• окт 25, 2016
  • 0

Диверсификация топлива для реакторов ВВЭР

Генерация электричества в ряде стран Восточной Европы во многом зависит от функционирования их атомной энергетики, которая полностью состоит из парка реакторов ВВЭР-440 и ВВЭР-1000. После политических конфликтов в Украине, в том числе российской аннексии Крыма, правительства этих стран становятся все более обеспокоены  вопросом безопасной поставки топлива для ВВЭР.

Westinghouse Electric Company LLC, которая является сегодня единственной альтернативной компанией -  поставщиком топлива для реакторов типа  ВВЭР,  недавно получила расширенный контракт на поставку  ТВС ВВЭР-1000 для Украины. В этой статье будут представлен путь к договору, ориентируясь на решение  технических проблем, с которыми сталкивалась компания.

Westinghouse также активно поддерживает реакторы ВВЭР-440  в Европейском Союзе (ЕС). В мае 2015 года Westinghouse получила финансирование от Европейского сообщества по атомной энергии (Евратом) для программы, которая позволит сделать важные шаги в направлении диверсификации рынка топлива ВВЭР-440.

На данный момент в ЕС в эксплуатации находится 33 энергоблока  ВВЭР-440 и ВВЭР-1000. ТВС обоих типов в сечении имеют гексагональную форму. Но ТВС реактора ВВЭР-440 значительно меньше и содержит меньшее количество ТВЭЛов. Кроме того, для контроля реактивности в реакторе ВВЭР-1000 используются поглощающие стержни системы управления и защиты (ПС СУЗ). В тоже время, в реакторе ВВЭР-440 - кассеты АРК с поглощающей вставкой, которая крепится к ТВС.

Первые тестовые ТВС для Украины

Все АЭС в Украине эксплуатируются в государственной собственности Национальной атомной энергетической компании (НАЭК) Энергоатом, которая имеет штаб-квартиру в Киеве.

Разработка первых ТВС ВВЭР-1000 от Westinghouse для поставки в Украину началось в 2001 году, в результате правительственного соглашения между Украиной и США о сотрудничестве в области энергетики и безопасности. Работа выполнена в рамках Программы Квалификации ядерного топлива для Украины.

В Westinghouse ранее разрабатывали и поставляли топливо ВВЭР  в Чехию, на АЭС Темелин, но не для смешанной загрузки активной зоны. Разработка ТВС ВВЭР-1000 топлива для смешанных зон была дополнительной серьезной проблемой, тем более что данные о российских ТВС были тяжело доступным для Westinghouse.

После завершения разработки ТВС для реактора ВВЭР-1000, в которой принимала участие Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория США (PNNL), пилотная партия из шести ТВС (LTA) была изготовлена на заводе  компании в Колумбии, Южная Каролина, США и в том же году была загружена в активную зону 3-го блока Южно-Украинской АЭС.

Данные сборки были выгружены в 2010 году после 4-х годового цикла. Детальные обследования топлива( в том числе внешний вид, коррозия, изменение формы, позиция дистанционирующих решеток) показали позитивные результаты.

Перед выполнением программы LTA и перегрузкой топлива в бОльших количествах , компания решила использовать возможность и усилить конструкцию LTA, повысив конструкционную жесткость системы путем добавления дополнительной вставки с обоих сторон дистанционирующей  решётки (Рис. 1). ТВС для загрузки была названа как WFA ( Westinghouse Fuel Assembly). Так же было добавлено изменения в материале в 13 из 16 решетках для уменьшения нейтронного захвата.

fig1

Для целей поставки нужного количества топлива, необходимого для загрузки, производство было перенесено в Швецию, на завод в городе Вестерос. В 2009 году Westinghouse изготовили 42 ТВС, которые впоследствии были загружены в активную зону 3-го блока Южно-Украинской АЭС.

В дополнении к топливу, компания получила указание от Энергоатома поставить специальную систему для контроля топлива в активной зоне - Beacon®, которая также эксплуатируется на АЭС Темелин. Система была использована на 3-м блоке Южно-Украинской АЭС, чтобы обеспечить точное моделирование процессов в активной зоне со смешанной загрузкой и поддержки оператора  во время переходных процессов.

Проблемы с перегрузкой

В 2012 году несколько ТВС Westinghouse были повреждены во время работ по перегрузке топлива. Дистанционирующие решетки были повреждены из-за контакта с соседними, более прочными, ТВС.

В отличии от других реакторах под давлением, в топливе которых используются квадратные дистанционирующие  решётки, шестигранные решетки реактора ВВЭР-1000 более подвержены механическим воздействиям, в том числе взаимодействию с решётками соседних ТВС, особенно, если ТВС находится в смещённом положении ( Рис. 2). В данной ситуации сборки Westinghouse были окружены тепловыделяющими сборками с высокой степенью искажения и структурной жесткостью. Соответственно, если извлекать данные ТВС, может произойти контакт и деформация.


fig2

Как следствие, несколько сборок с повреждениями, были выгружены в бассейн выдержки. После выгрузки их из активной зоны и обследования был сделан вывод о возможности дальнейшей эксплуатации некоторых из них. Тем не менее, Госатомрегулирования Украины не одобрило загрузку любых сборок данной конструкции.

Чтобы решить данную проблему, в Westinghouse инициировали две программы: оптимизация последовательности загрузки активной зоны и модификации конструкции топлива, для уменьшения риска повреждения.

Оптимизирование загрузки активной зоны

Westinghouse разработал новую последовательность загрузки активной зоны на основе базового опыта и некоторых основополагающих принципов.  Компания использует загрузку с центра активной зоны, используя специальные устройства и приборы контроля. Принятые меры оказались весьма эффективными, и после не было ни одного случая механического повреждения.

Изменения в конструкции

Некоторые усовершенствования были сделаны для увеличения прочности и минимизации риска механических повреждений при взаимодействии между сборками. Внешняя часть была сделана тоньше и сама дистанционирующая решётка изготавливалась  из сплава 718, специальные фаски в хвостовике и верхней части топливной колонны для удобств по перегрузке (рис. 3-6)

fig3

  fig4

fig5

fig6

 

 

Новая модель ТВС получила название  Robust Westinghouse Fuel Assembly (RWFA). Были проведены все необходимые механические и тепло-гидравлические испытания. Данное топливо было загружено в активную зону 3-го блока ЮАЭС 3 марта 2015. Это была первая загрузка, после инцидента в 2012 году.

Разработка топлива для реакторов ВВЭР-440

Государства с реакторами ВВЭР-440 в ЕС и Украина в том числе высказывали интерес относительно диверсификации ТВС ВВЭР-440.

В далёком 1998-м , компания BNFL (British Fuel Nuclear Limited) поставила две тестовых сборки на 2й блок АЭС Ловиса в Финляндии. ТВС были изготовлены на топливной фабрике в г. Спрингфилд по программе определения второго поставщика топлива для Финляндии.
В декабре 1999 BNFL получила контракт на поставку ТВС ВВЭР-440. В период с 2001 по 2007 год в Финляндию было поставлено семь партий ТВС ВВЭР-440.

Программа Евратома

Организация Евратом  выделила деньги на запуск и развитие программы, которая будет способствовать диверсификации.  Westinghouse и ещё 8 европейских компаний получили около 2 млн. евро. 

 Mark Dye, Jan Höglund, and Ulf Benjaminsson for NEI magazine, перевод

Оставить комментарий

Make sure you enter all the required information, indicated by an asterisk (*). HTML code is not allowed.