Впровадження паливних касет виробництва компанії Westinghouse для АЕС з ВВЕР-440
На початку вересня цього року в ЗМІ розлетілась новина про поставку першої повної перевантажувальної партії свіжого палива виробництва компанії Westinghouse, призначеної для реакторів ВВЕР-440 ВП РАЕС. Ця подія стала дуже знаковою для ядерної енергетики України, оскільки ДП «НАЕК «Енергоатом» не мав альтернативного постачальника палива для реакторів ВВЕР-440 після відмови від постачання палива з РФ. Компанія Westinghouse зарекомендувала себе як надійний постачальник якісного та безпечного в експлуатації ядерного палива для українських реакторів ВВЕР-1000. Розпочати експлуатацію палива Westinghouse для ВВЕР-440 в Україні планувалося в 2025 року, але після початку повномасштабної російської агресії вдалося суттєво скоротити терміни виробництва палива у Швеції. Знаковість та важливість події підтверджують її учасники, а це міністр енергетики України - Герман Глущенко, президент ДП «НАЕК «Енергоатом» - Петро Котін, президент компанії Westinghouse - Патрік Фрагман і посол Швеції в Україні - Мартін Оберг.
Дивлячись на резонансні заголовки деяких ЗМІ, що на українській АЕС вперше у світі в активну зону реактора ВВЕР-440 завантажено ядерне паливо американської компанії Westinghouse, слід пояснити, що компанія Westinghouse вже має позитивний досвід виробництва та експлуатації палива для реакторів ВВЕР-440, раніше воно постачалося для фінської АЕС Loviisa. Якщо бути точним, розробкою альтернативного палива для ВВЕР-440 займалася британська компанія BNFL, якій на той момент належав Westinghouse, за участю IVO (Фінляндія, попередник «Fortum») та угорської АЕС Paks. У 1996-1998 роках було розроблено проєкти тепловидільної збірки (ТВЗ) NOVCA та робочої касети (РК) NOVA E-3. У червні 1998 року дослідну партію з чотирьох ТВЗ та однієї РК було поставлено на майданчик другого блоку АЕС Loviisa. Усього на фінську станцію з 2001 по 2007 роки було поставлено сім перевантажувальних партій (завод виготовив 741 паливну збірку) від BNFL/Westinghouse, після чого фіни знову повернулися до використання палива з РФ. Після двох програшів, втративши єдиного замовника палива для ВВЕР-440, компанія Westinghouse, у чию інтелектуальну власність у 2005-2006 роках перейшли NOVA E-3 та NOVCA, тимчасово призупинила у 2008 році свій паливний бізнес для ВВЕР-440. У 2009 році паливо для ВВЕР-440 було знято з виробництва. Виробничі лінії були демонтовані, але документація, обладнання для виробництва палива та транспортні контейнери нині зберігаються на заводі ENUSA в Іспанії.
Зворотний перехід на паливо з РФ не був пов’язаний з його якістю. Загальні характеристики палива, яке постачалось на АЕС Loviisa, мали високі експлуатаційні характеристики щодо змін розмірів паливних збірок (подовження, вигин, скручування) та паливних стрижнів (подовження, міжтвельний зазор), окиснення конструкційних матеріалів та профілів вигоряння. Проведені перевірки показали очікувану поведінку палива, за винятком підвищеного фретинг зношування у місці контакту паливних стрижнів з дистанціонуючою решіткою (ДР) в кількох паливних збірках ще до завершення терміну експлуатації.
У 2014 році, з огляду на вимогу підвищення безпеки енергопостачання в Європі, компанія Westinghouse в консорціумі, в який ввійшли дев’ять організацій, подала заявку на участь у фінансованій Євроатомом програмі диверсифікації ринку палива ВВЕР у Європі та у 2015 році отримала 2 мільйони євро для реалізації програми ESSANUF. Серед партнерів компанії Westinghouse знаходяться VUJE, ÚJV Řež, LUT, NNL, NucleoCon, НТК ЯПЦ ННЦ ХФТІ, JRC-ITU та ENUSA.
Спираючись на досвід роботи, відгуки клієнтів і дизайн конкурентів, було розглянуто модифікації та зроблено висновок, що пропозиції компанії Westinghouse повинні бути оновлені перед повторним поверненням на ринок. У період 2015-2017 років виконано дослідження щодо проєкту ESSANUF, у яких акцент був зроблений на модифікації дизайну паливної збірки з метою покращення характеристик використання палива. Нова пропозиція компанії Westinghouse базується на конструкції, яка експлуатувалася на фінській АЕС, але з удосконаленнями щодо заміни матеріалів для підвищення надійності конструкції.
Нова конструкція палива для ВВЕР-440, яку розроблено в рамках проєкту ESSANUF, враховує попередній досвід експлуатації на АЕС Loviisa, а також дані щодо експлуатації палива Westinghouse на інших типах станцій і особливо ВВЕР-1000 (ТВЗ-W/WR). Досвід компанії Westinghouse у виробництві палива для ВВЕР-1000 було використано для зменшення фретингу при взаємодії ДР з паливними стрижнями, який було виявлено на АЕС Loviisa. Відповідно до відкритої інформації щодо виконання проєкту ESSANUF, запропоновано використовувати конструкцію ДР сіткою, подібну тій, яку запровадили в ДР для палива ВВЕР-1000. Також, для зменшення зазору між ДР, запропоновано додати ще дві проміжні ДР, що має привести до зменшення фретинг зношення паливних стрижнів.
На відміну від штатних таблеток виробництва РФ у новій конструкції можуть використовуватися паливні таблетки підвищеної густини та без центрального отвору. Це дозволить підвищити кількість ядерного палива (UO2), наприклад в РК до 143 кг, на відміну від штатної РК виробництва РФ, яка містить 137 кг UO2. Таблетки без центрального отвору використовуються і в паливних стрижнях ТВЗ-W/WR виробництва компанії Westinghouse.
Також одним з перспективних напрямків модифікації паливних касет розглядається використання «тонких» паливних стрижнів. Такий тип палива відрізнятиметься від штатної касети зменшеним діаметром твела і, як наслідок, зміненим уран-водним співвідношенням. Відмічається, що такі зміни будуть мати позитивний вплив на нейтронну економіку та є вигідними з точки зору вартості паливного циклу.
Найголовніше, що матеріали ТВЗ запропоновано модифікувати з використанням новітнього досвіду компанії Westinghouse для ВВЕР, PWR і BWR, а саме для всіх відповідальних елементів конструкції використовувати покращений сплав цирконію, який гарно зарекомендував себе в умовах водно-хімічного режиму ВВЕР. Запропоновано замінити матеріал труби паливних стрижнів та центральної труби ТВЗ на ZIRLO. Матеріал ДР теж ZIRLO або Zr+1%Nb. Хотілось би відзначити, що компанія Westinghouse також має позитивний багаторічний досвід експлуатації палива з ДР зі сплаву А718 (ТВЗ-WR).
На цей час з відкритих джерел інформації достовірно не відомо, саме які з запропонованих модифікацій паливних збірок компанія Westinghouse встигла впровадити при виготовленні палива для АЕС України з реакторами ВВЕР-440, тому що термін постачання першої перевантажувальної партії був перенесений з 2025 року на вересень 2023 року. Але можна впевнено стверджувати, що запропоновані конструкції ТВЗ та РК матимуть характеристики працездатності не гірші, ніж ті ТВЗ, які виготовляли BNFL/Westinghouse для АЕС Loviisa (NOVA E-3 та NOVCA).
Наразі в Європі працюють 16 блоків ВВЕР-440 (Угорщина, Словаччина, Фінляндія, Чехія та ін.), які донедавна не мали альтернативи поставкам палива з РФ. Тому досвід впровадження та, головне, позитивний досвід експлуатації палива на енергоблоці №2 ВП РАЕС-2 може відіграти вирішальне значення для переходу АЕС Євросоюзу на паливо компанії Westinghouse.
Далі буде…
Рубрика "Блоги читачів" є майданчиком вільної журналістики та не модерується редакцією. Користувачі самостійно завантажують свої матеріали на сайт. Редакція не поділяє позицію блогерів та не відповідає за достовірність викладених ними фактів.