На БелАЭС 19 апреля доставили ядерное топливо для второго энергоблока, а в начале мая «Росатом» сообщил об успешном завершении этапа завоза и проведения входного контроля топлива. О том, как оно производится, транспортируется и эволюционирует, рассказал TUT.BY старший вице-президент АО «ТВЭЛ», председатель совета директоров ПАО «Новосибирский завод химконцентратов» Михаил Зарубин.

— Для Беларуси первая поставка топлива была событием исключительным, а для ТВЭЛ это наверняка рутина, типовой продукт для очередного клиента. Кстати, насколько продукт это типовой, с учетом того, что блоки БелАЭС одинаковые?

Отличается топливо для второго блока от первого?

— Топливо первого и второго блоков БелАЭС — это серийная продукция. Более того, конструкция топлива для Беларуси ничем не отличается от тепловыделяющих сборок для четырех действующих российских энергоблоков ВВЭР-1200 (ВВЭР — водо-водяной энергетический реактор. — TUT.BY) на Ленинградской АЭС и Нововоронежской АЭС. И точно такие же блоки должны быть введены в Венгрии, Финляндии, Китае, Бангладеш и Египте.

— Топливо для загрузки одного блока — это сколько в килограммах, вагонах, человеко-часах, потребовавшихся для производства?

— Стартовая загрузка ВВЭР-1200 — это 163 топливные кассеты, в каждой из которых — чуть более 534 кг диоксида обогащенного урана (всего в активной зоне реактора — более 87 тонн диоксида урана). Это топливо имеет так называемую максимальную глубину выгорания 70 мегаватт-суток на килограмм урана. То есть каждый килограмм может обеспечить производство до 70 мегаватт-суток энергии, в привычных киловатт-часах — это почти 1,7 млн кВт*ч. Аналогичные российские энергоблоки вырабатывают более 6 млрд кВт*ч в год. Годовая выработка всей энергосистемы Беларуси — 34−35 млрд кВт*ч.

— В дальнейшем топливо также будет изготовляться на Новосибирском заводе?

— Так называемые стартовые загрузки топлива для обоих блоков Белорусской АЭС были изготовлены Новосибирским заводом химконцентратов. Но у нас в топливной компании ТВЭЛ — два завода по фабрикации ядерного топлива, оба изготавливают топливо для реакторов ВВЭР-1200, и это дает нам дополнительную гибкость в распределении производственной программы. Последующие партии топлива планируем поставлять в том числе и с машиностроительного завода, который находится в городе Электросталь Московской области.

— На сколько хватит уже завезенного топлива и когда ждать следующие поставки?

— Эксплуатация БелАЭС обоснована в 12-месячном топливном цикле. Это означает, что раз в год энергоблок нужно останавливать для проведения планово-предупредительного ремонта. В это время часть топлива выгружается из реактора, и вместо облученных сборок загружается свежее топливо, так называемые ТВС подпитки. В текущей стратегии топливного цикла БелАЭС максимальный срок службы одной топливной кассеты — 4 года. Графики поставок, как правило, зависят от топливного цикла и от того, какой резерв свежего топлива сформирован на площадке станции. Стартовая загрузка и первые две перегрузки топлива входят в большой базовый контракт на строительство АЭС. А поставки свежего топлива по прямому контракту между ТВЭЛ и БелАЭС начнутся с третьей перегрузки на каждом энергоблоке.

— Кто следит за качеством продукта — и у вас на предприятии, и при приемке? Все-таки мало ли что в пути могло произойти.

— На каждом производственном участке наших предприятий действует многоуровневый контроль качества, практически все процессы полностью автоматизированы. Вероятность брака или человеческой ошибки сведены к минимуму. Как ранее уже писало ваше издание в репортаже с Новосибирского завода химконцентратов, только на стадии фабрикации твэлов и ТВС контроль качества проводится 11 раз. То же самое — на предыдущих этапах производственной цепочки, где на одних комбинатах обогащают уран, а на нашем металлургическом производстве изготавливают циркониевые оболочки твэлов.

Итак, топливо изготовили. Перед отгрузкой осуществляется выходной контроль продукции в присутствии заказчика: проводится визуальный осмотр, проверяется соответствие конструкторской и технической документации. А уже непосредственно на АЭС — входной контроль и окончательная приемка.

Продукция ТВЭЛ и производственный процесс на наших заводах сертифицированы по международным стандартам системы менеджмента качества ISO. Мы как управляющая компания и наши предприятия фактически живем в режиме непрерывного аудита. Во-первых, регулярно проходят ресертификационные проверки в области менеджмента качества со стороны специализированной международной компании по сертификации. Во-вторых — аудиты со стороны зарубежных заказчиков по всей цепочке поставок, это обязательная часть экспортных контрактов. А на фабрикационных заводах, где непосредственно собираются топливные кассеты, проводятся и так называемые надзоры со стороны заказчиков за изготовлением топлива.

— А вообще насколько ядерное топливо — это капризный груз? Требуются ли ему особые условия перевозки? Как проводится дозиметрический контроль при транспортировке? Все-таки далеко везти приходится.

— Атомной энергетике уже 70 лет, все технические вопросы по логистике давно отрегулированы, разработаны все возможные нормативы для безопасной перевозки ядерного топлива любым видом транспорта. В случае Белорусской АЭС — это железнодорожный транспорт: моря между нами нет, а доставлять самолетом будет дороже. Топливные кассеты в специальных транспортных упаковочных контейнерах — ТУКах — перевозятся на особых железнодорожных платформах, где они должным образом закрепляются. Перед отгрузкой осуществляется дозиметрический контроль, а каждый контейнер оснащен датчиком удара, по которому можно будет определить, насколько «спокойно» он перенес эту перевозку.

Разумеется, ядерная продукция требует особых условий перевозки, но этот груз далеко не самый, как вы говорите, «капризный». Это еще не облученное топливо, которое не загружалось в реактор, там не было ядерной реакции. К тому же в энергетике используется низкообогащенный уран с содержанием радиоизотопа уран-235 не более 5%.

Но вот вам пример по «капризным» грузам. Как и обогащенный уран, стабильные изотопы нарабатываются на центрифугах, при этом считаются неядерной продукцией, там нет радиоактивности. Зачастую они применяются в крупнейших международных научных исследованиях в области фундаментальной физики. Кроме того что там должна быть невероятная степень химической чистоты материала, так еще нужны и особые условия перевозки и хранения. Бывают логистические схемы, где промежуточное хранение груза происходит в подземных хранилищах, а перевозка — в специальных саркофагах, которые защищают этот изотоп от космического излучения. По сравнению с этим перевозка свежего топлива по железной дороге — это очень рутинный, стандартизированный процесс.

— Насколько ваша нынешняя продукция отличается, к примеру, от топлива до водо-водяных реакторов прошлых поколений? От канальных реакторов, как на Чернобыльской АЭС?

— Что касается вопроса про топливо для канальных реакторов РБМК, то не вижу смысла их сравнивать. Это разные принципы работы реакторов, разные конструкции топлива, частично разные материалы. Последние блоки РБМК в России дорабатывают свой срок и выводятся из эксплуатации.

Реакторы ВВЭР, их конструкция, активная зона и дизайн ядерного топлива эволюционируют уже несколько десятилетий. На Белорусской АЭС построены наиболее современные энергоблоки поколения 3+ с реакторами ВВЭР-1200. Это наиболее мощные действующие реакторы российского дизайна с повышенным уровнем безопасности. Кассета для ВВЭР-1200 — это, можно сказать, эволюция одной из моделей топлива для ВВЭР-1000, которая называется ТВС-2М — хорошая, надежная конструкция с жестким каркасом, которая прекрасно работает и в России, и за рубежом. Разница в том, что в топливе ВВЭР-1200 конструкторы увеличили массу урана в одной кассете. Учитывая, что в активной зоне — 163 топливные сборки, в совокупности это позволило увеличить мощность реактора, а значит — количество энергии, которую он может вырабатывать. А чем мощнее энергоблок, тем он более экономически эффективен. Есть также специфические показатели топлива, такие как глубина выгорания урана и прочие. В целом ТВС ВВЭР-1200 — это на сегодня наиболее современное, эффективное и безопасное ядерное топливо.

Обычно мы разрабатываем новые конструкции и модификации ТВС, чтобы сделать работу энергоблоков более экономически эффективной. Но это актуально для более старых реакторов, таких как ВВЭР-440 и ВВЭР-1000. А реакторы ВВЭР-1200 — это самые современные блоки, которые вводятся только в последние несколько лет и будут работать еще как минимум 60 лет. Но несмотря на это, наши конструкторы продолжают работу над совершенствованием топлива, повышению его эффективности и безопасности. Это позволяет увеличить продолжительность топливных циклов. На Нововоронежской АЭС реализован пилотный проект по переводу первого энергоблока ВВЭР-1200 с 12-месячного на 18-месячный топливный цикл. Экономика простая: станция реже закупает новое топливо, зато реже останавливает блок на перегрузку топлива и больше зарабатывает на продаже электроэнергии.

— «Росатом» периодически сообщает о работе над новыми типами топлива. В каком направлении идет работа, каковы приоритеты — удешевление, экологичность, безопасность? И могут ли новинки использоваться в ранее запущенных реакторах?

— В этом и заключается преимущество атомной энергетики, что у вас есть возможность быстро, без больших затрат и инвестиций увеличить эффективность, надежность и даже мощность энергоблока за счет новых решений по топливу и топливному циклу. Потому что ядерное топливо — это высокотехнологичная продукция, которая все время совершенствуется, в отличие от угля и природного газа, если мы говорим про ТЭС, или природных возобновляемых источников энергии. Грубо говоря, вы можете заменить гидротурбину на ГЭС, причем за большие деньги, но вода в реке останется та же самая.

У нас есть несколько ключевых направлений. Практически со всеми нашими зарубежными заказчиками и Европе, и в Азии мы реализуем инжиниринговые проекты по разработке и внедрению новых конструкций и модификаций топлива ВВЭР, либо по обоснованию новых топливных циклов или эксплуатации блока на повышенной мощности. Как правило, это направлено на повышение экономической эффективности. В некоторых странах, таких как Венгрия или Словакия, где на нашем топливе вырабатывается более половины электроэнергии в стране, это особенно актуально.

Кроме того, в мире есть глобальный тренд на разработку так называемого толерантного топлива новых поколений. Идея в том, что даже в случае тяжелых запроектных аварий с потерей теплоносителя, то есть нарушением отвода тепла в активной зоне реактора, толерантное топливо должно в течение достаточно длительного времени сохранять целостность без возникновения пароциркониевой реакции, способствующей выделению водорода. Этим направлением занимаются все ведущие мировые производители, и мы не исключение.

В мире есть глобальный тренд на разработку так называемого толерантного топлива новых поколений.

Есть отдельная тематика замкнутого ядерного топливного цикла и топлива реакторов на быстрых нейтронах. В России реализуется стратегия создания двухкомпонентной ядерной энергетики с обычными реакторами на тепловых нейтронах, как ВВЭР, и так называемыми быстрыми реакторами, особенность которых — в том, что они фактически нарабатывают больше топлива, чем потребляют. Наши «быстрые» реакторы будут работать на топливе, которое является по сути смесью из вторичных продуктов ядерного топливного цикла — обедненного урана, запасы которого накоплены на складах, и плутония, наработанного в реакторе. Это МОКС-топливо, которое мы уже используем в реакторе БН-800 Белоярской АЭС и СНУП-топливо, предназначенное для будущего реактора БРЕСТ-ОД-300.

Если говорить о рециклинге применительно к реакторам ВВЭР, то у нас есть так называемое РЕМИКС-топливо — это неразделенная смесь из плутония и невыгоревшего урана, извлеченная из отработавшего топлива, к которой нужно добавить немного обогащенного урана. Экспериментальные твэлы с таким топливом успешно проходят опытную эксплуатацию в одном из реакторов ВВЭР-1000, а мы строим производственный участок по фабрикации полноценных ТВС с РЕМИКС-топливом. Использование такого топлива позволило бы многократно расширить сырьевую базу атомной энергетики, а также повторно использовать облученное топливо вместо его хранения.

Таким образом, ядерный топливный цикл — это та область, которая позволяет атомной энергетике непрерывно развиваться и совершенствоваться, используя уже существующие генерирующие мощности.
Источник: news.tut.by