Pegasos: Erdbebenexperten arbeiten ohne Einflussnahme von KKW-Betreibern

Kein anderes Land in Europa hat bisher die Erdbebengefährdung mit einem solch aufwändigen und wissenschaftlichen Projekt ermittelt. Rund 25 internationale Spezialisten bestimmen in einem detaillierten und klar festgelegten Verfahren schrittweise die Erdbebengefährdung für die jeweiligen Kernkraftwerk-Standorte. Dieses sieht klar vor, dass weder Betreiber noch Aufsichtsbehörde darauf Einfluss nehmen, erklärt Peter Zwicky, der als Experte für das Eidgenössische Nuklearsicherheitsinspektorat (Ensi) das Pegasos Refinement Project (PRP) begleitet. Bereits in den Zwischenresultaten, die für den Erdbebennachweis verwendet wurden, sind die Erweiterungen und Verbesserungen des PRP enthalten, welche die Unsicherheiten reduzieren.

Ensi: Herr Zwicky, Sie haben als Experte für das Ensi das Pegasos Refinement Project (PRP) begleitet. Um was handelt es sich beim PRP?
Peter Zwicky: Es geht um die Neubestimmung der Erdbebengefährdung an den Standorten der Schweizer Kernkraftwerke, nach aktuellem Wissensstand der Seismologie. Pegasos steht für «Probabilistische Erdbebengefährdungsanalyse für die KKW-Standorte in der Schweiz». Die Pegasos-Studie wurde im Jahr 2004 abgeschlossen. Das Pegasos Refinement Project (PRP) hat das Ziel, die Pegasos-Studie zu verfeinern, insbesondere durch Berücksichtigung neuer Erkenntnisse aus der Erdbebenforschung.

PRP läuft bereits seit vier Jahren. Warum dauert es so lange?
Das Ensi stellt die nach internationalen Massstäben höchsten Anforderungen an dieses Projekt. Das fordert seinen Preis, nicht nur bezüglich Kosten sondern auch bezüglich Bearbeitungsdauer.

Wie geht man bei der Bestimmung von Gefährdungsannahmen im Rahmen des PRP vor?
Die Gefährdung wird durch Bodenbeschleunigungen beschrieben und durch die Wahrscheinlichkeit, mit welcher diese am Standort erwartet werden. Die Bestimmung wird in fünf Schritten gegliedert, die im PRP als Teilprojekte abgewickelt werden.

Können Sie uns diese bitte kurz erläutern?
Zuerst werden die seismischen Zonen abgegrenzt und die Häufigkeitsbeziehungen für diese Zonen festgelegt. Dann werden passende Abminderungsmodelle ausgewählt oder entwickelt. Diese Modelle beschreiben, wie die Bodenbeschleunigungen mit zunehmender Distanz vom Erdbebenherd abnehmen. Anschliessend wird der Einfluss der Baugrundeigenschaften, die am Standort vorhanden sind, auf die Erdbebenanregung berechnet. Im vierten Schritt werden die Gefährdungsfunktionen aus den Teilmodellen der Schritte 1 bis 3 berechnet. Und schliesslich werden noch weitere Resultatgrössen hergeleitet, die für die Berechnung der Bauwerke und Ausrüstungen benötigt werden, insbesondere von repräsentativen Beschleunigungszeitverläufen.

Dabei bestehen ja auch Unsicherheiten. Wie geht man damit um?
Wichtig ist bei all diesen Teilprojekten, dass die Unsicherheiten bewertet werden. Dies erfolgt dadurch, dass für alle Modellgrössen nicht nur der beste Schätzwert verwendet wird, sondern dass der Streubereich voll berücksichtigt wird. Es werden Wahrscheinlichkeiten berücksichtigt, daher die Bezeichnung «Probabilistische Erdbebengefährdungsanalyse». Die methodischen Grundlagen wurden in den letzten Jahrzehnten vor allem in den USA entwickelt, für die Anwendung bei kerntechnischen Anlagen.

Wer bestimmt diese Erdbebengefährdungen?
Jedes der Teilprojekte wird von einem Projektteam bearbeitet, welches aus international anerkannten und unabhängigen Experten im entsprechenden Fachgebiet besteht. Insgesamt sind für das PPR rund 25 Experten im Einsatz. Sie haben eine zweiteilige Aufgabe: Einerseits sollen sie ihre bestmögliche Einschätzung der Modellteile in ihrem Fachgebiet erarbeiten. Anderseits sollen sie den Streubereich einschätzen, um damit die Beurteilung der Gesamtheit aller Fachleute zu repräsentieren. Die Aufgabe der technischen Gesamtleitung und Integration wird von einem sogenannten «Technical Facilitator and Integrator (TFI)» wahrgenommen, ein auf dem Gebiet der Erdbebengefährdung weltweit anerkannter Pionier aus den USA.

Welche Rolle hat swissnuclear?
Die Swissnuclear, eine Organisation der KKW-Betreiber, führt die administrative Gesamtleitung und Projektsteuerung durch.

Welchen Einfluss haben die Betreiber auf das Resultat von PRP?
Die Betreiber sind vor allem für die Umsetzung der Resultate verantwortlich. Sie verfolgen die Projekt-Entwicklung mit ihren Vertretern in der «Monitoring Group». Sie nehmen an den wichtigen Projekt-Workshops als Beobachter teil, dürfen aber ausdrücklich keinen Einfluss auf die Experten ausüben.

Und die Aufsichtsbehörde Ensi?
Die Aufsichtsbehörde hat das Projekt Pegasos im Jahre 1999 mit einer Zielvorgabe und einer detaillierten Richtlinie gefordert und ausgelöst. Sie hat alle Projektphasen von Pegasos und PRP mit einem eigenen vierköpfigen Expertenteam (Ensi-Review Team) begleitet. Diese Review-Experten nehmen an allen Projekt-Workshops teil. Sie dürfen ihre Beobachtungen nicht direkt in Anwesenheit der PRP Experten äussern um diese in ihren Ermittlungen nicht zu beeinflussen. Sie geben ihre Kommentare jeweils unmittelbar nach Abschluss der Workshops dem Projektleitungsteam bekannt und halten sie auch schriftlich in Prüfberichten fest.

Und die Politik?
An diesem Projekt sind keine Vertreter der Politik beteiligt.

Die Erdbebengefährdung wurde ja bereits vor rund zehn Jahren im Rahmen des Projekts Pegasos ermittelt. Was ist bei PRP anders?
Eine Erkenntnis aus Pegasos war, dass die naturgemäss vorhandenen Unsicherheiten in der ganzen Berechnungskette die Gefährdungsresultate in die Höhe treiben. Mit dem PRP wird deshalb das Ziel verfolgt, diese Unsicherheiten nach bestmöglichem Wissensstand zu reduzieren.

In welchen Bereichen?
Konkret verspricht man sich durch folgende Verfeinerungen eine realistischere Einschätzung der Gefährdung:

• Der Erdbebenkatalog wurde vom Schweizerischen Erdbebendienst mit umfassender historischer und erdwissenschaftlicher Forschungsarbeit aktualisiert. Die in Mitteleuropa überlieferten stärksten Erdbebenereignisse und deren Charakterisierung mit Magnituden und Herdtiefen haben einen bedeutenden Einfluss auf die berechnete Standortgefährdung.
• Bezüglich der Abminderungsmodelle wurden in den letzten zehn Jahren weltweit zahlreiche Studien durchgeführt und Fortschritte erzielt. In den stark besiedelten Erdbebengebieten wurden dichtere Instrumentierungsnetze aufgebaut, so dass die Datenmenge an registrierten Erdbebenereignissen massiv gewachsen ist. Diese Daten und die daraus abgeleiteten verfeinerten Abminderungsmodelle werden im PRP berücksichtigt. Es wurde zusätzlich ein innovatives Schweizer Abminderungsmodell entwickelt, welches auf Erdbebenmessdaten und Untergrundeigenschaften in der Schweiz basiert.
• An den vier Standorten Beznau, Mühleberg, Gösgen und Leibstadt wurden im Rahmen des PRP umfangreiche Bodenuntersuchungen durchgeführt. Damit stehen Grundlagen zur Verfügung, mit welchen der standortspezifische Einfluss auf die Erdbebenanregung realistischer eingeschätzt werden kann.
• Durch die Gliederung in Teilprojekte besteht grundsätzlich die Gefahr, dass die Einflüsse aus unsicheren Modellannahmen doppelt gezählt werden. Mit dem PRP wird angestrebt, solche Doppelspurigkeiten zu vermeiden.
• Schliesslich wird die Resultatauswertung mit dem PRP erweitert. Es werden beispielsweise Beschleunigungszeitverläufe hergeleitet, welche die Ingenieure direkt als Eingabe in ihre Gebäudemodelle verwenden können.

Die Gefährdungsannahmen, die für den Erdbebennachweis nach Fukushima verwendet wurden, basieren auf einem Zwischenresultat von PRP. Wie zuverlässig sind diese Werte?

Diese Werte können als Trendmeldung verstanden werden. Das ENSI hat sie zur Kenntnis genommen aber nicht im Detail geprüft. Da an den Modellen noch gearbeitet wird, ist zu erwarten, dass sich die Gefährdungsresultate bis zum geplanten Abschluss Ende 2012 noch ändern werden.

Weshalb liegen diese Beschleunigungswerte tiefer als bei Pegasos?
Ich verstehe die bisher beobachtete Reduktion der Beschleunigungswerte als Folge der erläuterten Verfeinerungen. Insbesondere dürfte das Schweizer Abminderungsmodell und das Vermeiden von doppelt gezählten Unsicherheitsbeiträgen einen gegenüber Pegasos dämpfenden Einfluss haben.

Kann man heute schon sagen, wie die Schlussresultate aussehen werden?
Nein, eine Prognose wäre anmassend. Es wird noch an wichtigen Modellteilen gefeilt. Hier nur so viel: ich wäre überrascht, wenn die Gefährdung im Gegensatz zu den bisherigen Zwischenresultaten höher ausfallen würde als in der Pegasos-Studie. Ob Pegasos oder PRP, es ist nicht zu übersehen, dass die neu ermittelte Gefährdung deutlich höher liegt als in den traditionellen Grundlagen aus dem letzten Jahrhundert. Weil die Schweiz bisher als einziges Land in Europa derart umfassende Gefährdungsstudien durchgeführt hat, ist unsere aktuelle Einschätzung der Erdbebengefährdung auch höher als in andern Ländern mit vergleichbarer Seismizität.

Peter Zwicky
Peter Zwicky, diplomierter Bauingenieur der ETH Zürich, ist leitender Experte bei Basler & Hofmann, Ingenieure, Planer und Berater in Zürich. Er befasst sich seit 1978 vorwiegend mit der Erdbebensicherheit, der Baudynamik und der baulichen Sicherheit von Kernkraftwerken. Er war Mitglied des Ensi-Review-Teams im Pegasos-Projekt und nimmt die gleiche Aufgabe im laufenden Pegasos Refinement Project PRP wahr. Nach dem Unfall in Fukushima hat er – gemeinsam mit zwei Spezialisten des Ensi – die Schweiz als Peer-Review-Experte im EU-Stresstest vertreten.