地震概率安全評估方法主要由三個部分組成,即地震危險性概率分析(PSHA)、易損性分析(FA)和地震概率安全評估模型的開發。三個部分的關系如下:
地震危險性概率分析是一種用于評估指定廠址在未來一段時間內發生不同水平地震動的超越概率的方法。地震的位置、規模和地面震動水平存在很大的不確定性。地震危險性概率分析方法對這些不確定性進行量化,以便對現場地面運動做出真實描述。
易損性分析的目的是估算地震發生時結構、系統和部件的失效概率,其失效可能造成的風險將被量化并納入到地震概率安全評估結果中。獲取易損性函數參數的方法多種多樣,但運用不同方法所需要付出的努力大不相同。在實踐中,對于給定的結構、系統和部件,所選擇的方法要根據這些結構、系統和部件的重要性以及比保守方法更為現實的估算方法所產生的預期效益來決定。自20世紀90年代中期以來,地震響應概率分析(SRA)的應用取得了重大進展,這提高了計算結構響應的可行性。
地震概率安全評估模型可以對由地面運動引起的事件序列進行全面建模,并對相關風險(包括不確定性)進行量化。一般來說,這一模型是使用現有的內部事件概率安全評估模型開發的,包含地震危險性概率分析和易損性分析的結果。
報告就地震概率安全評估方法的三個組成部分及其應用提出了下述技術意見:
多個國家已將地震概率安全評估方法用于風險依據決策,這表明地震概率安全評估方法已經足夠成熟,可以用于分析地震可能導致的堆芯損壞事故和放射性釋放的風險。
由于自然界的隨機性和可用數據——尤其是災害風險數據——的有限性,任何地震評估(從事實方面看)都存在很大的不確定性。地震概率安全評估方法提供了一個系統框架,用于明確追蹤和量化這些不確定性及其影響,而不是進行含糊處理甚至忽略它們。這也是該方法的主要優勢之一。
通過易損性分析方法,研究人員可對核電機組的結構、系統和部件的抗震能力進行系統地分析。此外,通過易損性分析,研究人員或將找到能夠提升核電廠抗震能力的具有較高經濟性的措施。
地震概率安全評估結果對于尋找降低核電廠安全風險的有效措施而言至關重要。例如,當出現與先前評估結果明顯不同的地震危害時,地震概率安全評估方法可對核電廠安全進行再評估,從而判斷該危害對核電廠安全的影響,并確定最有效的安全提升措施。
在處理與地震的位置、大小和地震動水平相關的巨大不確定性時,存在地震風險的地區廣泛采用地震危險性分析高級委員會的地震危險性概率分析方法。在過去的十年中,這些地區基于經驗制訂了實施指南,并以此對委員會的初始方法進行了補充。
持續的研究旨在更好地理解地震評估方法,并在可能的情況下減少其不確定性。然而,考慮到自然界的隨機性和收集數據(尤其是危害性數據)的局限性,巨大的不確定性仍將是評估方法中切實存在的問題。
地震概率安全評估方法面臨下述挑戰:
在歐洲等內陸板塊地區,預估最大震級對地震危險性概率分析而言尤其具有挑戰性;就地震目錄中記錄的地震波來看,在這些地區中,大地震很少發生,且地震往往發生在先前未識別的活動斷層上。
盡管可以進行特定場景的地震人因可靠性量化分析,但大量的未知因素——如電廠狀態、非安全相關部件的多重故障引起的干擾、主控制室中仍然可用的指示等——使得這一量化過程復雜且具有挑戰性。解決此問題的一種常見做法是修改由內部事件概率安全評估造成的人為錯誤概率。
市場上很少有公司和專家接受過地震危險性概率分析或易損性分析方面的培訓并擁有相關經驗。
與地震概率安全評估水平相關的限制性因素包括:
地震動預測方程(GMPE)是地震風險評估中一個非常敏感的問題。歐洲大部分地區的儀器強震記錄數量有限,很難基于經驗推導出衰減關系。
傳統的地震危險性概率分析嚴重依賴根據地震數據簡短記錄推斷出的極低發生概率,這是進行概率安全評估時需要輸入的參數。
必須指出的是,上述挑戰和限制中,絕大多數并非地震概率安全評估方法所特有的。相反,這些是所有地震安全性評估方法固有的挑戰和限制。
認識并解決評估工作的不確定性和局限性是極為重要的,這是因為許多國家選擇通過風險依據決策對監管框架進行完善,而概率安全評估方法目前被廣泛應用于風險依據決策過程中。
總體而言,如果考慮進行地震概率安全評估,那么在風險依據決策中使用概率安全評估方法是有意義且全面的。盡管一些國家仍在探討地震概率安全評估方法的成熟度和可行性,但是不可否認的是,這一方法為合適的核電廠快速解決方案和備用方案的制訂、以及全球核電廠安全性的提升提供了強有力的支持。
(中核戰略規劃研究總院 李晨曦)
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