Dominik Krupp
Safetec GmbH Dischingerstraße 8, 69123 Heidelberg
Andreas Wieser, Johannes Radtke
Safetec GmbH Dischingerstraße 8, 69123 Heidelberg
Zusammenfassung
Durch die Abschaltung der letzten Leistungsreaktoren in Deutschland befinden sich nun alle noch vorhandenen Kernkraftwerke im Rückbau. Die Gebäudedekontamination und Freigabe (GeDuF) stellt dabei die Entlassung der Anlage aus dem Geltungsbereich des Atomgesetzes dar. Angesichts der Notwendigkeit, den Rückbau wirtschaftlicher zu gestalten und dem steigenden Fachkräftemangel in den kommenden Jahrzehnten zu kompensieren wird die Digitalisierung des Rückbaus immer wichtiger. Dieser Beitrag beschreibt den Einsatz der Digitalisierungsplattform SAIF/VEGAS, um den kerntechnischen Rückbau effizienter zu gestalten. Durch die Abbildung des GeDuF-Prozesses am digitalen Anlagenzwilling werden Arbeitsabläufe optimiert, Prozesse mit einer größeren Fehlerrobustheit durchgeführt und das Schnittstellenmanagement zwischen den Prozessbeteiligten verbessert. Ein Beispiel ist die softwareassistierte In situ Messplanung, die durch den Einsatz von SAIF/VEGAS erleichtert wird. Die Einbindung von Messtechnik in die Software und die Verwendung automatisierter Berechnungsalgorithmen tragen weiter zur Effizienzsteigerung bei. Derzeit wird die SAIF/VEGAS in mehreren Rückbauprojekten in Deutschland erfolgreich eingesetzt.
Schlüsselwörter
Rückbau 4.0, Gebäudefreigabe, Digitalisierung, Effizienzsteigerung, Prozesssicherheit
Einleitung
Im April 2023 wurden die letzten Leistungsreaktoren vom deutschen Netz genommen. Somit befinden sich nun in den nächsten zwei Jahrzehnten rund 20 Leistungsreaktoren in unterschiedlichen Phasen des kerntechnischen Rückbaus. Dabei stellt das Gewerk der Gebäudedekontamination und Freigabe (GeDuF) im gesamten Rückbauprozess die Phase dar, in dem die Anlagengebäude aus dem Geltungsbereich des Atomgesetzes entlassen werden. Daher befindet sich dieses mehrjährige Gewerk, mit Überlappung zu anderen Gewerken, am Ende der Anlagenrückbaus. Die Vielzahl an Anlagen, die in den kommenden Jahren teilweise gleichzeitig in den individuellen GeDuF-Projekten zurückgebaut werden müssen, stellt einen hohen logistischen und personellen Aufwand dar. Hinzu kommt, dass der in Deutschland jetzt schon spürbare Fachkräftemangel auf verschiedenen Kompetenzstufen sogar noch zunehmen wird [1]. Anhand der Kennzahlen aus bereits durchgeführten Rückbauprojekten, wie z.B. den Kernkraftwerken Würgassen oder dem Kernkraftwerk Stade konnte wiederrum abgeleitet werden, dass die GeDuF-Projekte der kommenden Jahre in diversen Aspekten effizienter gestaltet werden müssen. Unter Berücksichtigung des demographischen Fachkräftemangels wird dies nur umso relevanter.
Wie in anderen Industriezweigen dargestellt, lassen sich standardisierte Prozesse durch Digitalisierungsansätze effizienter gestalten, wodurch eine Ressourcenschonung und damit einhergehend Kosteneinsparungen möglich werden [2]. In Zusammenarbeit mit der PreussenElektra
hat die Safetec daher auf der Basis eines standardisierten GeDuF-Prozesses die umfassende Prozessdigitalisierungsplattform SAIF/VEGAS implementiert, um der deutschlandweiten Aufgabe des kerntechnischen Rückbaus mit der erforderlichen Prozessrobustheit und Effizienz zu begegnen.
Der digitalisierte GeDuF-Prozess
GeDuF-Standardprozess
Im Rückbauprozess kann ein wirtschaftlicher Vorteil über die Effizienzsteigerung von Prozessabläufen dargestellt werden. Daher ist die effiziente Bearbeitung von Räumen entscheidend für Budgeteinsparung im GeDuF-Prozess. Der GeDuF-Standardprozess lässt sich in Teilschritte strukturieren, welche für jeden einzelnen Raum bzw. Raumbereich immer gleich durchlaufen werden müssen (siehe Abbildung 1).
Jede Tätigkeit in diesem Standardprozess ist in unterschiedlichem Detailgrad mit voranlaufenden Planungsdaten, erhobenen Prozessdaten und der daraus resultierenden Dokumentation verbunden. Daher werden in jedem dieser Prozessschritte große Mengen an Daten in unterschiedlichen Formaten generiert. Die Qualität und Verfügbarkeit dieser Daten trägt entscheidend zur effizienten Raumbearbeitung bei. Um diese dem Anwender übersichtlich und zielgerichtet zur Verfügung stellen zu können, werden alle GeDuF-Prozessschritte durch SAIF/VEGAS am digitalen Zwilling der Anlage abgebildet.
Anwendung eines digitalen Zwillings
In konventionell durchgeführten GeDuF-Verfahren entstanden erhebliche Arbeitsaufwände, sowie potenzielle Fehlerquellen bei der Datenerfassung und -übertragung. Dieser Prozess beinhaltete die Erzeugung umfangreicher, teils handschriftlicher Protokolle, welche anschließend zeitaufwändig zur weiteren Verarbeitung und Ergebnisanalyse in Excel-Tabellen übertragen werden mussten. Im Fall von Dokumentationen und Berichten war es oft ein zeitaufwendiger Prozess Dokumentenrevisionen mit dem Voranschreiten von Prozessabläufen zu synchronisieren, was teilweise zusätzliche Iterationen erforderlich machte.
Der digitale Anlagenzwilling im Kontext von BIM (engl. Building Information Modeling) ist eine virtuelle Repräsentation der existierenden Anlage. Für eine Übersichtsdarstellung und die Planung des Rückbauverlaufes werden typischerweise Detailierungsgrade auf dem Niveau der Schalungspläne von Anlagenteilen benötigt. Die Abbildung der freigaberelevanten Prozessschritte erfordert einen höherer Detailierungsgrad. Anhand von 3D-Laserscans wird eine präzise digitale Repräsentation des Raumes
erstellt, die alle relevanten Details und freigaberelevante Merkmale (z.B. Durchführungen, Fugen oder Sonderstrukturen) des physischen Raumes aufweist.
Diese virtuelle Raumrepräsentation beinhaltet dabei unterschiedlichste Daten, neben den geometrischen Rauminformationen sind diese z.B. Materialangaben der verbleibenden Raumkomponenten, die Betriebshistorie, sowie Mess- und Probenahmedaten. Die unterschiedlichen Informationsquellen sind über digitale Schnittstellen mit SAIF/VEGAS verbunden, sodass der digitale Zwilling kontinuierlich mit Echtzeitdaten aktualisiert wird. Durch die hohe Detailqualität der Daten und die Aktualität der Informationen lassen sich so Prozesse genauer planen, Probleme frühzeitiger erkennen und verfügbare Raumbearbeitungsszenarien optimieren. Ein weiterer Vorteil liegt in der verbesserten Kommunikation zwischen verschiedenen Prozessbeteiligten. Durch individuelle Client-PC Zugänge zur SAIF/VEAGS-Software wird eine einfache Übersicht zu den aktuellsten Prozessdaten ermöglicht, wodurch Planungen und Bewertungen effektiver getroffen und umgesetzt werden können.
Softwareassistierte Prozessführung am Beispiel der Messplanung
Durch hinterlegte Berechnungsalgorithmen lassen sich auch planerische Tätigkeiten, wie z.B. die Messplanung mit In situ Detektoren, mit deutlich geringerem Aufwand planen und abwickeln. Im konventionellen GeDuF-Prozess waren daher mehrere Raumpläne, Fotodokumentationen und manuelle Berechnungen erforderlich, um eine In situ Messplanung durchzuführen.
Durch die Verwendung des digitalen Zwillings liegen alle relevanten Informationen, wie z.B. anzuwendende Nuklidvektoren, Hochrechnungsfaktoren oder Tiefenprofile bereits im Messobjekt vor. Daher kann die softwareassistiere Messplanung mithilfe eines Detektormodells im virtuellen Raum erfolgen (siehe Abbildung 2).
Die Platzierung erfolgt im einfachsten Fall durch Drag-and-Drop-Funktion. SAIF/VEGAS errechnet automatisch und in Echtzeit die durch die Messung abgedeckte Fläche, den erwarteten Punkt der schlechtesten Effizienz und die daraus resultierende Messzeit. So können durch die Verknüpfung der Raumdaten, den radiologischen Daten und den technischen Spezifikationen der einzusetzenden Messtechnik Bewertungsprozesse im Vorfeld bereits geplant und der erwartete Zeitaufwand bewertet werden. Dies ermöglicht die Optimierung von Arbeitsabläufen in Abstimmung mit anderen Gewerken (z.B. dem Gerüstbau), das Identifizieren potenzieller Engpässe in der Bearbeitung eines Raumes und
die Vorhersage von ungünstigen Messkonfigurationen. Die hieraus erzeugten Messpläne stehen im lokalen Cache eines Client-PCs auch ohne Verbindung zum SAIF/VEGAS-Server zur Verfügung und können auch in Kontrollbereichsräumen ohne Zugang zur Kraftwerk-IT-Infrastruktur abgerufen werden.
Einbindung von Messtechnik in SAIF/VEGAS
Messgeräte, die im Kontext der GeDuF mit SAIF/VEGAS eingesetzt werden, verfügen generell über digitale Schnittstellen. Je nach Erfordernis können Messsysteme auch mit Positionierungssensorik ausgestattet werden, die die reale Position des Detektors im digitalen Zwilling abbildet. So können zum Beispiel Abweichungen zwischen der geplanten und realen Position eines In situ Detektors in Echtzeit verfolgt und angeglichen werden. Als Grundlage für die Messeffizienzberechnung wird dabei in allen Fällen die reale Messposition verwendet. Dabei steuert SAIF/VEGAS lediglich die Prozesse in kommerziellen Spektrometrieprogrammen an, die anderenfalls vom Anwender repetitiv durchgeführt werden müssten. Anschließend werden die ermittelten Spektrometrieergebnisse in die SAIF/VEGAS Software importiert und im digitalen Zwilling des Raumes hinterlegt. Diese Ergebnisse können so ggf. für weitere Berechnungen herangezogen werden (siehe Abbildung 3). Dieses Vorgehen führt nicht nur zu erheblichen Zeitersparnissen, sondern eliminiert auch potenzielle Übertragungsfehler, die im manuellen Prozess auftreten können.
Abbildung des GeDuF@PEL-Standardprozesses in SAIF/VEGAS
Die Umsetzung des GeDuF@PEL-Standardprozesses mit SAIF/VEGAS findet aktuell im Kernkraftwerk Unterweser (Niedersachen), sowie in den Kernkraftwerken Grafenrheinfeld und Isar 1 (Bayern) statt. Die verbleibenden Anlagen der PreussenElektra (Grohne, Brokdorf und Isar 2) werden in den kommden Jahren ebenfalls den digitalisierten GeDuF-Prozess beginnen.
Literatur
- Koppel, Plünnecke, A. “Fachkräftemangel in Deutschland: bildungsökonomische Analyse, politische Handlungsempfehlungen, Wachstums-und Fiskaleffekte”. IW-Analysen (2009).
- Stock, Seliger, G. „Opportunities of sustainable manufacturing in industry 4.0.“ procedia CIRP 40, pp. 536-541 (2016).
0 Comments