Laufzeit Schweizer Kernkraftwerke: Die Sicherheit ist entscheidend, nicht das Alter

Die Schweiz kennt keine gesetzlich fixierten Laufzeitbeschränkungen für Kernkraftwerke. Sie können betrieben werden, solange sie sicher sind. Dies hält der Bundesrat in seiner Antwort auf eine Interpellation von Nationalrat Eric Nussbaumer fest.

Nach dem Entscheid von Bundesrat und Parlament zum Ausstieg aus der Kernenergie im letzten Jahr kommt jetzt auch die Frage nach der Lebensdauer respektive der Laufzeitbeschränkung von Schweizer Kernkraftwerken auf die politische Agenda.

Nationalrat Eric Nussbaumer (SP-BL), der neu auch Präsident der Kommission für Umwelt, Raumplanung und Energie des Nationalrats (UREK-NR) ist, wollte vom Bundesrat wissen, ob es „international anerkannte Normen, Richtlinien oder Empfehlungen gibt, welche die sicherheitstechnische Lebensdauer oder das Ende dieser Lebensdauer definieren“ und welches die gesetzlichen Grundlagen für die Lebensdauer der Kernkraftwerke in der Schweiz sind.

In der Schweiz kennen Kernkraftwerke wie in Frankreich, Spanien, Belgien und Schweden keine Laufzeitbeschränkung von Gesetzes wegen. Die Sicherheit muss aber jederzeit gewährleistet sein und der Betreiber ist verpflichtet, die Sicherheitstechnik seiner Anlage ständig gemäss dem aktuellen Stand der Wissenschaft nachzurüsten und weiter zu verbessern.

„Entscheidend ist in der Schweiz nicht das Alter einer Anlage, sondern ihre Sicherheit“, betont ENSI-Direktor Hans Wanner. Denn gemäss der geltenden Gesetzgebung kann ein KKW in der Schweiz solange betrieben werden, wie es sicher ist. Dies hat der Bundesrat in seiner Antwort auf die Interpellation Nussbaumer erneut bekräftigt.

Weil die Sicherheit der Kernkraftwerke aber gemäss dem Schweizer Gesetz Sache der Betreiber ist, hängt die Lebensdauer eines KKW in der Schweiz „nicht zuletzt von der Bereitschaft der Betreiber ab, die nötigen Investitionen in die Sicherheit ihrer Anlagen zu tätigen“, wie ENSI-Direktor Hans Wanner unterstreicht. „Im Sinne der Planungssicherheit wäre es für alle Beteiligten sicher hilfreich, wenn die Betreiber öffentlich aufzeigen könnten, wie lange sie ihre Anlagen zu betreiben beabsichtigen.“

 

Aufgaben klar verteilt

Laut Schweizer Gesetz ist es die Aufgabe des Eidgenössischen Departements für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK, als Lizenzgeber den Betrieb eines Kraftwerks zu bewilligen. Die Rolle des Eidgenössische Nuklearsicherheitsinspektorats ENSI ist es, darüber zu wachen, dass die Betreiber ihre Aufgabe umfassend wahrnehmen.

Der Betreiber (Bewilligungsinhaber) ist gemäss Kernenergiegesetz KEG insbesondere verpflichtet:

• Massnahmen zu treffen, um die Anlage in einem guten Zustand zu erhalten;
• Nachprüfungen sowie systematische Sicherheitsbewertungen während der ganzen Lebensdauer der Anlage durchzuführen;
• für ein Kernkraftwerk periodisch eine umfassende Sicherheitsüberprüfung vorzunehmen;
• die Entwicklung von Wissenschaft und Technik sowie die Betriebserfahrungen vergleichbarer Anlagen zu verfolgen.

Diese Pflichten des Bewilligungsinhabers werden in der Kernenergieverordnung KEV weiter konkretisiert. Insbesondere die detaillierten Anforderungen an die Instandhaltung, die Alterungsüberwachung und die umfassende Sicherheitsüberprüfung decken die spezifischen Anforderungen des SALTO-Berichtes (Safety Aspects of Long Term Operation) der Internationalen Atomenergie-Organisation IAEA zum Alterungsmanagement ab^[1].

 

Internationale Empfehlungen zur Lebensdauer

Für die einzelnen Aspekte der Sicherheitsbewertung gibt es Empfehlungen und Standards der IAEA und der Nuclear Energy Agency NEA, einer Institution innerhalb der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung OECD. Aufgrund der vielfältigen Themen und Aspekte, die zur Gewährleistung des sicheren Betriebes von Kernkraftwerken zu berücksichtigen sind, gibt es keine internationalen Normen oder Richtlinien, welche die Lebensdauer eines Kernkraftwerkes aus sicherheitstechnischer Sicht festlegen.

International werden zwei unterschiedliche Vorgehensweisen zur Gewährleistung der nuklearen Sicherheit während der gesamten Betriebsdauer von Kernkraftwerken verfolgt. Die Randbedingungen und Kriterien zur Umsetzung dieser Konzepte werden im nationalen Regelwerk festgelegt.

• Befristete Betriebsbewilligungen:

In den USA, aber auch in Finnland, Grossbritannien und Ungarn ist die Betriebsbewilligung befristet. Während der Gültigkeit der Bewilligung ist der Bewilligungsinhaber zwar verpflichtet, gewisse Verbesserungsmassnahmen aufgrund der Betriebserfahrung umzusetzen, er geniesst jedoch einen relativ grossen Bestandschutz. Insbesondere werden während der Bewilligungsdauer keine umfassenden Sicherheitsüberprüfungen verlangt.

Nach Ablauf der Betriebsbewilligung – oft nach 40 Jahren Betrieb – benötigt der Bewilligungsinhaber eine neue Bewilligung. Für die Erteilung einer solchen Bewilligung sind den Behörden umfangreiche Erfahrungsberichte und Nachweise einzureichen. Aktuell verfügen in den USA mehr als 50 Kernkraftwerke über eine auf 60 Jahre verlängerte Betriebsbewilligung. Mehr als 20 weitere Kernkraftwerke haben bei der amerikanischen Aufsichtsbehörde NRC entsprechende Anträge gestellt.

• Unbefristete Betriebsbewilligungen:

„In der Schweiz steht nicht der Bestandesschutz, sondern die Sicherheit im Mittelpunkt“, hält Hans Wanner fest. Wie in Spanien, Frankreich, Belgien und Schweden wurden die Betriebsbewilligungen unbefristet erteilt. In diesen Ländern kann ein Kernkraftwerk so lange betrieben werden, als die Sicherheitsanforderungen erfüllt sind. Im Gegenzug geniesst der Bewilligungsinhaber aber einen geringeren Bestandschutz. Er ist verpflichtet, seine Anlage kontinuierlich zu verbessern und nachzurüsten.

Die Überprüfung des Zustandes der Anlage erfolgt laufend im Rahmen der ordentlichen Aufsicht und zusätzlich mit einer mindestens alle 10 Jahre durchzuführenden umfassenden Periodischen Sicherheitsüberprüfung (PSÜ). Dazu sind der Überwachungsbehörde Vorkommnis- und Erfahrungsberichte sowie spezielle Sicherheitsnachweise gemäss dem länderspezifischen Regelwerk einzureichen. Diese prüft die Unterlagen und erstellt eine Stellungnahme, welche den Anlagenzustand und die Sicherheitsnachweise des Kraftwerks bewertet sowie Nachforderungen für Mängel und offene Punkte aufstellt.

 

Internationale Empfehlungen für den Langzeitbetrieb

Für die Gewährleistung eines sicheren Langzeitbetriebs von Kernkraftwerken haben die Kernenergieländer mit dem IAEA-EBP-SALTO-Bericht Empfehlungen geschaffen. Die Staaten werden aufgefordert, gesetzliche Grundlagen für den Langzeitbetrieb zu schaffen und die Forschung und den Erfahrungsaustausch zu unterstützen. „Die Schweiz hat diese Empfehlungen umgesetzt“, bestätigt Hans Wanner.

Im SALTO-Bericht werden sowohl die materialtechnischen als auch die konzeptionellen Alterungsaspekte behandelt. Für den Langzeitbetrieb müssen im Wesentlichen vier Voraussetzungen erfüllt sein:

• Alterungsmanagement: Es bestehen Programme und Massnahmen für die Instandhaltung und die Alterungsüberwachung unter Berücksichtigung der internen und externen Betriebserfahrung und des Standes von Wissenschaft und Technik;
• Grosskomponentenzustand: Die zeitlich befristeten Nachweise, wie die Integrität (Unversehrtheit) des Reaktordruckbehälters unter Thermoschockbeanspruchung, die Integrität der Hauptkühlmittelleitungen unter Betriebs- und Störfallbelastung sowie die Integrität der Stahldruckschale des Containments unter Korrosionseinwirkung, sind erneuert;
• Störfallanalysen: Die Störfallanalysen sind aktualisiert;
• Nachrüstungen: Die Auslegung ist auf der Basis des Standes der Nachrüsttechnik überprüft.

Die beiden ersten Punkte betreffen die materialtechnische Alterung. Damit wird sichergestellt, dass die Anlage in einem guten Zustand ist und der Alterungsprozess überwacht wird. Die Punkte drei und vier behandeln die konzeptionelle Alterung. Damit wird sichergestellt, dass die Anlage dem Stand der Nachrüsttechnik entspricht und die Auslegungsstörfälle beherrscht.

 

Wann muss ein KKW ausser Betrieb genommen werden?

Ein Kernkraftwerk ist in der Schweiz gemäss der Kernenergieverordnung vorläufig ausser Betrieb zu nehmen und nachzurüsten, falls Ereignisse oder Befunde zeigen, dass

• die Kühlung der Brennelemente bei Störfällen nicht mehr gewährleistet ist;
• die Integrität des Primärkreislaufes nicht mehr gewährleistet ist;
• die Integrität des Containments (Stahldruckschale und Betonhülle, die den Primärkreislauf umschliessen) nicht mehr gewährleistet ist.

In der zugehörigen Verordnung des Departements für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK^[2] wird unterschieden, ob eine Ausserbetriebnahme wegen Auslegungsfehlern oder wegen Alterungsschäden zu erfolgen hat.

Bei Feststellung von Alterungsschäden hat der Bewilligungsinhaber das Kernkraftwerk unverzüglich vorläufig ausser Betrieb zu nehmen, wenn folgende Kriterien erfüllt sind:

• Grenzwerte für die Versprödung des Reaktordruckbehälters erreicht;
• Wanddurchdringende Risse in den Rohrleitungen des Primärkreislaufs festgestellt;
• Mindestwandstärke für die Rohrleitungen des Primärkreislauf unterschritten;
• Mindestwandstärke für die Stahldruckschale des Containments unterschritten;
• Grenzwerte für Risse und Abplatzungen an der Betonhülle des Containments erreicht;

Die schweizerischen Ausserbetriebnahmekriterien aufgrund von Alterungsschäden entsprechen im Wesentlichen den im SALTO-Bericht aufgeführten zeitlich befristeten Nachweisen zum Alterungsmanagement von Grosskomponenten.

Falls der Verdacht besteht, dass bestimmte Störfälle von der Anlage nicht mehr beherrscht werden können oder wenn sich herausstellt, dass sich die Gefährdungsannahmen, die bei der Baubewilligung berücksichtigt wurden, geändert haben, muss der Bewilligungsinhaber die Auslegung des Kernkraftwerks überprüfen. Eine derartige Überprüfung kann auch jederzeit durch die Aufsichtsbehörde angeordnet werden. „Das ENSI hat beispielsweise im Nachgang zu den Ereignissen in Fukushima von den Betreibern verschiedene Nachweise gefordert“, erläutert Hans Wanner.

Insbesondere sind die Störfallanalysen zu erneuern. Das Kernkraftwerk ist unverzüglich vorläufig ausser Betrieb zu nehmen, wenn die Überprüfung zeigt, dass die Dosisgrenzwerte, welche die Strahlenschutzverordnung^[3] vorschreibt, nicht eingehalten werden. Damit besteht auch für die SALTO-Anforderungen zu den Störfallanalysen eine entsprechende Grundlage im schweizerischen Recht.

Die vierte SALTO-Anforderung wird durch die Pflicht des Betreibers, seine Anlage nachzurüsten, abgedeckt. Massgeblich sind dabei die Erfahrung beispielsweise aus Ereignissen in in- und ausländischen Kernkraftwerken und der Stand der Nachrüstungstechnik. Darüber hinaus müssen auch Nachrüstungen vorgenommen werden, die zu einer weiteren Verminderung der Gefährdung beitragen und angemessen sind. Beispiele für Nachrüstungen sind der Einbau eines Containment-Druckentlastungssystems zur Vorbeugung eines Containmentversagens, der Einbau von Rekombinatoren zur Vermeidung explosiver Gasgemische im Containment, Errichtung von zusätzlichen Wasserzufuhrmöglichkeiten in den Primärkreis, in das Containment und in das Brennelementlagerbecken zur Milderung der radiologischen Folgen im Falle von Kernschmelzunfällen.

 

Die Auslegungslebensdauer

Die Auslegungslebensdauer der technischen Ausrüstungen eines Kernkraftwerkes wird mit den Anforderungen in den nuklearen Bauvorschriften festgelegt. Wenn die darin festgelegten Sicherheitswerte erschöpft sind, z. B. wegen Alterung oder Erhöhung der Gefährdungsannahmen, so sind die Bauteile oder Komponenten zu ersetzen oder nachzurüsten. Die Sicherheitswerte werden für den Normalbetrieb und die Auslegungsstörfälle unterschiedlich festgelegt. Sie berücksichtigen bereits bei der Auslegung die bekannten Effekte der Werkstoffalterung.

Die nuklearen Bauvorschriften gelten speziell für den Bereich der Kernkraftwerke und insbesondere für die darin festgelegten Werkstoffe. Sie enthalten beispielsweise Anforderungen für die Planung, Herstellung und Montage von sicherheitstechnisch klassierten Behältern und Rohrleitungen, deren Instandhaltung einschliesslich spezieller Materialprüfungen. In den Ländern, in denen eine Industrie für Herstellung und Bau von Kernkraftwerken aufgebaut wurde, existieren nukleare Bauvorschriften, die auf unterschiedlichen Sicherheitskonzepten basieren (USA, Frankreich, Deutschland, Japan).

Da in der Schweiz Kernkraftwerke aus den USA und Deutschland betrieben werden, sind für die bestehenden Kernkraftwerke die Bauvorschriften der USA (ASME-Code) und Deutschlands (KTA-Regelwerk) von der Behörde zugelassen.

 

Die maximale sicherheitstechnische Lebensdauer

„Die vorausschauende Bewertung des zukünftigen Sicherheitsstatus ist ein wichtiges Element für den Langzeitbetrieb eines Kernkraftwerks“, erklärt Hans Wanner. Ab vierzig Betriebsjahren müssen die Betreiber zusätzlich zu den ordentlichen PSÜ-Unterlagen einen Nachweis für den Langzeitbetrieb einreichen. Darin sind die Nachweise zu erbringen, dass die Auslegungsgrenzen der sicherheitstechnisch relevanten Anlagenteile auch bei einer verlängerten Betriebsdauer nicht erreicht werden.

Als wesentliche Alterungsmechanismen für die schwer oder nicht ersetzbaren Komponenten gelten vor allem die strahlungsbedingte Materialversprödung und die unterschiedlichen Arten von Korrosionsphänomenen.

Für den Langzeitbetrieb fordert das ENSI deshalb die Erneuerung der folgenden zeitlich befristeten Nachweise:

• Sprödbruchsicherheitsnachweis für den Reaktordruckbehälter,
• Ermüdungssicherheit für Rohrleitungen und Behälter,
• Bruchausschluss der Hauptkühlmittelleitungen, und
• Integritätsnachweis des Containments.

Alle Nachweise sind gemäss dem Stand von Wissenschaft und Technik im Voraus für den in den nächsten zehn zusätzlichen Betriebsjahren prognostizierten Materialzustand zu führen. Dabei ist aufzuzeigen, dass die Auslegungsgrenzen der sicherheitstechnisch relevanten Anlageteile und insbesondere auch die Ausserbetriebnahmekriterien der UVEK-Verordnung zur Primärkreislauf- und Containmentintegrität in der verlängerten Betriebsdauer nicht erreicht werden. Können diese Nachweise nicht erbracht werden, hat der Bewilligungsinhaber das Kraftwerk vorläufig ausser Betrieb zu nehmen und nachzurüsten.

 

Zwei Alterungsphänomene

Für die Sicherheit eines Kernkraftwerks im Langzeitbetrieb sind zwei grundsätzliche Alterungsphänomene zu betrachten:

• Materialtechnische Alterung:

Im Laufe des Betriebs treten physikalische Abnützungs- und Alterungsprozesse auf, welche dazu führen können, dass Komponenten nicht mehr der ursprünglichen Auslegung entsprechen. Die wichtigsten Alterungsmechanismen sind strahlungsbedingte Versprödungen, Ermüdung, Korrosion sowie Spannungsrisskorrosion. Alterungsschäden entwickeln sich in der Regel vorhersehbar und können mit entsprechenden Überwachungsprogrammen verfolgt werden.

• Konzeptionelle Alterung:

Wissenschaft und Technik entwickeln sich weiter und führen dazu, dass sich die Auslegungsgrundlage eines bestehenden KKW immer mehr von derjenigen eines KKW der neuen Generation unterscheidet. Durch Nachrüstungen können die Unterschiede vermindert werden. Zudem kann sich aufgrund von Ereignissen, Befunden oder auch neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen zeigen, dass die ursprüngliche Auslegung nach heutigem Stand des Wissens auf zum Teil nicht konservativen Grundlagen beruhte und sich das Kernkraftwerk deshalb nicht so verhält wie ursprünglich vorgesehen. Beim Vorliegen von Auslegungsfehlern sind die Störfallanalysen zu erneuern und das Kernkraftwerk ist allenfalls nachzurüsten.

Aufgrund der langjährigen Erkenntnisse aus der Forschung und der langjährigen Betriebserfahrungen in den Schweizerischen und ausländischen Anlagen lässt sich die materialtechnische Alterung in der Regel gut vorhersagen. Dementsprechend werden auch vom Bewilligungsinhaber laufend Massnahmen zur Minderung oder Beseitigung der Alterungsvorgänge durchgeführt. Damit wird für die verlängerte Betriebdauer über 40 Jahre hinaus abgesichert, dass die Anforderungen der Bauvorschrift eingehalten und die Ausserbetriebnahmekriterien der UVEK-Verordnung nicht erreicht werden. Die Nachweise zum Langzeitbetrieb sind vom Bewilligungsinhaber im Voraus für den nächsten Zeitabschnitt des Leistungsbetriebs (5 oder 10 Jahre) zu erbringen.

 

Vorausschauend überprüfen

Eine genaue zeitliche Festlegung einer sicherheitstechnischen Lebensdauer ist beim Konzept der unbefristeten Betriebsbewilligung und kontinuierlichen Sicherheitsüberprüfungen und Nachrüstungen nicht vorgesehen. Die maximale sicherheitstechnische Lebensdauer der Schweizer Kernkraftwerke reicht nach dem heutigen Wissensstand über 50 Betriebsjahre hinaus. Diese Aussage ist zu überprüfen, falls aufgrund der konzeptionellen Alterung höhere Gefährdungsannahmen, neue Befunde aus Ereignissen, neue Erkenntnisse aus der Forschung oder ein aktualisierter Stand der Nachrüsttechnik vorliegen.

Dank der vorausschauenden Überprüfung für einen Langzeitbetrieb können allfällige Ausserbetriebnahmegründe frühzeitig erkannt werden. Betreiber und Behörde erhalten so genügend Vorlauf, um die definitive Stilllegung vorausschauend und sicherheitsgerichtet angehen zu können.

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