Maßmann und Ziefle 2017). Neben dem Entwurf einer Methodik für den Sicherheitsnachweis wurden Endlagerkonzepte an die geologische Situation im Tonstein angepasst sowie FEP Kataloge entwickelt. Hierbei wurden zwei generische Modelle zu Grunde gelegt, die jeweils eine typische geologische Situation für Norddeutschland (Standortmodell Nord, Unterkreidetone, Reinhold et al. 2013) und Süddeutschland (Standortmodell Süd, Opalinuston, Reinhold et al. 2016) widerspiegeln. Im Rahmen des Projekts wurden auch exemplarische Austragsrechnungen durchgeführt (Rübel 2017). Das Vorhaben ist in einer Vielzahl von Berichten dargestellt, die sich auf der Webseite der BGETEC finden. |
| Rechtliche Rahmenbedingungen |
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| Abfallinventar |
| - |
| Einlagerungskonzept |
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Standortmodell Nord
Standortmodell Süd
Keine Optimierung hinsichtlich der Packungsdichte der Behälter, der Streckenabstände, der Beladung der Behälter (Wärmeleistung) sowie optimaler Zwischenlagerzeiten |
| Geologie |
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Generische Modelle für Nord und Süd, s. o., basierend auf Reinhold et al. 2013 und Reinhold et al. 2016. |
| Systementwicklung und durchgeführte Systemanalysen |
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1. Systembeschreibung durch einen FEP-Katalog sowie Szenarienentwicklung Für beide Standorte wurden lokationsspezifische FEP-Kataloge erarbeitet, in denen jeweils alle Endlagerkomponenten und Prozesse beschrieben sind inklusive einer Einschätzung der jeweiligen Eintrittswahrscheinlichkeit. Die Kataloge ermöglichen die Beschreibung und Entwicklung des Endlagerstandortmodells. Die FEP-Katalog-Methodik wurde dahingehend optimiert, dass eine klare Trennung von Komponenten und Prozessen, eine Systematisierung der Beschreibung der Komponenten-FEP durch eine Eigenschaftsliste, inhaltlich überschneidungsfreie Abgrenzungen der FEP sowie Regeln für FEPVerknüpfungen eingeführt wurden. 2. Szenarienentwicklung Referenzszenarium und Alternativszenarien, Vergleich zur Szenarienentwicklung in der VSG 3. THM Analysen Beschreibung des gekoppelten THM Verhaltens im Referenzszenarium basierend auf numerischen Analysen 4. Begleitende Prozessanalysen (numerische Berechnungen zusätzlich zu den Sicherheitsberechnungen) Gasproduktion, Wiederaufsättigung des Endlagers |
| Sicherheitskonzept/Nachweismethodik |
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In diesem Vorhaben wurde ein Entwurf der Methodik eines Sicherheitsnachweises für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle in Tongestein in Deutschland erarbeitet, basierend auf den Sicherheitsanforderungen BMU, 2010. Integrität des einschlusswirksamen Gebirgsbereichs Die Kriterien zur Gewährleistung der Integrität des ewG wurde im Hinblick auf numerische Berechnungen quantifiziert. Advektionskriterium Nach Jobmann u. a., 2015 ist das Advektionskriterium eingehalten, wenn ein gelöster konservativer Tracer innerhalb des Nachweiszeitraums nicht allein auf Grund der Bewegung des Porenwassers vom Einlagerungsbereich bis an den Rang des ewG transportiert werden kann. Temperaturkriterium Nach Jobmann u. a., 2015 ist das Temperaturkriterium eingehalten, wenn eine Temperatur von 150 deg C im ewG (Tongestein) nicht überschritten wird. Die für die Ausarbeitung des Temperaturkriteriums berücksichtigten Effekte sind Tab. 6.1 (S. 33) in Jobmann u. a., 2015 gelistet. Fluiddruckkriterium Nach Jobmann u. a., 2015 ist das Fluiddruckkriterium eingehalten, wenn die effektiven Spannungen nicht im Zugspannungsbereich liegen. Dieses Kriterium ist für einen Bereich, der innerhalb des ewG liegt und der das Endlager mit einer Mindestausdehnung umschließt, nachzuweisen. Dilatanzkriterium Nach Jobmann u. a., 2015 ist das Dilatanzkriterium eingehalten, wenn der Spannungszustand unterhalb der Schädigungsgrenzen und somit auch der Dilatanzfestigkeiten der Gesteinsformation liegt. Dieses Kriterium ist für einen Bereich, der innerhalb des ewG liegt und der das Endlager mit einer Mindestausdehnung umschließt, nachzuweisen. Anmerkungen: Es liegt keine allgemein gültige und akzeptierte Formulierung der Dilatanzgrenze bzw. Dilatanzfestigkeiten für Tonstein vor und die ist, da sie z.T. noch Gegenstand wissenschaftlicher Diskussion/Forschung ist. Für ANSICHT wird das Dilatanzkonzept von Steinsalz (Cristescu u. a., 1998; Hunsche u. a., 2005) auf Tonstein übertragen. Integrität der geotechnischen Barriere Für den Nachweis der Integrität der geotechnischen Barrieren wurde die prinzipielle Anwendbarkeit der Methode der Teilsicherheitsbeiwerte nach Eurocode, die bereits in früheren FuE-Projekten entwickelt wurde, beispielhaft an den Komponenten eines Bohrlochverschlusses und eines Streckenverschlusses illustriert. Neu im Zusammenhang mit dem geotechnischen Barrierensystem ist die Notwendigkeit der Einhaltung des „Advektions-Kriteriums“nicht nur im Wirtsgestein, sondern auch im Strecken- und Schachtsystem. Es konnte aufgezeigt werden, unter welchen Voraussetzungen die Einhaltung des Kriteriums möglich ist und wie der Nachweis geführt werden kann. |
| Umgang mit Ungewissheiten |
| Nicht behandelt |
| Modellierungsstrategie |
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1. Integrität des ewG Es wird vorgeschlagen, den rechnerischen Integritätsnachweis des ewG anhand folgender numerischer Modelle zu führen:
Exemplarisch wurden Modellberechnungen zu Modell A (Nord) und B (Süd) durchgeführt. Methoden: gekoppelte THM Simulationen mittels FEM (OpenGeoSys). 2. Radiologischer Nachweis Notwendig wäre eine integrierte Modellierung des Radionuklidtransportes im Gesamtsystem von Wirtsgestein und den Strecken und Schächten, sowohl über den Lösungs- als auch über den Gaspfad. Da ein solches Rechenprogramm in Deutschland derzeit nicht zur Verfügung steht, ist eine getrennte Betrachtung der einzelnen Transportpfade vorgenommen worden. Methoden: probabilistische Modellierung, lösungsgebundener Schadstofftransport in Strecken/Schächten; LOPOS, diffusiver Transport durch das Wirtsgestein; CLAYPOS Ergebnis: Im Hinblick auf die Freisetzung sind jene Radionuklide relevant, für die keine oder nur eine sehr schwache Sorption im Wirtsgestein besteht und die eine ausreichend lange Halbwertszeit haben. |
| Arten von Modellen |
¶ Berechnungsmodell A:Ziel der Modellierung Lage Modelldimension Numerische Methode Software Diskretisierung Ort Diskretisierung Zeit Numerische Lösungsverfahren Strukturmodell / Geometrie Prozesse Materialmodelle/konstitutive Annahmen Wärmequelle Anfangsbedingungen Randbedingungen Modellierte Komponenten des Endlagers (Behälter, Einlagerungsstrecken/Bohrlöcher, Schächte, EBS) Modellierung des Einlagerungsbereichs Datengrundlage/Parametrisierung Modellqualifizierung Konvergenz der Diskretisierung demonstriert Nachweisführung Weiterführende Literatur ¶ Berechnungsmodell B:2D-Vertikalschnitt im Bereich des Einlagerungsbereichs EK-BE, Standortmodell Süd, 8 km horizontale Ausdehnung, 1,5 km u. GOK, (81.663 Dreiecks-Elemente), Auflösung im Einlagerungsbereich 0,5 m, Fernfeld: 75 m, Berechnungszeit 1 Mio. a, THM (Richards): teilgesättigt, Systemverständnis, Nachweis der Integrität der geologischen Barriere. |