В Сочи се проведе традиционната научно-техническа конференция на горивната компания ТВЕЛ „Ядрено гориво от ново поколение за атомни електроцентрали. Резултати от разработки, експлоатационен опит и насоки на развитие“.
На събитието присъстваха представители на държавната корпорация „Росатом“, АО „ТВЕЛ“ и предприятия от горивния сектор, АО „Концерн Росенергоатом“, АО „Техснабекспорт“, както и специалисти и ръководители на водещи изследователски институти и конструкторски бюра, участващи при създаването на нови видове, конструкции и модификации на ядрено гориво.
Участниците обсъдиха развитието на технологиите на ядрения горивен цикъл в контекста на решаване на стратегическите задачи на ядрената енергетика.
Въвеждането на нови видове ядрено гориво е от ключово значение за повишаване на ефективността на ядрената генерация, създаване на двукомпонентна ядрена енергетика със затворен ядрено-горивен цикъл, за решаване на проблемите с управлението на отработеното гориво и ядрените отпадъци, както и за по-нататъшното развитие на атомни електроцентрали с малка мощност и плаващи енергийни блокове.
Бяха представени общо 45 доклада, включително 12 – от ВНИИНМ им. A.A. Bochvar, водещ институт по материалознание на ядрената индустрия (JSC VNIINM е част от горивното подразделение).
„Горивната компания ТВЕЛ трябва да бъде двигател на технологичното развитие на цялата ядрена индустрия и да предлага напредничави инициативи в интерес на целия Росатом“, подчерта в приветствената си реч Виктор Илгисонис, директор на отдел „Научни изследвания и развитие“ в държавната корпорация „Росатом“.
Горивни цикли на руските АЕЦ
Дмитрий Ануфриев, главен технолог на Концерн Росенергоатом АД, говори за това как руските ядрени учени повишават ефективността на атомните електроцентрали с реактори ВВЕР чрез решения за ядреното гориво и горивния цикъл.
Той отбеляза, че Русия е изпълнила програма за увеличаване мощността на съществуващите атомни електроцентрали.
Благодарение на въвеждането на модерно гориво с повишено съдържание на уран, всички реактори ВВЕР-1000 работят на 104% от номиналната мощност при удължени 18-месечни горивни цикли.
Всички енергоблокове от ново поколение III+ с реактори ВВЕР-1200 също ще бъдат прехвърлени от 12-месечен на 18-месечен горивен цикъл (през 2020 г. беше прехвърлен енергоблок № 1 на Нововоронежката АЕЦ-2, до края на 2025 г. се планира за въвеждане на разширен горивен цикъл в три други реактора ВВЕР-1200 1200 като част от Нововоронежката АЕЦ-2 и Ленинградската АЕЦ-2).
Разработва се въпросът за увеличаване на мощността на енергоблоковете ВВЕР-1000 до 107% от номиналната.
След завършване на необходимата работа по обосновка на безопасността и съгласуване с Ростехнадзор, в края на 2024 г. може да започне цялостно изпитване на един от енергоблоковете, а през 2025 или 2026 г. пилотна експлоатация с мощност от 107%.
По инициатива на АО „ТВЕЛ“ реакторите ВВЕР-1000 на Ростовската, Балаковската и Калининската АЕЦ са в опитна промишлена експлоатация (ОПЭ) на нови видове гориво (REMIX, ATF), както и иновативни проекти.
Както отбеляза Дмитрий Ануфриев, през 2023 г. в Ростовската АЕЦ завършва програмата OПE за гориво с филтър против отломки от второ поколение ADF-2, след което може да се вземе решение за въвеждане на такъв дизайн във всички руски ВВЕР- 1000 (от 2022 г. ТВЕЛ АД вече доставя гориво с такива филтри в Индия за АЕЦ Куданкулам).
Гориво от пето поколение
Александър Угрюмов, старши вицепрезидент по научно-техническата дейност на ТВЕЛ АД, отбеляза, че стратегията на руската ядрена индустрия е да създаде двукомпонентна ядрена енергетика с топлинни и бързи неутронни реактори.
В същото време трябва да се осигури затварянето на ядрения горивен цикъл не само за бързи реактори, работещи с уран-плутониево MOX и SNUP гориво, но и за стандартни топлинни леководни инсталации (в Балаковската АЕЦ, пилотна експлоатация на уран- плутониев REMIX е в ход от 2021 г.).-гориво в реактор ВВЕР-1000).
За безопасността на персонала промишленото производство на ураново-плутониево гориво за ВВЕР трябва да бъде напълно автоматизирано и без екипаж, както се прави при производството на горивни касети за бързи реактори.
За тази цел Росатом разработи проект на горивна касета от пето поколение за ВВЕР – ТВС-5. Особеността на този дизайн ще позволи напълно да се елиминира ръчният труд при производството на горивото, както и да се произвеждат монтажни модификации както за ВВЕР-1000, така и за ВВЕР-1200.
Александър Угрюмов подчерта, че касетата ТВС-5 е преминала пълен набор от предреакторни изпитания. Потвърдена е надеждността на конструкцията и възможността за използването й в реактори ВВЕР-1000/1200. Най-близките планове са производството на няколко ТВС-5 със стандартен състав на ураново гориво.
След получаване на лиценз от Ростехнадзор, още през 2023 г. се планира да започне опитна експлоатация на това гориво в един от реакторите ВВЕР-1200 на Нововоронежката АЕЦ-2.
След завършване на пълната програма OPE следващата стъпка трябва да бъде пилотната експлоатация в реактора на няколко ТВС-5 с уран-плутониево гориво.
Новите материали
Важно внимание по време на конференцията беше отделено на новите конструкционни и горивни материали.
Мащабна изследователска програма за материали за горивни обвивки и горивни пелети се изпълнява като част от разработването на „толерантно“ гориво от ново поколение ATF за безопасност (горивни състави от уран-молибден и уран-силицид, обвивка от хром- никелова сплав, покрит с хром цирконий и силициев карбид).
В Чепецкия механичен завод се изпълнява проект за създаване на производствена площадка за нанасяне на хромирани покрития върху корпуси от традиционна циркониева сплав. Пуско-наладъчните работи се планира да приключат през 2023 г.
Друго направление е свързано с рециклирането на облъчено гориво. По-рано Росатом обоснова използването на регенериран уран в горивото за ВВЕР, което вече се използва при серийни доставки на горивни касети ВВЕР-440 за Колската АЕЦ.
Според Александър Угрюмов, ТВЕЛ АД и Концерн Росенергоатом АД работят по въвеждането на гориво с регенериран уран за реакторите ВВЕР-1000 и ВВЕР-1200, предварителните изчисления потвърдиха възможността и целесъобразността на такъв преход.
Изгаряне на минорните актиниди
Руската концепция за двукомпонентна ядрена енергетика със затворен горивен цикъл предполага, че реакторите на бързи неутрони трябва не само да работят с уран-плутониево гориво (оксидно MOX гориво, нитридно MNUP гориво), но и да се използват за допълнително изгаряне на второстепенни актиниди – повечето високоактивни елементи, изолирани от отработеното ядрено гориво.
Това значително ще разшири ресурсната база на ядрената енергия, ще намали количеството на облъчено гориво (отработеното гориво ще бъде преработено, а не съхранявано в атомни електроцентрали) и значително ще намали количеството на радиоактивните отпадъци, които трябва да бъдат погребани, и тяхната активност.
Разделянето и последващото изгаряне на незначителни актиниди в крайна сметка ще направи възможно изоставянето на практиката на дълбоко погребване на ядрени отпадъци.
Александър Тузов, директор на Научноизследователския институт по ядрени реактори (АО „НЦ НИИАР”, Димитровград), представи концепцията за хетерогенно изгаряне на минорни актиниди в реактор на бързи неутрони.
Той се състои в това, че за трансмутацията на второстепенни актиниди те няма да се добавят към ядреното гориво (както при хомогенно изгаряне), а ще се използват за производство на специални елементи и възли, които могат да бъдат монтирани в активната зона, както и в страничния или крайния екран на реактора.
Пръчковите елементи със сърцевина на базата на оксиди на америций и нептуний се наричат MAVEL – горящи елементи от второстепенен актинид. Техните черупки могат да бъдат от същите материали като тези на горивните елементи с ядрено гориво.
В АО „SSC RIAR“ са произведени пилотни партиди нептуниеви и америциеви оксиди, експериментални MAV на тяхна основа и две облъчващи устройства с MAV, както и три комплекта с неутронен забавител.
През декември 2020 г. започнаха реакторни тестове в бързия изследователски реактор БОР-60; през май 2021 г. бяха разтоварени два MAV от всяко устройство за облъчване за следреакторни изследвания.
Освен това са разработени технически проекти на експериментални сборки за използване на второстепенни актиниди с америций и нептуний мавелия в страничния екран на реактор BN-800.
Гориво за PWR
Специален тематичен раздел беше посветен на горивото TVS-Kvadrat (TVS-K) за леководни реактори чуждестранен дизайн PWR.
Росатом успешно разработи продукт за конкурентен пазар в нов за компанията сегмент с установени правила. Беше отбелязано, че в резултат на интензивната работа на руските инженери TVS-Kvadrat не само настигна чуждестранните аналози, но и надмина предложенията на други доставчици в редица позиции.
Проектните решения ще помогнат за значително подобряване на икономическата ефективност на енергийните блокове с PWR реактори, докато потенциалът за по-нататъшно подобряване на горивото позволява на операторите на атомни електроцентрали да изградят дългосрочна стратегия за оптимизиране на използването на гориво.
Специалисти на АД „ТВЕЛ“ подчертаха, че след квалификация в европейския реактор PWR-900 и успешни резултати от следреакторни изследвания в независим изследователски център, TVS-Kvadrat е силно търсено решение на световния пазар като високоефективен продукт и единственото в света ядрено гориво за PWR, напълно независимо от разработчиците на оригиналната реакторна технология, както по отношение на интелектуалната собственост, така и в производството.
Източник: https://www.tvel.ru/press-center/news/?ELEMENT_ID=9449
