Transcript 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.

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
1
Топливная компания Росатома
ОАО «ТВЭЛ»
Научнотехнический
блок
Изготовление
ГЦ
Конверсия и
обогащение
Фабрикация
ЯТ
•1500 реакторо-лет успешной
эксплуатации ядерного топлива на АЭС
с ВВЭР
•17% мирового рынка ядерного топлива
для реакторов АЭС
•45% мирового рынка обогащения урана
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
2
Наша цель
Поставка Заказчику ядерного
топлива, обеспечивающего:
Надежную и
безопасную
эксплуатацию
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
Экономическую
эффективность
использования в
различных
топливных циклах
3
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
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
4
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
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
5
Ядерное топливо ВВЭР-440
Современное состояние
АЭС с ВВЭР-440
Тип топлива
Обогащение
Нововоронежская АЭС-3, 4
(Россия)
Штатное
3,82
Кольская АЭС-1, -2 (Россия)
Виброустойчивое исполнение
3,82
Кольская АЭС-3, -4 (Россия)
Второе поколение/РК-3
4,87/4,25
Второе поколение
4,38/4,25
Виброустойчивое исполнение
3,82
АЭС «Дукованы»(Чехия)
Второе поколение
4,38/4,25
АЭС «Богунице (Словакия)
Второе поколение
4,87
АЭС «Моховце» (Словакия)
Второе поколение
4,87
АЭС «Пакш» (Венгрия)
Второе поколение
4,20
АЭС «Ловииза» (Финляндия)
Второе поколение
4,37/4,0
Ровенская АЭС-1,-2 (Украина)
Армянская АЭС (Армения)
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
6
Ядерное топливо для ВВЭР-440
70.0
Виброустойчивое
топливо
Обогащение 3.82%
Таблетка 7.57/1.4
1998-2002
Выгорание, МВт·сут/кгU
60.0
50.0
65
57
45
40.0
Топливо второго
поколения
Обогащение до 4.38%
Таблетка 7.6/1.2
2003-2011…
30.0
РК-1
110
РК-2
Количество ТВС на перегрузку
100
90
84
80
66
70
60
60
Топливо второго
поколения
Обогащение 4.87%
Таблетка 7.6/1.2
2010
РК-3
50
РК-1
0.30
РК-2
РК-3
Расход урана, кг/МВт·сут
0.209
0.184
0.180
РК-1
РК-2
РК-3
1998
2003
2010
0.20
0.10
РК третьего поколения
Обогащение 4.87%
Таблетка 7.8/0
2010
Топливо второго
поколения
Обогащение 4.87%
Таблетка 7.8/0
2012
0.00
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
7
Ядерное топливо ВВЭР-440
Современное состояние
Топливо второго поколения
Обогащение 4,87%
Таблетка 7.6/1.2 мм
Топливный цикл – 6-ти годичный при 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)
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
8
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%
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
9
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.
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
10
Ядерное топливо ВВЭР-1000
Современное состояние
АЭС с ВВЭР-1000
Нововоронежская АЭС-5 (Россия)
Балаковсая АЭС (Россия)
Ростовская АЭС (Россия)
Калининская АЭС-1 (Россия)
Калининская АЭС-2, 3, 4 (Россия)
Южно-Украинская АЭС (Украина)
Запорожская АЭС (Украина)
Хмельницкая АЭС (Украина)
Ровенская АЭС-3, 4 (Украина)
АЭС «Козлодуй»-5, 6 (Болгария)
Тип топлива
Всего в мире
эксплуатируется
чехловая
31 энергоблок с
ТВС-2М
реакторами
ВВЭР-1000.
ТВС-2М
Еще 2
ТВСА-АЛЬФА+12 ТВСА-12 энергоблока
(АЭС
ТВСА-PLUS
«Куданкулам»)
ТВСА
находятся в
стадии
ТВСА
завершения
ТВСА
строительства и
подготовки к
ТВСА
пуску
ТВСА
АЭС «Темелин» (Чехия)
ТВСА-Т
АЭС «Тяньвань» (Китай)
УТВС+6 ТВС-2М
АЭС «Бушер» (Иран)
УТВС
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
11
Ядерное топливо ВВЭР-1000
Современное состояние
Калининская АЭС
блоки №2, №3 и №4
Балаковская АЭС
Ростовская АЭС
ТВСА-PLUS и ТВС-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
ТВСА-PLUS
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
ТВС-2М
12
Ядерное топливо для ВВЭР-1000
80.0
Выгорание, МВт·сут/кгU
68
70.0
55
60.0
49
50.0
40.0
60
ТВС
54
ТВСА, ТВС-2 ТВС-2М, ТВСА-PLUS
Количество ТВС на перегрузку
50
42
40
36
30
ТВС
0.30
0.240
ТВСА, ТВС-2
ТВС-2М, ТВСА-PLUS
Расход урана, кг/МВт·сут
0.199
0.187
ТВСА, ТВС-2
ТВС-2М, ТВСАPLUS
0.20
0.10
0.00
ТВС
1996
1998
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
2006
13
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.
Этапы развития
Технический проект
2012
Начало опытной эксплуатации
2014
Промышленная эксплуатация
2016
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%
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
14
Разработка ядерного топлива для ВВЭР-1200/1300
Направления развития
Базовая конструкция ТВС
Развитие конструкции ТВС
Nт= 3200 МВт
Кампании от 300 до 540
эфф.суток
Обогащение до 4.95%
Таблетка 7.6/1.2мм,
Высота а.з. 3730 мм
Масса UO2 534 кг
Выгорание
64 МВт сут/кг U
Суточные маневры
100-75-100 % Nэл
Nт= 3300 МВт
Обогащение до 4.95%
Таблетка 7.8/0мм
Высота а.з.3730 мм
Масса UO2 580 кг
Интенсификаторы
теплообмена
Суточное
маневрирование
100-50-100 %
Корректировка проекта 2015 г.
Поставка топлива- 12.2012 г.
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.
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
Повышение обогащения
свыше 5 %
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 среднего
выгорания топлива
на 20-25 %
Снижение топливной
составляющей на 6 - 9 %
Развитие конструкции ТВС ВВЭР
1. ТВСА-12-PLUS
2. Унифицированная головка ТВС-2М и
ТВСА-PLUS
3. Твэл без фиксации в опорной плите
4. Антидебризный фильтр в конструкциях
топливных сборок ВВЭР-1000 и ВВЭР-440
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
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».
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
17
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».
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
18
Спасибо за внимание!
Совещание заместителей главных инженеров по безопасности и надежности АЭС с ВВЭР
Нововоронежская АЭС, г.Нововоронеж, 28 марта 2012 года
19