История одной диверсификации

Этот рассказ о ядерном топливе и о выборе. Известное выражение о том, что человек может чувствовать себя свободным только тогда, когда он имеет выбор, определенным образом касается и темы выбора ядерного топлива для атомных энергоблоков.

В частности, Украина стала одной из стран, которые успешно используют альтернативные поставки ядерного топлива для спроектированных в бывшем Советском Союзе реакторов. Более того, для нас, жителей Николаевщины, повод для гордости неоспорим: украинская диверсификация началась именно с Южно-Украинской АЭС, которая расположена на территории Николаевской области. 

Начало истории 

Еще в конце 90-х годов прошлого века Украина начала искать альтернативных поставщиков ядерного топлива. Бесспорным лидером в освоении советского проекта реакторной установки ВВЭР-1000 была американская компания Westinghouse, которая уже имела проект топливной сборки для АЭС Темелин (Чехия).

В июле 1998 года состоялось совещание с участием представителей Государственного департамента США и Минтопэнерго Украины. Результат встречи - подписание Меморандума о предоставлении нашему государству помощи в квалификации альтернативного поставщика ядерного топлива для АЭС. А официальное оформление проекта квалификации ядерного топлива для Украины начато с подписания в июне 2000 года «Исполнительного соглашения между Правительством Соединенных Штатов Америки и Правительством Украины относительно проекта квалификации ядерного топлива для Украины». Оно должно было обеспечить совместимость российских и американских тепловыделяющих сборок при эксплуатации в составе смешанной загрузки активных зон реакторов ВВЭР-1000. Годом ранее на базе научно-технического центра ядерного топливного цикла Харьковского физико-технического института был создан Центр проектирования активных зон. Его специалисты прошли многолетнюю стажировку в компании Westinghouse, изучая методологии проектирования, обоснования безопасности и лицензирования ядерного топлива.

«Этот процесс прошел свой, местами тернистый, путь. И главные его результаты, которыми мы, конечно, можем гордиться, создание топливной сборки ТВС-WR, которая безопасно эксплуатируется в активной зоне реакторов ВВЭР-1000. Эксплуатация ядерного топлива Westinghouse укрепляет не только энергетическую, но экономическую и политическую независимость Украины», - отмечает заместитель главного инженера по ядерной и радиационной безопасности Южно-Украинской АЭС Алексей Арванинов.

Ядерное топливо - штучный товар. В мире всего пять крупных компаний производят топливо для ядерных реакторов. Лидер в этой пятерке - Westinghouse (32% рынка), второе место занимает французская Orano (28%) и на третьем - российская компания ТВЭЛ (17%). Westinghouse поставляет ядерное топливо для 144 энергоблоков АЭС, в частности для 55-ти европейских. В то же время ТВЭЛ загружает 78 ядерных реакторов в 15 странах мира. 

Два этапа реализации проекта 

В 2005 году в активную зону энергоблока №3 Южно-Украинской АЭС было загружено 6 опытных (пилотных) тепловыделяющих сборок, изготовленных в Соединенных Штатах Америки. Топливо производства Westinghouse было предоставлено в рамках подписанного украинско-американского исполнительного соглашения по проекту квалификации ядерного топлива для Украины.

Тогда по многим СМИ прокатилась волна публикаций о «неизбежном повторении Чернобыля» в центре Европы и якобы технической несовместимости кассет с американским ядерным топливом и украинских реакторов. Российский ТВЭЛ не хотел сдавать монопольные позиции. Несмотря на колоссальное информационное давление, специалисты доказали, что все прекрасно совмещается, ведь шесть кассет производства Westinghouse загрузили в активную зону вместе с российскими. За четыре года эксплуатации 6 топливных сборок отработали на мощности 1171 календарные сутки. Результаты опытной эксплуатации были признаны успешными.

30 марта 2008 года подписан контракт №1 между ГП «НАЭК «Энергоатом» и компанией Westinghouse на поставку топливных сборок для украинских АЭС с энергоблоками ВВЭР-1000. В 2009 году, согласно второму этапу проекта, для энергоблока №3 Южно-Украинской АЭС компания Westinghouse поставила перегрузочную партию, которая состояла из 42 ТВС (ТВС-W). Фабрикация ТВС перенесена в Шведское подразделение компании Westinghouse. Перегрузочную партию ТВС-W загрузили в активную зону энергоблока №3 ЮУАЭС в 2010 году.

«Далее, с переходом от проекта квалификации к коммерческим поставкам ядерного топлива от альтернативного поставщика, был подписан контракт №1 между НАЭК «Энергоатом» и Westinghouse Electric Sweden, который предусматривал поставки ТВС-W для трех отечественных энергоблоков ежегодно в течение четырех лет. Для эксплуатации альтернативного топлива были определены энергоблоки №2 и №3 Южно-Украинской, а также энергоблок №5 Запорожской АЭС, - рассказывает Алексей Арванинов. - Позже контракт №1 получил расширение еще на три энергоблока. Кроме южно-украинских, топливо Westinghouse в 2017 году было загружено в четвертый, первый и третий запорожские блоки (в порядке загрузки). Таким образом, 746 тепловыделяющих сборок Westinghouse работают в активных зонах шести из пятнадцати атомных реакторов Украины, увеличив долю блоков, на которых присутствует топливо альтернативного поставщика, до 40%». 

Модификация ТВС-WR 

Весной 2012 года произошло событие, которое заставило атомщиков пересмотреть конструкцию ТВС-W, а затем и модифицировать ее элементы. Дело в том, что во время транспортно-перегрузочных операций в смешанных активных зонах второго и третьего энергоблоков Южно-Украинской АЭС были обнаружены повреждения дистанционирующих решеток ТВС-W.

Заместитель главного инженера по ядерной и радиационной безопасности Южно-Украинской АЭС Алексей Арванинов объяснил: «Несмотря на повреждения дистанционирующих решеток, топливные элементы этих ТВС-W оставались герметичными и выхода радиоактивных продуктов деления из них зафиксировано не было. В дальнейшем компанией Westinghouse в сотрудничестве со специалистами Энергоатома и Центра проектирования активных зон было принято решение по укреплению и изменению элементов конструкции ТВС-W, направленное на устранение конструктивных недостатков топливных сборок и на невозможность их повреждений во время транспортно-технологических операций. Эта модификация получила название ТВС-WR, то есть укрепленная. Компанией Westinghouse проведены стендовые испытания доработанной конструкции ТВС-WR с последующим предоставлением результатов испытаний в НАЭК «Энергоатом».

Первая партия ТВС-WR была загружена в ходе ремонтной кампании в 2015 году на энергоблоке №3 Южно-Украинской АЭС. На сегодняшний день активные зоны энергоблоков №2 и 3 Южно-Украинской АЭС полностью состоят из топлива компании Westinghouse.

Шаги окончательной диверсификации

С внедрением альтернативного ядерного топлива необходимо было решить и непростые задачи, очевидные для персонала Южно-Украинской АЭС. В частности, контроль энерговыделения топлива в активной зоне уже не мог осуществляться системой внутриреакторного контроля, которая была спроектирована исключительно для контроля ядерного топлива, изготовленного российской компанией ТВЭЛ. Южно-украинские атомщики совместно с ООО «Вестрон» (одно из ведущих предприятий Украины, специализирующееся на выполнении комплексных работ по автоматизированным системам управления технологическими процессами атомных и тепловых электростанций) на базе предоставленного американской стороной программно-технического комплекса BEACON по сути с нуля разработали вполне функциональную систему, которая удовлетворила требования не только инженеров-физиков и программистов, но и эксплуатационного персонала. После замены старой системы внутреннего реакторного контроля стало очевидным, что новая многократно опередила ее по функциональности, быстродействию и производственными возможностями. Эта система в течение 4-х топливных кампаний показала свою надежность, что дает возможность уже в нынешнем году перевести систему в промышленную эксплуатацию.

В 2013 году на Южно-Украинской АЭС началось использование стенда инспекции и ремонта топлива компании Westinghouse. Он предусматривает проведение разносторонних измерений топливной сборки и имеет возможность восстановления ее работоспособности путем замены негерметичных твэлов. В 2018 и 2021 годах был выполнен ремонт негерметичных ТВС-WR. Результат контроля герметичности оболочек твэлов подтвердил, что ТВС-WR герметичны и вполне пригодны к эксплуатации.

Компания Westinghouse планирует не только поставлять ядерное топливо в Украину, но и сотрудничать с ГП «НАЭК «Энергоатом» на предмет производства комплектующих для ТВС-WR - хвостовиков и головок.

Таким образом, эти 20 с лишним лет стали не только попыткой технологического внедрения одного мира в другой. Это были годы успешной совместной работы специалистов двух миров. Правда, параллельно с решением актуальных технических проблем, много времени и усилий пришлось приложить к тому, чтобы преодолеть противодействие со стороны противников проекта диверсификации.

30 сентября 2020 года в присутствии Президента Украины Владимира Зеленского украинская компания «Энергоатом» и американская Westinghouse подписали очередной контракт о поставках топливных сборок производства Westinghouse для реакторов типа ВВЭР-440 на энергоблоках Ровенской АЭС. И это стало последним шагом к окончательной диверсификации источников поставок свежего ядерного топлива в Украину.

Оксана Мисюкевич