Российская ядерная энергетика к середине века должна стать двухкомпонентной, в ее основу лягут технологии замкнутого топливного цикла. Росатом активно развивает все ключевые компоненты этой экосистемы: инновационные реакторы, топливо, технологии переработки РАО.
В двухкомпонентной энергетике будут работать атомные станции двух типов — с водо-водяными реакторами (ВВЭР) и с реакторами на быстрых нейтронах. Такая связка позволит стать ядерной энергетике возобновляемой и практически не оставлять отходов.
Последние достижения в этом направлении обсудили этой осенью на отраслевой конференции “Новая атомная энергетика”.
Первый заместитель генерального директора по развитию новых продуктов Росатома Александр Локшин подчеркнул, что все новые реакторы (и быстрые, и тепловые) будут относится к четвертому поколению безопасности, и перечислил основные критерии: неограниченность ресурсной базы, соблюдение принципов нераспространения, высокая экономичность, повышенная безопасность, минимум отходов. Он обозначил траекторию развития ветви ВВЭР — снижение сроков и стоимости сооружения, повышение КПД, возможность работы на 100% загрузке МОКС-топливом, улучшение маневренности.
Ключевые компетенции по замыканию топливного цикла объединяет российский проект “Прорыв”. В рамках “Прорыва” разрабатываются проекты трех быстрых реакторов: БРЕСТ-ОД-300 и БР-1200 со свинцовым теплоносителем, БН-1200М с натриевым. Основные технологические решения по этим трем реакторам — интегральная компоновка первого контура с локализующим барьером в составе корпуса; отвод остаточного тепла от первого контура специальной системой с пассивным воздушным теплообменником; использование жидкометаллического теплоносителя, имеющего высокую температуру кипения.
БРЕСТ-ОД-300 мощностью 300 МВт уже сооружается на площадке Опытно-демонстрационного энергетического комплекса (ОДЭК) в Томской области: первый бетон был залит в 2021 году, срок пуска — 2027 год. Помимо реактора, в состав ОДЭК входят модуль фабрикации топлива (МФР, ввод в эксплуатацию — 2024 год) и модуль переработки топлива (МП, ввод в эксплуатацию — 2030 год). ОДЭК продемонстирует практическую возможность замыкания ядерного топливного цикла. За ОДЭК последует промышленный энергокомплекс — ПЭК, который уже проектируется. Он будет отличаться повышенной мощностью и производительностью.
Топливо
Топливный дивизион Росатома “ТВЭЛ” разрабатывает широкую линейку решений, направленных на замыкание ядерного топливного цикла: отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) одних установок становится сырьем для производства свежего топлива для других энергоблоков.
На предприятиях “ТВЭЛ” освоено производство топлива из регенерированного урана для реакторных установок РБМК и ВВЭР, серийные поставки осуществляются на энергоблок № 2 Кольской АЭС в Мурманской области. Также к 2027-2028 году решено перевести блоки Нововоронежской АЭС-2 и Ленинградской АЭС-2 с реакторами ВВЭР-1200 на топливо из регенерированного урана.
Еще более эффективным российским решением по замыканию топливного цикла для ВВЭР является уран-плутониевое РЕМИКС-топливо, которое успешно проходит уже второй 18-месячный цикл опытно-промышленной эксплуатации в дизайне ВВЭР-1000 на энергоблоке № 1 Балаковской АЭС. РЕМИКС-топливо содержит смесь обогащенного урана с ураном и плутонием, которые выделяются при переработке ОЯТ. Эта технология подразумевает повторное использование не только плутония, но и остаточного количества урана-235. По сравнению с западно-европейским аналогом уран-плутониевого топлива для легководных реакторов его преимущество в том, что РЕМИКС-топливом можно загрузить активную зону не частично, а полностью, а также в возможности многократного рециклирования ОЯТ.
Внедрение замкнутого топливного цикла осуществляется прежде всего для реакторов на быстрых нейтронах, которые более “всеядны” с точки зрения топлива и делящихся материалов. В середине ноября текущего 2023 года реактор БН-800 на Белоярской АЭС полностью переведен на уран-плутониевое МОКС-топливо. Инновационный реактор БРЕСТ-ОД-300, который строится в Томской области на площадке Сибирского химического комбината, будет работать на плотном нитридном уран-плутониевом СНУП-топливе.
Производство МОКС- и СНУП-топлива позволяет вовлекать в ядерный топливный цикл обедненный уран, постепенно ликвидируя его накопленные на складах запасы. При этом в штатном МОКС-топливе используется высокофоновый плутоний, получаемый в результате переработки ОЯТ от реакторов ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и БН.
Следующим шагом станет изготовление и загрузка в реактор БН-800 опытных МОКС-ТВС, содержащих минорные актиниды (америций, нептуний) — наиболее высокоактивные и токсичные элементы, содержащиеся в облученном ядерном топливе. Таким образом, российские атомщики первыми смогут использовать еще одно конкурентное преимущество быстрых реакторов, позволяющих дожигать минорные актиниды вместо глубокого геологического захоронения в качестве ядерных отходов.
Параллельно со строительством реактора БРЕСТ-ОД-300 ведется комплекс научно-исследовательских работ по обоснованию уран-плутониевого СНУП-топлива с постепенным повышением его выгорания. Также ученые Росатома также решают ряд задач по доработке и развитию технологии производства СНУП-топлива на будущем модуле переработке в составе ОДЭК.
