27 мая 2009

Владимир Молчанов рассказал о состоянии и перспективах топлива для ВВЭР-440 и ВВЭР-1000

В ОКБ "Гидропресс" продолжает свою работу шестая международная научно-техническая конференция "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР". О современном состоянии и перспективах ядерного топлива для реакторов ВВЭР участникам форума рассказал заместитель исполнительного директора ОАО "ТВЭЛ" Владимир Молчанов.

Говоря о топливе для ВВЭР-440, докладчик напомнил, что всего в мире осталось 23 действующих блока с такими реакторами. Для этих установок российским специалистам удалось создать кассеты второго поколения, обладающие целым рядом преимуществ перед своими предшественниками, в том числе, пониженным на 10% расходом природного урана и возможностью обеспечивать эксплуатацию в манёвренных режимах.

Успешная эксплуатация топливных сборок для ВВЭР-440 обеспечивается усилиями ведущих российских предприятий атомной отрасли - ОКБ "Гидропресс", РНЦ "Курчатовский институт", заводы в Электростали и Новосибирске. Докладчик отметил, что на сегодняшний день кассеты для этих реакторов изготавливаются только в Электростали.

Владимир Молчанов рассказал о том, какие модификации топливных сборок используются сейчас на различных АЭС с ВВЭР-440. Так, на блоках №№1-2 Кольской АЭС с реакторами первого поколения внедрена кассета РК виброустойчивой конструкции на основе решений кассет второго поколения. На блоках №№3-4 этой станции завершена опытная эксплуатация кассет второго поколения и ожидается переход на их промышленную эксплуатацию.

Среди зарубежных станций с ВВЭР-440 первой переход на кассеты второго поколения осуществила чешская АЭС "Дукованы". На сегодняшний день перед чехами стоит задача поднять тепловую мощность реакторов до 105% и обосновать возможность эксплуатации станции в манёвренном режиме при новых эксплуатационных параметрах.

По одинаковому с чешскими атомщиками пути идут их словацкие коллеги. Здесь также произведён переход на сборки второго поколения и рассматривается возможность форсирования тепловой мощности до 107%.

Несколько по-иному выглядит ситуация на венгерской АЭС "Пакш". Там переход на кассеты второго поколения осуществляется практически одновременно с подъёмом тепловой мощности до 108%. В этом году на Пакш будет поставлена партия из 12 ТВС второго поколения.

Своя специфика наблюдается и у финской АЭС "Ловииза", где тепловая мощность уже повышена до 110%, а внедрение кассет второго поколения начинается только с этого года. Опытная партия сборок в Финляндию уже была отправлена. Кроме этого, на Ловиизе будут работать ТВС АРК разборной конструкции. Как отметил Владимир Молчанов, опытная партия из шести разборных кассет проходит сейчас испытания на Кольской АЭС.

Для Ровенской АЭС заключён контракт по внедрению кассет второго поколения в 2010 году. Проект внедрения делается с учётом того, что на первом и втором блоках станции может быть повышена мощность на 108%, а их эксплуатация может проходить в режимах недельно-суточного регулирования. Докладчик отметил, однако, что в нынешних условиях потребности в повышении мощности блоков может и не возникнуть.

На блок №2 Армянской АЭС в этом году будет поставлено виброустойчивое профилированное топливо с обогащением 3,82%, отметил представитель ТВЭЛ.

Следующий шаг в развитии топлива для ВВЭР-440 - создание рабочих кассет третьего поколения. В конструкции РК-3 будет улучшено водо-урановое отношение за счёт применения уголковых элементов в каркасе, введения водяных каналов и увеличения шага расположения твэлов в пучке до 12,6 мм.

Топливный цикл РК-3 предполагается 6-годичным, а ожидаемый эффект от их внедрения будет заключаться в повышении эффективности топливоиспользования примерно на 10%. Технический проект кассет третьего поколения для ВВЭР-440 был разработан в 2007 году, поставка опытной партии на Кольскую АЭС ожидается в 2010 году.

Основной экспортной продукцией на сегодняшний день для ТВЭЛ является топливо для реакторов ВВЭР-1000. С учётом Темелина, россияне поставляют кассеты на 28 блоков с ВВЭР-1000, и кроме этого, ещё четыре блока-тысячника находятся на стадии строительства.

Российское топливо для ВВЭР-1000 сегодня обеспечивает четырёхгодичный топливный цикл с выгоранием по ТВС 55 МВт×сут/кгU, стабильные геометрические характеристики в процессе всего периода эксплуатации (прогиб не более 7 мм), отсутствие фреттинг-износа твэла, а также возможность ремонта на АЭС за счёт разборности конструкции.

Докладчик вкратце остановился на таких перспективных модификациях, как ТВС-2М (эксплуатируется на блоке №1 Балаковской АЭС с 2006 года), ТВСА-PLUS (планируется эксплуатация на Калининской АЭС с 2010 года) и ТВСА-АЛЬФА (эксплуатируется на Калининской АЭС с 2006 года).

Для ТВС-2М и ТВСА-АЛЬФА характерны такие технологические решения, как увеличение топливного столба на 150 мм и доведение массы урана до 524,1 кг. В варианте кассеты от ОКБ "Гидропресс" предусмотрено 12 дистанционирующих решёток, а у их коллег из ОКБМ - 15 решёток. И там, и там предполагается наличие антивибрационной решётки и антидебрисного фильтра, способного удерживать частицы размером более 2 мм.

Особое место в ряду российских проектов занимает ТВСА-Т для чешской АЭС "Темелин", базирующаяся на основе конструкции ТВСА-АЛЬФА. Первая партия ТВСА-Т для полной загрузки активной зоны будет поставлена в Чехию в 2010 году.

Перспективные твэлы для реакторов ВВЭР-1000 будут отличаться отсутствием центрального отверстия, более тонкой оболочкой (0,57 мм) и более широкой таблеткой (7,80 мм), а также увеличенным средним размером зерна - до 25 μм против 10 μм в существующих модификациях.

Начиная с 2009 года, россияне перейдут на использование собственной циркониевой губки. В будущем планируется также применять сплав Э-110 с оптимизированным химическим составом с целью обеспечить требующийся ресурс твэла.

Владимир Молчанов прокомментировал также имеющиеся в России топливные циклы. Кассеты ТВС-2М и ТВСА-PLUS будут эксплуатироваться в топливном цикле 3×18 месяцев, а ТВСА-АЛЬФА - 5×12 месяцев. В перспективе перед российскими специалистами поставлена задача выйти на глубины выгорания до 68 МВт×сут/кгU.

Наконец, ещё один важный момент - топливные сборки ВВЭР-1000 позволяют реализовывать манёвренные режимы. На втором блоке Хмельницкой АЭС уже было опробовано первичное регулирование мощности в диапазоне 2 %Nном.

Как отметил докладчик, на российских кассетах для реакторов ВВЭР-1000 станет возможным осуществлять суточное регулирование мощности в диапазоне 100 - 75 - 100 %Nэл со скоростью до 1% Nном в минуту в течение до 200 циклов за кампанию.