Корпорация «ТВЭЛ»

1. Корпорация «ТВЭЛ» ЯДЕРНОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ РЕАКТОРОВ ВВЭР. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ Докладчик: В. Молчанов 5-я международная научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» 29 мая - 01 июня 2007 года, ФГУП ОКБ «Гидропресс», г.Подольск, Россия. П. Лавренюк В. Молчанов В. Троянов В. Ионов

2. Главная задача В 1996 году перед корпорацией «ТВЭЛ» поставлена задача - в кратчайшие сроки разработать, изготовить и внедрить на АЭС с ВВЭР ТВС нового поколения с улучшенными технико-экономическими и эксплуатационными характеристиками, позволяющими обеспечить конкурентоспособность российского ядерного топлива на традиционных рынках и расширить эти рынки

3. Главная задача(продолжение) Направления работ в обеспечение решения главной задачи: • Увеличение глубины выгорания топлива • Повышение эксплуатационного ресурса ТВС • Повышение эксплуатационной надежности ТВС • Повышение изгибной жесткости конструкции ТВС (для ВВЭР-1000) • Обеспечение безотказной работы ОР СУЗ (для ВВЭР-1000) • Создание разборных (ремонтопригодных) ТВС • Реализация безопасных и экономически эффективных топливных циклов

4. Главная задача(продолжение) Дополнительные направления работ: • Обоснование работоспособности ТВС при повышении мощности реактора(с 2003 года: АЭС «Пакш», Венгрия) • Обоснование работоспособности топлива вманевренных режимах (с 2004 года: АЭС «Дукованы», Чехия; Хмельницкая АЭС, Украина)

5. Этапы развития ядерного топлива ВВЭР-440

6. Снижение на 20% количества кассет для перегрузки топлива Снижение на 12% удельного расхода природного урана Снижение расходов по обращению с ОЯТ Повышение ядерной безопасности при обращении со свежим топливом (использование U-Gd топлива) Возможность проведения сборки/разборки РК для извлечения негерметичных твэлов при наличии соответствующего оборудования на АЭС Рабочая кассета второго поколения ВВЭР-440 Преимущества топливных кассет второго поколения в сравнении с кассетами обогащением 3,82%:

7. Обоснование работоспособности и внедрение ядерного топлива ВВЭР-440 • Перевод в 2007 году в промышленную эксплуатацию: • РК и ТВС АРК второго поколения на блоках 3, 4 Кольской АЭС; • РК виброустойчивой конструкции на блоке 2 Кольской АЭС. • Обоснование повышения тепловой мощности блоков №1-4 АЭС «Дукованы» до 105%. • Обоснование повышения тепловой мощности блоков №3,4 АЭС «Богунице» до 107%. • Обоснование повышения тепловой мощности блоков №1-4 АЭС «Пакш» до 108%. • Внедрение ТВС второго поколения на АЭС «Моховце». • Внедрение с 2007 года на блоке №1 Кольской АЭС виброустойчивых кассет. • Разработка ТВС АРК разборной конструкции для АЭС «Ловииза» в Финляндии. • Обоснование эксплуатации ядерного топлива в маневренных режимах (первичное 97,52,5%Nноми вторичное 100-75-100%Nномрегулирование мощности) для блоков 1-4 АЭС «Дукованы» (Чехия), блоков 3,4 АЭС «Богунице» и блоков 1,2 АЭС «Моховце» (Словакия) в рамках пятигодичного топливного цикла на базе ТВС с уран-гадолиниевым топливом второго поколения.

8. Рабочая кассета третьего поколения ВВЭР-440 Разработка рабочих кассет ВВЭР-440 3-го поколения выполняется с использованием опыта и результатов разработки РК ВВЭР-440 2-го поколения, ТВСА и ТВС-2 ВВЭР-1000. В конструкции РК-3 за счёт применения уголковых элементов в каркасе, введения водных каналов и увеличения шага расположения твэлов в пучке до 12,6 мм удалось улучшить водо-урановое отношение. Ожидаемый эффект от внедрения РК-3 – повышение эффективности топливоиспользования примерно на 10%. Технический проект – 2007 год. Поставка опытной партии РК-3 – 2009 год. Проблема: обеспечение надежного функционирования захвата машины перегрузочной с максимальной величиной крутящего момента 10 кГм.

9. Опыт эксплуатации ядерного топлива ВВЭР-440

10. Этапы развития ядерного топлива ВВЭР-1000

11. Ядерное топливо ВВЭР-1000 В настоящее время ОАО «ТВЭЛ» поставляет ТВС-2 (разработчик ОКБ «Гидропресс») на Балаковскую , Волгодонскую АЭС и ТВСА (разработчик ОКБМ) на Калининскую АЭС, АЭС Украины и Болгарии. Геометрическая стабильность поведения ТВС нового поколения в активной зоне (прогиб не более 7 мм) обеспечена за счет введения в конструкцию ТВС радиационно-стойкого каркаса, изгибная жесткость которого достаточна для ограничения накапливаемого прогиба от всех факторов воздействия. Повышена теплотехническая надежность охлаждения активной зоны. Исключены нарушения в работе ОР СУЗ. Разработанные конструкции ТВС позволили увеличить скорость вертикального перемещения при транспортно-технологических операциях, и тем самым сократить время перегрузки активной зоны.

12. Ядерное топливо ВВЭР-1000 Стабильность геометрических характеристик ТВС нового поколения в процессе эксплуатации позволила: • Повысить ураноёмкость ТВС • Начать реализацию компоновок активной зоны с учетом новых проектных ограничений по неравномерности энерговыделения применительно к схеме расстановки ТВС типа in-in-out • Провести экспериментальное опробование эксплуатации в режиме суточного регулирования мощности - 100-75-100% Nном и приступить к разработке обоснования безопасности эксплуатации в режиме суточного регулирования мощностью • Планировать работы по обоснованию работоспособности ядерного топлива при повышении мощности ВВЭР-1000

13. ТВС ВВЭР-1000 нового поколения Эксплуатационные параметры ТВС нового поколения ТВСА ТВС-2

14. Конструкция ТВС-2М Новые решения • увеличенная на 150 мм высота топливного столба • масса UO2 525кг • 12дистанционирующих решеток • крепление головки при помощи цанг • цанговое крепление твэл • антивибрационная решетка • унифицированные узлы с ТВСА • уменьшенный размер «под ключ» Головка Каналы направляющие Пучок твэлов Решетка дистанционирующая Хвостовик Каркас

15. элементы крепления съемной головки ТВСА головка ТВСА с трубками термоконтроля перемешивающая ДР ДР «арочного» типа антивибрационная решетка хвостовик ТВСА с АДФ Конструкция ТВСА-АЛЬФА Новые решения • геометрия топливной таблетки без ц/отверстия • масса UO2 545 кг • 8дистанционирующих решеток • крепление головки при помощи цанг • цанговое крепление твэл • антивибрационная решетка • антидебрисный фильтр • перемешивающие решетки

16. ТВС ВВЭР-1000 нового поколения Перспективные топливные циклы для АЭС с ВВЭР-1000

17. Опыт эксплуатации ядерного топлива ВВЭР-1000

18. Грузовая ферма Верхний рабочий стол Нижний рабочий стол Стапель Стенд инспекции и ремонта ТВС ВВЭР-1000 • Стенд предназначен для проведения неразрушающих исследований и ремонта негерметичных ТВСАВВЭР-1000 после извлечения их из активной зоны реактора; • Стенд представляет собой секционную (разборную) металлоконструкцию оснащенную рабочими модулями; • Модульное исполнение позволяет дооснащение стенда дополнительными модулями с целью расширения его функциональных возможностей с минимальными финансовыми и временными затратами.

19. Стенд инспекции и ремонта ТВС ВВЭР-1000 Стенд инспекции и ремонта ТВС ВВЭР-1000 обеспечивает: • проведение визуального осмотра • контроль размеров ТВС и твэлов (длина, диаметр) • демонтаж / монтаж головки ТВС • поиск негерметичных твэлов ультразвуковым методом • демонтаж / монтаж твэла из пучка • монтаж имитатора твэла в пучок • вихретоковую дефектоскопию оболочки твэла • монтаж твэла в чехол временного хранения

20. Ядерное топливо для проекта АЭС-2006 Общие требования к ТВС для проекта АЭС-2006 (ВВЭР-1200): • Использование апробированных технических решений с учетом эволюционного подхода к модернизации, применение технических решений, обеспечивающих максимальную унификацию и преемственность по отношению к разработанным • Увеличение массы загружаемого топлива для обеспечения длительных топливных циклов • Внедрение интенсификаторов теплообмена в ТВС для обеспечения повышенных параметров активной зоны • Обеспечение разборности конструкции ТВС с возможностью замены дефектных твэлов

21. Сравнительные параметры реакторных установок ВВЭР-1000 и ВВЭР-1200

22. Ядерное топливо для проекта АЭС-2006 С учетом специфики РУ АЭС-2006 при проектировании ставятся новые задачи: • Разработка и обоснование использования в ТВС интенсификаторов теплообмена для повышения запаса до кризиса и снижения паросодержания в теплоносителе; • Обоснование коррозионной и радиационной стойкости оболочек твэлов в условиях повышенных (в сравнении с ВВЭР-1000) температур, давления и паросодержания; • Разработка и обоснование модифицированных сплавов, постановка их на производство; • Расчетно-экспериментальное обоснование (включая реакторные испытания в реакторе МИР) реальных маневренных характеристик топлива с учетом требований ТЗ • Разработка в составе проекта АЭС-2006 стенда инспекции и ремонта ТВС, обеспечивающий возможность проведения инспекций ТВС при работе реактора на мощности

23. Ядерное топливо для проекта АЭС-2006 Этап №1 (2007 – 2009 годы)– выпуск технического проекта ТВС «базовой» конструкции (3-х годичный (3х18 месяцев) и 5-ти годичный цикл, среднее выгорание по ТВС до 62 МВТ сут/кгU, штатная таблетка 7.6/1.2 мм, зерно 25 – 30 мкм, маневрирование в диапазоне 100-75-100 %Nном). Разработка материалов для ПООБ для получения разрешения на строительство головного энергоблока АЭС-2006, а также технического проекта активной зоны в составе РУ АЭС-2006 для обеспечения возможности запуска в производство оборудования с длительным циклом изготовления осуществляется в рамках договоров ОКБ «Гидропресс» и РНЦ «Курчатовский институт» с ПКФ концерна «Росэнергоатом».

24. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В середине 90-х годов перед ОАО «ТВЭЛ» была поставлена задача провести комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ с целью создания и разработки новых конструкций российского ядерного топлива с основными технико-экономическими характеристиками (выгорание топлива, длительность эксплуатации и т.д.) на уровне мировых производителей ядерного топлива для энергетических реакторов. Сегодня ОАО «ТВЭЛ» успешно конкурирует с ведущими западными фирмами. Пример тому, победа в тендерах на поставки ядерного топлива для АЭС «Темелин» (Чехия) у фирмы «Westinghouse» (США) и для АЭС «Ловииза» (Финляндия) у фирмы BNFL (Великобритания).

25. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ