Điện hạt nhân thế giới: Những chuyển động và xu hướng phát triển mới

Không giống dự đoán của nhiều chuyên gia trong và ngoài ngành năng lượng, tai nạn nhà máy điện hạt nhân Fukushima (Nhật Bản) năm 2011 không gây ra sự suy thoái của điện hạt nhân trên toàn cầu, ngược lại, nó dẫn đến những xu hướng phát triển mới cho điện hạt nhân thế giới với độ an toàn cao hơn, nhiều đổi mới sáng tạo hơn.

Nhà máy điện hạt nhân Novovoronhetz – nhà máy điện hạt nhân theo thiết kế công nghệ tiên tiến thế hệ III+ VVER 1200/V392M. Nguồn: Russia Today

Nhìn tổng thể, trong gần 8 năm qua, điện hạt nhân thế giới có nhiều chuyển biến tích cực: 52 nhà máy điện hạt nhân mới được đưa vào vận hành, nâng tổng số tổ máy đang hoạt động lên con số 450, bên cạnh đó 140 đến 150 tổ máy được lên kế hoạch sẽ xây dựng trên nhiều quốc gia trên thế giới, trải rộng từ châu Á, châu Âu, châu Phi. Theo số liệu năm 2017 của IAEA, công suất các nhà máy điện hạt nhân tại 30 quốc gia đạt khoảng 392.000MWe, cao nhất trong lịch sử điện hạt nhân thế giới (sau điện than, khí thiên nhiên, thủy điện), và đóng góp 11% điện năng toàn cầu. Không chỉ góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, điện hạt nhân còn là nguồn năng lượng phát thải khí carbon thấp thứ hai thế giới, giúp thế giới ngăn chặn được khoảng 20 tỷ tấn CO2 vào khí quyển, qua đó trở thành một trong những yếu tố cần thiết để thực hiện Thỏa thuận chung Paris 2015 – một bước ngoặt lịch sử nhằm ngăn chặn biến đổi khí hậu và giảm sự nóng lên toàn cầu.

Những chuyển động của điện hạt nhân thế giới

Trong số 30 quốc gia phát triển điện hạt nhân, người ta phân loại và xếp hạng các quốc gia theo tiềm lực công nghệ hạt nhân, bao gồm nhóm 1 Nga, Mỹ, Anh, Pháp, Canada, Trung Quốc, Hàn Quốc – nhóm quốc gia có thể xuất khẩu công nghệ hạt nhân, nhóm 2 Nhật Bản, Ấn Độ, Đức, Thụy Sỹ, Phần Lan, Braxin, Argentina… – những quốc gia đã tiếp thu công nghệ và sau đó tự phát triển năng lực nghiên cứu công nghệ hạt nhân và vận hành nhà máy điện hạt nhân, nhóm 3 là các quốc gia có khả năng tiếp nhận công nghệ hạt nhân và bắt đầu phát triển công nghệ hạt nhân Belarus, Thổ Nhĩ Kỳ, UAE, Bangladesh…

Với ưu thế làm chủ công nghệ nguồn và có thể xuất khẩu công nghệ hạt nhân, các quốc gia nhóm 1 đã tích cực thực hiện công việc thúc đẩy xuất khẩu công nghệ hạt nhân sang nhiều quốc gia thuộc nhóm 2 và nhóm 3, đặc biệt là sang các quốc gia đang đặt mục tiêu phát triển công nghiệp, gia tăng sự đóng góp của công nghiệp vào GDP của đất nước và xây dựng thành phố thông minh.

Đi đầu trong xu thế này là Nga, quốc gia đang vận hành 37 tổ máy điện hạt nhân, đóng góp 18% sản lượng điện và đặt mục tiêu đến năm 2030 xây dựng 11 lò phản ứng năng lượng. Nga cũng là quốc gia duy nhất trong nhóm 1 hội tụ đủ ba điều kiện quan trọng: 1) Có trình độ khoa học công nghệ cao, phát triển công nghệ bài bản với thiết kế điện hạt nhân tốt, tiên tiến, an toàn, có năng lực về chế tạo các hệ thống thiết bị của nhà máy điện hạt nhân; 2) Có năng lực xây dựng và quản lý dự án điện hạt nhân tốt; 3) Có uy tín và độ tin cậy đối với quốc gia nhập khẩu công nghệ điện hạt nhân. Hiện Nga đang quản lý và thực hiện nhiều dự án trong và ngoài nước như sắp hoàn thành công trình nhà máy điện hạt nhân Leningrad theo công nghệ VVER 1200/V491 (công nghệ mà Việt Nam đã từng được lựa chọn cho nhà máy điện Ninh Thuận 1); vận hành ổn định Novovoronhetz – nhà máy điện hạt nhân theo thiết kế công nghệ tiên tiến thế hệ III+ VVER 1200/V392M – từ năm 2016; xây dựng các nhà máy điện hạt nhân cho Thổ Nhĩ Kỳ (công nghệ VVER 1200) từ ngày 3/4/2018, nhà máy điện hạt nhân cho Bangladesh (công nghệ VVER 1200) từ ngày 30/11/2017; ký kết và thúc đẩy nhiều dự án điện hạt nhân với Trung Quốc (công nghệ VVER 1000, VVER1200), với Ấn Độ (công nghệ VVER 1000), Hungary (công nghệ VVER 1200/V392M), Ai Cập (công nghệ VVER 1200), Phần Lan (công nghệ VVER 1200/V491); ký hợp đồng đào tạo nhân lực điện hạt nhân với Campuchia năm 2015; đồng thời hoàn thành thiết kế và chế tạo Lomonosov nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên trên thế giới.

Là một trong số bốn quốc gia làm chủ công nghệ nguồn (cùng Nga, Canada, Anh), Mỹ có 99 tổ máy điện hạt nhân đang vận hành, đóng góp hơn 20% điện năng toàn quốc và đang xây dựng 3 tổ máy. Khó khăn hiện tại của Mỹ là sự chậm trễ trong tiến độ xây dựng ba tổ máy này và khả năng đội vốn so với ước tính ban đầu, vấn đề này được cho là liên quan đến việc Công ty Westinghouse phá sản (bản chất chỉ là cải tổ lại công ty). Hiện tại, Mỹ đang chuyển công nghệ AP 1000 cho Trung Quốc và tiến hành xây dựng 8 tổ máy tại đây. Tổ máy AP1000 đầu tiên đã bắt đầu vận hành từ cuối tháng 6/2018 tại Sanmen. 

Trung Quốc đẩy mạnh nội địa hóa công nghệ để phát triển công nghệ Hoa Long 1. Ảnh: Nhà máy điện hạt nhân ở Phúc Kiến sử dụng công nghệ Hoa Long 1. Nguồn: hindustantimes.com.

Xuất phát từ nhu cầu cải thiện chất lượng không khí đô thị, giảm phát thải khí nhà kính nhưng vẫn đảm bảo an toàn năng lượng, Trung Quốc tập trung phát triển điện hạt nhân khi vận hành và triển khai nhiều nhà máy dọc theo bờ biển phía Đông với công nghệ làm mát bằng nước biển. Năm 2017, Trung Quốc có 39 tổ máy điện hạt nhân đang vận hành, đóng góp gần 4% sản lượng điện đồng thời thông qua Luật An toàn hạt nhân mới cho phép xây dựng các nhà máy điện trong lục địa (làm mát bằng nước sông hồ hoặc tháp làm mát) và mở đường xuất khẩu công nghệ. Động lực phát triển năng lượng điện hạt nhân của Trung Quốc Dự kiến đến năm 2030 sẽ có 100 tổ máy, đến năm 2050 sẽ tăng gần gấp ba với 280 tổ máy. Cùng với việc tiếp nhận công nghệ VVER của Nga, công nghệ AP1000 của Mỹ, và công nghệ EPR của Pháp, Trung Quốc đẩy mạnh nội địa hóa công nghệ để phát triển công nghệ Hoa Long 1 và đang từng bước triển khai thiết kế nhà máy điện hạt nhân nổi với kế hoạch xây dựng 20 FNPPs (Floating Nuclear Power Plants)  và đến 2019 sẽ đưa vào vận hành nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên để sử dụng tại các khu vực khai thác dầu khí trên biển và các đảo.

Nhận chuyển giao công nghệ điện hạt nhân từ Mỹ và phát triển công nghệ tiên tiến thế hệ III+ EPR1600, Pháp là cường quốc hạt nhân với 58 tổ máy điện hạt nhân, đóng góp 71% sản lượng điện toàn quốc. Không chỉ đang xây dựng tổ máy mới ở Flamnaville 3, Pháp còn quản lý và tiến hành các dự án tại Anh, Phần Lan, đồng thời mở rộng hợp tác hạt nhân với Ấn Độ, Trung Quốc, Nga…

Sở hữu hệ thống lò phản ứng năng lượng theo công nghệ cũ làm mát bằng khí, Anh hiện có 15 lò phản ứng, tạo ra khoảng 19% lượng điện đất nước. Để dần thay thế những lò phản ứng đang lão hóa này, Anh mới thông qua kế hoạch xây dựng các nhà máy điện hạt nhân mới với tổng kinh phí đầu tư 262 tỷ USD, trong đó có sự đóng góp của ngành công nghiệp (Chính phủ Anh mới thông qua vào cuối tháng 6/2018). Nhà máy đầu tiên trong số các nhà máy thế hệ mới với công suất tổng cộng 19 GWe, dự kiến sẽ được đưa vào vận hành vào năm 2025.

Các xu hướng phát triển điện hạt nhân mới

Thời gian trầm lắng vì lo ngại đến an toàn nhà máy điện hạt nhân sau tai nạn Fukushima đã kết thúc nhanh hơn dự đoán. Kể từ năm 2014-2015, thị trường điện hạt nhân toàn cầu đã hoạt động sôi động trở lại bởi nhu cầu nguồn điện công suất lớn ổn định cho các ngành công nghiệp, giá thành phù hợp, không phát thải khí nhà kính, độ tin cậy cao (năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện gió dù cũng có ưu thế này nhưng lại có nhược điểm độ ổn định thấp, cần thêm đầu tư vào hệ thống điện dự phòng, việc sản xuất pin mặt trời tạo ra nhiều rác thải độc hại…). Nét mới trong phát triển của thị trường điện hạt nhân là có xu hướng chuyển dịch công nghệ từ các nước phát triển sang các nước có nền kinh tế mới nổi – những quốc gia mong muốn tiếp cận với năng lượng hạt nhân một cách nhanh chóng, cần đảm bảo chất lượng nguồn điện và hấp dẫn về mặt thương mại. Do đó, thông qua “chính sách ngoại giao công nghệ hạt nhân” của một số cường quốc như Nga và Mỹ, Canada, châu Á là nơi tiếp nhận công nghệ và thực hiện nhiều dự án hạt nhân hàng đầu thế giới, qua đó trở thành nơi thúc đẩy công nghệ hạt nhân để phục vụ cho những mục tiêu phát triển kinh tế và nhu cầu xã hội cho những quốc gia như Trung Quốc, Ấn Độ, UAE, Bangladesh, Hàn Quốc… Một trong những ví dụ điển hình là Ấn Độ, quốc gia đông dân số 2 thế giới và có mục tiêu rõ ràng trong phát triển các ngành công nghiệp thép, đóng tàu, hàng không vũ trụ, sản xuất dược phẩm, công nghệ phần mềm, viễn thông và đang đặt kế hoạch phát triển 100 thành phố thông minh trên khắp đất nước (Smart Cities Mission). Hiện Ấn Độ đang vận hành 22 tổ máy tại 7 nhà máy điện hạt nhân, đóng góp khoảng 3,3% sản lượng điện. Để đảm bảo đạt được mục tiêu đề ra, Ấn Độ đang xây dựng 6 tổ máy theo công nghệ VVER 1200, công nghệ PHWR với công suất tổng cộng là 4,4 Gwe. Ngoài công nghệ VVER đã được chuyển giao từ Nga, Ấn Độ đang có kế hoạch xây dựng các tổ máy AP1000 với Mỹ và EPR1600 với Pháp.

Một quốc gia châu Á khác là Các Tiểu Vương quốc Ả Rập thống nhất (UAE) đang xây dựng bốn lò phản ứng công suất 1400 MWe với công nghệ do Hàn Quốc chuyển giao, tổng chi phí hơn 20 tỷ USD và hợp tác chặt chẽ với IAEA và các công ty quốc tế giàu kinh nghiệm để triển khai thành công dự án này.

Các cường quốc hạt nhân đều thực hiện nhiều nghiên cứu  nhằm cải tiến công nghệ, nâng cao năng lực quản lý, vận hành nhà máy điện hạt nhân và thắt chặt hơn nữa vấn đề an toàn pháp quy. Nguồn: Rosatom

Xu hướng thứ hai trong phát triển điện hạt nhân thế giới là nâng cao độ an toàn theo những tiêu chí khắt khe nhất từ trước tới nay. Bài học Fukushima khiến hầu hết các cường quốc điện hạt nhân phải thiết lập các chiến lược quốc gia về an toàn hạt nhân, thể hiện ở việc cải tiến công nghệ, nâng cao năng lực quản lý, vận hành nhà máy điện hạt nhân và thắt chặt hơn nữa vấn đề an toàn pháp quy. Điều đó thể hiện rõ nét ở quá trình nghiên cứu, đổi mới công nghệ của Nga, Mỹ, Ấn Độ, Nhật Bản… Trên nền tảng KH&CN hạt nhân đã phát triển hàng chục năm nay, Nga với sự hợp tác chặt chẽ của Rosatom với các Viện nghiên cứu, các trường đại học như Viện Kurchatov, Viện Nghiên cứu an toàn hạt nhân IBRAE, Viện Liên hợp hạt nhân Dubna, trường đại học Năng lượng Moscow… đã có nhiều nghiên cứu về an toàn, phát tán phóng xạ, nhiên liệu hạt nhân, xử lý chất thải hạt nhân… Một trong những kết quả là công nghệ thế hệ III+ VVER 1200/V392 M với hệ thống an toàn chủ động (active safety khi hoạt động cần nguồn điện hoặc động cơ) kết hợp với an toàn thụ động (passive safety dựa trên các quy luật vật lý, không cần dùng điện) đã được áp dụng một cách hiệu quả ở nhà máy Novovoronhetz. An toàn chủ động kết hợp với an toàn thụ động là đặc điểm chung của các thiết kế mới điện hạt nhân như VVER của Nga, APR1400 của Hàn Quốc v.v.

Tuy không có những lò phản ứng năng lượng được xây mới nhưng Mỹ, Canada, Thụy Điển, Thụy Sỹ vẫn được đánh giá cao về năng lực vận hành nhà máy điện hạt nhân và hơn thế, là năng lực bảo trì, kéo dài tuổi thọ các nhà máy đang hoạt động. Thông qua việc phân bổ ngân sách cho các phòng thí nghiệm quốc gia Idaho, Los Alamos, Oak Ridge và đầu tư cho các dự án nghiên cứu ở nhiều trường đại học và viện nghiên cứu như MIT, Bắc Carolina…, Mỹ trở thành một trong những quốc gia có nhiều kinh nghiệm trong nghiên cứu và thực nghiệm về năng  lượng hạt nhân, đặc biệt là xử lý các vấn đề liên quan đến tính toán an toàn, an toàn pháp quy, gia tăng tuổi thọ nhà máy điện hạt nhân.

Xu hướng thứ ba là sự cởi mở trong hợp tác liên kết trong phát triển điện hạt nhân. Về cơ bản, công nghệ hạt nhân hết sức phức tạp, liên quan đến nhiều ngành khoa học cơ bản, khoa học ứng dụng, các ngành công nghiệp và đòi hỏi một năng lực làm chủ của quốc gia tiếp nhận nên sự hợp tác ở mức độ cao hơn so với những loại hình công nghệ khác. Vì thế, các quốc gia không chỉ rộng mở phòng thí nghiệm ở các viện nghiên cứu và trường đại học trong thực hiện những dự án nghiên cứu chung về khoa học hạt nhân mà còn hợp tác phát triển và chuyển giao công nghệ hạt nhân, ví dụ như Nga – Mỹ, Nga – Pháp, Nga – Trung Quốc, Nga – Ấn Độ, Mỹ – Ấn Độ, Mỹ – Trung Quốc, Trung Quốc – Pháp, Pháp – Ấn Độ… Việc áp dụng và thực thi “chính sách ngoại giao năng lượng hạt nhân” của các cường quốc không đơn thuần là sự hợp tác giữa bên mua và bán mà là sự chuyển giao trên cơ sở hỗ trợ, cộng tác chặt chẽ về nhiều mặt và kéo dài hơn cả vòng đời nhà máy điện hạt nhân. 

Trường hợp đặc biệt của Nhật Bản

Nhân viên công ty điện lực Kyushu đang tái khởi động vận hành nhà máy điện hạt nhân Sendai trong phòng điều hành trung tâm của nhà máy. Nguồn: Kazu

Sau sự cố Fukushima, chính phủ Nhật Bản phải giảm đáng kể vai trò của năng lượng hạt nhân, do đó kéo theo hàng loạt hệ quả và nhiều vấn đề cho Nhật Bản: tỉ lệ năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch tăng từ 62% lên đến 88% trong vòng 4 năm, nhập khẩu nhiên liệu tăng trung bình 40 tỉ USD mỗi năm, chi phí năng lượng gia đình tăng 13,7%/năm, liên tiếp thâm hụt thương mại tăng dần theo các năm từ 70 tỷ đô (2012) đến 227 tỷ đô (2014) (theo Bộ Tài chính Nhật Bản). Bên cạnh đó, lượng phát thải CO2 từ ngành điện của Nhật Bản tăng trở lại trong năm 2012, nhiều hơn 39% so với khi các lò phản ứng hạt nhân của nước này hoạt động bình thường, đẩy nước Nhật đi xa các mục tiêu khí hậu của họ. Rõ ràng, chiến lược giảm sự phụ thuộc vào điện hạt nhân của Nhật Bản đã không thành công, kéo theo nhiều vấn đề ảnh hưởng lớn đến nền kinh tế, đời sống, môi trường và các mục tiêu dài hạn khác.

Trước những vấn đề này, chính phủ Nhật Bản đã từng bước thực hiện chiến lược đưa điện hạt nhân trở lại. Từ năm 2014 đến nay, song song với việc củng cố an toàn hạt nhân, ban hành các quy định, điều kiện kiểm tra khắt khe trước khi tái khởi động trở lại các lò phản ứng năng lượng, chính phủ Nhật Bản đã có những thay đổi trong Kế hoạch cơ bản về năng lượng và hoạch định chính sách năng lượng hạt nhân mới. Gần đây nhất, trong Dự thảo Kế hoạch Năng lượng Cơ bản lần thứ 5 (5/2018), Nhật Bản đã xác định năng lượng hạt nhân là “một nguồn năng lượng cơ bản quan trọng góp phần vào sự ổn định của cấu trúc cung và cầu năng lượng dài hạn” và tăng cường các biện pháp cần thiết để đến năm 2030 đạt được tỷ lệ điện hạt nhân 20-22% trong hỗn hợp năng lượng, năng lượng tái tạo khoảng 22-24%, còn lại là nhiệt điện (chủ yếu dựa vào khí hóa lỏng và nhiệt điện than). 

Đến nay Nhật Bản có 9 tổ máy được tái khởi động và đang vận hành, phát điện (tất cả đều là lò công nghệ nước áp lực). Cụ thể hơn: Lò phản ứng hạt nhân Sendai-1 trở thành lò đầu tiên được khởi động lại và kết nối lưới điện (08/2015); Lò Sendai-2 khởi động và đưa vào vận hành trở lại vào tháng 10/2015; Hai lò Takahama-3, Takahama-4 vào tháng 01 và tháng 02/2016, hiện tại đang vận hành; Tháng 08/2016 là tổ máy Ikata-3; Lò Ohi-3 và Ohi-4 chính thức hoạt động trở lại lần lượt vào tháng 03/2018 và 05/2018; Sau khi đáp ứng các điều kiện theo tiêu chuẩn mới lò Genkai-3, Genkai-4 đã được tái khởi động vận hành lần lượt vào tháng 03/2018 và 06/2018. Hiện nay, có 5 tổ máy đã được Cơ quan Pháp quy Hạt nhân Nhật Bản chấp thuận cho phép thực hiện các thay đổi, nâng cấp an toàn trong thiết kế cơ bản lò phản ứng và các trang thiết bị liên quan (trong quy trình tái khởi động) và 12 lò phản ứng khác đang được thẩm định. Theo đánh giá, từ tháng 3/2019 sẽ có ít nhất từ 10 đến 15 lò phản ứng hạt nhân nữa tiếp tục được kết nối lưới điện.

Với sự trở lại của điện hạt nhân Nhật Bản, có thể thấy rằng điện hạt nhân sẽ là một lựa chọn khả dĩ cho bài toán năng lượng của nhiều quốc gia trên thế giới trong bối cảnh đối phó với biến đổi khí hậu. Điện hạt nhân nhiều khả năng sẽ phục hồi trở lại và phát triển mạnh một cách an toàn hơn, kinh tế và là nguồn điện sạch không phát thải khí nhà kính.