ЯДЕРНОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ АЭС с ВВЭР: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ В.Л. Молчанов

1. ЯДЕРНОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ АЭС с ВВЭР: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ В.Л. Молчанов Заместитель исполнительного директора Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года

2. Топливная компания Росатома ОАО «ТВЭЛ» Научно-технический блок Фабрикация ЯТ Конверсия и обогащение Изготовление ГЦ • 1500 реакторо-лет успешной эксплуатации ядерного топлива на АЭС с ВВЭР • 17% мирового рынка ядерного топлива для реакторов АЭС • 45% мирового рынка обогащения урана

3. Наша цель Поставка Заказчику ядерного топлива, обеспечивающего: Экономическую эффективность использования в различных топливных циклах Надежную и безопасную эксплуатацию

4. Повышение надежности ядерного топлива Повышение геометрической стабильности ТВС Применение ТВС жестким каркасом Повышение защищенности от повреждения посторонними предметами в теплоносителе Применение антидебризных фильтров (АДФ) Повышение устойчивости к вибрационным нагрузкам Применение антивибрационных решеток (АВР) Повышение теплотехнической надежности Применение перемешивающих решеток (ПР) Применение перемешивающих решеток (ПР) Предотвращение взаимодействия топлива с оболочкой твэла, уменьшение выхода ГПД Увеличение среднего размера зерна топлива

5. Повышение экономической эффективности ядерного топлива Увеличение глубины выгорания топлива Повышение эксплуатационного ресурса топлива Создание условий для повышения тепловой мощности энергоблоков Обеспечение работоспособности ядерного топлива в маневренных режимах эксплуатации

6. Ядерное топливо ВВЭР-440 Современное состояние

7. Ядерное топливо для ВВЭР-440 Выгорание, МВт·сут/кгU Виброустойчивое топливо Обогащение 3.82% Таблетка 7.57/1.4 1998-2002 Топливо второго поколения Обогащение до 4.38% Таблетка 7.6/1.2 2003-2011… Количество ТВС на перегрузку Топливо второго поколения Обогащение 4.87% Таблетка 7.6/1.2 2010 Расход урана, кг/МВт·сут Топливо второго поколения Обогащение 4.87% Таблетка 7.8/0 2012 РК третьего поколения Обогащение 4.87% Таблетка 7.8/0 2010 1998 2003 2010

8. Ядерное топливо ВВЭР-440 Современное состояние • Топливо второго поколения • Обогащение 4,87% • Таблетка 7.6/1.2 мм • Топливный цикл – 6-тигодичныйпри работе на уровне мощности 1471 МВт(тепл.). • Тип пучка твэлов - профилированный, U-Gd. • Кол-во кассет подпитки – 66 шт. • Выгорание - 65 МВт·сут/кгU. • Работа в маневренном режиме. • 2010 год – начата эксплуатация на блоке №4 КолАЭС. • 2011 год – блоки №1 и №2 АЭС «Моховце». • 2012 год – блоки №3 и №4 АЭС «Богунице». Ожидаемый эффект от внедрения – снижение ~15% количества кассет на перегрузку (в условиях работы реактора на мощности 107% от номинальной)

9. Ядерное топливо ВВЭР-440 Современное состояние и перспективы Рабочая кассета третьего поколения (для реакторов ВВЭР-440 второго поколения) Бесчехловая конструкция с каркасом из уголков и труб Среднее обогащение по 235U– 4.87%. Таблетка 7.8/0 мм. Масса UO2 - 132 кг (увеличена на 4.5%). Шаг твэлов – 12.6 мм. Количество кассет подпитки – 60 шт. Выгорание – до 68 МВт·сут/кгU. Топливный цикл - 6-ти годичный при работе на уровне мощности 1471 МВт(тепл.). Работа в маневренном режиме. В 2010 году начата эксплуатация опытной партии 12 шт. на блоке №4 Кольской АЭС Ожидаемый эффект от внедрения РК-3– снижение количества кассет на перегрузку ~10% по сравнению с кассетами второго поколения с топливом 4,87%

10. Ядерное топливо ВВЭР-440 Перспективы Топливо второго поколения Обогащение 4. 76% Таблетка 7.8/0 мм Топливный цикл - 6-ти годичный при работе на уровне мощности 1485 МВт(тепл.). Тип пучка твэлов - профилированный, U-Gd. Кол-во кассет подпитки – 60 шт. Выгорание - 65 МВт·сут/кгU Работа в маневренном режиме. Разработка технического проекта - 2012 год Ожидаемый эффект от внедрения– снижение количества кассет на перегрузку ~7% по сравнению с кассетами второго поколения с топливом 4.87% с таблеткой 7.6/1.2 мм.

11. Ядерное топливо ВВЭР-1000 Современное состояние Всего в мире эксплуатируется 31 энергоблок с реакторами ВВЭР-1000. Еще 2 энергоблока (АЭС «Куданкулам») находятся в стадии завершения строительства и подготовки к пуску

12. Ядерное топливо ВВЭР-1000 Современное состояние Ростовская АЭС ТВСА-PLUS иТВС-2М обладают идентичными технико экономическими характеристиками, обеспечиающими: • возможность повышения мощности РУ до 104 % от номинальной • 18-ти месячный топливный цикл (подпитка 66 шт.) • выгорание в твэле - 72 МВт·сут/кгU • возможность эксплуатации в маневренном режиме (100-75-100 % Nэл) • защиту от посторонних предметов • ремонтопригодность в условиях АЭС Калининская АЭС блоки №2, №3 и №4 Балаковская АЭС ТВС-2М ТВСА-PLUS

13. Ядерное топливо для ВВЭР-1000 Выгорание, МВт·сут/кгU Количество ТВС на перегрузку Расход урана, кг/МВт·сут 1996 1998 2006

14. Ядерное топливо для ВВЭР-1000 ТВС четвертого поколения для ВВЭР-1000 • топливный столб 3680 мм; • топливная таблетка 7.8х0 мм; • 12 дистанционирующих решеток; • перемешивающие решетки; • хвостовик с АДФ; • антивибрационный нижний узел. Эффект от внедрения: увеличение длительности ТК на 8 %, или сокращение ТВС подпитки на 10%, или уменьшение обогащения подпитки на 7%, или увеличение мощности на 10%

15. Разработка ядерного топлива для ВВЭР-1200/1300 Направления развития Базовая конструкция ТВС Развитие конструкции ТВС Повышение обогащения свыше 5 % Nт= 3200 МВт Кампании от 300 до 540 эфф.суток Обогащение до 4.95% Таблетка 7.6/1.2мм, Высотаа.з. 3730 мм Масса UO2 534 кг Выгорание 64 МВт сут/кг U Суточные маневры 100-75-100 % Nэл Поставка топлива- 12.2012 г. Nт= 3300 МВт Обогащение до 4.95% Таблетка 7.8/0мм Высотаа.з.3730 мм Масса UO2580 кг Интенсификаторы теплообмена Суточное маневрирование 100-50-100 % Корректировка проекта -2015 г. Обогащение до 7% Уран-эрбиевое топливо Циркониевые сплавы Э110М, Э635М и Э125 Обоснование и разработка проекта - 2018 год 2-годичный цикл (кампания 680 эфф. суток) Уменьшение количества ТВС подпитки на 20% Повышение среднеговыгорания топлива на 20-25 % Снижение топливной составляющей на 6 - 9 % • Совершенствование расчетных кодов: • Разработка кодов для связанных теплогидравлических и нейтронно-физических расчетов активной зоны; • Совершенствование методик расчета запаса до кризиса теплообмена по локальным параметрам; • Применение методик и кодов «наилучшей оценки»; • Использование статистических методов при расчете инженерных коэффициентов запаса.

16. Развитие конструкции ТВС ВВЭР ТВСА-12-PLUS Унифицированная головка ТВС-2М и ТВСА-PLUS Твэл без фиксации в опорной плите Антидебризный фильтрв конструкциях топливных сборок ВВЭР-1000 и ВВЭР-440

17. Заключение (1) 1.Представленная работа – результат деятельности под руководством и по заказу ОАО «ТВЭЛ» научных и конструкторских организаций: НИЦ «Курчатовский институт», ОАО «ВНИИНМ», ОАО «ОКБ ГИДРОПРЕСС», ОАО «ОКБМ Африкантов», ОАО «ГНЦ НИИАР», ФГУП «ГНЦ РФ-ФЭИ», ГНЦ РФ ТРИНИТИ, а также дочерних обществ ОАО «ТВЭЛ» - ОАО «МСЗ», ОАО «НЗХК», ОАО «ЧМЗ» и ОАО «МЗП».

18. Заключение (2) 2.Проведение работ по сопровождению эксплуатации и внедрению новых типов топлива на АЭС России осуществляется на основе регулярного научно-технического сотрудничества ОАО «Концерн Росэнергоатом» и ОАО «ТВЭЛ».

19. Спасибо за внимание!