Sensitivity analysis of a seismic hazard assessment for a Finnish nuclear power plant

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2022-06-14
Department
Major/Subject
Engineering physics
Mcode
SCI3056
Degree programme
Master’s Programme in Engineering Physics
Language
en
Pages
49 + 14
Series
Abstract
Probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) seeks to determine the frequency of occurrence of seismic events where ground movement exceeds a given threshold. It is a common first step in calculating seismic risk and engineering earthquake-resistant structures. Due to many uncertain parameters and modelling options, an estimate for seismic hazard can only be attained with significant uncertainty. Assessment of the uncertainties is an important part of the analysis. One of the necessary subjects to model is the magnitude-recurrence relationship of eartquake events. The relationship is usually expressed by Gutenberg-Richter law, which approximates the earthquake magnitudes to follow an exponential distribution. Its two parameters are determined empirically from a historic earthquake catalog. Operating a nuclear power plant (NPP) requires that the seismic risk to the plant is assessed. A new PSHA was developed for Loviisa NPP in 2021, taking various different modelling decisions compared to the last PSHA from 2018. In addition to the Loviisa NPP, the model created for the 2021 PSHA was used to produce a hazard estimate for Olkiluoto NPP. The aim of this thesis is to assess how much the new decisions contribute to the estimated seismic hazards of the Loviisa and Olkiluoto NPPs. The general procedure of PSHA is reviewed and a picture of the methods and decisions involved with Loviisa 2021 PSHA is formed. The recurrence estimation methods are discussed with focus on maximum likelihood estimation of the Gutenberg-Richter parameters. An open source hazard calculation software HAZ is adopted for the analysis. Sensitivity is assessed through the primary output of PSHA, the annual frequency of exceedance.

Todennäköisyysperusteinen seisminen hasardianalyysi (PSHA) pyrkii määrittämään esiintymistaajuuden sellaisille seismisille tapahtumille, joilla jokin maanliikettä kuvaavan suureen taso ylittyy. Sen yleisiä käyttökohteita ovat seismisen riskin arvioiminen sekä maanjäristyskestävien laitosten suunnitteleminen. Seismiseen hasardianalyysiin liittyy paljon epävarmuuden lähteitä mallintamisessa sekä parametrien määrittelemisessä. Hasardiarvion aikaansaaminen ilman merkittäviä epävarmuuksia onkin mahdotonta. Epävarmuuksien huomioiminen on oleellinen osa seismistä hasardianalyysiä. Eräs tärkeistä mallintamisen kohteista on järistysten magnitudin ja toistuvuuden välinen suhde. Tavallinen tapa kuvata tätä suhdetta on Guternberg-Richter (GR) laki, joka arvioi järistysten magnitudin eksponentiaalisesti jakautuneeksi. Siihen sisältyvät kaksi parametria arvioidaan empiirisesti maanjäristysluettelon perusteella. Ydinvoimalaitoksilta vaaditaan seismisen riskin huomioiminen laitoksen turvallisuuden arvioinnissa. Loviisan ydinvoimalalle kehitettiin vuonne 2021 uusi PSHA, johon sisältyi useita entiseen vuoden 2018 arvioon eroavia mallintamispäätöksiä. Loviisan lisäksi uuteen arvioon kehitettyä mallia käytettiin laskemaan hasardiarvio myös Olkiluodon ydinvoimalalle. Tässä opinnäytetyössä tutkitaan näiden päätösten vaikutusta Loviisan sekä Olkiluodon hasardiarvioihin. PSHA:n yleinen menetelmä esitellään ja 2021 hasardiarvion menetelmiin ja mallintamispäätöksiin tutustutaan kokonaiskuvaa muodostaen. GR-parametrien arvioimista käsitellään keskittyen erityisesti suurimman uskottavuuden menetelmään. Avoimen lähdekoodin hasardilaskentasovellus HAZ otetaan käyttöön Loviisan seismiseen hasardianalyysiin. Tulosten herkkyyttä arvioidaan käyttäen vuosittaisen ylitystaajuuden muutosta.
Description
Supervisor
Salo, Ahti
Thesis advisor
Koskenranta, Jukka
Leppänen, Timo
Keywords
PSHA, seismic hazard, nuclear safety, sensitivity analysis, Gutenberg-Richter, Loviisa
Other note
Citation