09.22 鄰國核電發展現狀—俄羅斯！

1954 年，5MWe 的OBNINSK 反應堆成為世界首臺發電的核電機組。目前， 俄羅斯已有36 臺核電機組在運行， 總裝機容量26.983GWe。11 臺900MWe 輕水冷卻石墨慢化的RBMK 機組（KURSK,LENINGRAD, SMOLENSK 三個電站），東西伯利亞4 臺11MWe 石墨慢化沸水堆機組，17 臺一代、二代技術VVER 壓水堆系列機組，2 臺三代VVER-1200機組（NOVOVORONEZH 6 號機組已經商運；但是LENINGRAD 2-1 機組還在動態調試中，未計算為運行裝機容量）， BELOYARSK 電站2 臺快中子增殖堆（BN-600, BN-800）。

核電在俄羅斯電力結構中約佔18%，而天然氣發電約佔一半。國際天然氣價格是其國內燃氣發電價格的五倍，因此，俄羅斯願意發展核電，把節約下來的天然氣賣給國際市場，從而獲得更大利潤。另外，西伯利亞氣田到2020 年產氣量預計會下降到四分之一。 這也是俄羅斯開足馬力建設新核電機組的原因之一。ROSATOM 的長期發展戰略是： 通過PRORYV（突破）工程，發展快堆形成燃料封閉循環；到2050年實現核電佔比45% 到50%, 世紀末實現核電佔比70% 到80%。

俄政府決定到2020 年結束對核電建設項目的財政支持，該政策極大地刺激了ROSATOM 搶佔世界市場的荷爾蒙。據2017 年底統計，俄羅斯簽訂的核電裝備和服務出口合同高達1330 億美元。

俄羅斯也在積極開展核電機組的延壽工作。機組延壽與增容帶來的巨大經濟利益是俄羅斯開展這些工作的主要動力。根據多年實際經驗，俄羅斯機組延壽所需的設備更新的投資僅僅是延壽增收的五分之一左右，機組增容的經濟價值突出，以ROSTOV-2機組為例，其建設成本為2400USD/KW，而增容投資僅僅200USD/KW。

2000 年， 俄羅斯開始12 臺一代機組5.7GWe 的延壽審評。早期的俄羅斯核電機組設計壽命30 年，目前 29 臺已經獲得15 年的延壽許可。2014 年， 俄羅斯的核電機組延壽審評標準跟國際標準接軌，並獲得了國家批准。一般通過反應堆壓力容器退火處理，或者通過更換老化設備（也有拆卸退役機組上性能尚佳的設備用於延壽機組）等手段。VVER-440 機組從初始設計壽命30 年延期到45 年；VVER-1000 機組的運行許可一般延至60 年，延壽達30 年之多。2015 年，巴拉科夫1 號機組完成延壽審評； 後續3 臺機組也獲得相同的延壽許可。

2012 年俄羅斯能源當局制定核電機組擴容計劃，VVER-440 機組擴容到107%， RBMK 機組擴容到105%， VVER-1000 機組到104-110%（2013 年修改計劃到107-110%）。2016 年底， 所有VVER-1000 機組完成擴容104%。2014 年開始到2018 年，以巴拉科夫4 號機組為示範，通過使用TVS-2M 改進型燃料進行擴容到107%，預計增容費用會提高到570USD/KW。費用提高的主要因素是汽輪發電機組的更換。2015 年完成VVER-440 機組擴容到105%，其中KOLA4 號機組擴容到107%。

VVER-440 機組維持12 個月換料。VVER-1000 機組最初設計是12 個月換料，到2008 年全部實現18 個月換料。目前正在考慮在新建機組VVER-TOI引入24 個月換料，主要通過提高燃料富集度，從4-4.5%提高到6-7%。

此外，還有RBMK 石墨堆的延壽與降功率運行。俄羅斯動力堆研究院最初設想通過增加燃料富集度從2.4% 到3% 來實現石墨堆的增容。但是2012 年， 在LENINGRAD 一號機組發現，增容到105% 後石墨老化變形嚴重， 直接導致壓力管變形。於是2013 年，對LENINGRAD 一號機組進行了一次石墨堆棧的幾何形狀的修整，拆除壓力管後，徑向切割石墨柱，使其幾何形狀滿足最初設計要求。另外，為安全考慮， 俄羅斯決定所有的RBMK 石墨反應堆降功率運行在80% 水平。

目前俄羅斯制定了反應堆技術開發的幾個方向：

AES2006 是以1170MWe 的VVER-1200 為基礎的三代堆型。主要有兩種設計來源，一個來源是聖彼得堡原子能設計院的V-491 反應堆，另一個來源是莫斯科原子能設計院的V-392M 反應堆。V-491與V-392M 反應堆的熱功率均為3500MWt( 其中300MWt 用於地方供熱)。而AES-2006 的設計壽命增加到60 年， 熱效率也從V-491 或者V-392M的31.6% 提升到34.8%。與V-392M 相比， AES-2006 使用相同的燃料組件數163，也是典型的四環路設計，但是壓力容器直徑稍大一點，運行壓力和溫度稍高一點（出口溫度329 度），燃耗深度可達到70GWd/t，24 個月換料。堆芯捕集器填充非金屬吸熱材料。系列建造週期不大於54 個月。建設成本約2100 美元/ 千萬。兩臺示範堆NOVOVORONEZH-6 於2016 年開始商運，LENINGRAD 2-1 於2017 年底臨界。

2. VVER-TOI

在AES-2006 基礎上進行典型的優化設計並配置先進的信息技術， 形成VVER-TOI 堆型。ROSATOM 聲稱這種設計將是俄羅斯乃至世界新的反應堆設計標準。主要變化是反應堆壓力容器的製造工藝改進， 由AES-2006 的6 道焊縫改為4 道焊縫。壓力容器的鋼材也改用沒有輻照脆化限制的新型鋼材。這些變化是反應堆壽命延長到60 年，堆芯燃耗深度可達70GWD/T，實現24 月換料的保證。熱功率3300MWt，堆芯裝載163 個優化燃料組件。蒸汽發生器更大，而且增加改進型非能動系統，可以實現停堆後72 小時無需操縱員干預。建造週期可以縮短到40 個月。從而極大降低建設成本和運行成本。據說每年每GWe的天然鈾的消耗也可以從目前的190 噸降到135 噸。2009 年開始設計，2012 年底完成，2013 年申請俄羅斯設計許可。俄羅斯打算在歐洲和美國也申請VVERTOI的許可，從而進軍歐美市場。

3. 快堆技術

2010 年俄羅斯政府批准聯邦核能發展計劃2010-2015-2020, 該計劃的財政預算達1100 億盧布。其中600 億盧布用於快堆研發， 包括100MWe 的鉛-鉍冷快堆SVBR， 300MWe 的鉛冷快堆BREST,150MWt 的多用途堆MBIR, 以及鈉冷快堆BN 系列的繼續研究。ROSATOM 到2050 年的長期戰略目標是利用封閉燃料循環的快堆、MOX 燃料以及氮化物燃料研發成固有安全的反應堆。值得多說一句的是多用途堆MBIR， 它是一個燃燒MOX 燃料的多環路實驗快堆， 用於測試鈉、鉛、鉛- 鉍以及氣體冷卻劑的性能。2016 年，該實驗堆對IAEA 開放，2017 年邀請國際參與。

目前俄羅斯兩臺BN 快堆運行。1980 年BELOYARSK 3 號機組BN-600 開始商運，最初設計壽命30 年，獲得延壽15 年許可，可以運行到2025 年。BN-600 是熱功率1470MWt 三環路的池式鈉冷快堆。由於不斷改進，燃料利用率從最初的設計值7% 提升到11.4%。

2006 年開始建設BELOYARSK 4 號機組BN-800，該機組使用MOX 燃料，可以燃燒反應堆級和武器級鈈。俄羅斯原計劃利用該機組技術逐步取代2020年後退役的機組容量。在BN-800 機組建造過程中，由於資金缺乏，工程幾度延期，到2014 年才啟動，2015 年11 月才發電。該機組熱功率2100MWt, 電功率864MWe 。初始設計燃耗深度66GWD/T，逐步提升到100GWD/T。

4. 破冰船反應堆

開發利用北極圈內的礦藏——石油天然氣就離不開破冰船。1959 年，俄羅斯首次裝載核動力破冰船——列寧號，1970 年更換新一代船載反應堆，使列寧號繼續服役到1989 年。繼列寧號之後，從1975 年開始了北極圈級6 艘破冰船的建造，每艘搭載兩座171MWt反應堆， 最大輸出54MW 推力。 1977 年， 北極號破冰船到達北極，成為世界上首次到達北極的船隻。兩艘第三代破冰船北極號和西伯利亞號分別於2016年6 月和2017 年9 月下水， 船上搭載175MWt 的RITM-200 反應堆，雙汽輪發電機組，螺旋槳輸出功率60MW。預計北極號2019 年完成調試。目前正在設計最新四槳推力破冰船LK-120， 螺旋槳輸出功率可達120MW，可破冰達4 米厚，即使在2 米厚的冰面也可以達到14 節航速。該船搭載315MWt 反應堆RITM-400。

5. 浮動堆

ROSATOM 最初計劃到2015 年建造七八個浮動堆。首堆命名——萊曼諾索夫院士，計劃2010 年完成建造。該堆由兩座KLT-40S 反應堆驅動，每運行12 年經歷一個為期一年的換料大修週期，共計三次換料，38 年運行壽命。2007 年， 萊曼諾索夫院士堆在SEVMASH 船塢鋪下龍骨。2008 年， 由於SEVMASH 有飽和的軍工任務，萊曼諾索夫院士堆轉到有豐富破冰船製造經驗的聖彼得堡波羅的海船塢公司，2009 年重新鋪設龍骨；並重新制定建造計劃：2012 年完成建設並拖往勘察加半島服役，2013 年實現海軍基地的供電供熱。也許萊曼諾索夫院士堆註定命運多舛，變更承包商後，又逢波羅的海船塢公司資不抵債，工程被多次拖延。萊曼諾索夫2010 年下水，2013 年兩臺KLT-40S 反應堆安裝就位，2016 年年中開始錨地實驗。目前ROSENERGOATOM 不得不改變計劃，希望2018 年初能夠從聖彼得堡經波羅的海拖到穆爾曼斯克裝料和啟動，然後再拖到遠東目的地PEVEK, 期望在2019 年在PEVEK 完成最後的調試並投入運行。2016 年，與浮動堆配套的岸基設施已經在PEVEK 開始建設。預計萊曼諾索夫院士堆建成價格達215 億盧布。

2017 年7 月， ROSATOM 宣佈第二座以及後續浮動堆將採用最新的破冰船反應堆RITM-200M, 每臺反應堆功率增加50MWe, 但是重量減少1500 噸，新設計將可以使船體尺寸減少和排水量減少近4000 噸。再大一點的浮動堆計劃使用325MWe 的VBER-300 反應堆，裝載在49000 噸的駁船上。

6. 可變中子譜反應堆VVER-SM

俄羅斯水力設計院GIDROPRESS 推出一種新的堆型VVER-SM， 是一種241 個燃料組件的3300MWt 的反應堆， 其中132 個燃料組件裝配可移動格架。隨著燃料深度的增加，堆芯後備反應性逐漸減少，132 個燃料組件中的可移動格架逐步抽出，從而增加堆芯的水鈾比。由於堆芯水鈾比增加，中子得到充分慢化，把堆芯的中子譜從壽期初的硬譜逐漸向熱中子譜推移，保證堆芯滿功率運行。從一個換料週期來看， 堆芯中子譜較長時間處於硬化譜，快中子將U-238 轉化成Pu-239, Pu-241 的份額較普通壓水堆大得多。隨著燃耗深度增加，堆芯的增殖比降低，產生的Pu-239,Pu-241 也在反應堆中後期的熱中子譜運行時釋放出裂變能量， 使得燃料的利用率顯著增加。這種特殊的可移動格架在壽期初保證堆芯的水鈾比1.5，壽期末格架全部抽出後水鈾比可到達2.0 。