Опыт эксплуатации новых топливных сборок и перспективы развития топливных циклов для АЭС с ВВЭР Докладчик: Мохов В. А. Международная научно-техническая конференция «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики», Москва, мая 2010

Новые топливные сборки – ТВС-2 (2М) 2 Краткая предыстория разработки нового топлива ВВЭР-1000 Новое российское топливо – совокупность конструктивных и технологических усовершенствований, проведенных с конца 90-х годов и нашедших оформление в облике тепловыделяющих сборок ТВС-2 (2М) и ТВСА, на базе которых разработаны универсальные топливные циклы, но существенно отличающихся по конструкции. Здесь речь идет о ТВС-2 (2М), ставшей прототипом для нового проекта ТВС АЭС Это топливо разрабатывалось не одновременно с проектом РУ, а независимо, с адаптацией к условиям уже работающих блоков с целью снижения топливной составляющей эксплуатационных затрат и сохранения топливного рынка ВВЭР за российским Поставщиком.

3 Новые топливные сборки – ТВС-2 (2М) Актуальные эксплуатационные задачи Увеличение мощности блоков Внедрение 18-месячных топливных циклов Улучшение эксплуатационных свойств Снижение удельного расхода природного урана Увеличение КИУМ Конструктивное обеспечение в ТВС Увеличение загрузки топлива Увеличение исходного обогащения топлива до 5% Модернизации и обоснования для повышения надёжности при обращении и эксплуатации

4 Основные конструкторские решения бесчехловой ТВС-2 (2М) реактора ВВЭР-1000 каркас, образованный при помощи сварки ДР и НК; НК размером 13х1мм; ЦДР высотой 30 мм с толщиной стенки ячейки 0,3 мм, расставленные по пучку с шагом 340 мм; твэл с Д н =9,1 мм с различными вариантами исполнения топливного столба; съемная головка; хвостовик, содержащий АДФ; ПР сотового типа; длина активной зоны 3680 мм. Новые топливные сборки – ТВС-2 (2М) Участники разработки ТВС-2 (2М): ОАО «ТВЭЛ», ОКБ «ГИДРОПРЕСС», ОАО «ВНИИНМ», РНЦ «Курчатовский институт», ОАО «НЗХК», ГНЦ РФ ФЭИ

5

6

7 Важные особенности ТВС-2 (2М) 1.Преемственность конструкции с существенным улучшением свойства формоустойчивости. 2.Совместимость с предшествующей конструкцией, подтверждённая опытом эксплуатации. 3.Достаточная неуязвимость при ТТО. 4.Оптимизированный шаг расположения ДР, обеспечивающий жёсткость ТВС и отсутствие фреттинг- износа твэл. Новые топливные сборки – ТВС-2 (2М)

Опыт эксплуатации ТВС-2 (2М) 8 Количество эксплуатируемых ТВС ГодВсего По блокам Балаковской АЭС По блокам Волгодонской АЭС (6) (60) (163) Всего по состоянию на апрель Достигнутое максимальное выгорание, МВт*сут/кг U 50,6750,3646,9049,6750,6731,20-

9 Опыт эксплуатации ТВС-2 (2М) Общие показатели Время падения ОР СУЗ – менее 2,5 сек. Усилия перемещения ОР СУЗ – менее 6 кгс Усилия извлечения-установки ТВС в активной зоне – в пределах проектных величин (±75 кгс) Достигнутая надёжность – 1,6·10 -6 Достигнутый КИУМ – 90% (при сопутствующей надежной работе оборудования) В настоящее время на блоках с ТВС-2 (2М) отсутствуют негерметичные твэлы Интегральный показатель отсутствия деформации ТВС-2 (2М) – закономерный суммарный средний рост ТВС на ~ 1,5 мм за цикл Характерно для «свежей» активной зоны

10 Опыт эксплуатации ТВС-2 (2М) Увеличение скорости перегрузки активной зоны с ТВС-2 (2М) Сопутствующий фактор: Сила отрыва обода от поля ячеек по данным НЗХК ~ в два раза выше максимально возможного усилия, прикладываемого к ТВС при перегрузке – 225 кгс На Балаковской АЭС установлена скорость вертикального перемещения ТВС-2 (2М) в активной зоне: 1,2 м/мин. Обоснована в проекте: максимальная – 4,0 м/мин.

11 Опыт эксплуатации ТВС-2 (2М) 16 кампания, работа 100 % N ном, испытания на 104 % N ном 17 кампания, работа на 104 % N ном График активности теплоносителя 1 контура блока 2 Балаковской АЭС при переходе на 104 % Nном

12 Развитие топливных циклов Повышение мощности и переход на топливный цикл 3х18 мес. (на примере блоков 1 и 2 Балаковской АЭС)

13 Развитие топливных циклов Перспективный топливный цикл 5х1 год Наименование параметраЗначение Коэффициент неравномерности относительной мощности твэлов по активной зоне (максимальный), К r 1,631,65 Инженерный коэффициент по тепловому потоку, K q инж : - для первого периферийного ряда твэлов; - для второго периферийного ряда твэлов; - для остальных твэлов 1,15 1,12 1,10 Тепловая мощность реактора, МВт3120 Расход теплоносителя через реактор (при температуре входа в реактор), м 3 /ч83870 Усредненный расход теплоносителя через ТВС, приведенный к температуре входа в реактор, м 3 /ч (за вычетом протечек теплоносителя 3 %) 469,3 Температура теплоносителя на входе в реактор, С 290 Минимальный коэффициент запаса до кризиса теплоотдачи, Кзап1,351,32 Рассмотрены наихудшие, по результатам обоснования повышения мощности до 104 % Nном, режимы: - обесточивание АЭС; - потеря питательной воды во все парогенераторы; - большие течи теплоносителя в результате разрыва трубопровода (Ду>100 мм, включая разрыв ГЦТ) С учетом выполненных при повышении мощности до 104% Nном модернизаций: Кризис теплоотдачи в режимах «Обесточивание АЭС» и «Потеря питательной воды во все парогенераторы» не возникает. В результате вариантных расчетов режима «Большие течи…» выполняется максимальный проектный предел повреждения твэлов: - максимальная температура топлива не превышает температуры плавления топлива - локальная глубина окисления оболочек твэлов – не более 18 % от первоначальной толщины стенки - максимальная температура оболочки твэла не превышает 1200 С - доля окисленного циркония не превышает 1,0 %

14 Развитие топливных циклов Продолжительность топливного цикла при увеличении ураноемкости для разных уровней мощности

Модернизация СВРК при внедрении ТВС-2М с удлиненным топливным столбом Оптимальный вариант расположения ДПЗ в модернизируемых КНИ по высоте активной зоны ТВС-2М 15 Расположение ДПЗ КНИ-5Б относительно границ топлива и ДР ТВС-2М для В-320 Внутриреакторный измерительный канал (КНИ), размещенный в ТВС Планируется совмещение термоконтроля и контроля энерговыделения в активной зоне с помощью КНИТ аналогично современным проектам (зарубежные, АЭС-2006)

Актуальные задачи дальнейшего развития конструкции и топливных циклов 1.Внедрение на опытно-промышленную эксплуатацию ТВС с увеличенной ураноемкостью 2.Внедрение новых сплавов (Э110М, Э125, Э635М) 3.Внедрение ТВС с упрощенной возможностью извлечения твэлов 4.Внедрение перемешивающих решеток 5.Осевое профилирование топлива и выгорающего поглотителя 6.Реализация топливных циклов с выгоранием топлива более 60 МВт*сут/кг U 16

Заключение Базовая конструкция ТВС-2 (2М) имеет беспроблемный опыт эксплуатации и является надежной основой для дальнейших усовершенствований 17 Спасибо за внимание!