В Москве с 17 по 19 ноября на территории ВНИИНМ им. Бочвара прошла научно-техническая конференция по теме "Ядерное топливо нового поколения для АЭС. Результаты разработки, опыт эксплуатации и направления развития".
С докладом "Ядерное топливо для АЭС: состояние и основные направления разработок" перед собравшимися выступил вице-президент ТК "ТВЭЛ" Пётр Лавренюк.
Кооперация с концерном
Топливный сектор российской атомной отрасли живёт сегодня в условиях конкурентной борьбы с иностранными поставщиками, которые пытаются выйти на рынок топлива для реакторов ВВЭР.
"Зарубежные поставщики исповедуют один подход - они берут на свои блоки проверенное в России топливо. Только после того… как топливо пойдёт в серию, они серьёзно рассматривают его, и можно рассчитывать, что мы в рамках тендера… договоримся на соответствующие поставки", - отметил представитель ТК "ТВЭЛ".
Большую помощь ТВЭЛ оказывает концерн "Росэнергоатом". Начиная с 90-ых годов, то есть, с момента обострения конкурентной борьбы, российские эксплуатационники позволяют устанавливать в отечественные блоки опытные модификации кассет.
Это облегчает работу создателям новых модификаций топливных сборок, но одновременно усложняет эксплуатацию.
"Поэтому в своих задумках, в своих предложениях по проведению той или иной опытной эксплуатации, большая просьба к разработчикам исходить из того, что это коммерческие блоки", - сказал Лавренюк.
Он напомнил о сложностях, возникших при эксплуатации одной из разновидностей кассет на первом блоке Калининской АЭС. Неудачное решение было исправлено в 2007 году, но его последствия будут сказываться до 2011 года.
Топливо для ВВЭР-440
Пётр Лавренюк обозначил основные этапы развития топлива для реакторов ВВЭР-440.
В период с 1998 по 2002 годы внедрялось виброустойчивое топливо с обогащением 3,82% и таблеткой 7,57/1,4. В 2003-2010 годах Россия переходила на топливо второго поколения - обогащение до 4,38%, таблетка 7,6/1,2.
Положение дел по состоянию на 2010 год таково. Имеется топливо второго поколения с обогащением 4,87% и таблеткой 7,6/1,2, а также внедряются рабочие кассеты третьего поколения - обогащение 4,87%, таблетка 7,8/0. Перспектива на 2012 год - топливо второго поколения с обогащением 4,87% и таблеткой 7,8/0.
Докладчик привёл основные характеристики топливных кассет второго поколения и РК третьего поколения. По топливу среднее обогащение составляет 4,87%, масса UO2 - 126,3 кг, шаг твэлов - 12,3 мм, топливный цикл - шестигодичный. Ожидаемый эффект от внедрения - снижение примерно на 15% количества кассет на перегрузку (в условиях работы реактора на мощности 107% от номинальной).
По рабочим кассетам РК-3. Их конструкция бесчехловая, с каркасом из уголков и труб. Среднее обогащение топлива - 4,87%. Масса UO2 - 132 кг (увеличена на 4,5%). Шаг твэлов - 12,6 мм. Топливный цикл - шестигодичный. Ожидаемый эффект от внедрения РК-3 - повышение эффективности топливоиспользования примерно на 10%.
Эксплуатация топлива второго поколения (обогащение 4,87%, таблетка 7,6/1,2 мм) начата в 2010 году на Кольской АЭС. Ожидаемое выгорание составляет 65 МВт×сут/кг.
В этом же году на блоке №4 Кольской АЭС начата эксплуатация опытной партии из 12 РК-3. Ожидаемое выгорание составляет 68 МВт×сут/кг.
Топливо для ВВЭР-1000
По топливу для тысячников можно выделить следующие основные этапы развития.
В 1998-2003 годах для этих реакторов предлагались кассеты ТВСА и ТВС-2. Предлагаемые модификации по состоянию на сегодня - ТВС-2М, ТВСА-PLUS, ТВСА-АЛЬФА и ТВСА-12.
Начиная с 2012 года, в России должно появиться топливо четвёртого поколения. Его характерные особенности - обогащение 4,95%, таблетка 7,8/0 и высота активной зоны 3680 мм.
Кассеты ТВС-2М эксплуатируются сегодня на Балаковской и Ростовской АЭС, а кассеты ТВСА-PLUS - на блоках №№2-3 Калининской АЭС.
Кассета ТВСА-12 - конструкция с 12 дистанционирующими решётками (унификация с ТВС-2М) с увеличенной жёсткостью каркаса. Начало эксплуатации на блоке "Калинин-1" в количестве 12 штук запланировано на 2011 год, а на одном из блоков Украины - на 2012 год.
Докладчик остановился на характеристиках ТВС четвёртого поколения. Они будут иметь унифицированную головку, 12 дистанционирующих решёток и антидебризный фильтр. Высота топливного столба составит 3680 мм, диаметр таблетки - 7,8 мм, центральное отверстие отсутствует.
Загрузка по диоксиду урана в кассету четвёртого поколения составит 568,4 кг. Варианты топливных циклов - 3×510 или 5×333. Переход на кассеты четвёртого поколения обеспечит либо увеличение длительности кампании на 8%, либо сокращение ТВС подпитки на 10%, либо уменьшение обогащения подпитки на 7%.
Разработка проекта ТВС четвёртого поколения намечена на 2011 год, а постановка на опытно-промышленную эксплуатацию - на 2012 год.
Вопрос, который интересует многих - на чьей базе будет делаться ТВС четвёртого поколения, ТВС-2 или ТВСА? Вице-президент топливной корпорации был дипломатичен: "Я полагаю, что конструктив и тот, и другой должен быть реализован". Многое будет зависеть от того, какой из вариантов будет первым готов к опытно-промышленной эксплуатации.
Топливо для РБМК-1000
Не прекращаются работы над созданием новых модификаций топлива для реакторов РБМК-1000.
В 2010 году на блоке №2 Ленинградской АЭС начата эксплуатация ТВС РБМК-1000 с профилированным топливом. Обогащение в центральной зоне сборки составляет 3,2% по урану и 0,70% по эрбию. В периферийной зоне - 2,5% по урану и 0,30% по эрбию. Выгорание для новых кассет составляет 34 МВт×сут/кг, средний расход - 249 ТВС×год/блок.
На блоке №1 Ленинградской АЭС в этом же году стартовала эксплуатация ТВС РБМК-1000 с хвостовиком-фильтром. Выгорание для таких кассет равно 30 МВт×сут/кг, средний расход - 284 ТВС×год/блок.
Докладчик озвучил требования к ТВС РБМК-1000 нового поколения. Они должны иметь топливный столб с профилированным по высоте обогащением, центральное закрепление твэлов и антидебризный фильтр. Разработка технического проекта и начало опытно-промышленной эксплуатации запланированы на 2011-2012 годы.
Сплавы
Вице-президент ТВЭЛ перечислил циркониевые сплавы, которые имеются в распоряжении россиян или появятся с 2011 года.
Имеется сплав Э110 на основе электролитического порошка. Он выпускается серийно, используется для изготовления оболочек твэлов, дистанционирующих решёток, концевых деталей.
Имеется сплав Э635 на основе электролитического порошка. Выпускается серийно, применяется для направляющих каналов для ТВСА, ТВС-2 и их модификаций, уголков для ТВСА.
Имеется сплав Э110опт. на основе губки. Также выпускается серийно. Применение - оболочки твэлов, дистанционирующие решётки, концевые детали. Сплав характеризуется улучшенной коррозионной стойкостью и сопротивлением формоизменению.
Появятся с 2011 года сплавы Э110М, Э125 и Э635М на основе губки. Их разработка направлена на увеличение конструкторских запасов в результате повышения сопротивления радиационной ползучести и росту при сохранении коррозионной стойкости и обеспечение конкурентных характеристик по сравнению с зарубежными сплавами M5, Zirlo, Q (AREVA) и AXIOM ("Westinghouse").
С целью подтверждения характеристик оболочек из данных сплавов в 2011 году запланирована установка на опытно-промышленную эксплуатацию трёх ТВС-2М с опытными твэлами на блоке №4 Балаковской АЭС.
Работа по созданию технологий сплавов носит принципиальное значение и для деятельности на внешних рынках. Докладчик напомнил, в частности, что для получения разрешений на поставку топлива на американские АЭС необходимо в качестве одного из первых шагов представить регуляторам информацию об используемых сплавах.
Топливо для ПАТЭС
Для реакторной установкой КЛТ-40С головного блока ПАТЭС была разработана и обоснована активная зона на базе нового ураноёмкого металлокерамического топлива, удовлетворяющего требованиям нераспространения.
Основные характеристики зоны - энергоресурс 2,1 ТВт×ч, продолжительность кампании 2,3 года, максимальное обогащение 15,7%, загрузка урана 1273 кг, среднее выгорание выгружаемого топлива 46 МВт×сут/кг.
Задача на перспективу - разработка активной зоны для ПАТЭС с энергоресурсом, увеличенным до 3-4 ТВт×ч.
Задачи на перспективу
Пётр Лавренюк перечислил основные задачи, стоящие на перспективу перед российскими разработчиками ядерного топлива.
По топливу для реакторов РБМК - это разработка и внедрение ТВС с комплексом конструкционных решений (профилирование топлива по высоте, антидебризный фильтр, центральное закрепление твэлов).
По топливу для реакторов ВВЭР-440 - разработка и внедрение топлива второго поколения с увеличенной загрузкой (таблетки 7,8/0 мм), расширение опытной эксплуатации на Кольской АЭС рабочих кассет РК-3.
По топливу для реакторов ВВЭР-1000 - разработка и внедрение ТВС четвёртого поколения с увеличенной загрузкой урана (топливный столб - 3680 мм, топливная таблетка - 7,8/0 мм) и увеличение теплотехнической надежности ТВС в условиях повышения мощности АЭС до 110% от номинала за счет применения решёток-интенсификаторов.
Кроме этого, по топливу для тысячников должны быть разработаны и отлицензированы методики проектирования и обоснования безопасности активных зон, нацеленные на снижение консерватизма и улучшение конкурентных характеристик ядерного топлива.
Регенерат и смешанное топливо
Отвечая на вопрос о перспективах использования регенерированного урана в ВВЭР, Пётр Иванович напомнил, что регенерата в России "достаточно ограниченное количество".
Хотя работы по использованию регенерата в реакторах ВВЭР проводились, в основном, этот вид урана используется в РБМК.
Комментируя ситуацию с производством MOX-топлива для быстрых реакторов, вице-президент ТВЭЛ отметил, что есть решение о создании в отрасли таблеточного производства.
Идут переговоры с китайским заказчиком, который имеет намерение закупить два (а возможно, что и четыре) блока с БН-800. Есть проработки по реактору БН-1200. Топливная компания в принципе может создать топливное производство для БН-800, но дальше необходимо думать над его расширением под китайские блоки и перспективные российские БН.