Endlagerauslegung und -optimierung, Bericht zum ... - PTKA - KIT

3.1.1 Thermische Auslegungsanforderungen
Das Ziel der in dieser Arbeit beschriebenen thermischen Berechnungen ist es, die
thermische Belastung des Wirtsgesteins abzuschätzen. Für eine bestimmte Einlagerungskonfiguration
bestehend aus Einlagerungskonzept und Behälterbauweise lassen
sich Bemessungswerte substituieren. Das ist in der Vergangenheit erfolgt /MER 79/,
/FRE 85/, indem die Grenztemperatur zum Schutz der chemischen Integrität der Glasmatrix
in einer CSD-V eingehalten wird, wenn die Temperatur auf der Behälteroberfläche
den thermischen Auslegungswert von 200 °C für Steinsalz nicht überschreitet
/WOL 12/. In dem damals untersuchten Konzept erfolgte die Einlagerung unmittelbar
im Steinsalz. Eine abweichende Einlagerungskonfiguration, wie sie sich z. B. aus der
Einlagerung von CSD-V in POLLUX ® -Behältern in Strecken oder in Triple-Packs in verrohrten
Bohrlöchern ergibt, erfordert eine Neubewertung. Die thermische Auslegung
der Behälter ist Bestandteil der Behälterzulassung, so dass keine maximal zulässigen
Grenztemperaturen für den Behälter und die darin enthaltenden Materialien abgeleitet
und in den Berechnungen berücksichtigt werden.
Das Wirtsgestein besteht im Umfeld der Einlagerungsfelder aus Steinsalzen der Zechsteinserie
2 (z2). In einer Entfernung von ca. 50 m zu den Richtstrecken ist beim Übergang
vom z2 zum Zechstein 3 (z3) mit carnallitischem Gestein zu rechnen, dem Kaliflöz
Staßfurt z2SF sowie im Anschluss daran mit Hauptanhydrit z3HA /BOR 08/. Aus
thermischer Sicht ergibt sich für diese drei Gesteinstypen folgendes:
−
−
Das Steinsalz des z2 liegt überwiegend als Hauptsalz vor. Hierbei handelt es sich
im Wesentlichen um Halit. Ausgehend von der Häufigkeit und Verteilung des als
Nebengemengeanteil vorkommenden Anhydrits (zwischen 2 % und 12 %) wird es
feinstratigraphisch in Knäuelsalz z2HS1, Streifensalz z2HS2 und Kristallbrockensalz
z2HS3 unterschieden. Erst im z2HS3 bzw. im Übergang zum Hangendsalz
z2HG tritt bei Annäherung an die Hangendgrenze auf weniger als 10 m Polyhalit
auf /BOR 08/. Polyhalit beginnt ab ca. 230 °C Kristallwasser freizusetzen /ROT 86/.
Mit der Begrenzung der Maximaltemperatur im Steinsalz auf 200 °C ist die thermische
Stabilität des Polyhalits sicher gewährleistet.
Carnallitit zersetzt sich in Abhängigkeit vom Wasserdampfpartialdruck und der
Temperatur /WOL 12/. Für ein vollständig eingespanntes und porenraumfreies System
liegt der Schmelzpunkt bei 167,5 °C. Beide Bedingungen sind im Umfeld der
Einlagerungsfelder erfüllt, solange keine Dilatanz im Carnallitit auftritt.
Als Folge des bei der Auffahrung berücksichtigten Sicherheitsabstands werden
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