Lò công suất nhỏ kiểu Module - SMR nguồn năng lượng bền vững
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
LÒ CÔNG SUẤT NHỎ KIỂU MODULE - SMR
NGUỒN NĂNG LƯỢNG BỀN VỮNG
Song hành với xu hướng phát triển các loại lò phản ứng công suất lớn là xu hướng
phát triển các loại lò công suất nhỏ kiểu module (Small Modular Reactor - SMR) với thiết kế đổi mới.
Hiện nay, có 15 nước thành viên của Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) đang nghiên cứu
phát triển các loại lò công suất nhỏ và trung bình với trên 50 thiết kế khác nhau đang được nghiên
cứu phát triển từ thiết kế khái niệm đến thiết kế cơ sở.
Hai xu hướng phát triển công nghệ
hiện đang được xây dựng tại Phần Lan, Pháp và
Trung Quốc. Mitsubishi Heavy Industries (MHI
- Nhật Bản) có 3 loại: JP-APWR, US-APWR, và
EU-APWR thiết kế phù hợp với yêu cầu đặc thù
của từng nước, dải công suất từ 1538 MW điện
đến1700 MW điện. Toshiba-Westinghouse (Nhật
- Mỹ) có AP-1000 với điểm nhấn là an toàn thụ
động. ATMEA là công ty liên doanh giữa AREVA
và Mitsubishi Heavy Industries đang giới thiệu
với thị trường công nghệ lò ATMEA1 công suất
1100 MW điện. Korea Electric Power Company
(KEPCO - Hàn Quốc) thiết kế và xây dựng loại
APR-1400. Ngoài ra, còn có các loại lò nước sôi
cải tiến như ABWR-1400, ESBWR-1500 của
Ge - Hitachi (Nhật Bản) và KERENA-1250 của
Hiện nay, các nhà máy điện hạt nhân xây
mới chủ yếu sử dụng loại công nghệ lò cải tiến
dùng nước làm mát công suất lớn (Advanced
Large Water Cooled Reactors). Loại lò này
thường được kết hợp giữa công nghệ đã được
kiểm chứng với những cải tiến đột phá của các hệ
thống an toàn. Kết quả đã cho ra đời nhiều công
nghệ lò cải tiến công suất lớn thế hệ 3+ với độ
an toàn cao và cạnh tranh tốt về mặt kinh tế [1].
Ví dụ, RosAtom (LB Nga) hiện tại có thể cung
cấp các loại lò nước áp lực (PWR) công suất lớn
kiểu VVER-1000 AES-92 và VVER-1200 AES-
2006. AREVA (Pháp) có công nghệ EPR-1600
34 Số 49 - áng 12/2016
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
Triết lý an toàn của lò công suất nhỏ kiểu
module - SMR
AREVA… cũng đang được đưa ra thị trường.
Song hành với xu hướng phát triển các
loại lò công suất lớn là xu hướng phát triển các
loại lò công suất nhỏ kiểu module (Small Modular
Reactor - SMR) với thiết kế đổi mới. Hiện nay,
có 15 nước thành viên của Cơ quan Năng lượng
nguyên tử quốc tế (IAEA) đang nghiên cứu phát
triển các loại lò công suất nhỏ và trung bình với
trên 50 thiết kế khác nhau đang được nghiên cứu
phát triển từ thiết kế khái niệm đến thiết kế cơ sở
[2,3,4]. Các loại thiết kế mới này đều tiến tới thỏa
mãn các yêu cầu cơ bản của IAEA, đó là: đảm
bảo an toàn cao nhất; bảo vệ môi trường cho phát
triển bền vững và đảm bảo cạnh tranh kinh tế với
các nguồn năng lượng khác [3]. Đồng thời, để
thuận lợi cho các nước sử dụng, các loại thiết kế
mới còn đảm bảo có chu trình sử dụng nhiên liệu
kéo dài nhiều năm (2 năm đến 10 năm) và có thể
xây dựng ở nhiều nơi: trên mặt đất; đặt trên các
con tàu hoặc đặt dưới lòng đất [4]. Những thiết
kế đổi mới này có thể được đưa vào thực tiễn
trong giai đoạn từ năm 2015 đến năm 2030. Trên
hình 1 biểu diễn khoảng thời gian có thể đưa vào
khai thác sử dụng của 2 loại lò công suất nhỏ kiểu
module: loại thay nhiên liệu tại chỗ theo phương
pháp truyền thống và loại không thay nhiên nhiên
liệu tại chỗ.
Triết lý an toàn của lò công suất nhỏ kiểu
module - SMR là “an toàn bởi thiết kế” (“safety
by design”) với mục tiêu là loại trừ đến mức tối
đa có thể các sự kiện khởi phát gây ra sự cố, với
phần còn lại sẽ kết hợp một cách hợp lý giữa các
hệ thống an toàn chủ động với an toàn thụ động
[4,5]. Để đạt được mục tiêu này, các nhà thiết kế
sử dụng cách tiếp cận thiết kế tích hợp (integral
design).
Với thiết kế tích hợp, toàn bộ hệ thống
vòng tuần hoàn sơ cấp bao gồm vùng hoạt, thiết
bị sinh hơi, thiết bị điều áp và bơm tuần hoàn
đều được đặt trong thùng lò phản ứng. Cách tiếp
cận này được sử dụng trong thiết kế CAREM-25,
SMART, IRIS, Westinghouse SMR, IMR,
mPower, NuScale… Trên hình 2 mô tả sơ đồ điển
hình của loại lò có thiết kế tích hợp.
Hình 2. Sơ đồ điển hình của loại lò có
thiết kế tích hợp [4,5].
Thiết kế tích hợp không cần đến hệ thống
ống dẫn tuần hoàn chất tải nhiệt, như vậy, khả
năng xảy ra sự cố LOCA lớn (do vỡ ống dẫn tuần
hoàn) bị loại trừ, đồng thời làm giảm hậu quả của
các loại sự cố LOCA khác (nếu xảy ra), từ đó,
làm giảm và đơn giản hóa hệ thống an toàn.
Hình 1. Khoảng thời gian có thể đưa vào
khai thác sử dụng của 2 loại lò công suất nhỏ
kiểu module - SMR [3,4].
Số 49 - áng 12/2016 35
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
Tất cả các lò SMR có thiết kế tích hợp suất nhỏ kiểu module - SMR (thuộc dòng nước
đều đảm bảo được khả năng tải nhiệt dư sau khi áp lực - PWR) đã loại trừ được 4 nhóm sự kiện
khi dừng lò bằng đối lưu tự nhiên. Một số thiết kế khởi phát cơ bản: RIA, LOFA, LOCA và SGTR.
như CAREM-25 (Argentina), ABV-6E (LB Nga), Đây là những nhóm sự kiện khởi phát được sử
NuScale (Hoa Kỳ), SMR-160 (Hoa Kỳ)… thậm dụng làm cơ sở thiết kế của các hệ thống an toàn
chí còn sử dụng cả đối lưu tự nhiên trong chế trong các lò PWR công suất lớn. Loại trừ được
độ làm việc có công suất nghĩa là không cần đến các nhóm sự kiện khởi phát này làm tăng lên
bơm tuần hoàn chính. Không có bơm tuần hoàn đáng kể mức độ an toàn của lò SMR, đồng thời
đã loại trừ được khả năng xảy ra sự cố LOFA (sự làm giảm nhẹ mức độ phức tạp trong thiết kế hệ
cố mất dòng chất tải nhiệt) do hỏng bơm hoặc thống an toàn để khống chế những sự kiện khởi
mất điện cấp cho máy bơm.
phát còn lại.
Theo kết quả tính toán phân tích an toàn,
lò công suất nhỏ kiểu module - SMR có xác suất
nóng chảy vùng hoạt CDF rất thấp (10-6 - 10-8)
nghĩa là ngang bằng hoặc nhỏ hơn một bậc so với
lò PWR công suất lớn tốt nhất hiện nay. Xác suất
phát xạ lớn LERF thường là nhỏ hơn CFD 10 lần.
Khả năng cạnh tranh kinh tế của lò SMR
Hiện nay, các chuyên gia đã công bố một
số công trình chuyên đề cập tới khả năng cạnh
tranh kinh tế của lò SMR. Trong [6], tác giả đã
phân tích 4 mô hình thị trường điện tại khu vực
châu Âu. Kết quả tính toán có tính tới thuế carbon
cho thấy, lò SMR có thể cạnh tranh được trong
thị trường điện tương lai nếu chi phí đầu tư được
kiểm soát và nguồn tài chính có thể thu xếp được.
Trong [7], các tác giả đã phân tích toàn diện tính
kinh tế của lò SMR so với lò công suất lớn cũng
như các dạng năng lượng khác với việc chi tiết
hóa các thành phần của vốn đầu tư. Các tác giả
đã kết luận rằng, lò SMR là lĩnh vực công nghiệp
quan trọng của Hoa Kỳ và sẽ đưa Hoa Kỳ trở lại
vai trò dẫn đầu trong lĩnh vực công nghệ lò phản
ứng, đặc biệt là nâng cao vai trò dẫn đầu thế giới
trong an toàn hạt nhân, an ninh hạt nhân, không
phổ biến vũ khí hạt nhân và xử lý chất thả phóng
xạ. Trong [8,9,10], các tác giả cũng đã phân tích
một cách toàn diện tính kinh tế của lò SMR so với
lò công suất lớn cũng như các dạng năng lượng
Hình 3. Sơ đồ đối lưu tự nhiên đối lưu
tự nhiên trong mọi chế độ hoạt động của lò
MASLWR [4].
Một số lò SMR thiết kế tích hợp như
CAREM-25, IRIS, IMR, mPower… còn đưa cả
hệ thống dẫn động thanh điều khiển vào trong
thùng lò. Thiết kế như vậy đã loại trừ được khả
năng xảy ra sự cố RIA(sự cố tăng bất ngờ độ phản
ứng dương do bật thanh điều khiển ra ngoài).
Thiết kế tích hợp với việc đưa thiết bị sinh
hơi vào trong thùng lò và áp lực phía trong ống
nhỏ hơn áp lực bên ngoài đã loại trừ được khả
năng xảy ra sự cố SGTR (sự cố làm vỡ ống trao
đổi nhiệt của thiết bị sinh hơi). Sự cố này trong
các lò PWR công suất lớn dễ làm thoát xạ ra môi
trường.
Như vậy, với thiết kế tích hợp, lò công khác.
36 Số 49 - áng 12/2016
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
Trên cơ sở các kết quả tính toán, các tác hòn đảo lớn nhỏ và một vùng rộng lớn lãnh hải
giả đã kết luận:
thuộc đặc quyền kinh tế. Diện tích phần lãnh
hải lớn hơn rất nhiều so với phần diện tích đất
liền. Do đó, cần phải nhận thức được và có tư
duy chiến lược rằng, đây là một không gian sinh
tồn quan trọng của cả dân tộc. Với nhận thức và
tư duy đó, việc đảm bảo cung cấp nguồn năng
lượng bền vững cho phát tiển kinh tế - xã hội tại
các hòn đảo và về lâu dài, việc đảm bảo cung
cấp nguồn năng lượng bền vững cho các đoàn tầu
thuyền khai thác kinh tế ngoài khơi là một nhiệm
vụ chiến lược quan trọng quốc gia./.
- Lò phản ứng hạt nhân công suất nhỏ
kiểu module - SMR thông thường có chi phí sản
xuất điện năng quy dẫn - LUEC cao hơn so với
loại lò công suất lớn.
- Một số loại lò công suất nhỏ kiểu module
- SMR có thể cạnh tranh được với các nguồn năng
lượng khác, đặc biệt là so với năng lượng tái tạo
như điện gió, điện mặt trời.
- Lò công suất nhỏ kiểu module - SMR
sẽ trở nên cạnh tranh hơn nếu tính cả thuế carbon
trong chi phí sản xuất điện.
Lê Văn Hồng
- Lò công suất nhỏ kiểu module - SMR có
tính cạnh tranh cao đối với các vùng xa xôi, hẻo
lánh, vùng đảo biển, nơi lưới điện quốc gia không
thể kết nối được.
Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam
Tài liệu tham khảo
Bài toán SMR cho Việt Nam
1. Advanced Large Water Cooled
Reactors. A supplement to the IAEA’s Advanced
Reactor Information System (ARIS), IAEA2015.
Với những ưu thế vượt trội về mặt an toàn
và khả năng cạnh tranh về mặt kinh tế, lò phản
ứng hạt nhân công suất nhỏ kiểu module - SMR
đang được xem xét như một lựa chọn khôn ngoan
trong chiến lược phát triển năng lượng bền vững
của nhiều nước trên thế giới, trong đó có các nước
khu vực ASEAN [11].
2. IAEA-TECDOC-1451 “Innovative
small and medium sized reactors: Design
features, safety approaches and R&D trends”,
Austria, May 2005.
3. IAEA-TECDOC-1485 “Status of
innovative small and medium sized reactor
designs With conventional refuelling schemes”,
Austria, March 2006.
Hiện tại, việc cung cấp năng lượng cho
các vùng biển đảo của các quốc gia có nhiều lựa
chọn khác nhau tùy thuộc vào năng lực kỹ thuật
và điều kiện cụ thể của từng nước, đó là cấp điện
bằng cáp ngầm (nếu gần đất liền), cấp điện bằng
máy phát diesel hoặc bằng nguồn năng lượng tái
tạo như điện gió, điện mặt trời... Trong tương lai
không xa, một số quốc gia như Nga, Mỹ, Nhật,
Trung Quốc, Hàn Quốc... thậm chí là cả Inđônêsia
sẽ dùng năng lượng hạt nhân với lò công suất nhỏ
kiểu module - SMR để cung cấp năng lượng cho
các vùng biển đảo.
4. IAEA-TECDOC-1536 “Status of Small
Reactor Designs Without On-Site Refuelling”,
Austria, January 2007.
5. Iraj Mahmoudzadeh Kani, Mehdi
Zandieh, Saeed Kheirollahi HosseinAbadi
“Design Characteristics for Pressurized Water
Small Modular Nuclear Power Plants with
Focus on Safety Aspects”, International Journal
of Review in Life Sciences ISSN 2231-2935,
Việt Nam là quốc gia biển với hàng nghìn
Số 49 - áng 12/2016 37
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
Research Article.
6. David Shropshire, “Economic viability
of small to medium-sized reactors deployed in
future European energy markets”. Progress in
Nuclear Energy 53 (2011), 299-307.
7. Robert Rosner and Stephen Goldberg,
“Small Modular Reactors – Key to Future
Nuclear Power Generation in the U.S. Energy
Policy Institute at Chicago. The Harris School of
Public Policy Studies. Technical Paper, Revision
1, November, 2011.
8. Giorgio Locatelli, Chris Bingham,
Mauro Mancini, “Small modular reactors: A
comprehensive overview of their economics and
strategic aspects”. Progress in Nuclear Energy 73
(2014) 75-85.
9. Mark Cooper, “Small modular reactors
and the future of nuclear power in the United
States”. Energy Research & Social Science 3
(2014) 161–177.
10. Current Status, Technical Feasibility
and Economic of Small Nuclear Reactors,
Nuclear Energy Agency, June 2011.
11. Victor Niana, John Baulya, “Nuclear
Power Developments: Could Small Modular
Reactor Power Plants be a “Game Changer”? –
The ASEAN Perspective”. The 6th International
Conference on Applied Energy – ICAE2014.
38 Số 49 - áng 12/2016
5 trang
21520
Free
Bạn đang xem tài liệu "Lò công suất nhỏ kiểu Module - SMR nguồn năng lượng bền vững", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- lo_cong_suat_nho_kieu_module_smr_nguon_nang_luong_ben_vung.pdf
