Много букафф про ядерные топливные сборки

Министр энергетики и угольной промышленности временного Украинского правительства Юрий Продан заявил, что Украина собирается покупать ядерное топливо для своих АЭС у американской компании Westinghouse и сейчас идет подготовка к заключению договора. По его словам, последние два года процесс заключения договора был заморожен, но сейчас идут переговоры, и будет заключен контракт, который предусматривает поставки соответствующих объемов топлива от компании Westinghouse для трех атомных энергоблоков. По словам министра, квалификация топлива уже завершилась и «...все будет хорошо».


Это заявление вызывает много вопросов у специалистов-атомщиков и экологов, учитывая негативный опыт использования американского топлива в реакторах ВВЭР российского дизайна в Чехии (АЭС Темелин) и той же Украины (2-й и 3-й блоки Южно-украинской АЭС).

Поставка ядерного топлива в виде тепловыделяющих сборок на АЭС является очень значимым видом бизнеса для ядерных компаний. По сложившейся практике, компания-строитель АЭС потом зарабатывает на поставках для них ядерного топлива. Мировой рынок ядерного топлива поделен между тремя концернами мирового уровня – российской Топливной компанией «ТВЭЛ» (топливо загружено в 74 реактора), американской Westinghouse и французской Areva, между которыми идет конкурентная борьба, в том числе и с использованием политических инструментов. Компании стремятся отвоевать друг у друга часть рынка.

По соотношению цена/качество в России самое эффективное в мире ядерное топливо. Также наиболее эффективна и российская технология обогащения урана. Кроме того, Россия обладает 40 % мировых мощностей по обогащению урана, поставляя топливные таблетки в США и Западную Европу. Завоевать мировой рынок топливных сборок ТВЭЛу мешает только то, что конструкция американских реакторов, а, соответственно, и топливных сборок, не совпадают с нашими. Поэтому у него только 17% мирового рынка.

История отказа от российского топлива в некоторых странах Восточной Европы, где эксплуатируются советские/российские реакторы типа ВВЭР, берет начало в 90-х годах прошлого века после развала Советского Союза и их вступления в Евросоюз. Смену поставщиков они объясняли диверсификацией поставок и отказом от энергетической зависимости от России. Конечно, под политическим нажимом со стороны Евросоюза и США на отказ от сотрудничества с Россией.

Чехия, в угаре диверсификации и в стремлении к независимости от России, загрузила топливные сборки, поставляемые корпорацией "Westinghouse" в реакторы ВВЭР-1000, несмотря на то, что российские сборки могут работать пять лет, а американские только четыре. При эксплуатации на АЭС «Темелин» американские сборки часто деформировались и были зафиксированы отказы в, по крайней мере, 51 (из 61) топливной сборке.

Помимо угрозы ядерной аварии, повреждения топливных сборок вели к значительным издержкам при производстве энергии. Реакторы приходилось останавливать вне очереди для замены испорченных сборок, а день простоя энергоблока оборачивается потерей ~ 10 млн. крон для эксплуатирующей организации. В результате в 2006 г. было принято решение об отказе от американского топлива и к 2010 г. полностью вернуться к российскому. Кроме технических были и политические причины возврата к российскому топливу: партия зеленых, имевшая значительное влияние в парламенте, активно протестовала против любых новаций на АЭС.

Украина начала попытки решения проблемы зависимости от российских поставок топлива для АЭС еще с 2000 г., когда НАЭК "Энергоатом" и Westinghouse приступили к реализации проекта по использованию американских тепловыделяющих сборок ТВС-W для украинских реакторов ВВЭР-1000. Westinghouse разработал и поставил для опытной эксплуатации шесть доработанных с учетом чешских недочетов модернизированных (изготовленных по образцу российских) тепловыделяющих сборок на третий блок Южно-Украинской АЭС. В 2005 г. без достаточного опыта эксплуатации проект был признан успешным, и было решено перейти к его следующей стадии – годовой загрузке блока американским топливом, причем, по настоятельному требованию украинской стороны американское топливо должно было эксплуатироваться в реакторе совместно с российским.

После подписания американо-украинского контракта на поставку топливных сборок для трех блоков Южно-Украинской АЭС с перспективой снабжения своим топливом еще шести блоков других АЭС Украины до 2015 г. Westinghouse в 2010 г. поставил первую партию (210 шт.) топливных сборок ТВС-W, изготовленных шведским подразделением концерна, для опытно-промышленной эксплуатации на энергоблоках Южно-Украинской АЭС. В реактор энергоблока № 2 было загружено 42 топливных сборки и 84 сборки в реактор энергоблока № 3.

В апреле 2012 г. на энергоблоках Южно-Украинской АЭС, были зафиксированы нарушения в работе сборок типа ТВС-W. В аварийном порядке все американские сборки были полностью выгружены из реакторов после обнаружения в них повреждений, главным образом деформаций дистанционирующих решеток. Украинские специалисты пришли к выводу, что повреждения сборок (деформации и повреждения нескольких ободов дистанционирующих решеток, их ненадежность, неудачная конструкция хвостовиков и другие дефекты) были вызваны конструктивными недоработками производителя.

Официальные представители Westinghouse заявили, что они не имеют никакого отношения к этим повреждениям, а все они были нанесены топливным сборкам в момент их транспортировки и загрузки в реактор украинскими атомщиками. Также представители Westinghouse сослались на плохой уровень подготовки и низкую квалификацией украинцев, несмотря на то, что все они прошли стажировку на фирме Westinghouse и до этого успешно в течение 30 лет эксплуатировали российское топливо. Однако конструктивные недостатки американских топливных сборок признали все эксперты, принимавшие участие в работе (в том числе со второго раза), и представители Westinghouse.

С целью снижения убытков от некондиционных американских сборок часть сборок ТВС-W, которые были признаны неповрежденными, в 2012 г. были загружены обратно в реакторы Южно-Украинской АЭС: 27 – во второй блок станции и 66 – в третий. Недостающее количество сборок (58 свежих топливных кассет) при этом было скомпенсировано за счет сверхпланового топлива российского производства, в срочном порядке поставленного топливной компанией «ТВЭЛ».

Летом 2013 г. в период планово-предупредительного ремонта на энергоблоке № 2 были выявлены незначительные деформации и повреждения нескольких ободов дистанционирующих решеток на трех тепловыделяющих сборках производства Westinghouse, после чего все 27 сборок были повторно выгружены. По результатам тщательной проверки Государственная инспекция ядерного регулирования Украины полностью запретила использование американского топлива на энергоблоке № 2. На энергоблоке № 3 Южно-Украинской АЭС предусматривается только дожигание загруженного ранее топлива Westinghouse (66 топливных кассет), инспекция которого теперь требует существенных дополнительных расходов.

В настоящее время действует запрет Государственной инспекции ядерного регулирования Украины на использование и ввоз свежего топлива Westinghouse на территорию Украины. Ни на один энергоблок свежее топливо ТВС-W загружаться не будет, а уже находящееся в стране новое топливо Westinghouse будет лежать в хранилище. Возможность дальнейшего использования топлива Westinghouse зависит от того, насколько будут устранены выявленные его конструктивные недостатки и насколько успешной будет программа опытной эксплуатации модифицированного топлива.

Кроме технических инцидентов, произошедших с американскими топливными сборками, необходимо указать и экономические потери НАЭК «Энергоатом» от использования топлива Westinghouse. Цена американской топливной сборки на ~ 20 % выше российской. Стоимость контракта на поставку 168 топливных сборок для Южно-Украинской АЭС, подписанного в 2008 г., составила 175 млн $. Еще около100 млн $ составили убытки Энергоатома от закупленных и неиспользованных ТВС-W. Дополнительных затрат требует и хранение этих сборок, дальнейшее использование которых под вопросом.

Оценка состояния и возможных конструкционных недостатков топливных сборок ТВС-W с целью их доработки будет проводиться шведским подразделением Концерна «Westinghouse». Стоимость контракта на выполнения этих работ 860 тыс. $, что необходимо добавить к убыткам Энергоатома от диверсификации поставок топлива.

К убыткам Энергоатома относится также закупка в России дополнительных топливных сборок для замены выгруженных ТВС-W.

Серьезных затрат потребует обращение с облученным топливом ТВС-W. Российское ОЯТ украинских ВВЭР-1000 по долгосрочным соглашениям транспортируется в централизованное хранилище Горно-химического комбината. Долговременных хранилищ ОЯТ на Украине нет, а Westinghouse облученное топливо, в том числе поврежденное, не принимает. Наиболее целесообразно его отправка на перерабатывающий завод Thorp в Великобританию, однако, стоимость перевозки и переработки, которую должен будет оплатить Энергоатом, составляет несколько млн $.

Наконец, из-за вынужденного простоя двух блоков Южно-Украинской АЭС «Энергоатом» недополучил выручку за непоставленную электроэнергию ~ 75 млн $ (по действующему на то время тарифу). Суммировав приведенные данные, можно оценить плату Украины за диверсификацию поставок ядерного топлива.

В заключение необходимо привести технические причины повреждения топливных сборок Westinghouse в реакторах ВВЭР-1000. Оригинальное топливо Westinghouse в реакторы советской/российской конструкции просто физически разместить невозможно так же, как невозможно российское топливо разместить в реакторах европейской, американской и японской конструкции.

Российские тепловыделяющие элементы скомпонованы в виде плотной упаковки, образуя структуру, подобную пчелиным сотам. Соединяя элементы в тепловыделяющую сборку, получается ячейка, имеющая форму правильного шестигранника. Дистанционирующие решетки, в ячейках которых располагаются тепловыделяющие элементы, и направляющие каналы поглощающих стержней образуют каркас тепловыделяющей сборки, обеспечивающий механическую прочность конструкции.

Активная зона реактора, скомпонованная из тепловыделяющих сборок, имеющих форму правильного шестигранника, также имеет форму, близкую к большому правильному шестиграннику. Под форму активной зоны изготавливается большинство элементов конструкции реактора. Внутренняя поверхность выгородки, окружающая активную зону, должна повторять очертания шестигранных тепловыделяющих сборок, и установочные гнезда в нижней опорной плите, в которые вставляются нижние хвостовики тепловыделяющих сборок, также должны образовывать сотовую структуру.

Расположение отверстий для подачи воды в днище внутрикорпусной шахты также воспроизводит сотовую структуру активной зоны, а размещение приводов стержней управления и отверстий в верхней крышке реактора соответствует компоновке активной зоны.

В отличие от российских, топливные элементы в реакторах американского, европейского и японского дизайна расположены в квадратной упаковке. Соответственно, тепловыделяющая сборка имеет форму квадрата, и под квадратную сборку изготавливаются все элементы конструкции реактора – от нижней опорной плиты до верхней крышки. Поэтому чтобы поставить оригинальную квадратную американскую тепловыделяющую сборку в российский реактор, необходимо переделать сам реактор. И, наоборот, без переделки в американский реактор невозможно поставить оригинальную российскую шестигранную сборку.

Таким образом, для загрузки в российские реакторы американское топливо было оформлено в виде шестигранных пакетов аналогично российским тепловыделяющим сборкам. Но у шестигранника в отличие от квадрата совершенно другие механические характеристики – он совершенно иначе работает на растяжение, кручение, изгиб, тепловое расширение и т.д.

Поэтому любому западному изготовителю, чтобы изготовить шестигранную ТВС с требуемыми характеристиками, необходимо иметь полный комплект российской технической документации на тепловыделяющие сборки и технологию на их изготовление, а также технологию изготовлению материала циркониевых трубок для оболочек тепловыделяющих элементов. В простейшем случае Westinghouse должен просто приобрести у Росатома лицензию на изготовление сборок по российской технологии.

По имеющимся данным отсутствуют договорные отношения между ТК «ТВЭЛ» и Westinghouse на передачу ему необходимого минимума технической документации. Известно, что украинская сторона передала Westinghouse две российские топливные сборки в качестве образца для изготовления сборок ТВС-W. Поэтому, фактически поставленные на Украину топливные сборки ТВС-W являются контрафактом.

В заключение необходимо подчеркнуть, что реактор проектируется как единая цельная система, отвечающая жестким требованиям безопасности всех элементов ядерного острова, включая внутрикорпусные устройства, топливные сборки, процессы и др. Ответственность за нормальную работу реактора и, главным образом, за ядерную безопасность, помимо эксплуатирующей организации несут также и проектировщик, конструктор, научный руководитель; поэтому любые изменения конструкции и замена каких либо элементов должна с ними согласовываться.