Большие планы на малый атом

Спрос на малые АЭС «Росатома» растет как в России, так и за рубежом. Такие станции способны обеспечить электроэнергией отдаленные города и труднодоступные месторождения. Но и топливо для них нужно особое: оно должно надежно работать в течение многих лет без перегрузки. У ТВЭЛ такие компетенции есть — в первую очередь многолетний опыт производства топлива для атомных ледоколов.

От ледокола к электростанции

Атомные станции малой мощности (АСММ) предлагается строить там, где прокладывать протяженные электросети или постоянно завозить органическое топливо сложно и дорого, а сооружать большой атомный энергоблок избыточно.

Сегодня развиваются два основных варианта малых станций: плавучие и наземные. Единственный в мире плавучий энергоблок (ПЭБ) «Академик Ломоносов» с двумя реакторами КЛТ-40С работает в составе атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС) на Чукотке с 2020 года. Следующее поколение — модернизированные плавучие энергоблоки (ПЭБ-106) с реакторами РИТМ-200С. Еще одно направление — наземные АСММ на базе РИТМ-200Н. Такой проект уже развивается для Узбекистана.

Во всех этих проектах одна из ключевых ролей принадлежит топливному дивизиону «Росатома». Машиностроительный завод (МСЗ) в Электростали серийно производит топливо для судовых реакторов, изготовил активные зоны для «Академика Ломоносова», а теперь осваивает производство топлива для АСММ следующего поколения.

Шесть лет без перегрузки

Главное отличие топлива АСММ — требования к ресурсу. АЭС большой мощности регулярно (раз в 12 или 18 месяцев) останавливают для перегрузки части топлива. К топливу для атомных станций малой мощности предъявляется значительно больше требований по надежности и энергоемкости, так как после загрузки топлива станция должна работать без остановки и без перегрузок пять-шесть лет.

Добиться такого ресурса одним техническим приемом невозможно. Работает целый комплекс решений: тепловыделяющие сборки (ТВС) кассетного типа, высоконадежные твэлы с топливом, диспергированным в матрице, увеличенная высота активной зоны, отработанная конструкция и стабильная технология производства.

Для перспективных активных зон рассматриваются варианты дальнейшего увеличения топливной кампании.

«Интервал между перегрузками топлива в реакторах РИТМ-200М экспортных ПЭБ-100 составит около семи с половиной лет. Этого срока удастся достичь за счет увеличения количества тепловыделяющих сборок в активной зоне», — приводит пример руководитель направления группы проекта ядерного топлива для АСММ и исследовательских реакторов ТВЭЛ Дмитрий Крылов.

Работы на плаву

Первой электростанцией, на которой компетенции ТВЭЛ получили промышленное применение, стала ПАТЭС. На ПЭБ «Академик Ломоносов» работают две установки КЛТ-40С. МСЗ в кооперации с Институтом Бочвара и Опытным конструкторским бюро машиностроения им. Африкантова освоил технологию изготовления новых твэлов и ТВС и выпустил головную активную зону, а затем серийные комплекты топлива для «Академика Ломоносова».

Первая в истории ПАТЭС перегрузка топлива началась в конце июля 2023 года на реакторной установке №1 правого борта. В 2024-м аналогичную операцию провели на реакторной установке левого борта. Пока один реактор останавливали и перегружали, второй продолжал вырабатывать электроэнергию, так что перебоев с энергоснабжением Певека не возникло. Это стало знаковой вехой: плавучий энергоблок в составе обеих реакторных установок штатно и полностью отработал свой первый топливный цикл.

Вторая плановая перегрузка правого борта завершилась в августе 2026 года. Следующая перегрузка, на реакторе левого борта, запланирована на начало лета 2027-го.

Новая печь для нового топлива

Четыре ПЭБ-106 строят сегодня для энергоснабжения Баимского горно-обогатительного комбината на Чукотке. Они будут работать по схеме 3+1: три энергоблока постоянно включены в сеть, четвертый — резервный, подменяет любой из основных на время перегрузки топлива и планового ремонта.

На каждом блоке — две реакторные установки РИТМ-200С суммарной электрической мощностью 106 МВт. Это заметный шаг вперед по сравнению с ПЭБ «Академик Ломоносов», где два реактора КЛТ-40С выдают 70 МВт. Разработку топлива для РИТМ-200С ТВЭЛ завершил в 2022 году. Для этого пришлось создавать новое оборудование. Одной из самых сложных задач стало увеличение высоты активной зоны. Инженерный центр МСЗ разработал специальную печь заливки. Она рассчитана на изделия большей высоты и позволяет точнее регулировать температуру.

Это характерная особенность топливных технологий: реактор может существовать пока только в проекте, а производителям уже нужно создавать оборудование и осваивать процессы для его будущей активной зоны.

Атом на земле

Отдельная задача стоит перед проектом АСММ в Узбекистане, где на одной площадке строят два энергоблока большой мощности с реакторами ВВЭР-1000 поколения 3+ и два энергоблока малой мощности с РИТМ-200Н по 55 МВт каждый.

По словам Николая Уткина, активная зона узбекской АСММ должна соответствовать требованиям МАГАТЭ в области нераспространения. Поэтому предусматривается применение диоксидного топлива с обогащением ниже 20%. Таким образом, речь идет уже не об одной конструкции, а о формировании семейства топливных решений для разных вариантов малой атомной энергетики.

Переход к серии

В планах развития производства — возможность выпуска более 10 активных зон для АСММ в год. Компания контролирует полный цикл производства ядерного топлива — от обогащения урана до изготовления готовых ТВС. МСЗ выступает основной фабрикационной площадкой, а научные и конструкторские организации отрасли разрабатывают новые виды топлива и сопровождают их эксплуатацию.