Qua nửa thế kỷ phát triển, điện hạt nhân thăng trầm sau những thảm họa. Với phát triển vượt bậc của công nghệ, đặc biệt là công nghệ vật liệu, hiện nay điện hạt nhân đang là tầm ngắm để giải quyết vấn đề năng lượng của nhiều nước trên thế giới.
Sơ bộ nguyên tắc làm việc của nhà máy điện hạt nhân
Nguyên tắc làm việc của nhà máy điện hạt nhân không khác nhiều so nhà máy nhiệt điện. Lò phản ứng hạt nhân chính là nơi cung cấp nhiệt năng tạo ra hơi nước làm chạy máy phát điện.
Một nhà máy điện hạt nhân thường gồm 4 phần chính:
1, Lò phản ứng hạt nhân, nơi xảy ra phản ứng phân hạch, cung cấp năng lượng tạo hơi nước.
2, Máy phát điện chạy bằng hơi nước.
3, Turbine, dùng hơi nước làm quay nó để chạy máy phát điện.
4, Bộ phận ngưng tụ: làm lạnh hơi nước, chuyển nó trở lại thành pha lỏng.
Nhiên liệu thường được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân là Urani-235, Urani-233, hoặc Plutoni-239. Các lò phản ứng hạt nhân thông thường hiện nay sử dụng UO2 chứa 5% Urani-235.
Chọn công nghệ nào cho điện hạt nhân?
Nhà máy điện hạt nhân đầu tiên được xây dựng tại thành phố Obninsk (Liên xô cũ) vào năm 1954, có công suất 5.000 KW. Nhiên liệu dùng là urani tự nhiên, chất làm chậm nơtron là graphit (làm chậm và làm giảm năng lượng của các hạt notron hình thành trong phản ứng dây chuyền), chất tải nhiệt là nước thường.
Nhà máy điện hạt nhân thế hệ thứ nhất, lò phản ứng làm lạnh bằng khí - GCR (Gas cooled reactor). Nhiên liệu dùng là urani tự nhiên, chất làm chậm nơtron là graphit, chất làm tải nhiệt là khí CO2. Anh và Pháp đều khánh thành nhà máy hạt nhân thuộc thế hệ thứ nhất vào năm 1956.
Nhà máy điện hạt nhân thế hệ thứ hai, lò phản ứng nước áp lực PWR (Pressrized Water Reactor) hoặc kiểu nước sôi (BWR), thường được gọi là lò phản ứng nước nhẹ (LWGR). Nhiên liệu dùng là urani giàu 3% (có nghĩa là tỷ lệ chất phân hạch urani – 235 được nâng từ 0,7% trong urani tự nhiên lên 3%), chất làm chậm nơtron và chất tải nhiệt đều là nước thường (H20). Năm 1957, Mỹ khánh thành nhà máy điện hạt nhân thế hệ thứ hai đầu tiên, công suất 60 MW. So với các nhà máy thế hệ thứ nhất, các nhà máy thế hệ thứ hai cung cấp điện năng với giá rẻ hơn 20 - 30%, chiếm diện tích ít, thể tích gọn nhẹ hơn.
Nhà máy điện hạt nhân thế hệ thứ ba, lò phản ứng nước áp lực châu Âu- EPWR (European Pressuried Water Reator) được khởi công xây dựng đầu tiên năm 2005 tại Phần Lan dự kiến hoàn thành 2009, có công suất lớn nhất thế giới 1600 MW, do Pháp và Đức hợp tác nghiên cứu. Ưu điểm là độ an toàn cao, phòng được sự cố nóng chảy tâm lò, chịu được biến cố từ bên ngoài: máy bay rơi, động đất, giá điện năng rẻ, vận hành dễ dàng, công nghệ xử lý tín hiệu số được đưa vào hệ điều khiển, ít chất thải phóng xạ, có đời sống dài.
Các lò đang vận hành trên thế giới chủ yếu thuộc loại thế hệ thứ II. Một số nước đã xây dựng hoặc đang có kế hoạch thay thế các lò hết hạn sử dụng bằng loại lò thế hệ thứ III và các nước đang hợp tác nghiên cứu để cho ra đời loại lò thế hệ thứ IV với nhiều ưu việt (an toàn hơn, lượng chất thải phóng xạ ít hơn, kinh tế hơn, giảm thiểu nguy cơ phổ biến vũ khí hạt nhân).
Nguồn nhiên liệu cho các nhà máy điện hạt nhân
Hiện nay nhu cầu về urani trên thế giới là khoảng 60.000 tấn/năm, trong đó lượng sản xuất hàng năm chỉ dừng ở mức 50-60% nhu cầu, phần còn lại được đáp ứng bởi các nguồn thứ cấp (urani tồn kho dân sự hoặc quân sự, urani tái xử lý và urani nghèo tái làm giàu). Trữ lượng urani của thế giới là 4.743.000 triệu tấn, nếu khai thác như năm 2008 là 43.853 tấn, thì hơn 100 năm nữa nếu không phát hiện thêm mỏ để khai thác thì urani sẽ cạn kiệt.
Riêng Việt Nam, năm 2007, dự báo trữ lượng Urani là 200.000 tấn U3O8, tuy nhiên mức độ đánh giá chưa đủ cơ sở để khai thác, cần tiếp tục thăm dò để có thể nắm rõ nguồn urani ở Việt Nam một cách chắc chắn (Tạp chí Địa chất, số 307/2008).
Tình hình sản xuất điện hạt nhân trên thế giới
Hiện nay toàn thế giới có 463 lò phản ứng hạt nhân, chiếm 15 % sản lượng điện. Sản lượng điện hạt nhân tại 187 nhà máy đang được xây dựng và trong kế hoạch sắp tới sẽ cung cấp thêm 196.623 MW, nghĩa là tăng thêm 53% so với hiện nay. Nếu như số liệu và công nghệ điện hạt nhân không thay đổi, thì khi tất cả các nhà máy điện hạt nhân hoạt động, nguồn urani dự đoán sẽ nhanh chóng cạn kiệt.
Trong tương lai gần, Việt Nam sẽ xây dựng nhà máy điện hạt nhân, có nhiều bài toán phải giải quyết: công nghệ, nhân lực, môi trường, đối sách toàn cầu về hạt nhân,... Trong đó, điều cần quan tâm là Việt Nam không có sẵn nguồn nhiên liệu và giá urani sẽ tăng cao theo nhu cầu.
KIMLOAN