Probabilistic Risk Assessment Modeling for Multi-Module Small Modular Reactors
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
86
Series
Abstract
Small modular reactors (SMRs) have gained global interest due to the demand for carbon-neutral energy. However, their new technologies, such as passive systems and modular design, may challenge current nuclear safety regulations and analyses. Current safety analysis methodologies focus on individual units with few dependencies, whereas SMR modules may have several dependencies, necessitating integrated modeling that accounts for interactions between multiple modules within a single model. This thesis focuses on modeling multiple SMR modules by creating a multi-module modeling logic with probabilistic risk analysis (PRA) tools. The logic aims to model accident sequences involving multiple modules. A literature review identified three modeling methodologies for traditional multi-unit sites: the master event tree (MET), single-top fault tree (SFT), and a hybrid of the two. Additionally, one SMR-specific modeling approach was found. The approach applies basic event (BE) and initiating event (IE) parametric adjustments to single-module models. The goal of the thesis is to study how well the three PRA methodologies, originally developed for sites with multiple traditional units, fit for modeling a plant with multiple SMR modules. The BE and IE parametric adjustment approach is not as explicit as the three other modeling approaches. However, the approach could be potentially used in the graded approach, which involves assessing the safety significance of different events by considering the varying levels of risk associated with different modules and their interactions and then allocating the resources to the most risk-significant issues. The thesis demonstrates that all three approaches, MET, SFT and the hybrid, can be applied in multi-module modeling. Analysis of the approaches revealed that each approach has distinct advantages and limitations in multi-module PRA modeling. In this thesis, the efficiency of the modeling process, scalability of the models and the readability of the resulting models are considered. The hybrid and SFT approaches seem to have a great potential with modeling multiple modules in PRA. The two enable efficient modeling and good scalability. The hybrid approach may offer slightly greater efficiency and scalability. However, the two do not visualize the accident sequences in a very user-friendly way. MET, on the other hand, illustrates accident sequences very clearly. The problem is that the size of the MET grows rapidly when more modules are modeled, and a larger model may be extremely difficult to read.Vähäpäästöisen energian tarve kasvaa jatkuvasti, ja pienet modulaariset reaktorit (eng. small modular reactor, SMR) voivat vastata tähän tarpeeseen. SMR:ien markkinoille tuominen vaatii kuitenkin vielä paljon kehitystyötä, erityisesti turvallisuusvaatimusten ja -analyysien osalta. Nykyiset turvallisuusanalyysit keskittyvät yksittäisiin reaktoriyksiköihin, joilla ei ole merkittäviä riippuvuuksia muiden yksiköiden kanssa. SMR:ien oletetaan kuitenkin sisältävän useampia riippuvuuksia ja käyttävän laajemmin passiivisia ominaisuuksia turvallisuuden parantamiseksi. Tämä diplomityö keskittyy SMR:ien todennäköisyyspohjaisen riskianalyysin (eng. probabilistic risk analysis, PRA) kehittämiseen. SMR:ien PRA-haasteet liittyvät pääosin mahdollisiin laajoihin riippuvuuksiin moduulien välillä. Kun riippuvuuksia on paljon, tapahtumaketjut, jotka sisältävät useamman SMR-moduulin, saattavat olla hyvinkin merkittäviä. Tässä työssä pyritään löytämään tehokas tapa kehittää multi-moduulilogiikka hyödyntämällä kirjallisuudesta löytyviä PRA-menetelmiä. Logiikka mallintaa tapahtumaketjut, joihin liittyy useampi moduuli. Kirjallisuudesta löytyvät PRA-menetelmät, joita tutkitaan tässä työssä ovat: "Master Event Tree" (MET), "Single-top Fault Tree" (SFT) ja näiden kahden hybridi. Näitä on aiemmin sovellettu lähinnä tavallisille laitoksille, joissa on useampi yksikkö. Näiden lisäksi kirjallisuudesta löytyy mallinnusmenetelmä, joka kertoo tietyillä parametreillä alkutapahtumien ja perustapahtumien todennäköisyyksiä. Tämä menetelmä ei mallinna eksplisiittisesti tapahtumaketjuja, vaan pyrkii arvioimaan yhden moduulin vikaantumisen vaikutuksia muihin moduuleihin parametrisesti. Työssä havaittiin tämän lähestymistavan potentiaali arvioida useampaan moduuliin liittyvien tapahtumien turvallisuusmerkityksiä. Aiemmin mainittuja menetelmiä (MET, SFT ja hybridi) sovellettiin kuvitteelliseen SMR-yksikköön. Työssä tutkittiin kuinka hyvin nämä perinteisille laitoksille kehitetyt menetelmät soveltuvat multi-moduuli SMR-yksiköiden mallintamiseen. Työssä huomattiin, että menetelmät toimivat SMR-yksiköiden mallintamiseen, mutta kullakin menetelmällä on sekä vahvuutensa että heikkoutensa. Tärkeimmät vertailukohteet mallien välillä olivat mallintamisen tehokkuus, mallin laajennettavuus ja sen lopullinen selkeys käyttäjälle. Tämän työn perusteella voidaan todeta, että hybridi- ja SFT-menetelmät sopivat parhaiten multi-moduuli mallintamiseen, sillä ne ovat mallintajalle käteviä ja käyttäjälle selviä. Hybridi-menetelmä saattaa olla jopa hieman kätevämpi ja selkeämpi. MET on melko raskas mallintajalle useampaa moduulia mallintaessa. Sitä voisi kuitenkin käyttää yksinkertaisen SMR-yksikön tapauksessa, kun yksikössä on kaksi moduulia.Description
Supervisor
Salo, AhtiThesis advisor
Helminen, AtteImmonen, Essi