11

Украина, Киев, 15 сентября 2010 г.

А. А. Тузов, ОАО «ТВЭЛ»

Тепловыделяющие элементы ВВЭР-1000: развитие конструкции, топливных композиций

и конструкционных материалов

22

ВВЭР-1200

Основные параметрыПараметры ВВЭР-1000 ВВЭР-1200

Номинальная мощность реактора, МВт 3000 3200

Давление теплоносителя на выходе из реактора, МПа 15,7 16,2

Температура теплоносителя на входе в реактор, С 291 298,6

Температура теплоносителя на выходе из реактора, С 321 329,7

Максимальный линейный тепловой поток, Вт/см 448 420

Межперегрузочный период, мес. 12-18 12/(18-24)Высота топливного столба, мм 3530 3730Масса UO2, кг 80600 87065

Любые изменения рабочих параметров топлива требуют обоснования!

33

Топливные циклы АЭС-2006 выбирает Заказчик!

Топливный цикл 5×1 3×1,5

Количество ТВС подпитки, шт. 36 78

Среднее обогащение ТВС, % 4,84 4,85

Длительность работы топливной загрузки, эф. сут. (без мощностного эффекта)

302 521

Выгорание в выгружаемых ТВС, МВт·сут/кгU- среднее- максимальное

57,264,5

45,664,0

Удельный расход природного урана, кг/МВт·сут (отвал 0,3 %)

0,191 0,240

Основные параметры

ВВЭР-1200

44

Конструкция тепловыделяющих элементов основывается на референсном опыте проектов ТВСА и ТВС-2 для ВВЭР-1000

ВВЭР-1200

55

Топливная композиция и оболочки

В качестве выгорающего поглотителя используется окись гадолиния, интегрированная в топливную матрицу с массовой долей до 10 %

Оболочки твэлов выполнены из оптимизированного сплава Э-110опт

Топливные таблетки имеют диаметр (наружный/внутренний) 7,6/1,2 мм.

Рассматривается возможность использования таблеток Ø7,8 мм без отверстия с соответствующим изменением толщины оболочек (9,10×0,57 мм)

ВВЭР-1200

66

Увеличение загрузки топлива за счет оптимизации размеров топливного сердечника и оболочки при сохранении внешнего размера оболочки

Развитие конструкции твэла ВВЭР-1000

77

Эффект от использования «толстых» таблеток в ВВЭР-1000 – увеличение загрузки.Применение в настоящее время – блок №1 Калининской АЭС

Эффект от использования «толстых» таблеток – увеличение загрузки урана. Сегодня применяется на блоке № 1 Калининской АЭС

88

30 ТВСА – 7,57 / 1,410 ТВСА – 7,60 / 1,2

1 ТВСА – 7,60 / 1,2 + 18 твэлов 7,6 / 0,0 1 ТВСА – 7,60 / 1,2 + 18 твэлов 7,8 / 0,0

- твэлы 7,8 / 0,0 или 7,6 / 0,0 (4,4 %)

- твэлы 7,6 / 1,2 (4,4 %)

- твэлы 7,6 / 1,2 (4,95 %)

21-я топливная загрузка на блоке № 1 Калининской АЭС (2005–2006 гг.)

99

18 ТВСА – 7,57 / 1,418 ТВСА – 7,60 / 1,2 6 ТВСА – 7,80 / 0,01 ТВСА – 7,60/1,2 + 18 твэлов 7,6 / 0,0 (~ 28 МВт·сут/кгU)1 ТВСА – 7,60 / 1,2 + 18 твэлов 7,8 / 0,0 (~ 28 МВт·сут/кгU)

Картограмма размещения ТВС 22-й топливной загрузки на блоке № 1 Калининской АЭС (2006–2007 гг.)

1010

Область 13-й ДР Область 2-й ДР

Состояние поверхности твэлов ТВСА после 2-х лет эксплуатации

1111

36 ТВСА – 7,80 / 0,06 ТВСА – 7,80 / 0,01 ТВСА – 7,60 / 1,2 + 18 твэлов 7,6 / 0,0 (~ 55 МВт·сут/кгU)1 ТВСА – 7,60 / 1,2 + 18 твэлов 7,8 / 0,0 (~ 55 МВт·сут/кгU)

Картограмма размещения ТВС 24-й топливной загрузкина блоке № 1 Калининской АЭС (2008–2009 гг.)

1212

Обоснование коррозионной стойкости выполнено для новых параметров реактора, включая повышенное паросодержание в теплоносителе (до 11,4 % вес).

Массовое паросодержание на выходе "максимально горячей" ячейки в течение кампании

(с 260 до 325 эфф.сут - работа на мощностном эффекте реактивности)

0,00% 2,00% 4,00% 6,00% 8,00%

10,00% 12,00%

0 50 100 150 200 250 300 Эфф. сут

Пар

осод

ерж

ание

С предельным отклонением параметров по средним параметрам

ВВЭР-1200

1313

Э110штатный

Э110оптимизированный

Корректировка ТУ 2007 г. по железу для Э110

300

200

750

100 450

Модернизация Э110 – увеличение Fe и О

1414

Зависимость радиационного формоизменения от содержания железа в оболочечных трубах из сплава Э110 при облучении

Радиационный рост

1515

Характеристики твэлов нового поколения и штатных твэлов

Основные требования к материалам оболочек твэлов• Повышение надежности твэлов нового поколения (циркониевая губка, утонение

стенки 0.65 0.57 мм) • Конкурентоспособность (коррозионные свойства, формоизменение)• Технологичность

1616

Конструкционные материалы ТВС

Циркониевые сплавыЭ110 и Э635

Повышение жесткости ТВС

Выгорающий поглотитель

UO2–Gd2O3 (5 % 8 %) Снижение пиковых нагрузок, повышение выгорания

Обогащение топлива 235U (4,4 % 4,95 %)

Повышение выгорания и энерговыработки

Увеличение наружного диаметра топливной

таблетки

7,57 7,60 7,8

Уменьшение центрального отверстия

топливной таблетки

2,3 1,4 1,2 0,0

Увеличение длины топливного столба

3530 3680

Изменение конструкции оболочки

9,1х7,73 9,1х7,93

Заключение: эволюция топлива ВВЭР-1000

1717

Спасибо за внимание!