Workflow für die thermische Endlagerdimensionierung (ThEDi)
Fragestellungen #
Der gesamte Flächenbedarf eines Endlagers ist ein wichtiges Kriterium für die Standortauswahl. Wie eng können Endlagerbehälter gepackt werden, sodass eine vorgegebene Temperatur im Endlager nicht überschritten wird?
Welche Auswirkung auf den Flächenbedarf haben dabei das Wirtsgestein, die Einlagerungstiefe, der Inventartyp des abgebrannten Kernbrennstoffs, die nötigen Abstände von Einlagerungsstrecken und der Einlagerungsbehälter innerhalb der Einlagerungsstrecken, die Beladungsdichte1 und ausgewählte thermophysiklischen Eigenschaften (z.B. geothermischer Gradient).
Umsetzung #
Zur Untersuchung dieser thermischen Endlager-Dimensionierung (ThEDi) wurde ein vollständig automatisierter Simulationsworkflow entwickelt, der aus einer Vielzahl von einzelnen Komponenten zusammengesetzt ist. Diese Komponenten enthalten die vollständige Definition der relevanten geometrischen Eigenschaften einer Einlagerungsstrecke (siehe Abbildung: “Geometrische Beschreibung eines Endlagerausschnittes als FEM-taugliches Gitter”) sowie die relevanten Materialeigenschaften der umliegenden geologischen Schichten. Aus diesen Geometrie- und Materialdaten werden automatisch Simulationsmodelle erzeugt zur Durchführung von Computersimulationen mit finiten Elementen in OpenGeoSys.
Für die Auswertung der Simulationsergebnisse stehen verschiedene dokumentierte Bausteine zur Verfügung (z.B. Temperaturverteilung im Endlagerausschnitt, siehe Abbildung). Die Komponenten sind über eine Workflowmanagementsoftware verbunden, die Aufgaben in den Bereichen des verteilten und parallelisierten Rechnens in unterschiedlichen Umgebungen, die Dateiablage und die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse unterstützt.
Es sind kombinierbare Opimierungsverfahren enthalten, mit denen eine günstige Beladungsdichte bei vorgegebener Geometrie, bzw. eine günstige Geometrie bei vorgebener Beladungsdichte erreicht werden können. Zusätzlich sind Werkzeuge für unterstützende Studien (z.B. Konvergenzstudien, siehe Abbildung) enthalten.
Die Code-Entwicklung fand in Kooperation mit BGE, BGE TEC und dem UFZ statt. Der entwickelte anwendungsspezifische Code wird auf einer GitLab-Instanz gehostet und generische Komponenten wurden dem Projekt OGSTools hinzugefügt. Die Dokumentation enthält Beispiele für die Installation und Verwendung und zeigt wie die Ergebnisse reproduziert werden können.
Ausführung #
Aus der Fragestellung ergibt sich über die Kombination aller Eingangsparameter ein sehr großer Untersuchungsbereich (mehr als 10.000 Simulationen). Deshalb wurden die Optimierungen auf leistungsfähigen Rechen-Clustern2 parallel durchgeführt. Die Ergebnisse von Referenzsimulationen wurden mit der Software COMSOL kontinuierlich (Continous Integration – Regelmäßig ausgeführte Komponenten- und Systemstests) verglichen.