В Росатоме обсудили направления развития ядерного топлива нового поколения

11.10.2024

В Сочи состоялась отраслевая научно-техническая конференция «Ядерное топливо нового поколения для АЭС. Результаты разработки, опыт эксплуатации и направления развития». Организатором конференции, которая проходит каждые два года, традиционно выступает АО «ТВЭЛ» (управляющая компания Топливного дивизиона «Росатома»).

Мероприятие позволило собрать на одной площадке порядка 150 руководителей и экспертов российской атомной отрасли – представителей Госкорпорации «Росатом», управляющих компаний и производственных предприятий Топливного, Энергетического, Научного и Машиностроительного дивизионов, Курчатовского института и других организаций, участвующих в создании новых видов, конструкций и модификаций ядерного топлива.

Открывая конференцию, заместитель генерального директора по науке и стратегии Госкорпорации «Росатом», председатель Совета директоров АО «ТВЭЛ» Юрий Оленин, отметил особую роль технологий ядерного топливного цикла в обеспечении инновационного развития и конкурентоспособности атомной энергетики. Он сформулировал несколько ключевых задач, стоящих перед отраслью в области ядерного топлива: снижение себестоимости производства при полном отсутствии технических дефектов, увеличение длительности топливных кампаний (то есть, время эффективного использования ядерного топлива в реакторах между перегрузками), минимизация объема радиоактивных отходов, подлежащих финальной изоляции, внедрение новых материалов ATF-топлива, решения в области увеличенного обогащения топлива более 5%, привлечение молодых кадров, а также более активное использование научно-исследовательской университетской инфраструктуры.

Юрий Оленин также подчеркнул новую роль АО «ТВЭЛ» как координатора работ по развитию радиохимических технологий и производств в «Росатоме», что имеет особое значение для замыкания ядерного топливного цикла (ЯТЦ) и реализации концепции Сбалансированного ЯТЦ.

В  ходе тематических сессий участники обсудили ключевые результаты эксплуатации и исследований ядерного топлива, решения для двухкомпонентной атомной энергетики, проекты активных зон АЭС малой мощности в плавучем и наземном исполнении, развитие технологий фабрикации ядерного топлива и другие темы.

Стратегия развития ЯТЦ

Старший вице-президент по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» Александр Угрюмов представил комплексный доклад о развитии технологий ядерного топливного цикла, включая разработки для всех основных типов энергетических реакторов, новые цифровые технологии проектирования, а также вопросы сырьевой базы и модернизации основных производственных мощностей.

Александр Угрюмов подчеркнул, что развитие технологий и продуктов осуществляется в рамках стратегического отраслевого решения по переходу к двухкомпонетной атомной энергетике с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах. Это позволит продемонстрировать и отработать ключевые решения по замыканию ядерного топливного цикла, чтобы затем перейти к реализации концепции энергетики будущего – энергосистемам четвертого поколения (Gen-4). Атомная энергетика поколения Gen-4 будет отличаться по четырем ключевым компонентам: неограниченная ресурсная база на базе технологий регенерации, конкурентная стоимость электроэнергии (как за счет реакторных, так и топливных технологий), экологическая приемлемость (минимизация РАО, решение вопросов ядерного наследия), а также безопасность (надежная работа АЭС при обеспечении режима нераспространения).

Для повышения эффективности реакторов ВВЭР Александр Угрюмов отметил важность внедрения топлива с обогащением выше стандартного уровня 5% на базе уран-эрбиевой композиции. «Повышение обогащения урана до 6%, а в перспективе – до 7-8% - это общемировой тренд и задача, над которой работают ключевые игроки рынка. Это позволит нам увеличить длительность топливной кампании с 18 до 24 месяцев, но при этом сохранить количество свежих топливных сборок при перегрузке топлива (что важно для экономического эффекта), а главное – формировать топливные загрузки с низкой утечкой нейтронов на корпус и внутрикорпусные устройства реактора для обеспечения продления их эксплуатационного ресурса сверх проектных 60 лет. Кроме того, топливо повышенного обогащения может быть применено и в случае повышения тепловой мощности уже действующих реакторов ВВЭР-1000 до 107%, что обеспечит возможность увеличения экономического эффекта. АО «ТВЭЛ» уже подготовлено отраслевое решение по проведению опытно-промышленной эксплуатации топлива с обогащением более 5%, и мы надеемся, после того, как оно будет рассмотрено в «Росатоме», приступить к выполнению подготовительных работ к опытно-промышленной эксплуатации такого топлива», - сообщил Александр Угрюмов.

В части сбалансированного ядерного топливного цикла параллельно ведется работа по трем направлениям: внедрение уран-плутониевого топлива для реакторов ВВЭР, дожигание минорных актинидов в реакторах на быстрых нейтронах, а также развитие технологий и производств радиохимии. Так, вслед за эксплуатацией уран-плутониевого РЕМИКС-топлива прорабатывается внедрение МОКС-топлива для ВВЭР с более высоким содержанием плутония (сейчас проходят испытания опытных твэлов в исследовательском реакторе, в перспективе это топливо будет применено также для нового реактора ВВЭР-С/600). После загрузки в «быстрый» реактор БН-800 Белоярской АЭС МОКС-ТВС с содержанием минорных актинидов (МА) специалисты отрасли работают над вторым этапом программы по увеличению содержания МА в ядерном топливе и более широкому внедрению такого топлива в БН-800. Кроме того, стоит задача обеспечить эксплуатацию топлива с минорными актинидами в будущем реакторе БН-1200 начиная сразу со стартовой загрузки.

Кроме того, Александр Угрюмов отметил трансформацию Топливной компании ТВЭЛ от игрока рынка начальной стадии ЯТЦ до компании, фокусирующейся навсем жизненном цикле ядерного топлива, в т.ч.  бэкенде и радиохимии (переработке облученных материалов), что связано с переходом к замыканию ЯТЦ и производством уран-плутониевого топлива из регенерированных ядерных материалов. Топ-менеджер сообщил, что Топливный дивизион защитил в «Росатоме» концепцию стратегического развития радиохимических технологий в отрасли, сформирован пул первоочередных научно-технических задач. Помимо проектов модернизации действующих радиохимических производств ФГУП «ПО «Маяк» и ФГУП «ГХК», ведется обоснование строительства в отрасли нового завода по переработке облученного топлива с выделением фракций высокоактивных отходов.

Новые решения для российских АЭС

Главный технолог АО «Концерн Росэнергоатом» Дмитрий Ануфриев отметил, что перед Энергетическим дивизионом стоит задача увеличить долю выработки атомной энергии в национальном энергобалансе до 25% к 2045 году (до 377 млрд кВт*ч в год). Этого планируется достигать не только за счет строительства новых энергоблоков, но и благодаря продления сроков эксплуатации, а также за счет внедрения более эффективных решений производства электроэнергии, в том числе по ядерному топливу и топливному циклу.

Один из путей – увеличение длительности топливных кампаний всех российских энергоблоков ВВЭР-1200 до 18 месяцев по аналогии с блоками ВВЭР-1000. Оба блока ВВЭР-1200 на Нововоронежской АЭС-2 уже перешли на эксплуатацию в увеличенных топливных циклах, первый из двух реакторов ВВЭР-1200 Ленинградской АЭС-2 перейдет после планово-предупредительного ремонта в 2024 году. Второй блок ВВЭР-1200 на Ленинградской АЭС-2 будет переведен на 18-месячный цикл в начале 2025 года. Как отметил Дмитрий Ануфриев, на этом перевод российских атомных блоков ВВЭР большой мощности на удлиненные топливные циклы завершится: все новые блоки ВВЭР-1200, а также реактор ВВЭР-ТОИ на Курской АЭС-2 будут запускаться сразу в 18-месячном цикле с начальной загрузки топлива.

Кроме того, на блоках ВВЭР-1200 Нововоронежской АЭС-2, Ленинградской АЭС-2 и Курской АЭС-2 выполняются работы по обоснованию режима суточного маневрирования выполняются работы по обоснованию эксплуатации в режиме суточного маневрирования мощностью по графику 100-50-100% от номинальной. Это будет способствовать повышению гибкости региональных энергосистем.

Дмитрий Ануфриев также сообщил, что после получения одобрения Ростехнадзора на энергоблоке №4 Балаковской АЭС планируется проведение испытаний по эксплуатации на тепловой мощности 107% от номинальной (в настоящее время все российские реакторы ВВЭР-1000 работают на мощности 104%; увеличение мощности позволяет вырабатывать больше энергии и делает работу блоков более эффективной).

Дмитрий Ануфриев подчеркнул, что опыт эксплуатации на российских АЭС новых конструкций и модификаций ядерного топлива продемонстрировал высокую надежность внедреяемых решений, а новые разработки позволяют реализовать более экономически эффективные топливные циклы с улучшенным эксплуатационными характеристиками.

Для справки:

Инновационные технологии Росатома основаны на передовых достижениях российской атомной науки и в полной мере отвечают актуальной ESG-повестке. Достигнутые результаты – это труд тысяч высококвалифицированных профессионалов, которые работают в интересах экономической стабильности России. Четкое взаимодействие промышленных предприятий с научно-исследовательскими институтами помогает укреплять технологический суверенитет страны, повышать конкурентоспособность отечественной атомной отрасли.