Тепловыделяющие элементы ВВЭР-1000

1
А. А. Тузов, ОАО «ТВЭЛ»
Тепловыделяющие элементы ВВЭР-1000:
развитие конструкции, топливных композиций
и конструкционных материалов
Украина, Киев, 15 сентября 2010 г.
2
ВВЭР-1200
Основные параметры
Параметры
ВВЭР-1000
ВВЭР-1200
Номинальная мощность реактора, МВт
3000
3200
Давление теплоносителя на выходе из реактора, МПа
15,7
16,2
Температура теплоносителя на входе в реактор, С
291
298,6
Температура теплоносителя на выходе из реактора, С
321
329,7
Максимальный линейный тепловой поток, Вт/см
448
420
Межперегрузочный период, мес.
12-18
12/(18-24)
Высота топливного столба, мм
3530
3730
Масса UO2, кг
80600
87065
Любые изменения рабочих параметров топлива требуют обоснования!
3
ВВЭР-1200
Основные параметры
Топливный цикл
5×1
3×1,5
Количество ТВС подпитки, шт.
36
78
Среднее обогащение ТВС, %
4,84
4,85
Длительность работы топливной загрузки, эф. сут.
(без мощностного эффекта)
302
521
57,2
64,5
45,6
64,0
0,191
0,240
Выгорание в выгружаемых ТВС, МВт·сут/кгU
- среднее
- максимальное
Удельный расход природного урана, кг/МВт·сут
(отвал 0,3 %)
Топливные циклы АЭС-2006 выбирает Заказчик!
4
ВВЭР-1200
Конструкция тепловыделяющих элементов основывается на референсном опыте
проектов ТВСА и ТВС-2 для ВВЭР-1000
5
ВВЭР-1200
Топливная композиция и оболочки
В качестве выгорающего поглотителя используется окись гадолиния,
интегрированная в топливную матрицу с массовой долей до 10 %
Оболочки твэлов выполнены из оптимизированного сплава Э-110опт
Топливные таблетки имеют диаметр (наружный/внутренний) 7,6/1,2 мм.
Рассматривается возможность использования таблеток Ø7,8 мм
без отверстия с соответствующим изменением толщины оболочек
(9,10×0,57 мм)
6
Развитие конструкции твэла ВВЭР-1000
Увеличение загрузки топлива за счет оптимизации размеров топливного
сердечника и оболочки при сохранении внешнего размера оболочки
7
Эффектот
от использования
использования «толстых»
таблеток
в ВВЭР-1000
– увеличение
загрузки.
Эффект
«толстых»
таблеток
– увеличение
загрузки
урана.
Применение
в настоящее на
время
– блок
КалининскойАЭС
АЭС
Сегодня применяется
блоке
№ 1№1
Калининской
8
21-я топливная загрузка на блоке № 1 Калининской АЭС (2005–2006 гг.)
30 ТВСА – 7,57 / 1,4
10 ТВСА – 7,60 / 1,2
1 ТВСА – 7,60 / 1,2 + 18 твэлов 7,6 / 0,0
1 ТВСА – 7,60 / 1,2 + 18 твэлов 7,8 / 0,0
- твэлы 7,8 / 0,0 или 7,6 / 0,0 (4,4 %)
- твэлы 7,6 / 1,2 (4,4 %)
- твэлы 7,6 / 1,2 (4,95 %)
9
Картограмма размещения ТВС 22-й топливной загрузки
на блоке № 1 Калининской АЭС (2006–2007 гг.)
18 ТВСА – 7,57 / 1,4
18 ТВСА – 7,60 / 1,2
6 ТВСА – 7,80 / 0,0
1 ТВСА – 7,60/1,2 + 18 твэлов 7,6 / 0,0
(~ 28 МВт·сут/кгU)
1 ТВСА – 7,60 / 1,2 + 18 твэлов 7,8 / 0,0
(~ 28 МВт·сут/кгU)
10
Состояние поверхности твэлов ТВСА после 2-х лет эксплуатации
Область 13-й ДР
Область 2-й ДР
11
Картограмма размещения ТВС 24-й топливной загрузки
на блоке № 1 Калининской АЭС (2008–2009 гг.)
36 ТВСА – 7,80 / 0,0
6 ТВСА – 7,80 / 0,0
1 ТВСА – 7,60 / 1,2 + 18 твэлов 7,6 / 0,0
(~ 55 МВт·сут/кгU)
1 ТВСА – 7,60 / 1,2 + 18 твэлов 7,8 / 0,0
(~ 55 МВт·сут/кгU)
12
ВВЭР-1200
Массовое паросодержание на выходе "максимально горячей" ячейки в течение
коррозионной стойкостикампании
выполнено для новых параметров
Обоснование
реактора,
(с 260 до 325 эфф.сут - работа на мощностном эффекте реактивности)
включая повышенное паросодержание в теплоносителе (до 11,4 % вес).
12,00%
10,00%
Паросодержание
8,00%
6,00%
4,00%
2,00%
0,00%
0
50
100
С предельным отклонением
параметров
150
200
250
300
Эфф. сут
по средним параметрам
13
Модернизация Э110 – увеличение Fe и О
Корректировка ТУ
2007 г. по железу
для Э110
200
750
Э110
штатный
300
100
Э110
оптимизированный
450
14
Зависимость радиационного формоизменения от содержания железа
в оболочечных трубах из сплава Э110 при облучении
Радиационный рост
15
Основные требования к материалам оболочек твэлов
•
•
•
Повышение надежности твэлов нового поколения (циркониевая губка, утонение
стенки 0.65  0.57 мм)
Конкурентоспособность (коррозионные свойства, формоизменение)
Технологичность
Характеристики твэлов нового поколения и штатных твэлов
16
Заключение: эволюция топлива ВВЭР-1000
Конструкционные
материалы ТВС
Циркониевые сплавы
Э110 и Э635
Повышение жесткости ТВС
Выгорающий
поглотитель
UO2–Gd2O3 (5 %  8 %)
Снижение пиковых нагрузок,
повышение выгорания
Обогащение топлива
235U
(4,4 %  4,95 %)
Увеличение наружного
диаметра топливной
таблетки
7,57  7,60  7,8
Уменьшение
центрального отверстия
топливной таблетки
2,3  1,4  1,2  0,0
Увеличение длины
топливного столба
3530  3680
Изменение конструкции
оболочки
9,1х7,73  9,1х7,93
Повышение выгорания и
энерговыработки
17
Спасибо за внимание!