核燃料市場(chǎng)處于技術(shù)創(chuàng)新的最前沿。介紹了俄羅斯原子能公司如何通過數(shù)以百萬美元計(jì)的投資項(xiàng)目提高核燃料的經(jīng)濟(jì)性，可靠性和使用性能。

隨著全球主要核燃料生產(chǎn)商都在試圖擴(kuò)大其傳統(tǒng)市場(chǎng)份額，全球核燃料領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。在這種環(huán)境下，如果不想被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手所淘汰的話，這些生產(chǎn)商必須保持核燃料的先進(jìn)性，并且不斷引進(jìn)新模式。

TVEL燃料公司正經(jīng)歷著這一挑戰(zhàn)，TVEL是俄羅斯原子能公司負(fù)責(zé)核燃料的子公司，核心業(yè)務(wù)是致力于不同反應(yīng)堆用燃料的開發(fā)和生產(chǎn)，2016年TVEL生產(chǎn)了超過7000多組核燃料。

俄羅斯的工程師不斷改進(jìn)俄產(chǎn)核燃料的技術(shù)性能，同時(shí)降低成本，確保為客戶提供物美價(jià)廉的核燃料產(chǎn)品。其產(chǎn)品既能滿足采用俄羅斯設(shè)計(jì)的反應(yīng)堆的客戶，也有滿足其他壓水堆設(shè)計(jì)的客戶。

2016年，TVEL核燃料研發(fā)經(jīng)費(fèi)為1600萬美元。主要研究集中在研發(fā)新的核燃料和堆芯結(jié)構(gòu)，尤其是針對(duì)VVER-1000/1200模型。俄羅斯的工程師致力于延長(zhǎng)核燃料的使用壽命，同時(shí)在確保高安全性的同時(shí)加強(qiáng)其可靠性，他們也對(duì)在VVER-1000反應(yīng)堆107%滿功率條件下燃料組件的性能進(jìn)行了研究。

其他研發(fā)項(xiàng)目包括：新型氣體離心機(jī)的開發(fā)研發(fā)；優(yōu)化為西方設(shè)計(jì)的反應(yīng)堆配套的TVS-K燃料組件的設(shè)計(jì)；發(fā)展用于小型核電站系統(tǒng)、液態(tài)堆以及浮動(dòng)反應(yīng)堆新型核燃料；也包括研核動(dòng)力破冰船堆芯的核燃料。

TVEL開發(fā)和生產(chǎn)的核燃料符合國(guó)際最高標(biāo)準(zhǔn)，并可以為一系列核動(dòng)力反應(yīng)堆供給燃料，包括VVER-440，VVER-1000/1200，BN-600，BN-800，RBMK-1000以及研究堆和核動(dòng)力裝置在內(nèi)。

改進(jìn)先進(jìn)核燃料性能

先進(jìn)核燃料類型包括TVSA-PLUS，TVS-2M；用于第二代VVER-440反應(yīng)堆的8.9mm直徑的RK-3型核燃料元件；適用于VVER-1000反應(yīng)堆的第四代燃料組件TVSA-12；還包括用于VVER-1200反應(yīng)堆的核燃料。

TVSA-PLUS和TVS-2M先進(jìn)核燃料通過提高使用壽命和延長(zhǎng)核燃料循環(huán)時(shí)間來改進(jìn)核電運(yùn)行的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。VVER-440的第二代和第三代核燃料可以將大功率反應(yīng)堆的燃料周期延長(zhǎng)五至六年。用于KLT-4反應(yīng)堆型的核燃料其U-235豐度低于20%，滿足核不擴(kuò)撒的要求，該反應(yīng)堆技術(shù)基于船舶動(dòng)力裝置技術(shù)。TVEL同樣為研究堆提供低濃縮度的核燃料。例如，2017年向波蘭的Maria研究堆提供了第一批低濃縮MP型燃料組件（19.7%）。

為VVER-1200反應(yīng)堆提供的核燃料使該反應(yīng)堆能夠在負(fù)荷跟蹤模式下靈活調(diào)整換料周期，包括AES-2006型每日基荷浮動(dòng)調(diào)節(jié)（反應(yīng)堆最大功率已經(jīng)提高至1200MWe）。

為VVER-440反應(yīng)堆提供的第二代8.9mm徑核燃料元件，使該反應(yīng)堆能夠在核燃料低濃縮度條件下保持機(jī)組的發(fā)電功率，或者在維持功率條件減少需要裝載的燃料組件數(shù)目。

為了優(yōu)化核燃料周期，一些VVER-1000燃料組件呈網(wǎng)格狀布局，軸向安裝控制棒，使用VVER-440堆型的反應(yīng)堆準(zhǔn)備引進(jìn)第三代燃料組件。

通過增加核燃料的使用壽命來提高核燃料循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性和效率，必須引進(jìn)新的更高U-235濃縮度的核燃料。

TVEL基本解決了在VVER-1000和VVER-1200反應(yīng)堆上利用鈾濃縮度為5%的核燃料的問題。最近的趨勢(shì)是延長(zhǎng)反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)間。然而，在開環(huán)核燃料循環(huán)模式下，隨著燃料壽命周期的增加，燃料的燃耗逐漸減少，相對(duì)的鈾的消耗量增加，這對(duì)于鈾濃縮度5%的燃料是一個(gè)非常棘手的問題。

俄產(chǎn)燃料組件設(shè)計(jì)的燃耗水平為65MWd/KgU，但是由于受到燃料循環(huán)的限制，這種潛力并不能完全釋放。解決的辦法就是使用鈾濃縮度5%以上的鈾燃料。Kurchatov研究所的研究表明，將換料周期為18個(gè)月用鈾濃縮度提高到5.45%將換料周期為24個(gè)月的鈾濃縮度度提高到5.8%-6.3%，可以顯著的增加燃料的平均燃耗并減少需要換料的燃料組件數(shù)量。

先前的研究表明，使用這類核燃料的燃料循環(huán)并不會(huì)增加鈾的消耗量，而且可以降低燃料處理時(shí)間。

而且，TVEL還在進(jìn)行全新型核燃料的研發(fā)。Balakovo核電站3號(hào)機(jī)組（Saratov地區(qū)）正在測(cè)試TVS-2M組件，該燃料組件由REMIX制造。REMIX組件（鈾钚混合氧化物燃料）可以減少乏燃料的積累，同時(shí)通過閉環(huán)式燃料循環(huán)節(jié)省寶貴的的天然鈾資源。

同樣地，SiberianChemical（TVEL的附屬企業(yè)）制造了15組混合鈾钚氮化物核燃料，在BeloyarskNPP的BN-600快堆3號(hào)機(jī)組中進(jìn)行測(cè)試。與傳統(tǒng)核燃料相比，這種產(chǎn)品擁有較高的燃耗，可以與液態(tài)金屬冷卻劑相媲美。

因此，俄羅斯核工業(yè)領(lǐng)域長(zhǎng)期創(chuàng)新的傳統(tǒng)，使得TVEL生產(chǎn)的燃料組件保持世界領(lǐng)先水平，在全球市場(chǎng)中具有強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)力，并能滿足全世界核能客戶的最高要求。