Passiivisten turvallisuusjärjestelmien luontaiset virhetoiminnot ydinvoimalaitoksessa

Uusissa ydinvoimalaitostyypeissä aiotaan käyttää aiempaa enemmän passiivisia turvallisuusjärjestelmiä. Näistä järjestelmistä on vielä vähän käyttökokemusta aktiivisiin turvallisuusjärjestelmiin verrattuna. Työssä tarkastellaan passiivisten turvallisuusjärjestelmien toimintaa sekä etsitään niiden mahdollisia luontaisia vikatilanteita. Luontaisten vikatilanteiden seurauksia järjestelmän suorituskykyyn arvioitiin yksinkertaisilla laskuilla ja mallintamalla RELAP5/MOD3.2.2 beta -termohydrauliikkaohjelmalla. Tarkastelu rajattiin kahden erityyppisen ydinvoimalaitoksen passiivisiin turvallisuusjärjestelmiin. Turvallisuusjärjestelmien suuntaa antavat mitat ja käyttötilanteiden parametrit saatiin laitosvalmistajien laitoskuvauksista. Osoittautui, että vikatilanteissa passiivisissa turvallisuusjärjestelmissä geometrialla on merkittävä vaikutus järjestelmän kapasiteettiin. Tarkasteluissa saatiin myös selville, että laitosmittakaavassa painovoimaisen hätälisävesijärjestelmän turvallisuustoiminto voi toteutua vaikka esiintyisi lyhytaikaisia toimintahäiriöitä, kuten lauhtumista hätälisävesisäiliössä. Sen sijaan lämmönsiirtopiirin virtausreittien tukkeutuminen voi olla fysikaalisesti merkittävä toimintaa haittaava tekijä.

Ydinvoimalaitoksen varalla olevien turvallisuusjärjestelmien määräaikaistestausten riittävyys ja kattavuus

Ydinvoimalaitoksen varalla olevien turvallisuusjärjestelmien tehtävänä on ehkäistä häiriö- ja onnettomuustilanteiden syntyminen sekä lieventää mahdollisen onnettomuuden seurauksia. Jotta saadaan tietoa näiden tärkeiden järjestelmien käyttökunnosta, on suoritettava riittäviä ja kattavia määräaikaistestauksia. Tutkimuksen pääkohteena ovat Olkiluodon voimalaitoksen matala- ja korkeapaineisten hätäjäähdytysjärjestelmien määräaikaistestaukset ja niiden ohjeet. Määräaikaistestauksista arvioidaan niiden kykyä havainnoida vikoja, mahdollisia vikaantumisia testauksissa, testausten taajuutta sekä vastaavuutta järjestelmien suunnitteluperusteena olevaan jäähdytteenmenetysonnettomuuteen (LOCA). Lisäksi selvitetään, mitä hyötyä testausten hajautuksilla ja diversifioinnilla on saavutettu, ja miten niitä tulisi jatkossa soveltaa. Testauksiin liittyviä ohjeita ja menettelyjä arvioidaan tarkastelemalla, täyttävätkö ne viranomaisen asettamat vaatimukset. Tulokseksi syntyi arvio järjestelmien testausten nykytilasta, joka on yleisesti ottaen hyvä. Tähän ovat vaikuttaneet testauksissa esiintyneiden puutteiden korjaaminen ja määräaikaistestausten määräajoin tapahtuvan arvioinnin kehittäminen. Vertailut LO-CA:an tuottivat tyydyttävän tuloksen, koska testausten todettiin olevan riittävän laajat ja vastaavan vuodessa kertyvien rasitusten osalta noin vuorokauden aikaista onnettomuutta lähes kaikilla laitteilla. Suositeltavaa olisi suorittaa pitkäaikaisempaa testausta apusyöttövesijärjestelmän pumpulle. Optimitestausvälin mukaisesti testausvälit ovat tällä hetkellä riittävän tiheät, ja muutamia testauksia pitäisi jopa harventaa. Hajautuksilla on saavutettu huomattava riskin väheneminen, ja nykyisin hajautusta sovelletaan hätäjäähdytysjärjestelmissä laajasti. Joistakin mittalaitteiden testauksista hajautus vielä puuttuu, joten näihin se olisi suositeltavaa lisätä. Järjestelmien testausten diversifiointi on nykyisellään riittävää.

TRACE ja sen käyttö painevesilaitosten mallinnuksessa

Tässä kandidaatintyössä on esitelty U.S. NRC:n kehittämä TRAC/RELAP Advanced Computational Engine termohydrauliikkamallinnusohjelmisto sekä sillä luodun yksinkertaistetun painevesilaitoksen mallin pienimuotoinen simulointi.

Sähkön tuotantokustannusvertailu

Työssä vertaillaan eri sähköntuotantovaihtoehtojen taloudellista kannattavuutta. Kannattavuusvertailu suoritetaan pelkkää sähköä tuottaville voimalaitoksille. Sähkön ja lämmön yhteistuotannon lisärakentaminen tulee kattamaan tietyn osuuden lähitulevaisuuden sähkön hankinnan vajeesta, mutta sen lisäksi tarvitaan myös uutta lauhdetuotantokapasiteettia. Tutkittavat voimalaitostyypit ovat: ydinvoimalaitos, maakaasukombilauhdevoimalaitos, kivihiililauhdevoimalaitos, turvelauhdevoimalaitos, puulauhdevoimalaitos ja tuulivoimala. Kannattavuustarkastelu suoritetaan annuiteettimenetelmällä käyttäen 5 % reaalikorkoa ja tammikuun 2008 hintatasoa. Laskelmien perusteella 8000 tunnin huipunkäyttöajalla ydinsähkön tuotantokustannus olisi 35,0 € /MWh, kaasusähkön 59,2 €/MWh ja hiilisähkön 64,4 €/MWh, kun hiilidioksidipäästöoikeuden hintana käytetään 23 €/t. Ilman päästökauppaa kaasusähkön hinta on 51,2 €/MWh ja hiilisähkön 45,7 €/MWh ydinsähkön hinnan pysyessä ennallaan. Herkkyystarkastelun tulosten perusteella ydinvoiman kilpailukyky korostuu muihin tarkasteltuihin tuotantomuotoihin verrattuna. Ydinpolttoaineen suurellakaan hinnan muutoksella ei ole merkittävää vaikutusta ydinsähkön tuotantokustannukseen, kun taas maakaasusähkö on erittäin riippuvainen polttoaineen hinnasta. Myös päästöoikeuden hinnan kasvu lisää merkittävästi ydinvoiman kilpailukykyä kaasu- ja hiilisähköön verrattuna. Ydinvoimainvestoinnin kannattavuutta ja takaisinmaksua tarkastellaan myös yksinään siten, että investoinnilla saavutettavien tuottojen laskennassa käytetään useita eri sähkön markkinahintoja. Investoinnin kannattavuus on erittäin hyvä, kun sähkön markkinahinta on 50 €/MWh tai suurempi.

Todennäköisyyspohjaisen kaapelipaloriskianalyysimenetelmän kehittäminen ydinvoimalaitokselle

Ydinenergian tuottamisessa turvallisuus on tärkeää. Todennäköisyyspohjaisella riskianalyysillä voidaan arvioida turvallisuusvaatimusten täyttymistä eri tilanteissa. Tässä diplomityössä tarkastellaan todennäköisyyspohjaisen riskianalyysin käyttöä ydinvoimalaitoksen kaapelipalojen vaikutusten arvioinnissa. Työn tarkoituksena on omalta osaltaan edistää ydinvoimalaitosten kaapelipaloturvallisuuden parantamista. Työssä esitellään todennäköisyyspohjaisen riskianalyysin ja todennäköisyyspohjaisen paloanalyysin periaatteet sekä nykyiset kaapelipaloanalyysimenetelmät. Olemassa olevien menetelmien pohjalta kehitettiin menetelmä Olkiluoto 1 ja 2 laitosyksiköiden kaapelipaloturvallisuuden arviointiin. Työssä tarkastellaan myös maailmalla sattuneita kaapelipaloja sekä ydinvoimalaitosten palosimulointiin kehitettyä ohjelmistoa. Työssä kehitetty kaapelipaloanalyysi jakautuu kahteen päävaiheeseen: virtapiirien vika-analyysiin ja virtapiirivikojen todennäköisyysanalyysiin. Virtapiirien vika-analyysi käsittää kaapeleiden vikamoodien, virtapiirien vikaantumisluokkien sekä vikaantumisten vaikutuksien määrittämisen. Virtapiirivikojen todennäköisyysanalyysissä määritetään puolestaan vikaantumistodennäköisyydet kaapelipalokokeiden tulosten pohjalta. Kehitettyä analyysimenetelmää sovellettiin esimerkinomaisesti Olkiluoto 1 ja 2 laitosyksiköiden kahdelle eri huonetilalle. Tuloksena saatiin turvallisuudelle tärkeiden järjestelmien virtapiirien vikaantumismallit sekä niiden todennäköisyydet. Tulosten perusteella voidaan todeta, että työssä kehitetty kaapelipaloanalyysimenetelmä toimi hyvin. Tulevaisuudessa menetelmää on tarkoitus hyödyntää Olkiluoto 1 ja 2 -laitosyksiköiden kaapelipaloturvallisuuden arvioinnissa.

Dekontaminointimenetelmien arviointi ja toimintaprosessien tehostaminen Loviisan voimalaitoksella

Tämän diplomityön lähtökohtana oli Loviisan voimalaitoksella 2006 käynnistyneen valvonta-alueen laajennusprojektin (VAJAKO) uudistettavien dekontaminointitilojen tehostaminen. Diplomityössä arvioitiin Loviisan voimalaitoksen dekontaminointikeskuksissa käytössä olevien puhdistusmenetelmien tehokkuutta ja toimivuutta. Tämän lisäksi työssä tutkittiin tarkemmin kahta "uutta" dekontaminointimenetelmää, joista toisen menetelmän toimivuutta kokeiltiin pienimuotoisen kokeen avulla. Dekontaminointimenetelmien arviointi ja toimintaprosessien tehostaminen tehtiin kirjalliseen materiaaliin, käyttäjiltä saatuihin kommentteihin sekä kokeista saatuihin tuloksiin perustuen. Dekontaminointimenetelmien arviointi aloitettiin kirjallisen materiaalin tutustumisella, jonka perusteella valittiin kaksi tarkemmin tutkittavaa menetelmää. Kirjalliseen materiaaliin pohjautuvaa tietoa verrattiin käytännön kokemuksiin vierailemalla mm. Forsmarkin, Oskarshamnin, Olkiluodon ja Ringhalsin ydinvoimalaitoksissa. Työntekijöiltä saatujen tietojen sekä kirjalliseen materiaaliin pohjautuen valittiin toinen tutkituista menetelmistä käytännön kokeeseen. Kokeessa tutkittiin menetelmän toimivuutta mm. dekontaminointituloksen, puhdistusajan ja syntyvän nestemäisen jätteen määrän perusteella. Kokeista saadut tulokset yhdistettiin kirjallisen materiaalin ja käyttäjiltä saatujen kokemusten kanssa yhdeksi kokonaisuudeksi. Työssä tarkasteltiin myös Loviisan voimalaitoksen metalliromujen käsittelyprosessin toimivuutta. Toimivuuden arvioinnissa kiinnitettiin erityistä huomiota syntyperäisen lajittelun parantamiseen, jonka seurauksena puhtaiden metalliromujen dekontaminointitarve vähenee käytännössä.

Tapahtumien tutkinnan systematisointi Loviisan voimalaitoksella

Tämä diplomityö käsittelee tapahtumien tutkinnan systematisointia Loviisan voimalaitoksella. Nykyisin Loviisan voimalaitoksella tutkitaan tapahtumia usealla tavalla eikä raporttien tuloksia pystytä täysin hyödyntämään. Diplomityössä käydään läpi erilaisia tapahtumien tutkintamenetelmiä sekä tutustutaan perussyyanalyysimenetelmiin. Matalan tason tapahtumien tutkintaan kehitettiin kysymyslista, jolla saadaan helposti selville tapahtumien ongelma-alueet. Kysymyslista mahdollisti myös tapahtumien laaja-alaisen luokittelun, jonka avulla tunnistetaan eri tapahtumien kautta ilmenneitä yhteisiä ongelma-alueita. Tapahtumien tutkintaan liittyy myös riskien arviointi. Tässä diplomityössä kehitettiin riskimatriisi tapahtuman vakavuuden ja jatkoselvitystarpeen arvioinnin avuksi. Perussyyanalyysimenetelmistä AcciMap-menetelmä osoittautui käyttökelpoiseksi ja sitä suositellaan kokeiltavaksi seuraavan inhimilliseen toimintaan liittyvän perussyyanalyysin yhteydessä.

Ydinvoimalaitoksen elinkaaren ympäristönäkökohdat ja rakentamisvaiheen ympäristöjohtaminen

Ympäristöasiat ovat nousseet merkittävän tarkastelun kohteeksi yhteiskunnan kaikissa toiminnoissa. Yritysten ympäristöjohtamisen välineeksi on kehitetty ympäristöjärjestelmiä, joiden lähtökohtana on toiminnan ympäristönäkökohtien ja -vaikutusten tunnistaminen. Työn tavoitteena on luoda perusta Fennovoiman ympäristöjärjestelmää varten ja löytää keinoja ydinvoimalaitoksen rakennustyömaan ympäristönäkökohtien ja -vaikutusten hallitsemiseksi. Työn teoriaosassa keskitytään tarkastelemaan ISO 14001 -standardin mukaisen ympäristöjärjestelmän toteuttamiseen ja ylläpitoon liittyviä perusasioita, kuten ympäristönäkökohtien ja -vaikutusten tunnistamista, päämääriä ja tavoitteita sekä jatkuvan parantamisen periaatetta. Työn tutkimusosassa tarkastellaan ydinvoimalaitoshankkeen elinkaaren ympäristönäkökohtia ja -vaikutuksia sekä kartoitetaan keinoja rakentamisvaiheen ympäristöjohtamiseksi kahden eri rakentamisvaiheen toteutusmallin tapauksessa. Avainasemassa ovat määritellyt tavoitteet, tiedonkulku ja yhteistyö eri osapuolten välillä

Yhteisvikaparametrien määritys

Tässä kandidaatintyössä selvitetään yhteisvikaparametrien määritysprosessia todennäköisyysperustaista riskianalyysia varten Teollisuuden Voiman Olkiluodossa käytössä olevien Olkiluoto-1 ja Olkiluoto-2 ydinvoimalaitosyksiköiden osalta. Kandidaatintyön tavoitteena on selvittää yhteisvikaparametrien määrittämisen yleiset työvaiheet ja tutkia alkuperäisen selvityksen jälkeen käytettäväksi tulleen ICDE-yhteisvika-aineiston soveltamismahdollisuudet Olkiluodon laitosyksiköihin.

Passiiviset turvallisuusjärjestelmät tulevaisuuden kiehutusvesireaktorilaitoksissa

Kandidaatintyössä on esitelty passiivisten turvallisuusjärjestelmien hyödyntämistä seuraavan sukupolven kiehutusvesireaktorilaitoksissa.

Suunnitellun alas- ja ylösajon todennäköisyysperustainen riskianalyysi ydinvoimalaitokselle

Työssä tehtiin ydinvoimalaitoksen suunnitellun alas- ja ylösajon todennäköisyysperus-tainen riskianalyysi. Suunnitellun alasajon analyysi sisälsi Teollisuuden Voima Oyj:n käyttämän vanhan PRA-mallin päivityksen ja laajentamisen. Ylösajon analyysiä varten kehitettiin kokonaan uusi malli. Diplomityöselostuksen alussa on yleinen katsaus luotettavuustekniikan käsitteisiin, pe-rusperiaatteisiin ja työkaluihin. Sitten on esitelty laitostekniikkaa tärkeimpien alas- ja ylösajoihin osallistuvien järjestelmien osalta. Myös normaalit alas- ja ylösajotoimenpi-teet on kuvattu. Yleisen teoriaosuuden jälkeen on keskitytty uusien mallien muodosta-miseen. Työssä käytetyt oletukset ja arviot on esitelty perusteluineen. Uudet tapahtuma- ja vikapuut sekä niiden perusteella lasketut sydänvaurioriskit johtopäätöksineen on käy-ty läpi selostuksen lopussa. Alkutapahtumataajuuksien määrittäminen tehtiin vikapuiden avulla, joissa huomioitiin komponenttivikojen, inhimillisten virheiden ja ulkoisten tekijöiden vaikutus. Aiemmin alkutapahtumat oli määritetty pääasiassa käyttöhistorian perusteella. Uusi määrittelytapa antaa eri vikaantumistapojen välille paremman kuvan niiden keskinäisestä merkitykses-tä sekä paremman päivitettävyyden laitosmuutosten yhteydessä. Mallien avulla voidaan laskea alas- ja ylösajon merkitys kokonaissydänvauriotaajuuteen entistä yksityiskohtaisemmin. Tuloksia voidaan myös hyödyntää laitosten vikatilanteis-sa, kun vertaillaan jatketun käytön ja mahdollisten korjaustöiden vaatiman alas- ja ylösajon riskejä. Uusien mallien antamat tulokset laskivat vain hieman kokonaissydän-vauriotaajuutta, mutta merkittävästi alasajon vaikutusta siihen. Ylösajosta aiheutuva riskinlisä oli noin puolet alasajon riskistä.

Osaamisen hallinta suurissa muutosprojekteissa

Ydinvoimatoiminta on muuta teollisuustoimintaa huomattavasti säädellympi alue, missä organisaatioiden riittävä osaaminen on ydinturvallisuuden kannalta tärkeää. Tästä syystä osaamisen riittävyyden takaamiseksi panostetaan tinkimättömästi. Etenkin prosessi- ja turvajärjestelmiin tehtävät muutos- modernisointityöt luovat haasteita organisaatioiden nykyosaamiselle, koska muutosten hallinta edellyttää organisaatioilta jatkuvaa oppimista ja osaamisen kehittämistä. Fortum Power & Heat Oy:n omistamalla ydinvoimalaitoksella käynnistettiin vuoden 2005 alussa laaja automaatiouusintaan tähtäävä projekti. Järjestelmien kokonaistoimittajaksi oli valittu ranskalais-saksalainen Areva NP GmbH – Siemens AG – konsortio. Konsortion kokonaistoimitukseen kuuluu automaatiojärjestelmien uusimisen lisäksi myösydinvoimalaitoksen henkilöstön kouluttaminen. Loviisa ydinvoimalaitoksen käyttöluvan haltijana Fortum Power & Heat Oy on kokonaisvastuullinen ydinvoimalaitoksen toiminnasta. Täten myös henkilöstön riittävä osaaminen ja pätevyys ovat Fortumin vastuulla. Toimittajan järjestämien koulutustilaisuuksien avulla hankittu uusi osaaminen on havaittu riittämättömäksi. Tämän on koettu johtuvan osittain teoriaan painottuvasta koulutusmateriaalista ja myös siitä, että käytännön tarjoamiin koulutustilaisuuksiin kuten esimerkiksi osallistuminen suunnittelutyöhön ei ole hakeuduttu. Lisäksi koulutus kaipaa kokonaisuudessaan kehittämistä. Tästä johtuen ydinvoimalaitosten muutostöihin liittyvän henkilöstön osaamisen ja pätevyyden selvittämiseksi käynnistettiin tämä tutkimus. Tutkimuksessa on tunnistettu useita sellaisia kehityskohteita, joita tehostamalla on mahdollista kehittää automaatioylläpitoryhmän osaamista. Lisäksi on esitetty menettelytapoja ja käytäntöjä, joilla ylläpidon koulutusta on mahdollista tehostaa. Tutkimuksen tuotokset toimivat suuntaviivoina organisaation kehittämisen toteutukselle.

Automaatiolaitteiden elinkaaren hallinta ydinvoimalaitoksessa

Diplomityön tavoitteena on selvittää automaatiolaitteiden elinkaaren hallintaa ottaen huomioon ydinvoimalaitoksessa toimimisen erityispiirteet. Elinkaaren hallinnan tavoitteena on laitoksen korkean turvallisuuden ja käyttökertoimen varmistaminen. Työssä käydään läpi elinkaaren vaiheita käyttäen esimerkkinä turbiinilaitoksen automaation modernisointiprojektia. Diplomityö alkaa katsauksella ydinenergia-alan viranomaisiin, säännöksiin sekä menetelmiin, joilla ydinturvallisuus varmistetaan. Työssä otetaan selvää, millaisissa tehtävissä automaatiolaitteet ja –järjestelmät ydinvoimalaitoksissa toimivat ja millä perusteilla ne kelpoistetaan käyttötarkoitukseensa. Työssä pyritään lisäksi kartoittamaan ydinvoimala-alan tarpeita erilaisilleautomaatiotekniikkaan liittyville palveluille. Esiin nousivat etenkin haasteet ohjelmistoversioiden hallinnassa.

Reaktoreiden termisen tehon laskennan epävarmuuksien kartoitus

Diplomityössä selvitettiin Fortum Power and Heat Oy:n Loviisan VVER-440 painevesireaktorilaitosten termisen tehon laskentaan liittyviä epävarmuuksia. Laitoksen turvallisuusteknisissä käyttöehdoissa (TTKE) määrätään reaktorin suurimmaksi sallituksi lämpötehoksi 1500 MW. Tähän perustuen haluttiin selvittää nykyiseen RT1 laskentaan liittyvät epävarmuudet tarkastamalla nykyinen laskenta ja siinä käytetyt termohydrauliset laskentasovitteet. Työn alussa selostetaan lyhyesti Loviisan voimalaitoksen toimintaperiaate, jonka jälkeen esitellään laskentaan osallistuvat prosessimittaukset ja niihin liittyvät epävarmuustekijät. Mittauksille määritettiin epävarmuudet käyttäen hyödyksi komponenttivalmistajien tietoja sekä laitoksen kalibrointitodistuksia ja näiden lisäksi laskettiin standardin mukainen virhe virtauslaipoille. Edellä mainittujen virheiden perusteella voitiin laskea tehon epävarmuudet yksittäiselle höyrystimelle, josta edelleen varianssien summamenetelmällä saatiin reaktorin termiselle teholle 0,78 %:n epävarmuus 95 % luottamustasolla. Laskettua tehon epävarmuutta verrattiin Monte Carlo -menetelmällä suoritettuun tarkistuslaskentaan, jolla termisen tehon epävarmuudeksi saatiin 0,53 %, luottamustason ollessa 95 %. Työssä tarkasteltiin keskiarvotuksen vaikutusta mittausdataan. Näissä tarkasteluissa havaittiin pinnansäädöstä aiheutuva reaktoritehon huojunta, joka oli työn merkittävin havainto.