Specialanpassad ventilation i underjordslabbet

Här testas slutförvaringen av kärnbränsle – 500 meter under ytan.

I ett underjordiskt berglaboratorium i anslutning till Oskarshamns kärnkraftverk bedrivs forskning på nära 500 meters djup. Ett specialanpassat ventilationssystem är förutsättningen för projektet som ska hitta lösningar för slutförvaringen av för­brukat kärnbränsle.

Känner ni hur det slår lock för öronen, frågar Anna Vuori, anläggningsinformatör vid Äspölaboratoriet, när gruvhissen rör sig allt djupare ner i det svenska urberget med en hastighet på fem meter i sekunden.

Schaktet är täckt av mörker, men vissa partier av den fuktiga bergväggen som svischar förbi hissens skjutgrind glittrar i det svaga ljuset från hisskorgens batteridrivna diodlampa.

Eftersom hisskorgen saknar elanslutning går det inte ändra slutdestination under färd. Innan Anna Vuori och hennes kollega Niclas Crona, underhållsingenjör, kliver in i hissen i huvudbyggnaden ställer de in destinationen på 340 meters djup. När hissen stannar pekar Niclas Crona på ett grovt rör, cirka 1,5 meter i diameter, som löper vertikalt mellan bergrummets tak och golv.

– Det här röret är tilluftskanalen som löper vertikalt hela vägen ner till 460 meter och det är bara på hissens tre stannplan som kanalen består av rör. Resterande del är ett borrat schakt som löper parallellt med hisschaktet. Här borta har vi frånluftskanalen, säger Niclas Crona och pekar på ett lika tjockt rör i andra sidan av rummet.

Läs: Krav på vedspisar tas bort – ”segern är vår”

SKB, Svensk Kärnbränslehantering AB, har byggt Äspölaboratoriet som en generalrepetition inför anläggningen av det slutgiltiga kärnbränsleförvaret, där tusentals kapslar med radioaktivt avfall ska förvaras i minst 100 000 år. I det underjordiska tunnelsystemet har nationella och internationella forskare, i snart 25 års tid, utvecklat tekniska lösningar och metoder. Det 3,6 kilometer långa tunnelsystemet börjar vid Oskarshamns kärnkraftverk på Simpevarpshalvön och är utformat som en spiralramp, som går ner till cirka 500 meters djup. Ovan jord har anläggningen, med kontor, kontrollrum och fläktrum, byggts ut i omgångar med flera kontorsventilationssystem. Under jord finns bara ett ventilationssystem. Tilluften sugs in genom ett luftintag i huvudbyggnadens fasad till ljuddämpande sug- och tryckkammare. Två redundanta tilluftsfläktar med ett flöde på 35 kubikmeter per sekund trycker ner friskluft i tilluftsschaktet.

”Via sprickor i berget rinner det ut kallt vatten i schaktet och för att det inte ska frysa måste luften ha en temperatur över noll grader. Just nu ligger den på fyra grader. Under mina fem år har vi aldrig haft driftstopp och skulle det hända klarar vi oss en bra stund här nere utan ny tilluft. Det största problemet vid driftstopp är de höga halterna av markradon.”
Niclas Crona

För några år sedan genomfördes ett test där ventilationssystemet stängdes av under en helg för att undersöka om det gick att spara energi under den tid då ingen vistas i tunnelsystemet. Halterna av markradon steg så mycket att det tog en hel dag av kraftig ventilation för att få bra radonvärden igen.

– Dessutom ökade fukthalten vilket skapar en ännu värre miljö för våra installationer. På sikt skulle det bli mer kostsamt att byta ut delar än vad vi sparar i energi på att stänga av ventilationen, säger Niclas Crona.

Tillsammans med salt blir den fuktiga miljön mycket aggressiv mot alla metallkonstruktioner och komponenter och det kan lätt uppstå jordfel eller dålig kontakt i elutrustningar om inte kappslingen är utförd på ett tillförlitligt sätt.

Större delen av tilluften trycks ner till stannplanet på 460 meters djup. På planen vid 220 och 340 meters djup leds mindre mängd luft via distributionsfläktar ut i huvudtunneln. Rent tekniskt behövs inget frånluftssystem, då luften som trycks upp till ytan via huvudtunneln inte innehåller några farliga partiklar, men SKB har byggt ett system där värmen i frånluften återvinns. Temperaturen under mark ökar med djupet, cirka en grad för varje hundra meter, och nere i botten är temperaturen mellan 10 och 14 grader, året om.

– Vi behöver alltså inte värma upp tunnlarna. På vinterhalvåret är frånluften förhållandevis varm i jämförelse med tilluften. Ovan jord går frånluften in i ett värmeåtervinningssystem med batterier som värmer upp ett slutet vattensystem.

– Systemet är kopplat till två elpannor ovan jord som kör igång om temperaturer går under fyra grader i tilluften efter värmeåtervinningen. Genom återvinningen kan vi använda värmen från tunneln till att värma upp tilluften och våra lokaler.

När SKB byggde om anlägg­ningens värmesystem för några år sedan installerades dessutom två luft-vattenvärmepumpar.

– Tidigare körde vi med elpannor så den här lösningen har sänkt kostnaderna radikalt. Bergvärme är inget alternativ eftersom vi har dränerat berget på vatten i direkt anslutning till tunneln. Även om vattenmängden har minskat kommer det fortfarande in avsevärda mängder i tunnlarna. På ett år pumpar anläggningen upp runt 420 000 kubikmeter vatten, säger Niclas Crona.

Läs: Rörisoleringen gav ingen effekt – så företaget fick inte ta betalt

Anna Vuori öppnar stannplanets dörr som leder ut i tunnelsystemet. På flera ställen rinner vatten ut ur sprickor i berget och samlas upp i ett dräneringssystem. I anslutning till stannplanet ligger en av pumpgroparna, där två pumpar växelvis pumpar upp vattnet till nästa pumpgrop 120 meter ovanför, och så fortsätter det tills vattnet nått ovan jord.

– Där leds vattnet, som inte har varit uppe på ytan på 7 000 år, till en sedimenteringsbassäng innan det släpps ut i Östersjön, förklarar Anna Vuori.
På vandringen ner mot tunnelns slut ligger sidotunnlar, där SKB har genomfört olika tester genom åren, bland annat för att se att berget fungerar som en barriär i slutförvaret. I en av sidotunnlarna står Magne, en prototyp av den framtida deponeringsmaskinen, som ska placera kapslarna i deponeringshålen.

”På flera platser i berget har vi gjort fullskaleförsök och deponerat fullstora kapslar. Alla tester som har gjorts här har dock varit utan kärnbränsle.”
Anna Vuori

Niclas Crona granskar tilluftskanalen som går in i sidotunneln. Distributionsfläktar i huvudtunneln förser sidotunnlarna med nödvändig tilluft. De flesta kanalerna är i syrafast rostfritt stål, men på vissa platser består de av temporära dukar som enkelt kan flyttas vid forskning och större fordonstransporter. Det finns fortfarande enstaka rör av förzinkad plåt. Plötsligt hörs ett dånande ljud från huvudtunneln. En maskin från företaget Uppländska berg kör förbi. I botten av tunneln utför företagets personal så kallad skrotning och bergsäkring då de knackar bort lösa partier och förankrar delar av berget med bultar och stag. I vanliga fall är ventilationssystemet inställt på basventilation, men när det pågår arbete i tunneln är systemet inställt på driftventilation.

– Är det mer omfattande arbeten som sprängning går vi över i byggventilation. Då stänger vi av frånluftskanalen och trycker upp alla spränggaser via huvudtunneln med hjälp av extra fläktar, säger Niclas Crona.

Läs: Uppfinning rörsvetsning vinner pris

I tunnelsystemet finns portabel räddningsutrustning och mellan stannplanen på 340 meter och 460 meters djup ligger en fast räddningskammare. Eftersom den bara rymmer 60 personer får inte fler vistas i tunnelsystemet samtidigt. Inne i kammaren finns ett luftsystem med stora syrgastuber. Informationsskyltar talar om hur det startas.

–Börjar det brinna stängs tilluftskanalen in till rummet. Samtidigt startar en brandfläkt ovan jord som trycksätter hisschaktet och stannplanen, förklarar Niclas Crona.

– Det negativa är att vi tillsätter mer syre, men det positiva är att Räddningstjänsten kan ta hissen ner till en rökfri brandcell och ta sig ut i tunneln där de har en brandbil stående. För att förhindra att rök sprids mellan celler är ventilationssystemet utrustat med brandspjäll, säger han.

I slutet av tunneln förgrenar den sig i mindre sidotunnlar. Rakt fram och till vänster ligger SKB:s testområden. Till höger går en tunnel bort till det sista stannplanet och slutet på det nästan 500 meter djupa tilluftsschaktet. Kall frisk luft fyller sidotunneln, och ett avloppsrör leder vattnet i tilluftsschaktet till en av pumpgroparna.

– Det kommer en del vatten under ett dygn. Till skillnad från i hisschaktet kan vi inte kontrollera om det finns lösa partier som kan ramla ner, men än så länge har det inte kommit några större bitar i schaktet säger Niclas Crona.

– Ventilationssystemet har verkligen tjänat sitt syfte och jag kan tänka mig att de väljer en liknande lösning när de bygger slutförvaret, säger han innan det är dags att ta hissen upp till ytan igen.

Lockar besökare från hela världen

> Under 1980-talet beslutade SKB för att bygga ett underjordiskt laboratorium på halvön Äspö, nära Oskarshamns kärnkraftverk.
> Syftet är att ta fram tekniska lösningar och metoder för ett slutförvar av kärnbränsle. På grund av geologisk kartläggning tog det fem år att bygga tunnelsystemet. 1995 togs anläggningen i drift.
> Laboratoriet är en unik anläggning som har lockat forskare och besökare från hela världen. Till skillnad från många andra länder i världen har SKB valt att öppna upp delar av sin verksamhet för allmänheten.

Höga krav på ventilationen

> Ventilationen ska förse bergutrymmena med frisk tilluft samt leda bort radon-, diesel-, spräng- och brandgaser.
> Totalt till- och frånluftsflöde för hela tunneln är beräknat till cirka 35 kubikmeter per sekund.
> Luftflödet går från utrymmen med lägre aktivitet mot utrymmen med förväntad högre aktivitet. Ventilationssystemet är inte utrustat med något filter eftersom laboratoriet inte har någon luftburen aktivitet.

Så hanteras säkerheten

> Fem personer turas om att ha natt och helgjour. Inklusive konsulter är det cirka 15 personer som sköter drift och underhåll.
> Rent säkerhetsmässigt kräver hissen, som transporterar tusentals besökare varje år, störst underhåll. Ventilationssystemet genomgår årliga konditionskontroller på grund av den aggressiva miljön.
> De vanligaste driftlarmen rör jordfel, krånglande ventilationsspjäll och handhavandefel kring hiss och portar som inte stängs ordentligt.
> Minst en gång om året genomförs säkerhetsövningar tillsammans med Räddningstjänstens station på Simpevarpshalvön vid Oskarshamns kärnkraftverk.

SKB:s planer för slutförvaret

> SKB, Svensk Kärnbränslehantering AB, ägs av Vattenfall, Forsmarks Kraftgrupp, OKG och Sydkraft som driver de svenska kärnkraftverken.
> I dag mellanlagras kärnbränslet i Clab, Oskarshamn, dit bränslet transporteras med fartyget M/S Sigrid.
> Sedan 1970-talet har SKB utvecklat en metod för att hantera och förvara det använda kärnbränslet på ett säkert sätt under långa tidsrymder. Metoden innebär att en kopparkapsel med använt kärnbränsle är inbäddad i en buffert av bentonitlera i ett urberg på nästan 500 meters djup.
> I början av 1990-talet började SKB leta efter en lämplig plats för slutförvaring av kärnbränsle. 2009 valdes Forsmark i Östhammars kommun eftersom urberget där har få vattenförande sprickor på det djup där kärnbränsleförvaret ska förläggas. Nu väntar SKB på tillstånd av regeringen att börja bygg­nationen av slutförvaret.