АО «ТВЭЛ» представило инновации в ядерном топливном цикле для реакторов ВВЭР на международном семинаре в Болгарии

06.10.2021

В городе Несебр в Болгарии состоялся традиционный международный семинар по вопросам проектирования, производства и эксплуатации ядерного топлива для реакторов ВВЭР-1000, организованный Топливной компанией Росатома «ТВЭЛ» и АЭС «Козлодуй» (входит в национальную энергокомпанию Болгарский энергетический холдинг).

Участники мероприятия - более 60 человек, представлявших атомные электростанции Болгарии, Украины и Чехии, заводы-изготовители ядерного топлива, научные и конструкторские организации, подробно обсудили последние тенденции в разработке новых поколений топлива ВВЭР, результаты эксплуатации и внедрения инновационных конструкций тепловыделяющих сборок, новые технологии производства топливных кассет и элементов конструкции, а также вопросы обращения с отработавшим ядерным топливом. Всего было представлено более 30 докладов. Работа семинара была организована с соблюдением необходимых санитарно-эпидемиологических мер.

Директор департамента по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» Алексей Шишкин представил системный доклад по всем ключевым направлениям работы Топливной компании в области созданий и внедрения инновационных решений по топливному циклу реакторов ВВЭР: новые конструкции и модификации ТВС, эксплуатация энергоблоков в увеличенных циклах и на повышенной мощности, испытания толерантного топлива, замыкание ядерного топливного цикла и др.

В частности, несколько параллельных проектов разработки и внедрения нового топлива реализуется для реакторов ВВЭР-440 в странах Европы. Алексей Шишкин отметил, что АО «ТВЭЛ» с компаниями-партнерами завершает разработку и лицензирование новых решений по топливу для атомных электростанций в Финляндии, Чехии и Словакии, с 2022 года ожидается начало поставок модифицированного топлива на АЭС «Ловииса» (Финляндия), АЭС «Моховце» (Словакия) и АЭС «Дукованы» (Чехия). При этом каждый инжиниринговый проект уникален и учитывает индивидуальные требования конкретного заказчика – оператора АЭС.

Масштабная работа по целому ряду направлений ведется для повышения эффективности реакторов ВВЭР-1000, составляющих основу современного реакторного парка ВВЭР. Операторы АЭС в Болгарии и Чехии уже полностью перевели по одному из своих энергоблоков ВВЭР-1000 на современное российское топливо четвертого поколения. На энергоблоке №6 АЭС «Козлодуй» в 2020 году сформирована полная загрузка активной зоны топливом ТВСА-12. В Чехии в 2021 году завершился перевод энергоблока №2 на топливо ТВСА-Т.mod.2. Как и ТВСА-12, это топливо ВВЭР-1000 отличается от кассет предыдущего поколения увеличенной ураноемкостью, жесткостью конструкции, а также наличием антидебризного фильтра, который защищает топливо от повреждения и разгерметизации при эксплуатации. Кроме того, внедрение современных конструкций ТВС позволяет снизить количество отработавшего ядерного топлива.

На российских блоках ВВЭР-1000 реализуются пилотные проекты, имеющие стратегическое значение для атомной энергетики будущего. На блоке №3 Балаковской АЭС в сентябре 2021 года завершилась эксплуатация нескольких ТВС с отдельными экспериментальными твэлами, содержащими уран-плутониевое РЕМИКС-топливо (три цикла облучения по 18 месяцев). Следующим шагом в проекте должна стать загрузка в реактор полноценных РЕМКИС-ТВС, производство которых создано в Топливной компании ТВЭЛ в 2021 году в кооперации с Горно-химическим комбинатом Росатома. Кроме того, на энергоблоке №2 Ростовской АЭС в реактор ВВЭР-1000 впервые загружено российское топливо ATF нового поколения безопасности с различными вариантами конструкционных материалов.

Вместе с АО «Концерн Росэнергоатом» (электроэнергетический дивизион Росатома) специалисты Топливной компании ТВЭЛ прорабатывают несколько инжиниринговых проектов по повышению эффективности российских энергоблоков большой мощности. В частности, ведется работа по обоснованию и лицензированию эксплуатации одного из блоков ВВЭР-1000 Балаковской АЭС на мощности 107% от номинальной (сейчас российские блоки ВВЭР-1000 работают на мощности 104%). В перспективе такое решение может быть тиражировано на всех российских блоках ВВЭР-1000.

В 2020 году энергоблок №6 Нововоронежской АЭС стал первым из российских блоков поколения 3+ с реактором ВВЭР-1200, для которого было обосновано увеличение топливного цикла с 12 до 18 месяцев. Как и проекты повышения мощности, внедрение длинных топливных циклов направлено на увеличение выработки и повышение экономической эффективности АЭС. Как сообщил Алексей Шишкин, в планах Росатома перевести на 18-месячный цикл все российские энергоблоки ВВЭР-1200. Отмечено, что интерес к внедрению полуторагодичных топливных циклов проявляют некоторые зарубежные заказчики из стран, где Росатом строит АЭС с реакторами ВВЭР-1200.

По заказу венгерских энергетиков АО «ТВЭЛ» и предприятия российской атомной отрасли реализуют масштабную программу научных исследований по обоснованию маневрирования мощностью для реакторов ВВЭР-1200 будущей АЭС «Пакш-2». В частности, в исследовательском реакторе «МИР» в АО «ГНЦ НИИАР» запланировано порядка 300 циклов маневрирования на топливе в разном конструктивном исполнении с различным уровнем выгорания урана. При этом на референтном блоке Ленинградской АЭС-2 уже проведены эксперименты с суточным маневрированием, доказана принципиальная возможность эксплуатации ВВЭР-1200 в таком режиме.

Инновации в ядерном топливном цикле включают не только новые конструкции ТВС и виды топлива, но и новые технологии производства. Как отметил Алексей Шишкин, специалистами Петербургского политехнического университета по заказу АО «ТВЭЛ» разработана новая конструкция антидебризного фильтра ТВС, которая может быть изготовлена только методом аддитивного производства на 3D-принтере (в составе Топливной компании ТВЭЛ – отраслевой интегратор Росатома по аддитивным технологиям). Кроме того, ведется работа над созданием топлива пятого поколения для ВВЭР-1000 – ТВС-5. Эта тепловыделяющая сборка должна сочетать все лучшие достижения топлива четвертого поколения с особенностями конструкции, которые позволят сделать цепочку производства топлива полностью автоматизированной и максимально исключить ручной труд. Это необходимо для использования материалов, полученных из отработавшего топлива, - регенерированного урана и плутония.

Как было отмечено, технологии замыкания ядерного топливного цикла открывают новые возможности не только для реакторов на быстрых нейтронах, но и для классических тепловых легководных установок. Концепция сбалансированного ядерного топливного цикла Росатома предполагает, что ОЯТ зарубежных реакторов ВВЭР будет вывозиться в Россию на переработку, после чего заказчики будут получать топливо конструкции ВВЭР с делящимся материалом, полученным из их облученного топлива, а высокоактивные элементы, извлеченные в результате переработке, будут «дожигаться» в российских реакторах на быстрых нейтронах.

Представители зарубежных операторов ВВЭР-1000 также отметили позитивный опыт внедрения нового российского топлива. «Активная зона шестого энергоблока АЭС «Козлодуй» полностью переведена на топливо ТВСА-12. Длительность топливной кампании -338 эффективных суток на повышенной мощности. Технические преимущества кассет ТВСА-12 повышают эффективность топливного цикла за счет более эффективного использования ядерного топлива, увеличения глубины выгорания выгружаемого топлива, более низкого расхода свежего топлива, снижения образования отработавшего топлива, уменьшения флюенса нейтронов на корпус реактора, снижения расходов на обращение с отходами. Руководство АЭС «Козлодуй» высоко ценит эффективное сотрудничество, сложившееся между эксплуатирующими организациями, поставщиками топлива, конструкторскими и проектными организациями, заводами-изготовителями и регуляторами», - подчеркнул начальник отдела по ядерному топливу АЭС «Козлодуй» Красимир Каменов.