Сбалансированный ЯТЦ

И.В.Гусаков-Станюкович, АО Техснабэкспорт, ОПУБЛИКОВАНО 19.09.2022

Предисловие от редакции AtomInfo.Ru.

Мы предлагаем вниманию читателей две статьи, посвящённые проблеме обращения с ОЯТ и одному из возможных её решений, а именно, концепции сбалансированного ядерного топливного цикла (СБЯТЦ).

В статье "Отработавшее ядерное топливо: факты и тенденции" (автор - Е.Г.Кудрявцев) приводится обзор ситуации с ОЯТ в мире.

В статье "Сбалансированный ЯТЦ. Новый бренд на рынке заключительной стадии ЯТЦ." (автор - И.В.Гусаков-Станюкович) рассмотрено новое продуктовое направление, разработанное в "Техснабэкспорте", которое включает в себя ряд новых подходов по обращению с продуктами переработки ОЯТ.

---

АО "Техснабэкспорт" - организация ГК "Росатом", уполномоченная Правительством Российской Федерации на заключение внешнеторговых контрактов, связанных с ввозом ОЯТ зарубежных ядерных ректоров, а также ведущая мировая компания на рынке услуг ЯТЦ.

Взаимодействуя с широким кругом зарубежных партнёров, констатируем охлаждение интереса операторов коммерческих АЭС к переработке ОЯТ, в традиционном её виде.

Для коммерческих операторов АЭС потенциальный дефицит природного урана уже не является драйвером работ по переводу АЭС на ядерное топливо, изготовленное с применением регенерированных ядерных материалов.

Тем более, что повсеместное увеличение выгорания ядерного топлива существенно ухудшило его изотопный состав для целей даже однократного рецикла.

Российские решения по многократному рециклу плутония (ремикс-топливо), возможности переочистки регенерированного урана от чётных изотопов (с использованием разделительных производств) пока находятся на стадии подготовки к коммерческим продажам и им ещё предстоит доказать свою эффективность в конкурентной борьбе.

В то же время, в рамках развития двухкомпонентной ядерной энергетики, высоко оцениваем рыночный потенциал решений, при которых плутоний, получаемый при переработке ОЯТ зарубежных АЭС, будет использован в российских быстрых ректорах.

Доминирующей сейчас на мировом рынке стратегией по обращению с ОЯТ АЭС является концепция "отложенного" решения.

Технологически она обеспечена различными вариантами длительного "сухого" хранения, широко представленными на рынке иностранными фирмами. Превалирующим из них является решение, основанное на контейнерных технологиях.

При высоком уровне безопасности на начальном этапе реализации, а также сравнительно низком уровне первоначальных затрат, концепция "отложенного" решения содержит значительные риски для будущих поколений и формирует негативный фон для перспектив развития атомной энергетики.

В настоящее время в рамках европейской таксономии "зелёной" энергетики атомная генерация отнесена к переходным видам генерации (до 2050 года). Для закрепления статуса "зелёной" энергетики и её использования после 2050 года формирование экологически и общественно приемлемого решения по обращению с ОЯТ АЭС фактически обязательно.

Отмечено, что в случае если такое решение не будет найдено, кроме общей стагнации атомной отрасли, возможно последует ещё крайне негативное для ГК "Росатом" последствие - необходимость ввоза значительного количества ОЯТ АЭС с РУ ВВЭР, строящихся за рубежом, без понятной перспективы обращения с радиоактивными отходами их переработки.

Указанное может подорвать политическое и социальное доверие к программам ГК "Росатом" по строительству АЭС за рубежом.

В ГК "Росатом" и АО "Техснабэкспорт" разработано продуктовое направление "Сбалансированный ЯТЦ".

Данное предложение ориентировано прежде всего на зарубежных потребителей, где эксплуатируются и/или строятся АЭС по российским проектам (Белоруссия, Венгрия, Турция и др.). Предложение включает в себя ряд новых подходов по обращению с продуктами переработки ОЯТ АЭС.

Поставщику ОЯТ предлагается после его переработки осуществлять возврат радиоактивных отходов, не требующих захоронения в глубоких геологических формациях, т.н. короткоживущая фракция ВАО (КФ ВАО), с определением количества и активности таких отходов с использованием принципа радиационного эквивалента (эквивалента активности), предусмотренного в Положении о порядке ввоза ОТВС зарубежных ректоров в Российскую Федерацию (утверждено постановлением Правительства Российской Федерации от 11.07.2003 №418), внесены также поправки в соответствующее руководство по безопасности РБ-092-13 (приказ Ростехнадзора от 29.12.20021 №472).

Вышеуказанное решение должно обеспечиваться российскими технологиями контейнерного обращения с ОЯТ/ВАО и разрабатываемыми концепциями обоснования безопасности приповерхностного или среднеглубинного захоронения указанных РАО, для формирования у заказчика законченного решения в цепочке:

1) транспортировка ОЯТ в Российскую Федерацию,

2) переработка ОЯТ с фракционированием КФ ВАО,

3) упаковка КФ ВАО в невозвратный контейнер,

4) промежуточное хранение с целью снижения остаточного тепловыделения,

5) транспортировка упаковки с КФ ВАО в страну поставщика ОЯТ на захоронение.

Опционно, АО "ТВЭЛ" при наличии экономической целесообразности может предложить потенциальным заказчикам поставку ядерного топлива из регенерированного урана или уран-плутонивого топлива низкого обогащения (РЕМИКС) для использования в реакторах типа ВВЭР.

Однако на настоящий момент для принятия зарубежным заказчиком решения о переработке ОЯТ в России на условиях возврата РАО это не является ключевой ценностью для принятия такого решения.

В то же время, наличие программ развёртывания парка быстрых ректоров может сделать Российскую Федерацию единственным потребителем плутония в мире на среднесрочную перспективу.

Значительная часть экспертного сообщества понимает необходимость вернуть плутоний в ядерно-топливный цикл АЭС, так как его длительное хранение (выделенного или в ОЯТ) ведёт к накоплению минорных актинидов (МА) вследствие естественного распада изотопов плутония.

Сейчас во внешнем топливном цикле, (при хранении ОЯТ или выделенного плутония) темпы накопления МА существенно опережают темпы их наработки в действующих ректорах.

Кроме того, длительное хранение ОЯТ ведёт к утрате делящегося Pu-241 вследствие его естественного распада.

Задача утилизации (дожигания) минорных актинидов, поставляемых в составе ОЯТ на переработку в Россию, рассматривается АО "Техснабэкспорт" в качестве ключевого условия для продвижения Сбалансированного ЯТЦ на рынок переработки ОЯТ реакторов западного дизайна, что в случае успеха позволит кратно увеличить потенциальную выручку предприятий ГК "Росатом" в сравнении с рыночной нишей реакторов ВВЭР.

Однако в среднесрочной перспективе существенно приблизиться к цели радиоэквивалентного захоронения РАО (или хотя бы радикально повлиять на тенденцию накопления МА) можно существенно сократив образование МА в ядерном топливном цикле, прежде всего за счёт радикального сокращения времени внешнего топливного цикла - нахождения ОЯТ на хранении.

Вышеуказанные тезисы (влияние сокращения сроков хранения ОЯТ на баланс делящихся элементов и темпов накопления МА) могут стать дополнительным аргументом необходимости переработки ОЯТ, как условие признания атомной энергетики соответствующей целям устойчивого развития.

При разработке продуктового предложения "Сбалансированный ЯТЦ" были сформированы следующие ключевые показатели, формирующие его потребительскую ценность для потенциального клиента:

1) избежать создания в каждой стране размещения АЭС могильника для геологического захоронения ОЯТ/ВАО и связанных с этим значительных расходов и неопределённостей (отсекающий критерий);

2) затраты на реализацию Сбалансированного ЯТЦ не должны существенно увеличиться в сравнении со сложившимся уровнем отчислений на обращение с ОЯТ и РАО (важнейший критерий);

3) кратно сократить количество упаковок для длительного хранения и транспортировок ОЯТ/ВАО (дополнительный критерий);

4) снизить затраты на свежее топливо за счёт рецикла ЯМ (дополнительная выгода, обеспечивается АО "ТВЭЛ").

Для обеспечения технологической готовности в рамках Сбалансированного ЯТЦ ГК "Росатом" сформированы следующие направления развития:

• "Переработка ОЯТ с фракционированием ВАО". Отв. АО "Техснабэкспорт";

• "Системы длительного хранения ОЯТ/ВАО", Отв. АО "Техснабэкспорт";

• "Уранплутониевое топливо для реакторов на тепловых нейтронах". Отв. АО "ТВЭЛ";

• "Дожигание минорных актинидов в реакторах на быстрых нейтронах". Отв. АО "ТВЭЛ".

Основная бизнес-идея компоненты "Переработка ОЯТ с фракционированием ВАО", позволяющей кратно увеличить выручку предприятий атомной отрасли - сделать переработку ОЯТ рыночным товаром, что видится возможным, по оценкам АО "Техснабэкспорт", при формировании и международном признании стандартных решений в отношении продуктов переработки ОЯТ.

Для это сформирован следующий подход:

• результат переработки - возврат зарубежному заказчику стандартизованной упаковки РАО, которая бы исключала необходимость её захоронения в глубоких геологических формациях (КФ ВАО), но при этом по своим ключевым характеристикам (изотопный состав, активность, остаточное тепловыделение, массо-габарит и т.д.) не зависела от характеристик ОЯТ, передаваемого на переработку;

индивидуальные отличия - только количество упаковок, которое меняется в большую или меньшую сторону, исходя из характеристик ОЯТ (тип топливной композиции, начальное обогащение и нуклидный состав делящихся изотопов, масса топливной композиции в ОТВС, выгорание, срок выдержки);

• активность долгоживущих элементов и минорных актинидов (америций, кюрий, плутоний, нептуний) компенсируется дополнительными объёмами КФ ВАО, исходя из методики радиационного эквивалента (эквивалента активности);

• использование или отказ от использования регенерированных ЯМ также учитывается методикой и компенсируется дополнительными объёмами (или сокращением объёмов) возврата КФ ВАО, так как содержащийся в ОЯТ уран и плутоний учитывается при оценке дозового эквивалента ОЯТ.

В целях практической реализации продуктового направления "Сбалансированный ЯТЦ" АО "Техснабэкспорт" и ФГУП "ПО "Маяк" определены рыночным и технологическим интеграторами по компоненте "Переработка ОЯТ зарубежных АЭС с фракционированием ВАО" (распоряжение Госкорпорации "Росатом" от 17.07.2019 №1-13/523-Р).

По компоненте "Системы длительного хранения ОЯТ/ВАО" технологические интеграторы: ФГУП "РФЯЦ ВНИИЭФ" (в части контейнеров семейства ТУК-137Т) и АО "ОКБМ им. И.И. Африкантова" (в части упаковочного комплекта хранения повышенной вместимости (УКХ ПВ) для ОЯТ/ВАО).

Цепочка создания стоимости в Сбалансированном ЯТЦ сейчас в нашем представлении выглядит как на иллюстрации ниже.

Цепочка создания стоимости в СБЯТЦ и новые продукты ГК "Росатом".
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Цепочка формируется из новых продуктов, создаваемых производственными интеграторами по техническим заданиям рыночного интегратора, что обеспечивает гарантию их востребованности на рынке.

Текущее состояние по продукту №1. Изготовлен головной образец семейства - транспортный ТУК-137Т.Р. Впереди "холодные" испытания на российских АЭС. В изготовлении находится головной ТУК-137Т.А1 для АЭС "Аккую". Это прототип унифицированного решения для зарубежных АЭС ТУК-137Т.Е. Планируется его поставка заказчику в феврале 2024 года.

Продукт №1.
Транспортный упаковочный комплект ТУК-137Т.Р.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

По продукту №2, "короткоживущая" фракция ВАО - стандартизованное решение для формирования эквивалента активности ОТВС зарубежных АЭС.

По результатам работ 2020-2021 годов сформированы исходные требования к самой КФ ВАО (нуклидный состав, включая предельное содержание трансурановых элементов, активность и остаточное тепловыделение - на момент формирования упаковки), а также предварительные массогабаритные характеристики первичной упаковки (пенала) и упаковки контейнерного хранения повышенной вместимости.

Продукт №2.
Исходные данные сформированы.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

По продукту №3, упаковка контейнерного хранения, решающая задачи длительного хранения (для снятия активности и остаточного тепловыеделния на одном-двух периодах полураспада Cs+Sr), транспортировки и захоронения (в перспективе) КФ ВАО. Утверждено техническое задание, начата стадия технического проекта.

Продукт №3.
Упаковка для КФ ВАО - УКХ ПВ.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

По продукту №4, захоронение КФ ВАО в "едином" ПЗРО для РАО эксплуатационных и от вывода из эксплуатации АЭС.

Потребуется разработать специальное проектное решение для обращения с КФ ВАО, включая возможность его захоронения в УКХ ПВ как невозвратной упаковки, выполняющей функцию инженерного барьера. Находится на этапе рамочного обоснования безопасности и поиска оптимальных проектных решений.

Продукт №4.
Концептуальный проект типового ПЗРО.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Согласно решению совместного заседания НТС №1, №2, №5, №8 Госкорпорации "Росатом" по теме: "Рассмотрение программы НИОКР продуктового направления "Сбалансированный ЯТЦ" на 2020 и последующие годы" от 24.10.2019 первоочередной задачей на 2020-2021 гг. являлось обоснование экономической целесообразности и технической реализуемости предлагаемых решения.

Для этого была утверждена Программа первоочередных работ на 2020-2021 гг. Сбалансированного ЯТЦ по компоненте "Переработка ОЯТ зарубежных АЭС с фракционированием ВАО" (далее - Программа).

Решением НТС № 10 от 9 марта 2022 г. с учётом актуальности и новизны предложенных конструктивных и технологических решений одобрена целесообразность разработки системы длительного хранения ОЯТ и ВАО на базе УКХ ПВ в соответствии с утверждённым Госкорпорацией "Росатом" техническим заданием и представленных на заседании НТС принципиальных конструкторских и материаловедческих решений АО "ОКБМ им. И.И.Африкантова" и АО "НПО "ЦНИИТМАШ".

Рекомендовано выполнить:

• обоснование безопасности и разработку технологии производства ключевых конструктивных элементов УКХ ПВ, включая выбор производственной площадки (приоритетно отраслевой),

• технический аудит и подготовку производства,

• разработку и выполнение программ НИОКР (литья, мехобработки, сварки и наплавки, нанесения покрытий),

• разработку технологических процессов по переделам изготовления оснастки и полноразмерной опытной отливки корпуса из ВЧШГ,

• а также запланировать и провести серию испытаний опытного образца УКХ ПВ для подтверждения безопасности упаковки во всех режимах её использования.

Решением НТС №5 ГК "Росатом" (от 13 июля 2022 года) одобрены результаты исследований 2020-2021 гг. по компоненте "Переработка ОЯТ зарубежных АЭС с фракционированием ВАО", проведённых для подтверждения возможности извлечения "короткоживущей" цезий-стронциевой фракции ВАО при переработке ОЯТ АЭС и представленный АО "Техснабэкспорт" план работ на 2022-2023 гг. по разработке технологии отверждения выделяемой "короткоживущей" фракции ВАО в боросиликатную стеклоподобную матрицу. Членами НТС даны важные рекомендации и конструктивные предложения.

Планируем до конца 2022 г. рассмотреть на секции НТС №10 подходы по захоронению КФ ВАО в едином ПЗРО.

Обоснованием экономической целесообразности переработки ОЯТ с возвратом заказчику КФ ВАО на настоящий момент является продуктовая стратегия "Международные продажи референтных товаров, работ и услуг в областиобращения с ОЯТ и РАО (от его переработки)". И уже в ближайшее время мы намерены подтвердить её положения обязывающими документами в отношении планов по переработке ОЯТ АЭС с рядом зарубежных партнёров.

Для этого на следующем этапе реализации компоненты "Переработка ОЯТ зарубежных АЭС с фракционированием ВАО" на период с 2022 г. будут получены демонстрационные образцы КФ ВАО, отработан аналитический комплекс сопровождения технологических процессов извлечения (очистки) и отверждения.

Планируется получение и паспортизация "горячих" образцов КФ ВАО вместе с потенциальными заказчиками.

Совместно с ИБРАЭ РАН выполняется концептуальный проект типового ПЗРО и рамочное обоснование его безопасности для приповерхностного или среднеглубинного захоронения КФ ВАО.

К концу 2025 года будет завершён технический проект, лицензирован и испытан головной образец УКХ ПВ, для чего на площадке ФГУП "ГХК" планируется создание соответствующего опытного стенда.

Следите за следующими публикациями нового сериала "СБЯТЦ это навсегда"!

С обзором текущего положения дел с ОЯТ в мире можно ознакомиться в статье "Отработавшее ядерное топливо: факты и тенденции" (автор - Е.Г.Кудрявцев).

Ключевые слова: ОЯТ, РАО, Техснабэкспорт, Статьи, Мнения

---

Другие новости:

Госсовет КНР одобрил планы по строительству четырёх блоков

Два блока с HPR-1000, два - с CAP-1000.

Опубликован годовой научный отчёт НИИАР за 2021 год

В отчёте более 70 статей.

На строительстве энергоблока БРЕСТ-ОД-300 смонтирован первый ярус градирни

Строительно-монтажные работы на градирне планируется завершить в сентябре 2023 года, пусконаладочные - в июне 2025 года.

---

---

---

---

Поиск по сайту: