Fallstudie | Juni 2021

Wie die Stilllegung eines Kernkraftwerks
dank Reality Capture sicherer wird

Ein Kernkraftwerk stillzulegen, ist kein leichtes Unterfangen: In Finnland setzt eSite auf die Technologie von NavVis, um den gesamten Prozess sicherer und effizienter zu machen.

Das Wichtigste auf einen Blick

Als Anbieter von VR-Lösungen nutzt eSite den NavVis VLX als Teil seines einzigartigen Arbeitslaufs für Stilllegungsprojekte in ganz Europa.
Verschiedenste Strukturen, Systeme und Bauteile eines Kernkraftwerkes können schneller und sicherer gescannt werden.
Allen Beteiligten (z. B. Bedienungs- und Projektteams, Wartungsfirmen, technische Sachverständige oder Anbieter von Sicherheitsschulungen) haben Zugriff auf eine stets aktuelle 3D-Dokumentation der Anlage, die für die Prozessplanung genutzt werden kann.
Mobiles Scanning hilft bei der Minimierung der Strahlenbelastungszeiten in kontrollierten Bereichen gemäß dem Sicherheitsprinzip ALARA ("As Low as Reasonably Achievable").
Über die Nuklearindustrie hinaus können dieselben Technologien und Arbeitsabläufe auch in anderen sicherheitskritischen Bereichen und Schwerindustrien eingesetzt werden, z. B. in Öl-, Gas- und anderen Energieerzeugungsanlagen.

Sicherheit und Effizienz in der Nuklearindustrie neu definiert

Die Demontage von schweren Industrieanlagen jeglicher Art ist immer eine komplizierte Angelegenheit - Die Stilllegung eines Kernkraftwerks stellt jedoch eine noch viel größere Herausforderung dar.

Vor der Stilllegung muss präzise geplant werden, in welcher Reihenfolge die jeweiligen Bauteile deinstalliert werden müssen. Die für diese Arbeiten zur Verfügung stehende Zeit ist zudem stark begrenzt, um die Strahlenbelastung für das Demontageteam vor Ort so gering wie möglich zu halten.

Als Anbieter von VR-Lösungen nutzt eSite den NavVis VLX als Teil seines einzigartigen Arbeitslaufs für Stilllegungsprojekte in ganz Europa.

Mit der Kombination aus schneller Realitätserfassung und virtueller Realität setzt eSite neue Maßstäbe für Sicherheit und Effizienz in der Nuklearindustrie.

Das tragbare Mappingsystem von NavVis.

Einhaltung strenger Sicherheitsstandards
dank mobilem Mapping

Ein Kraftwerk stillzulegen, das radioaktives Material enthält, ist nicht nur kompliziert, sondern auch sehr gefährlich. In jeder Kraftwerksanlage kann es darüber hinaus Bereiche geben, in denen die Strahlenbelastung höher ist als in anderen. Arbeiten in solchen Bereichen sollten so schnell wie möglich und mit einer möglichst geringen Strahlenexposition durchgeführt werden (gemäß dem ALARA–Prinzip, "As Low As Reasonably Achievable"). In der Nuklearsicherheit gilt: Je weniger Zeit man in kontrollierten Bereichen verbringt, desto besser - aus Kosten- und Sicherheitssicht.

Bei Neubauprojekten ist es einfacher, solche komplexen Planungen mit detaillierten 3D-Modellen durchzuführen. Für die älteren Anlagen hingegen, die europaweit stillgelegt werden sollen, existieren jedoch keine solchen 3D-Modelle. Bei Arbeiten in einem Kernkraftwerk, bei denen jede Sekunde zählt, birgt das traditionelle terrestrische Laserscanning-Verfahren klare Nachteile: Das Scannen vor Ort ist langsam und während der Arbeit kommt man in Kontakt mit den Strukturen der Anlage. Das Scanpersonal besitzt möglicherweise keine Freigabe oder entsprechende Ausbildung, um kritische Bereiche zu betreten, zudem gehen sie auch eine mögliche Gefährdung durch radioaktive Strahlung ein.

NavVis hat sich auf Scangeräte und Software spezialisiert, mit deren Hilfe eine schnelle und genaue Erfassung realisiert werden kann. Der NavVis VLX ist ein tragbares Mappinggerät zum Scannen von verwinkelten, engen oder unebenen Umgebungen. Das Gerät wird dabei auf die Schultern gesetzt und muss während des Scannens nicht mit beiden Händen festgehalten werden, wodurch eine höhere Flexibilität erreicht wird. Auch eSite von Fortum setzt auf den NavVis VLX, um Komponenten und Strukturen von Kernkraftanlagen schnell und genau zu scannen und für mehr Sicherheit im Stilllegungsprozess zu sorgen. Sämtlichen Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen des Kraftwerkes stehen 3D-Modelle der Anlage zur Verfügung, die sie zur Planung von notwendigen Arbeiten nutzen können. Neben Kosteneinsparungen tragen diese Maßnahmen dazu bei, die persönliche Strahlenbelastung zu verringern.

Das SLAM-basierte Scannen (Simultaneous Localization And Mapping) eignet sich sehr gut für die Erfassung von anspruchsvollen Umgebungen wie z. B. Kernkraftwerken. Das liegt daran, dass sich das System dank des SLAMs in seiner Umgebung orientieren und selbst verorten kann, auch wenn das Gerät bewegt wird. Mit dem SLAM-basierten Scannen lässt sich zwar nicht bei allen Umgebungsbedingungen eine so hohe Genauigkeit erzielen wie mit statischen Scannern, dafür ist aber ein kontinuierlicher Scan in einen Durchgang möglich, wobei ein mehr als angemessenem Detailgrad erreicht wird. Scan-Workflows, die mit SLAM arbeiten, haben außerdem den Vorteil, dass sie einfacher zu nutzen und zu implementieren sind, wodurch beispielsweie weniger Schulungen nötig sind und der Zeitaufwand insgesamt reduziert werden kann.

Wartungs- und Demontagearbeiten in einem Kernkraftwerk erfordern eine sorgfältige Planung. (Bild mit freundlicher Genehmigung von Fortum)

Workflows für mehr Sicherheit und schnelleres Arbeiten

eSite wurde 2019 als Dienstleistungseinheit von Fortum gegründet und bietet industrielle Virtual-Reality-Lösungen an für komplexe Umgebungen wie Anlagen, Fabriken oder Baustellen. So setzte Fortum Nuclear Services beispielsweise beim ersten nuklearen Stilllegungsprojekt in Finnland - der Stilllegung des Forschungsreaktors FiR 1 - auf die Kompetenz von eSite. Sicherheit im Umgang mit Kernkraft ist ein wichtiges Thema in Finnland, weswegen dort seit über 40 Jahren Maßnahmen für die Steigerung der nuklearen Sicherheit getroffen werden.

Anhand von Scandaten von Bereichen, die als nächstes sillgelegt werden sollen, kann ein 3D-Punktwolkenmodell erstellt und so für mehr Sicherheit gesorgt werden. Die Zeit für Stilllegungsarbeiten vor Ort muss so gering wie möglich gehalten werden, um die Gefahr durch Strahlenexposition zu minimieren. Die Arbeitsabläufe selbst müssen dabei effizient und korrekt ausgeführt werden - etwas, das dank Reality Capture und VR vorher virtuell geübt werden kann, so Miko Olkkonen, Leiter von eSite.

„Wenn ein Raum oder ein Bereich innerhalb eines Kernkraftwerkes stillgelegt werden soll, muss man dafür vor Ort einige Rohre durchtrennen, in denen früher radioaktives Wasser transportiert wurde, und dabei muss man wirklich vorsichtig sein. Bei solchen Arbeiten kommt es vor allem auf Schnelligkeit, Sicherheit und eine möglichst geringe Strahlenbelastung an.“

Wir können den Scan am Morgen machen, die Daten nachmittags bearbeiten und in eine Virtual-Reality-Brille hochladen. Damit kann dann unser Mitarbeiter vor Ort seine Arbeit, z. B. einen Schnitt an einem Rohr, der später innerhalb von 15 Minuten durchgeführt werden soll, erst einmal virtuell üben.

Miko Olkkonen

Leiter von eSite bei Fortum

Mit NavVis IVION lassen sich die erzeugten 3D-Darstellungen einer Anlage virtuell navigieren.

Bei der virtuellen Planung der Arbeitsabläufe ist es möglich, diese so zu präzisieren, dass Arbeiten vor Ort schnell und effizient durchgeführt und Strahlungs-Hotspots vermieden werden können. Jede Arbeit, die im kontrollierten Bereich der Anlage ausgeführt wird, birgt ein Expositionsrisiko, das gemäß dem ALARA-Prinzip so gering wie möglich gehalten werden soll. In Kombination mit anderen Sensoren, die ebenfalls Strahlung messen können, kann ein Overlay von Strahlungs-Hotspots auf dem Display angezeigt werden - und so dabei helfen, Risikobereiche im Voraus zu erkennen.

„Wir können den Scan am Morgen machen, die Daten nachmittags bearbeiten und in eine Virtual-Reality-Brille hochladen. Damit kann dann unser Mitarbeiter vor Ort seine Arbeit, z. B. einen Schnitt an einem Rohr, der später innerhalb von 15 Minuten durchgeführt werden soll, erst einmal virtuell üben. In der virtuellen Realität kann geübt werden, wo man langgeht, was zu tun ist, wo die Ausrüstung abgelegt werden kann. Man kann üben, wie man schneller und mit weniger Schritten vorankommt und dabei Strahlungs-Hotspots vermeidet. Natürlich ändert sich die Umgebung während der Stilllegung, und der Vorteil ist, dass man die ursprüngliche Reality-Aufnahme verwerfen kann und das nächste Mal, wenn man an dieser Stelle arbeiten muss, eine neue Reality-Aufnahme von diesem Moment macht“, so Olkkonen.

Statt Jahren nur noch Minuten

In den finnischen Kernkraftwerken, in denen Fortum Nuclear Services und eSite arbeiten, gibt es radioaktive Bereiche und Räume, die nur für wenige Tage im Jahr während des jährlichen Stillstands des Kernkraftwerks für Menschen zugänglich sind. Während dieser wenigen Tage werden Hunderte von Wartungsaufgaben mit einem minutengenauen Zeitplan durchgeführt.

Die gängige Methode des letzten Jahrzehnts bestand darin, in solchen Bereichen mit stationären Laserscannern zu arbeiten. Anhand dieser Daten konnten Aufgaben für die kommende Wartungsphase geplant werden, auch wenn die betreffenden Bereiche während des regulären Kraftwerkbetriebs nicht bereten werden konnten. Mit einem stationären Laserscanner konnten jedoch selbst innerhalb von zehn Stunden nur begrenzte Bereiche erfasst werden. Jede Sekunde, die länger in solchen kontaminierten Bereichen verbracht wird, führt zu einer erhöhten Strahlungsbelastung für das Team vor Ort. Um die Scanreichweite zu verbessern und die Strahlenbelastung zu senken, hat Fortum 2015 damit begonnen, diese Bereiche mit 360°-Fotos und Videos zu dokumentieren. Dadurch verringerte sich die Zeit für die Aufnahme der Scans von teilweise weit über zehn auf nur wenige Stunden. Auch wenn mit dieser Technik die Strahlenbelastung reduziert werden konnte, war es nicht möglich, Entfernungen an allen Stellen zu messen oder 3D-Informationen zu gewinnen, die für die Ausfallplanung und das Controlling entscheidend sind.

Dank moderner mobiler Mappingsysteme wie dem NavVis VLX lässt sich die Zeit für das Scannen von solchen kritischen Bereiche noch einmal deutlich reduzieren - von vielen Stunden auf etwa fünfundvierzig Minuten, wodurch sich auch die Strahlenbelastung auf etwa ein Drittel verringert. eSite kombiniert den NavVis VLX mit stationärem Laserscanning und 360°-Videos, um fotorealistische Bilder zu erzeugen und hochgenaue Messungen zu ermöglichen - und das alles in kürzester Zeit. Für die Nuklearindustrie bedeutet dies einen konkreten Mehrwert: niedrigere Strahlenexposition, kürzere Stillstandszeiten und ein Plus an Sicherheit. Und das ist, was eSite und Fortum mit ihren globalen Nuclear Reality Capture Services der Nuklearindustrie bieten können.

Wenn Sie Eigentümer eines Kernkraftwerks sind, im Störfallmanagement arbeiten oder im Bereich der Stilllegung von Kernkraftwerken tätig sind, dann finden Sie hier weitere kernkraftspezifische Referenzfälle und White Papers von Fortum Nuclear Services.

eSite digitalisiert Industrieanlagen, Baustellen und Anlagen auf der ganzen Welt. (Bild mit freundlicher Genehmigung von Fortum)

Die Scans in Kernkraftwerken werden bereits Wochen im Voraus geplant, so dass sie nur einmal und in kürzester Zeit durchgeführt werden können. Bei besonders kritischen Bereichen arbeitet eSite mit dem Anlagenpersonal zusammen, das über das entsprechende Wissen, den Zugang und die Ausbildung verfügt, um selbst in die Anlage zu gehen und die Erfassung vorzunehmen.

Dank seines besonderen Designs kann der NavVis VLX freihändig bedient werden, wodurch das Personal neben dem Scannen auch noch andere Aufgaben oder Messungen ausführen und den Kontakt mit jeglichen Oberflächen vermeiden kann. Scansysteme, die auf einem mit Rollwagen montiert werden, sind anfällig für die Aufnahme nuklearer Kontaminationen von den Fußböden der Anlage, weswegen solche Geräte entweder anschließend dekontaminiert oder nach dem Projekt sogar entsorgt werden müssen. Da der NavVis VLX auf den Schultern getragen wird und dadurch keinen Kontakt mit dem Boden hat, fällt die Kontamination des Gerätes deutlich geringer aus, was wiederum Zeit und Kosten für die Dekontamination spart.

Protokolle für das Arbeiten in kerntechnischen Anlagen wurden im Laufe der Zeit stets weiterentwickelt, wobei jedes Mal versucht wurde, unter Berücksichtigung des Zeitfaktors für noch mehr Sicherheit zu sorgen. Diese neuen scan-gestützten Arbeitsabläufe haben die Messlatte noch einmal höher gelegt, und das könnte sich auf die gesamte Nuklearindustrie auswirken, sagt Olkkonen.

„Das Spannende ist: Mittlerweile ist mobiles Scannen eine echte Option, wenn es darum geht, Kernkraftwerke zu digitalisieren - die Industrie sollte diese Chance nutzen, da so für mehr Sicherheit gesorgt werden kann.“

Über die Nuklearindustrie hinaus können dieselben Technologien und Arbeitsabläufe auch in anderen sicherheitskritischen Bereichen und Schwerindustrien eingesetzt werden, z. B. in Öl-, Gas- und anderen Energieerzeugungsanlagen. Überall dort, wo das Betreten bestimmter Bereiche innerhalb einer Anlage möglichst vermieden werden soll oder ein virtuelles Raummodell zum Üben von Arbeitsabläufen einen enormen Vorteil bringen sollte, lohnt sich die Implementierung dieser Methoden und Technologien: Anlagenbesitzer sparen dabei nicht nur Zeit und Geld, sondern können zudem für mehr Sicherheit sorgen.

Das Spannende ist: Mittlerweile ist mobiles Scannen eine echte Option, wenn es darum geht, Kernkraftwerke zu digitalisieren - die Industrie sollte diese Chance nutzen, da so für mehr Sicherheit gesorgt werden kann.