提升全球競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)能力、增加國(guó)際市場(chǎng)份額是俄羅斯國(guó)家原子能集團(tuán)確定的發(fā)展目標(biāo)。其下屬核燃料板塊(TVEL)以全球 “領(lǐng)先一步”為根本宗旨，面向國(guó)際市場(chǎng)和未來(lái)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，集中優(yōu)勢(shì)資源，推動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)性核燃料新產(chǎn)品研發(fā)，全力競(jìng)爭(zhēng)國(guó)際市場(chǎng)，已成為全球三大核燃料制造和供應(yīng)商之一。截至目前，俄羅斯核燃料市場(chǎng)主要包括全球近80臺(tái)核電機(jī)組、30座研究堆和俄核動(dòng)力艦船，占全球市場(chǎng)份額的17%，鈾濃縮業(yè)務(wù)更是占到36%，10年期訂單100余億美元。
提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、國(guó)際視野和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)是俄羅斯核燃料板塊的主要發(fā)展思路。其發(fā)展方向重點(diǎn)聚焦在傳統(tǒng)VVER市場(chǎng)地位的鞏固、國(guó)際壓水堆新市場(chǎng)的開(kāi)拓、再生鈾燃料的利用、閉式燃料循環(huán)的解決方案、未來(lái)燃料市場(chǎng)的能力儲(chǔ)備等。
01鞏固傳統(tǒng)市場(chǎng)控制地位，升級(jí)換代VVER機(jī)組核燃料
圍繞全球在運(yùn)VVER機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性提升目標(biāo)，基于成本優(yōu)勢(shì)和技術(shù)研發(fā)能力，考慮各核電站功率提升和長(zhǎng)周期換料需求，TVEL制定了核燃料競(jìng)爭(zhēng)性提升和零故障計(jì)劃。針對(duì)VVER-440機(jī)組，TVEL推出了2套核燃料產(chǎn)品方案。一是升級(jí)通用的二代核燃料，將組件內(nèi)鈾量增加，并優(yōu)化水鈾比。捷克杜卡萬(wàn)、匈牙利帕克什和芬蘭洛維薩核電站采用了該方案。其中，匈帕克什核電站燃料循環(huán)長(zhǎng)度已達(dá)15個(gè)月。二是研發(fā)了新一代PK-3核燃料，其循環(huán)長(zhǎng)度在108%額定功率下可達(dá)15~16個(gè)月，俄克拉核電站正在使用該型號(hào)燃料。
針對(duì)VVER-1000和VVER-1200機(jī)組，俄在其УТВС等傳統(tǒng)核燃料技術(shù)的基礎(chǔ)上于2012年推出了ТВС-2М系列和ТВСА系列核燃料，主要通過(guò)增加鈾量和加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度來(lái)解決客戶(hù)關(guān)心的安全性保證和經(jīng)濟(jì)性提升問(wèn)題，保障各VVER核電站功率提升和18個(gè)月?lián)Q料周期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
2012年俄開(kāi)始試生產(chǎn)ТВС-2М型核燃料并在巴拉克夫核電站2號(hào)機(jī)組試用，之后普遍推廣。目前，ТВС-2М核燃料已在俄巴拉克夫核電站4臺(tái)機(jī)組、新瓦核電站3臺(tái)機(jī)組、我國(guó)田灣核電站4臺(tái)機(jī)組使用。2019年6月，俄同印度庫(kù)旦庫(kù)拉姆核電站簽訂2臺(tái)機(jī)組ТВС-2М燃料供貨合同，計(jì)劃2021年入堆，以實(shí)現(xiàn)18個(gè)月?lián)Q料周期目標(biāo)。
ТВСА型核燃料主要用于中東歐和俄國(guó)內(nèi)特定客戶(hù)。2018年，保加利亞科茲拉杜伊核電站使用ТВСА-12型燃料，實(shí)現(xiàn)了104%的功率提升目標(biāo);同年，捷克特梅林核電站采用了ТВСА-Т mod.2型核燃料;另外烏克蘭各電站和俄加里寧核電站也在使用ТВСА型核燃料。
目前，俄在ТВС-2М燃料的基礎(chǔ)上又研發(fā)了ТВС-4新一代核燃料，增加了鈾裝量，預(yù)計(jì)可使發(fā)電成本下降2%~4%。俄又提出了使核電安全性和經(jīng)濟(jì)性提升的核燃料技術(shù)新方案，將濃縮鈾的富集度提高至5%以上，燃料包殼使用其它合金替代鋯合金。
02聚焦拓展國(guó)際壓水堆市場(chǎng)，集中研發(fā)方形核燃料
2002年俄開(kāi)始研發(fā)方形燃料，目標(biāo)針對(duì)的壓水堆市場(chǎng)。其技術(shù)主要基于VVER燃料制造經(jīng)驗(yàn)，采用鋯合金包殼，并加強(qiáng)了燃料支撐和定位格架。
2011年2月，俄同瑞典大瀑布核燃料公司簽訂了4組或8組試用方形燃料供貨合同，并于2014年裝入林格哈里斯3號(hào)機(jī)組，2018年5月完成了3個(gè)燃料循環(huán)。2016年11月，俄同該公司簽訂了核燃料商用正式供貨合同，將于2021年供貨，正式進(jìn)軍歐洲壓水堆核電站市場(chǎng);2017年6月，俄又同大瀑布公司簽訂了林格哈里斯4號(hào)機(jī)組試用4組或8組方形核燃料供貨合同。
在開(kāi)發(fā)美國(guó)市場(chǎng)方面，俄重點(diǎn)聚焦西屋公司設(shè)計(jì)的35臺(tái)3、4環(huán)路反應(yīng)堆。2016年7月，俄同美國(guó)GNF-A公司簽訂了聯(lián)合推動(dòng)方形燃料進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)的合作協(xié)議，并同美一家核電運(yùn)營(yíng)商簽訂了燃料試用合同，計(jì)劃2019年向美國(guó)供貨，實(shí)現(xiàn)了對(duì)美國(guó)市場(chǎng)的首次突破。
03研制REMIX燃料，以再生鈾技術(shù)實(shí)現(xiàn)降本增效
再生鈾核燃料已在俄使用多年，主要用于大功率石墨堆和克拉核電站VVER-440機(jī)組，在加里寧核電站1臺(tái)VVER-1000機(jī)組也已試用。通過(guò)對(duì)再生鈾資源的提取利用，可有效減少對(duì)天然鈾的使用，并達(dá)到增加效益和節(jié)約燃料成本的目標(biāo)。
2014年，俄赫洛斌鐳研究院提出了REMIX核燃料研發(fā)方案，使用從乏燃料中提取的未裂變的再生鈾钚混合物，并添加部分鈾。俄已掌握再生鈾提取技術(shù)，工藝中不使用氫和氨，可減少液體廢物，取得了發(fā)明專(zhuān)利。俄TVEL、反應(yīng)堆研究院、核能康采恩、水壓機(jī)設(shè)計(jì)院、庫(kù)爾恰托夫科學(xué)院、無(wú)機(jī)材料研究院等10余家單位參加了REMIX燃料聯(lián)合研發(fā)工作，量產(chǎn)后用于俄在運(yùn)的VVER機(jī)組并向國(guó)際市場(chǎng)推廣。
2016年，俄核反應(yīng)堆研究院試驗(yàn)了8根REMIX燃料棒，并于2017年9月進(jìn)行堆后分析，結(jié)果滿(mǎn)意。
2016年5月，俄將REMIX燃料元件混裝至ТВС-2М燃料組件，在巴拉克夫核電站3號(hào)機(jī)組考驗(yàn)。2019年5月，TVEL表示3組REMIX燃料試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果良好，并計(jì)劃再考驗(yàn)一個(gè)周期，將于2020年初進(jìn)行堆后分析，2030年前后正式使用。
04服務(wù)閉式燃料循環(huán)目標(biāo)，研發(fā)鈾钚混合氮化物燃料(СНУП)和MOX燃料
燃料閉式循環(huán)是俄明確的核能技術(shù)發(fā)展路線。為此，俄制定了熱中子堆與快中子堆雙元發(fā)展戰(zhàn)略與核燃料閉式循環(huán)“突破”創(chuàng)新計(jì)劃，希望通過(guò)VVER熱中子堆和先進(jìn)快堆雙元發(fā)展以及所掌握的閉式燃料循環(huán)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更高安全性和更具競(jìng)爭(zhēng)力的核能發(fā)展目標(biāo)。
落實(shí)“突破”科學(xué)創(chuàng)新計(jì)劃，俄于2011年開(kāi)始在西伯利亞化學(xué)工廠著手研發(fā)鈾钚混合氮化物燃料(СНУП)，建設(shè)БРЕСТ-ОД-300鉛冷快堆。2018年2月，俄研發(fā)出鈾钚混合氮化物燃料，并在BN-600和BN-800機(jī)組進(jìn)行了考驗(yàn)試用。目前“突破”項(xiàng)目的燃料制造模塊已建成，燃料安全論證也已完成，后續(xù)計(jì)劃用于BN-1200商用堆。另外鉛冷快堆也正在建設(shè)，計(jì)劃2026年建成啟動(dòng)。
MOX燃料是俄實(shí)現(xiàn)閉式燃料循環(huán)目標(biāo)的另一重點(diǎn)發(fā)展方向，主要使用貧鈾和氧化钚，通過(guò)旋流研磨、壓制、烘烤等工藝制造。據(jù)報(bào)道，俄已掌握MOX燃料關(guān)鍵技術(shù)，具備工業(yè)化生產(chǎn)能力。
2015年，俄核燃料后端企業(yè)礦山化學(xué)聯(lián)合體開(kāi)始工業(yè)生產(chǎn)MOX燃料。2016年3月，首批MOX燃料正式裝入俄BN-800快堆機(jī)組(1/5堆芯)，目前已達(dá)90組，并計(jì)劃2019年堆芯全部使用MOX燃料。后續(xù)BN-1200快堆也計(jì)劃采用MOX燃料。
05面向未來(lái)全球核電市場(chǎng)，研發(fā)耐事故核燃料
2011年福島核事故之后，俄TVEL下屬無(wú)機(jī)材料研究院便牽頭負(fù)責(zé)耐事故核燃料的研發(fā)工作，主要聚焦燃料包殼材料和芯塊，包括鋯合金包殼的鉻涂層、42XHM鉻鎳合金包殼、復(fù)合材料(碳化硅等)、鈾鉬燃料等。
在包殼材料方面，俄主要研究鋯合金鉻涂層和42XHM鉻鎳合金等方案。其中，鋯合金鉻涂層方案可阻斷鋯金屬同一回路冷卻劑的接觸，進(jìn)而減少?lài)?yán)重事故情況下氫氣的產(chǎn)生，該方案的實(shí)施也最為快捷;鉻鎳合金包殼方案可以完全替代鋯合金，但需要解決中子捕獲截面大和材料論證等問(wèn)題，耗時(shí)較長(zhǎng);復(fù)合材料是未來(lái)趨勢(shì)，但其脆性等問(wèn)題是需要突破的難點(diǎn)。目前，俄已掌握鋯合金包殼耐熱涂層和非鋯材料焊接工藝，并完成了第一批鈾鉬燃料芯塊的生產(chǎn)。
2018年2月TVEL確定了耐事故核燃料研發(fā)計(jì)劃，同年5月TVEL宣布獲得西方某國(guó)的訂單。
2018年12月27日，俄生產(chǎn)了2組耐事故核燃料試驗(yàn)組件，燃料分別采用傳統(tǒng)的二氧化鈾和鈾鉬芯塊，燃料包殼分別采用鋯合金加鉻涂層和42XHM鉻鎳合金。目前，2個(gè)組件正在俄反應(yīng)堆研究院的研究堆進(jìn)行試驗(yàn)，年底將有結(jié)果。后續(xù)計(jì)劃于2020年之前在俄核電站一臺(tái)運(yùn)行機(jī)組上進(jìn)行試驗(yàn)。
除此之外，俄還計(jì)劃生產(chǎn)、試驗(yàn)鈾硅芯塊。
