Ny säkerhetsteknik

Den gamla devisen ‘Kunskap är makt’ gäller definitivt inom kärntekniksektorn. Vi ser nu flera tydliga trender. Dels har vi ett generationsskifte då de personer som byggt upp kärnkraften går i pension och deras kunskap måste överföras till ett yngre led, som också får avvecklingen av de första kraftverksgenerationerna på sitt bord. Dels har vi fortsatta uppdateringar av de reaktorer som skall kvarstå i drift – då måste analog teknik ersättas med digital och då måste ny kunskap tillföras och nya riskanalyser göras om material och system. Läs mer om ny säkerhetsteknik och utbildning.

Ny kompetens i en digital tidsålder

Få branscher är så omgärdade av regelverk och kontroller som kärntekniken. Därför är en hög kompetensnivå nödvändig, både hos dem som driver anläggningarna och hos dem som kontrollerar teknik och drift i egenskap av ansvariga myndigheter och oberoende tredjepartsorgan. Denna kunskap måste nu utvecklas genom forskning och utbildning, då föråldrade kontrollsystem skall bytas ut, driften optimeras inför förlängning av livslängden och i det fall att helt ny teknik som Generation IV eventuellt skall implementeras.

Den stora kompetensutmaningen

Eva Simic är forskningsdirektör på SSM, Statens Strålskyddsmyndighet. Hon säger att SSM kommer att öka kompetensutvecklingen kraftigt under 2017 i samarbete med universitet och tekniska institutioner.

”Målet för vår forskning är att säkra trygg drift respektive avveckling av de svenska kärnkraftverken.  Enligt vad vi vet i dag kommer det att finnas reaktorer i drift i Sverige under minst 30 år framöver. Det innebär att vi behöver kvalificerad kompetens under samma tid. Efter 2015 års energibeslut minskade intresset från studenterna märkbart, men sommarens uppgörelse vände denna trend. Vi anser att nationell forskning behövs, också kring Generation IV.”

Eva Simic tror att en mer proaktiv roll inom EU-programmen kan vara en väg framåt. ”SSM vill främja forskning av internationell klass. Exemplet Finland visar att man kan få kompetensen att stanna i landet. Det som talar för fortsatt satsning på kärnkraft är att det är en utsläppsfri och stabil energiproduktion.”

Digitaliseringen har nått kärnkraften

”Hela energisystemet kommer att digitaliseras, produktion, nät och konsumtion. Industriellt Internet innebär att man kopplar samman, förmedlar och analyserar information för bättre beslut, högre produktivitet och ökad hållbarhet. År 2020 kommer det att finnas en miljard smarta elmätare och 10 miljarder uppkopplade belysningsarmaturer. Det digitala kärnkraftverket är en del i denna transformation”, förklarar Mark Anthony från GE Hitachi.

”Vi går från stora, övergripande affärssystem till digitala system, som kommunicerar direkt med varandra. Inom kärnenergisektorn ligger fokus på konditionsbaserat underhåll, trendanalys för att förutse skador och defekter, utbildning och förberedelse för avveckling och rivning, områden där man med modern teknik utnyttjar kunskap om stora mängder driftdata. Man utnyttjar tillgängliga och etablerade resurser, vilket ger låga kostnader. När analog teknik byts till digital får vi en större överblick över hundratals variabler, som kan analyseras. Data kan sedan sparas i molnet i ett universellt filformat, som kan användas av dem som driver anläggningarna om 30 år.”

Ny teknik förhindrar ädelgaser i kontrollrum  

Vid en stor olycka får man ett utsläpp av radioaktiva ädelgaser. Gaserna kan nå kontrollrum och krisledningsrum som till exempel i Fukushima, där de dispergerades i vattenånga. Kemiskt kan man inte helt stoppa ädelgaserna, men Philipp Marx från Areva berättar att det nya systemet CRAFT kan bromsa och fördröja inträngningen av ädelgaser som xenon och krypton.

”Man måste samtidigt begränsa koncentrationen av CO₂ i lokalerna. Målet uppnås genom en smart filtrerings- och ventilationsteknik med dubbla bäddar av aktivt kol. Genom att vända luftströmmarna kan man ta med sig koldioxiden och ädelgaserna ut ur byggnaden. Tekniken finns i dag i industriell skala i en enhet i Tyskland.”

Verifiering av tryckkärlets integritet

Varje anläggningsägare strävar mot lång och problemfri drift. Peter Dillström från Inspecta Technology förklarar att Strålskyddsmyndigheten SSM har definierat de krav som kan vara rimliga för åldersbetingad analys av livslängd för reaktorkärl.

”Acceptansen för läcka eller brott skall vara låg. Inspecta och Vattenfall har genomfört en studie för att bedöma om själva reaktorkärnan ger ett ökat riskbidrag jämfört med andra delar. Vi undersökte material, tillverkningsmetoder, svetsningsteknik, svetsfogar, värmebehandling och inspektionsdata. För analysen användes en deterministisk metod, där vi kunde utesluta utmattning till följd av låg- eller högintensiva lastcykler.”

Modern inspektionsteknik ger mer realistiska data för en riskbedömning av svetsarna. ”Vi försökte utvärdera riskbidraget från varje speciell svetsfog. Analysen visar att fogarna i kärnan är utsatta för en mycket lägre verklig stressnivå än teoretiskt. Svetsarna var i flera fall mindre korrosionsutsatta än i den teoretiska modellen. Axiella svetsar ger det största bidraget till risken.”

Livslängdsförlängning i Slovakien

I Slovakien pågår som bäst ett program för att förlänga livslängden på fyra reaktorenheter, som är på väg att nå designad livslängd. Ludovit Kupca från anläggningsägaren Slovenské Elektrárne har varit med i projektgruppen för livslängdsförlängning (LTO). Han berättar att de slovakiska myndigheterna i samarbete med licensinnehavaren utarbetat ett kontrollprogram som följer IAEA:s riktlinjer.

”Om det finns ett genomarbetat regelverk leder det till mycket mindre huvudvärk. Se över all hittills förvärvad kunskap och dokumentera den inför LTO-arbetet. Gör också en livslängdsanalys för alla specifika material och konstruktioner. Nu finns det datorstödda kalkylprogram för att bedöma degradering av material.”

Tekniskt har livslängdsförlängningen inneburit en stor mängd åtgärder; byte av mekanik och reläer till digital styrning, nya instrument, utbyte av stora delar av primär- och sekundärvattennäten, nya nödstoppsfunktioner och en mycket omfattande ombyggnad av elsystemet.

Spänningskorrosion i nickelbaserade legeringar och stål

”De flesta materialskadorna i tryckvattenreaktorkärl kan härledas till flödesaccelererad korrosion, medan spänningskorrosion spelar en mindre roll. Den senare är dock relevant eftersom den uppträder i den andra barriärinslutningen”, förklarar Dr. Peter Scott från University of Leeds. Han har forskat i spänningskorrosion i nickelbaserade legeringar och rostfria material sedan 1971.

”Förekomsten av denna typ av spänningskorrosion är mycket låg om inte vattnet förorenats av kloridjoner eller svavelhaltiga ämnen från hartser eller kåda. Byte av vatten innebär en risk – evakuera luft med en vakuumpump. Kloridkällor finns överallt – en tejpbit på en RST-ledning ledde till lokal spänningskorrosion! För hårdhänt bearbetning av materialet leder också till skador.”

Peter säger att de flesta skadorna uppstår i zoner där vattnet står stilla eller växlas mer sällan. ”Föroreningarna ansamlas och syre kan bli instängt.”

Rena strålningsskador uppstår t.ex. genom att material ersätts på atomnivå eller genom härdning, då brottsegheten reduceras, krypning till följd av bestrålning eller att korngränserna degraderas. Ökad strålningsdos kan också leda till svällning.

”Det är tre parametrar som påverkar förekomsten av spänningskorrosion i kärnkraftverk: Miljön (temperatur, flöde, potentialskillnader), spänningar (driftsförhållanden, restspänningar etc.) och materialet (mikrostruktur, värmebehandling, ytans skick). Genom att analysera förutsättningarna kan man reducera riskerna för sprickor och brott.”

Säkerhetsanalys som hjälpmedel

Varför skall man göra en säkerhetsanalys som tar tid och kostar pengar? ”Att analysera en kärnkraftsanläggning och dess omgivning är nödvändigt för att kunna driva anläggningen vidare. Den totala energinivån är mycket hög i ett kärnkraftverk, vilket skapar stora konsekvenser vid en olycka”, förklarar Torsten Dilot från konsultföretaget Berotec AB.

Säkerhetsanalysen består av tre delar:

1. Är anläggningen i balans och kan den drivas på rätt sett med den avsedda konstruktionen?
2. Visar lastbasen att den valda konstruktionen fungerar inom angivna acceptansramar?
3. Bekräftar säkerhetsanalysen att den valda konstruktionen uppfyller säkerhetskraven?

Enligt Torsten består en komplett säkerhetsanalys av två delar: Den probabilistiska delen med frekvensanalys, klassning av händelser i grupperna H1-H4 (incidenter) och H5 (allvarlig olycka), samt den deterministiska delen som bygger på en stor mängd reella fakta, bland annat mängden transienter.

”Man måste ta hänsyn till att världen och teknologierna förändrats sedan kärnkraftverken byggdes – se bara på hur våra telefoner ser ut i dag jämfört med 1975! Ett aktuellt exempel på nya krav är OBH, oberoende reaktorkylning med egen elförsörjning, som skall implementeras från slutet av 2020 och kostar en miljard kronor per enhet. Varje olycka eller incident som Harrisburg, Fukushima eller Tjernobyl leder till nya krav från tillsynsmyndigheterna. Vi står inför en helt ny situation då avvecklingen av kärnkraften inleds. Det finns konfliktrisker, energiproducenten skall också ansvara för avvecklingen – vem gör då säkerhetsanalysen? Säkerhetsanalys är att analysera det osannolika innan det händer. Den pågående utvecklingen mot kraftfullare datasystem hjälper oss att förutse oväntade scenarier och att diversifiera våra skyddssystem. Rätt hanterad är kärnkraften en hållbar och utsläppsfri energikälla och med Generation IV också potentiellt en resurs med mycket lång framtid.”

Text: Tage Erikson