Über das Projekt

Hintergrund

Ziel nach Standortauswahlgesetz (StandAG¹) ist es, den Standort mit der größtmöglichen Sicherheit für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle in Deutschland zu finden. Dazu werden u. a. Sicherheitsuntersuchungen für einen Zeitraum von einer Million Jahren durchgeführt. Viele der dafür notwendigen Analysen wiederum stützen sich auf numerische Simulationen der physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse, die in einem Endlager und seiner Umgebung ablaufen.

Projektziel

Ein wichtiges Projektziel ist die Entwicklung von Prototypenmodellen für potentielle Endlager/Standortregionen. Diese bestehen aus verketteten numerischen Modellen, die als wesentliche Ausgabe bewertungsrelevante Zielgrößen haben, bspw. Stoffmengen-/Massenausträge, Fluiddruck, Dilatanz, Temperatur. Die Prototypenmodelle unterscheiden sich für die einzelnen Wirtsgesteine Tongestein, Steinsalz und Kristallin. Sie dienen als Blaupause und sind leicht auf spezifische Standortregionen adaptierbar. Um dieses Projektziel zu erreichen, wird in OpenWorkFlow ein numerischer Werkzeugkasten für Sicherheitsuntersuchungen entwickelt, der Teilaufgaben wie Datenintegration, Modellerstellung, -ausführung, -nachverarbeitung sowie Archivierung abdeckt.

Der Entwicklungsprozess sowie das Resultat (die Syntheseplattform) decken eine große Bandbreite verschiedener fachlicher und technischer Aspekte ab und unterliegt einer Reihe von Qualitätskriterien, die in den folgenden Abschnitten etwas näher ausgeführt werden.

Fachliche Aspekte

Die entwickelten Prototypenmodelle gliedern sich in Modellketten für verschiedene Skalen und umfassen alle Teile des Endlagersystems, vom Nahfeld um die Einlagerungsbehälter und -strecken sowie Verschlussbauwerke herum, bis hin zum Fernfeld, d. h. der Standortregion. Diese Modellketten simulieren unterschiedliche Komponenten und Prozesse des Endlagersystems, die sich aus den FEP-Katalogen ergeben, wie z. B. Vergletscherung, die Nachzerfallswärme der Abfälle oder Behälterkorrosion. Sie umfassen für die jeweilige Skala die relevanten gekoppelten thermischen, hydraulischen, mechanischen und chemischen Prozesse. Neben der Auswertung von Zielgrößen/Integritätskriterien ist die Untersuchung von Parameterungewissheiten eine wesentliche Aufgabe der Prototypenmodelle.

Die Entwicklungsarbeiten umfassen u. a.

• die Entwicklung von Materialmodellen für einzelne Materialien, bspw. das Wirtsgestein oder Verfüllmaterial,

• die Entwicklung geeigneter numerischer Verfahren zur Simulation bestimmter Prozesse,

• die Modellerstellung, z. B. Geometriegenerierung und -vernetzung,

• die Modellausführung inkl. Arbeiten an der Robustheit der Modelle,

• die Auswertung der Modellergebnisse,

• die Integration der Modelle in automatisierte Simulationsworkflows

• Test/Validierung/Verifikation der Algorithmen und Modelle

Technische Aspekte und Qualität

Um Parametervariationen und die Reproduzierbarkeit und Nachvollziehbarkeit von Ergebnissen und zu ermöglichen, auch wenn sich komplexe Modellketten im Laufe der Zeit weiterentwickeln, wird eine größtmögliche Automatisierung der Modellketten angestrebt. Alle Workflow-Läufe, die in das Standortauswahlverfahren eingehen, werden in einer Provenienz-Datenbank detailgenau hinterlegt, die jeweiligen Modellergebnisse und wichtige Zwischenergebnisse sowie der gesamte Workflow-Code archiviert. Alle entwickelten Code-Teile durchlaufen einen internen Peer-Review-Prozess inkl. automatischen Tests von Codes, Materialmodellen, numerischen Modellen, (Teil-)Workflows (Continuous Integration). Ebenso wichtig ist die Verständlichkeit der entwickelten Workflows für ModelliererInnen. Dazu werden die implementierten Modellketten und -ergebnisse mit den jeweiligen Spezifikationsdokumenten verglichen. Aufgrund der langen Dauer das Standortauswahlverfahrens ist es wichtig, die entwickelten Prototypenmodelle langfristig ausführen zu können. Das wird im Projekt durch die genaue Spezifikation der Ausführungsumgebung und die Archivierung von Codes und Eingabedaten sowie die Provenienz-Datenbank erreicht. Die Code-Entwicklung ist als Open-Source-Projekt transparent angelegt. Allgemeine Entwicklungen finden dabei in übergeordneten Projekten statt, z. B. am Simulator OpenGeoSys oder an Vor-/Nachbearbeitungswerkzeugen dafür in OGSTools.

Über Sicherheitsuntersuchungen hinaus

Die Prototypenmodelle werden sich im Laufe des Standortauswahlverfahrens weiterentwickeln. Insbesondere die bei der Erkundung gewonnen Erkenntnisse werden in die Modelle zurückfließen. Dazu werden die Prototypenmodelle sukzessive an die IT-Systeme der BGE angebunden. Die Modellkomplexität wird entsprechend der Datenlage angepasst. Die Prototypenmodelle werden bereits jetzt so konstruiert, dass solche Aktualisierungen später möglich sind. Umgekehrt könnten Parameterbedarfe der Modelle auch die Exploration beeinflussen.

Durch die einfache Parametrisierbarkeit der Prototypenmodelle, können sie voraussichtlich auch für Fragen der Optimierung des Endlagersystems eingesetzt werden. Ein wichtiger Teilaspekt des OpenWorkFlow-Projekts neben Sicherheitsuntersuchungen ist die Unterstützung von Dimensionierungsrechnungen, bspw. zur thermischen Endlagerdimensionierung oder zum geotechnischen Ausbau. Neben den Prototypenmodellen für Standortregionen werden u. a. Wirkungsmodelle entwickelt, mit deren Hilfe die Relevanz bestimmter Prozesse bzw. die nötige Modellkomplexität bestimmt werden kann. Sie dienen u. a. zum Nachweis der Stichhaltigkeit der Prototypenmodelle.

Nicht zuletzt ist es wichtig, Modellergebnisse geeignet zu kommunizieren. Dazu werden ausgewählte Projektergebnisse in eine 3D-Visualisierungsumgebung integriert, um sie der Fachwelt aber auch der interessierten Öffentlichkeit leicht erfahrbar zu machen.