ZUSAMMENFASSUNG:

Eine untertagige Anordnung von Kernkraftwerken in Felskavernen wird als Alternative zur oberirdischen Bauweise sowohl im Hinblick auf erweiterte Standortmöglichkeiten als auch auf einen erwarteten Zuwachs an Sicherheit bei hypothetlschen Störfallen in Erwagung gezogen. Im Rahmen einer felsmechanischen Studie wird die Durchfuehrbarkeit sehr groβer Kavernenbauten, ausgehend von oberirdischen Referenzkraftwerken geprueft. Auβerdem werden die geologischen Voraussetzungen fuer Standortmöglichkeiten diskutiert und ein erwarteter Sicherheitszuwachs durch das umgebende Gebirge bei auβeren und inneren Störfallen untersucht.

SUMMARY:

The underground siting of nuclear power plants in rock caverns is considered as an alternative to surface construction. The number of possible sites is greater and the safety factor is greater for the hypothetical case of a nuclear accident. The possibility of building large caverns for nuclear reactors is examined in a rock mechanical pilot study. The geological preconditions for a possible site and the expected increase in safety by the overlying rock are discussed.

RESUME:

L'amenagement de centrales nucleaires dans des cavernes souterraines est considere comme une alternative de la construction en surface grace aux possibilites plus grandes du choix des sites et à la securite plus elevee en cas d'accident. Les possibilites de realisation de grandes cavernes sont examinees dans une etude pilote. Les conditions geologiques et l'accroissement prevu de la securite en cas d'accident sont discutes.

1. Einfuehrung

Seit 1965 werden in der Bundesrepublik Deutschland Kernkraftwerke gebaut. Der standig wachsende Energiebedarf macht den Einsatz weiterer Kernkraftwerke unumganglich, da der Energieerzeugung mit fossilen Rohstoffen sowohl aus Gruenden der Rohstoffverknappung wie aus Gruenden der Umweltverschmutzung Grenzen gesetzt sind. Bei der Planung von weiteren Kernkraftwerken werden zur Zeit Überlegungen angestellt, diese untertagig anzuordnen. In mehreren Studien wird untersucht, welche Vorteile und zusatzliche Standortmöglichkeiten eine untertagige Anordnung gegenueber der uebertagigen besitzt. Fuer die untertagige Anlage eines Kernkraftwerkes liegen 3 verschiedene Baukonzepte vor (Fig. 1). Bei der Grubenbauweise wird das Reaktorgebaude völlig oder teilweise unter Gelandeniveau versenkt und erhalt anschlieβend eine Überschuettung. Das Reaktorgebaude wird in offener Baugrube erstellt. Die Hangbauweise bildet einen Sonderfall der Grubenbauweise. Unter Ausnutzung der Gelandemorphologie wird das Reaktorgebaude in der Nachbarschft eines Steilhanges oder Hangeinschnittes errichtet und anschlieβend ueberschuettet. Die dritte Bauweise ordnet den Reaktor und Teile des Kernkraftwerkes in Felskavernen an. Der Zugang erfolgt alternativ ueber Schacht oder Stollen. Im folgenden soll hier nur auf die ingenieurgeologisch- felsmechanischen Aspekte der Kavernenbauweise eingegangen werden.

2. Ingenieurgeologisch-felsmechanische Probleme der Kavernenbauweise

Das Konzept der Kavernenbauweise sieht die Anlage des Reaktors und der sicherheitsrelevanten Reaktorhilfsgebaude in Felskavernen vor (Fig.2). Der untertagigen Anlage liegt ein Referenzkraftwerk mit einem Reaktor von 1300 MW zugrunde. Reaktoren dieser Gröβenordnung bedingen Kavernengröβen von 63 m Durchmesser und 66 m Höhe (Fig.3). Felshohlraume dieser Gröβenordnung sind im Felsbau Neuland (Fig.4). Die Frage der Durchfuehrbarkeit und der Standsicherheit dieser Kaverne wird, bedingt durch die vielen und teilweise schwer zu bestimmenden Parameter des Felsbaus, nur anhand umfangreicher Untersuchungen sowohl auf experimentellem als auch auf rechnerischem Wege zu lösen sein. In die Sicherheitsbeurteilung der Kavernen sind neben den groβen Dimensionen auch die verschiedenen dynamischen Beanspruchungszustande mit einzubeziehen, wie auβere und innere Störfalle, z.B. Erdbeben, Flugzeugabsturz, Waffeneinwirkung, Explosion oder gar Bersten des Reaktors. Eine untertagige Anordnung der Kernkraftanlage erfordert eine Anpassung des obertagigen Anlagenkonzeptes an felsmechanisch notwendige Erfordernisse. Hierzu gehören die Einhaltung von Mindestabstanden zwischen den Kavernen, die Ermittlung optimal möglicher Kavernengröβen - aus anlage und betriebstechnischen Gruenden werden groBe Kavernen angestrebt, aus felsmechanischer Sicht sind zur Erhöhung der Standsicherheit kleinere Kavernen erwuenscht - sowie die anlagentechnische Nutzung der Vorteile, die sich aus der dreidimensionalen Anordnung der Kraftwerkseinheiten im Fels gegenueber der zweidimensionalen Anordnung der obertagigen Anlage ergeben. Das Gebirge vermag bei der Kavernenbauweise die Schutz- und Ausbaufunktionen des Reaktorcontainments der obertagigen Anlage teilweise zu uebernehmen bzw. zu ersetzen. Es ist hier zu pruefen, in welchem Ausmaβ dies erfolgt und welche Einsparungen dadurch im Ausbau gegenueber dem oberirdischen Containment getroffen werden können. Durch die machtige Gebirgsueberdeckung bei der Kavernenbauweise ergibt sich bei manchen Störfallannahmen ein sehr viel höherer Schutzgrad gegenueber der oberirdischen Anlage. Die Quantifizierung dieses Schutzzuwachses ist als wesentliches Entscheidungskriterium fuer die eine oder andere Bauweise unumganglich. Bei inneren Störfallen beruht die Schutzwirkung des Gebirges auf dem erhöhten Widerstand gegen Bersten des Reaktors, auf der Abschirmung von Direktstrahlung und auf der Rueckhaltewirkung des Gebirges bei Austreten der kontaminierten Gas-Wasserdampfe aus dem Reaktor. Bei auβeren Einwirkungen wie Luftstoβwellen oder lokalen Druckimpulsen an der Erdoberflache resultiert die Schutzwirkung vorwiegend auf der Abminderung des Ausgangsimpulses im Gebirge. Die Sicherheit der Kavernenbauweise bei Erdbeben, die in den wenigen verfuegbaren Erkenntnissen etwas guenstiger beurteilt wird, bleibt noch Gegenstand eingehender Untersuchungen.

3. Ingenieurgeologisch-felmechanische Kriterien fuer die Standorte von Kernkraftwerken in Felskavernen

Neben den Problemen der Realisierbarkeit und der Sicherheit von Kernkraftwerken in Felskavernen stellt sich die Frage nach der geologischen Beschaffenheit eines Standortes fuer die Kavernenbauweise und ob genuegend Standortmöglichkeiten in der Bundesrepublik Deutschland vorliegen. Der vorlaufige Nachweis möglicher Standorte erfordert allgemeine ingenieurgeologischfelsmechanische Kriterien nach denen eine erste Standortbeurteilung vorgenommen werden kann.

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