Корпорация «ТВЭЛ»

Корпорация «ТВЭЛ»

П. ЛавренюкВ. МолчановВ. ТрояновВ. Ионов

ЯДЕРНОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ

РЕАКТОРОВ ВВЭР.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ

И ПЕРСПЕКТИВЫ

5-я международная научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»29 мая - 01 июня 2007 года, ФГУП ОКБ «Гидропресс», г.Подольск, Россия.

Докладчик: В. Молчанов

«ЯДЕРНОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ РЕАКТОРОВ ВВЭР. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ» 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


Главная задача(продолжение)

Направления работ в обеспечение решения главной задачи:

1. Увеличение глубины выгорания топлива

2. Повышение эксплуатационного ресурса ТВС

3. Повышение эксплуатационной надежности ТВС

4. Повышение изгибной жесткости конструкции ТВС (для ВВЭР-1000)

5. Обеспечение безотказной работы ОР СУЗ (для ВВЭР-1000)

6. Создание разборных (ремонтопригодных) ТВС

7. Реализация безопасных и экономически эффективных топливных циклов


Главная задача(продолжение)

Дополнительные направления работ:

1. Обоснование работоспособности ТВС при повышении мощности реактора(с 2003 года: АЭС «Пакш», Венгрия)

2. Обоснование работоспособности топлива вманевренных режимах (с 2004 года: АЭС «Дукованы», Чехия; Хмельницкая АЭС, Украина)


Этапы развития ядерного топлива ВВЭР-440

Внедрение/Год до 1997 г. 1998-2002 2003-2007 с 2009

Тип ТВС штатная РКчехловая

штатная РКчехловая

РК второго поколениячехловая

РК третьего поколения

бесчехловая

Тип пучка твэлов непрофили-рованный

профилиро-ванный

профилированный, УГТ

Среднее обога-щение подпитки, % по U235

3,60 3,82 4,25 4,80

Количество ТВС подпитки, шт. 105 84 66 60

Выгорание топлива, МВт·сут./кг U

36 45 57 65

Топливный цикл 3-х годичный 4-х годичный 5-ти годичный 6-ти годичный

Расход природ-ного урана, кг/МВт·сут

0,256 0,209 0,184 0,180


Рабочая кассета второго поколения ВВЭР-440

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

Преимущества топливных кассет второго поколения в сравнении с кассетами обогащением 3,82%:


1. 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.

2. Обоснование повышения тепловой мощности блоков №1-4 АЭС «Дукованы» до 105%.

3. Обоснование повышения тепловой мощности блоков №3,4 АЭС «Богунице» до 107%.

4. Обоснование повышения тепловой мощности блоков №1-4 АЭС «Пакш» до 108%.

5. Внедрение ТВС второго поколения на АЭС «Моховце».6. Внедрение с 2007 года на блоке №1 Кольской АЭС виброустойчивых

кассет. 7. Разработка ТВС АРК разборной конструкции для АЭС «Ловииза» в

Финляндии.8. Обоснование эксплуатации ядерного топлива в маневренных

режимах (первичное 97,52,5%Nном и вторичное 100-75-100%Nном регулирование 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.

Обоснование работоспособности и внедрение ядерного топлива ВВЭР-440


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.


Опыт эксплуатации ядерного топлива ВВЭР-440

Суммарная наработка АЭС с реакторами ВВЭР-440, реактор-лет

777

Достигнутая глубина выгорания, МВт·сут/кгU- средняя-максимальная

46,8251,09

Средние показатели уровня разгерметизации твэлов за последние 5 лет (проект В-213), 1/год

9,7·10-7

3,2·10-7

(АЭС Чехии, Словакии, Венгрии и

Финляндии)


Этапы развития ядерного топлива ВВЭР-1000

Внедрение/Год до 1997 с 1998 с 1998 с 2003 с 2006

Тип ТВС ТВС (ТВС-М)

УТВС ТВСА ТВС-2 ТВСА- ТВС-2М

Тип каркаса НК, ДР –сталь

НК, ДР – Э110

НК, ДР, уголок –

Э635, Э110

НК, ДР –Э635, Э110

НК, ДР, уголок –

Э635, Э110

НК, ДР – Э635, Э110

Тип поглотителя СВП УГТ

Среднее обогащение подпитки, % по U235

4,31 3,77 4,26 4,25 4,6 4,625

Количество ТВС подпитки, шт. 54 48 42 54 36

Выгорание топлива, МВт·сут/кгU

49 49 55 55 68

Топливный цикл 3-х годичный

4-х годичный

4-х годичный

3*350-370 эфф. сут.

5-ти годичный

Расход природ-ного урана, кг/МВт·сут

0,240 0,205 0,199 0,210 0,193…0,187


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.


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


ТВС ВВЭР-1000 нового поколения

ПараметрТВСА ТВС-2

базовая АЛЬФА базовая ТВС-2М

Параметры топливного цикла

- кратность перегрузок

- продолжительность загрузки, эфф. сут.

- подпитка, штук

4

295

42

5

320

36

3

350

54

5

320

36

Выгорание топлива, МВт·сут./кг U

55 68 55 68

Эксплуатационные параметры ТВС нового поколения

ТВСА ТВС-2


Конструкция ТВС-2М

Головка

Каналы

направляющие

Пучок твэлов

Решетка

дистанционирующая

Хвостовик

Каркас

Новые решения

увеличенная на 150 мм высота

топливного столба

масса UO2 525 кг

12 дистанционирующих решеток

крепление головки при помощи цанг

цанговое крепление твэл

антивибрационная решетка

унифицированные узлы с ТВСА

уменьшенный размер «под ключ»


Новые решения геометрия топливной таблетки без ц/отверстия

масса UO2 545 кг

8 дистанционирующих решеток крепление головки при помощи цанг цанговое крепление твэл антивибрационная решетка антидебрисный фильтр перемешивающие решетки

ДР «арочного» типа

элементы крепления съемной головки ТВСА

перемешивающая ДР

антивибрационная решетка

головка ТВСА с трубками термоконтроля

хвостовик ТВСА с АДФ

Конструкция ТВСА-АЛЬФА


Перспективные топливные циклы для АЭС с ВВЭР-1000

ПараметрТопливный цикл

4 х 1 5 х 1 3 х 1,5

Длительность работы реактора на номинальной мощности, эфф. сут.

4×320 5×310 3×470

Количество ТВС подпитки, шт. 42 36 70

Среднее обогащение топлива подпитки, % по U235 4,32 4,83 4,55

Выгорание топлива в ТВС, МВт·сут/кг U

58 68 57

Выгорание топлива в твэле, МВт·сут/кг U

64 72 64

ТВС ВВЭР-1000 нового поколения


Опыт эксплуатации ядерного топлива ВВЭР-1000

Суммарная наработка АЭС с реакторами ВВЭР-1000, реактор-лет

410

Достигнутая глубина выгорания (т.ц. 4х1), МВт·сут/кгU- средняя- максимальная

46,8258,11

Средние показатели уровня разгерметизации твэлов за последние 5 лет, 1/год

1,2·10-5


Стенд предназначен для проведения

неразрушающих исследований и ремонта

негерметичных ТВСА

ВВЭР-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.

Стапель

Грузовая ферма

Нижний рабочий

стол

Верхний рабочий

стол

Стенд инспекции и ремонта ТВС ВВЭР-1000


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


Ядерное топливо для проекта АЭС-2006

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

Общие требования к ТВС для проекта

АЭС-2006 (ВВЭР-1200):


Сравнительные параметры реакторных установок ВВЭР-1000 и ВВЭР-1200

Параметры ВВЭР-1000 ВВЭР-1200

Номинальная тепловая мощность РУ, МВт

3000 3200 (3300)

Температура теплоносителя на входе в реактор, оС

290 298,6

Максимальная температура оболочки твэла, оС

352 359

Паросодержание в горячей струе, % масс.

- До 13



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



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».


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).


СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕСПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

Documents

Корпорация «ТВЭЛ»