俄罗斯原子能公司助力核燃料创新

2017-11-14 14:57:13 核能研究展望NPRV　点击量：评论 (0)

核燃料市场处于技术创新的最前沿。介绍了俄罗斯原子能公司如何通过数以百万美元计的投资项目提高核燃料的经济性，可靠性和使用性能。随着全球主要核燃料生产商都在试图扩大其传统市场份额，全球核燃料领域的竞争

核燃料市场处于技术创新的最前沿。介绍了俄罗斯原子能公司如何通过数以百万美元计的投资项目提高核燃料的经济性，可靠性和使用性能。

随着全球主要核燃料生产商都在试图扩大其传统市场份额，全球核燃料领域的竞争日趋激烈。在这种环境下，如果不想被竞争对手所淘汰的话，这些生产商必须保持核燃料的先进性，并且不断引进新模式。

TVEL燃料公司正经历着这一挑战，TVEL是俄罗斯原子能公司负责核燃料的子公司，核心业务是致力于不同反应堆用燃料的开发和生产，2016年TVEL生产了超过7000多组核燃料。

俄罗斯的工程师不断改进俄产核燃料的技术性能，同时降低成本，确保为客户提供物美价廉的核燃料产品。其产品既能满足采用俄罗斯设计的反应堆的客户，也有满足其他压水堆设计的客户。

2016年，TVEL核燃料研发经费为1600万美元。主要研究集中在研发新的核燃料和堆芯结构，尤其是针对VVER-1000/1200模型。俄罗斯的工程师致力于延长核燃料的使用寿命，同时在确保高安全性的同时加强其可靠性，他们也对在VVER-1000反应堆107%满功率条件下燃料组件的性能进行了研究。

其他研发项目包括：新型气体离心机的开发研发；优化为西方设计的反应堆配套的TVS-K燃料组件的设计；发展用于小型核电站系统、液态堆以及浮动反应堆新型核燃料；也包括研核动力破冰船堆芯的核燃料。

TVEL开发和生产的核燃料符合国际最高标准，并可以为一系列核动力反应堆供给燃料，包括VVER-440，VVER-1000/1200，BN-600，BN-800，RBMK-1000以及研究堆和核动力装置在内。

改进先进核燃料性能

先进核燃料类型包括TVSA-PLUS，TVS-2M；用于第二代VVER-440反应堆的8.9mm直径的RK-3型核燃料元件；适用于VVER-1000反应堆的第四代燃料组件TVSA-12；还包括用于VVER-1200反应堆的核燃料。

TVSA-PLUS和TVS-2M先进核燃料通过提高使用寿命和延长核燃料循环时间来改进核电运行的技术性和经济性。VVER-440的第二代和第三代核燃料可以将大功率反应堆的燃料周期延长五至六年。用于KLT-4反应堆型的核燃料其U-235丰度低于20%，满足核不扩撒的要求，该反应堆技术基于船舶动力装置技术。TVEL同样为研究堆提供低浓缩度的核燃料。例如，2017年向波兰的Maria研究堆提供了第一批低浓缩MP型燃料组件（19.7%）。

为VVER-1200反应堆提供的核燃料使该反应堆能够在负荷跟踪模式下灵活调整换料周期，包括AES-2006型每日基荷浮动调节（反应堆最大功率已经提高至1200MWe）。

为VVER-440反应堆提供的第二代8.9mm径核燃料元件，使该反应堆能够在核燃料低浓缩度条件下保持机组的发电功率，或者在维持功率条件减少需要装载的燃料组件数目。

为了优化核燃料周期，一些VVER-1000燃料组件呈网格状布局，轴向安装控制棒，使用VVER-440堆型的反应堆准备引进第三代燃料组件。

通过增加核燃料的使用寿命来提高核燃料循环的经济性和效率，必须引进新的更高U-235浓缩度的核燃料。

TVEL基本解决了在VVER-1000和VVER-1200反应堆上利用铀浓缩度为5%的核燃料的问题。最近的趋势是延长反应堆运行时间。然而，在开环核燃料循环模式下，随着燃料寿命周期的增加，燃料的燃耗逐渐减少，相对的铀的消耗量增加，这对于铀浓缩度5%的燃料是一个非常棘手的问题。

俄产燃料组件设计的燃耗水平为65MWd/KgU，但是由于受到燃料循环的限制，这种潜力并不能完全释放。解决的办法就是使用铀浓缩度5%以上的铀燃料。Kurchatov研究所的研究表明，将换料周期为18个月用铀浓缩度提高到5.45%将换料周期为24个月的铀浓缩度度提高到5.8%-6.3%，可以显著的增加燃料的平均燃耗并减少需要换料的燃料组件数量。