Nhà máy điện hạt nhân nổi: Hướng phát triển công nghệ mới của Rosatom

Trong thời gian gần đây, một số cường quốc về điện hạt nhân, trong đó có Nga, có tham vọng xây dựng nhà máy điện hạt nhân nổi (Floating Nuclear Power Plant - FNPP), một hướng phát triển về công nghệ để cung cấp điện năng và nước ngọt, đáp ứng nhu cầu trong sinh hoạt và sản xuất của con người trên những vùng đất xa xôi. GS. TS Cao Chi đã cung cấp cho độc giả Tia Sáng những thông tin cần thiết về loại công nghệ mới này.

GS. TS Cao Chi

Thưa ông, từ khi nào người ta bắt đầu nghĩ đến việc nghiên cứu và phát triển FNPP?

Có thể nói, lịch sử phát triển FNPP bắt nguồn từ sự phát triển của các lò phản ứng công suất nhỏ được sử dụng trên các tàu phá băng hạt nhân và các tàu ngầm hạt nhân. Dựa trên những kinh nghiệm này, Tập đoàn năng lượng hạt nhân Rosatom (Nga) nhận thấy, các lò phản ứng công suất nhỏ trên được vận hành rất an toàn trong nhiều năm (tuy nhiên cũng phải kể đến tai nạn tàu ngầm hạt nhân Kursk của Hải quân Nga ngày12/8/2000).

Rosatom quyết định phát triển FNPP bằng việc nghiên cứu quá trình sử dụng các lò phản ứng công suất nhỏ trên các tàu phá băng và tàu ngầm hạt nhân và tiếp tục tối ưu nó. Họ nhận thấy, trong tương lai, FNPP sẽ là những đơn vị năng lượng di động có khả năng  cung cấp năng lượng cho những cơ sở ở xa và những cơ sở công nghiệp lớn, những hải cảng, những cơ sở sản xuất dầu khí những giàn khoan và các tổ hợp lọc dầu.Vì vậy FNPP (tiếng Nga là плавучая атомная теплоэлектростанция малой мощности, ПАТЭС ММ: những nhà máy điện hạt nhân công suất nhỏ đặt nổi trên biển) là một hướng phát triển điện hạt nhân mới của Rosatom và đưa tập đoàn này trở thành nước đi đầu trên thế giới trong việc phát triển FNPP. Nếu xét về mặt thương mại, Rosatom có hợp tác với Tập đoàn Năng lượng hạt nhân Trung Quốc (China National Nuclear Corporation) để phát triển FNPP.

Vậy Rosatom đã đạt được những dấu mốc quan trọng nào trong quá trình phát triển FNPP, thưa ông?

Rosatom mới thông báo, kế hoạch về việc xây dựng một FNPP thương mại sẽ bắt đầu trở thành hiện thực vào tháng 10/2917. Hiện Rosatom đã bắt đầu tiến hành khảo sát và xây dựng các hạ tầng cơ sở bờ biển và các cấu trúc thủy động (coastal infrastructure and hydraulic structures) cho FNPP này tại thành phố Pevek, phía đông nước Nga. Rosatom có kế hoạch xây dựng đơn vị đầu tiên hoàn chỉnh vào tháng 9/2019 và dự định phát điện vào tháng 11/2019.

Trên thực tế, công việc của Rosatom chuẩn bị cho kế hoạch này bắt đầu vào năm 1950.

Hình 1. Trên hình 1, ta thấy ở phía sau là những đơn vị sản xuất điện năng còn ở phía trước là một đơn vị khử mặn sản xuất nước ngọt.

Vậy giữa FNPP và các nhà máy điện hạt nhân truyền thống (trên đất liền) thì có sự khác biệt nào về mặt công nghệ không?

Về mặt nguyên lý thì FNPP không khác gì các nhà máy điện hạt nhân khác, chỗ khác nhau duy nhất là FNPP được đặt trên một hệ thống nổi trên biển. Để hình dung rõ vấn đề, ta xét trường hợp Akademik Lomonossov, FNPP đầu tiên của Nga. Akademik Lomonosso được thiết kế tại nhà máy đóng tàu ngầm hạt nhân ở Severodnik rồi sau đó chuyển đến Baltic Shipyard ở Saint Peterburg.

Hình 2. FNPP mang tên Akademik Lomonosov

Điều đặc trưng nhất của FNPP là các lò phản ứng công suất nhỏ. 

Công nghệ cơ bản của FNPP nguyên là công nghệ các lò phản ứng dân sự và quân sự với  những lò có ký hiệu KLT-40 và OK-150. Nhiều tàu phá băng sử dụng OK-150 và KLT-40 (xem hình 3).  

Hình 3: Tàu phá băng mang tên Lenin được thiết kế và xây dựng trong các năm 1957 đến 1959, có 3 lò PWR công suất 90 MWt, ký hiệu OK-150.

Đó là những lò phản ứng PWR (Pressurized Water Reactor-Lò phản ứng nước áp lực), nhiên liệu là U235 làm giàu đến 30 – 40% hoặc 90%. Công suất từ 135 đến 171 MW nhiệt (~52 MWe). FNPP Akademik Lomonosov sử dụng loại lò ký hiệu KLT-40.

Một FNPP cần thay nhiên liệu ba năm một lần, tương tự các nhà máy điện hạt nhân khác nhưng vòng đời của nó chỉ khoảng 40 năm, thấp hơn nhiều so với các “anh em” nó trên đất liền (hiện tại vòng đời của nhà máy điện hạt nhân theo công nghệ mới có thể trên 60 năm).

So với những công nghệ lò phản ứng vẫn được sử dụng ở các nhà máy điện hạt nhân truyền thống, FNPP có thêm những tính năng ưu việt nào không?

Ngoài mục đích sản xuất ra điện năng phục vụ nhu cầu của con người, Rosatom còn hướng tới việc sử dụng FNPP như một công cụ hữu hiệu để sản xuất nước ngọt tinh khiết. Vì vậy, một FNPP bao gồm ngoài các đơn vị sản xuất điện năng một đơn vị khử mặn để sản xuất nước ngọt bằng phương pháp hồi thẩm thấu (remorse osmosis) hoặc phương pháp chưng cất nhiều lần (multi-stage evaporating). Một nhà máy như thế rất cần cho nhiều nước ở châu Âu, Trung đông và Bắc Phi là những vùng có nhiều nơi thiếu nước ngọt (xem mô hình ở hình 1). Đơn vị sản xuất nước ngọt có công suất vào khoảng 240.000 m3/ngày. 

Về mặt nguyên tắc, FNPP cần những nhà máy tái xử lý nhiên liệu trên bờ (hạ tầng cấu trúc trên bờ-infrastructure along coast).

Chi phí đầu tư cho việc xây dựng FNPP có cao hơn so với các nhà máy điện hạt nhân khác không?

Chúng ta có thể thấy được yếu tố giá cả của một FNPP thông qua những chi phí mà Rosatom dành để xây dựng Akademik Lomonossov, FNPP đầu tiên trên thế giới bắt đầu đi vào vận hành từ ngày 1/7/2010. Vào năm 2006, giá thành nhà máy dự trù ban đầu là 140.000.000 đô la nhưng sau đó, đã tăng vọt lên 5 lần, nghĩa là vào cỡ 740.000.000 đô la.  Công suất của Akademik Lomonossov là khoảng 70-80 MWe.

Trên thực tế thì tính an toàn của FNPP như thế nào?

Xét về mặt công nghệ thì FNPP sẽ khó so sánh về độ an toàn với nhà máy điện hạt nhân trên đất liền bởi nó sẽ phải đối mặt rất nhiều với nguy cơ khủng bố hay tai nạn như trường hợp tàu ngầm Kursk. Đó là những quan điểm về an toàn điện hạt nhân trước năm 2011. 

Tuy nhiên khi liên hệ đến vụ động đất và sóng thần xảy ra vào năm 2011 tại Nhật (Tohoku) thì xét ra, FNPP cũng có vài ưu điểm đáng kể so với nhà máy điện hạt nhân trên đất liền. Ví dụ việc lựa chọn địa điểm xây dưng nhà máy điện hạt nhân trên đất bằng đòi hỏi nhiều tiêu chí quan trọng về khả năng xảy ra động đất, sóng thần. Nguyên nhân là do người ta buộc phải xây dựng nhà máy ở khu vực ven biển để lấy nước làm mát lò phản ứng, nơi tồn tại nguy cơ tiềm ẩn về động đất, sóng thần như trường hợp nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi đã gặp phải. Trong khi đó, nếu FNPP được xây dựng trên biển và ở vùng nước sâu và tương đối xa bờ thì sẽ có khả năng tránh được động đất và sóng thần do ở những vùng nước tương đối sâu, sóng thần sẽ không gây tác hại nhiều như vùng ven bờ. Ngoài ra, trong trường hợp xảy ra sự cố (khủng bố, tai nạn hạt nhân…) và cần làm mát lò phản ứng thì ta có sẵn nước biển, thậm chí có thể đánh chìm nhà máy, tuy nhiên đây là trường hợp cùng cực vì có thể gây ra ô nhiễm nghiêm trọng cho biển.

Khi nhà máy ngừng hoạt động, có thể kéo FNPP đến những vùng rất xa bờ rồi thực hiện dần dần các công đoạn tháo dỡ, như vậy cũng đòi hỏi ít tốn kém về kinh phí hơn hơn việc tháo dỡ trong đất liền.

Theo một cuốn sách xuất bản năm 2004 của nhóm tác giả Vladimir Kuznetsov, Alexey Yablokov, Yevgeney Simonov và Alexander Nikitin, những chuyên gia hạt nhân cho rằng FNPP không an toàn về nhiều mặt, ngoài ra các tác giả này đánh giá là FNPP không kinh tế.

Vậy tương lai phát triển của FNPP trên thế giới như thế nào thưa ông?

Ở Nga, FNPP được cho là có thể xây dựng ở vùng Bắc cực Nga. Theo thông tin của Nga thì các nước Trung Quốc, Indonesia, Malaysia, Algerie, Nambia, Cape Verde, Argentina cũng quan tâm đến việc thuê FNPP để phục vụ cho mục tiêu phát triển kinh tế xã hội của mình.

Với Việt Nam hiện nay chưa cần nghĩ đến vấn đề xây dựng hoặc thuê FNPP song ở tương lai xa, Việt Nam cũng có thể cần những tàu ngầm hạt nhân, việc tiếp cận và nghiên cứu công nghệ FNPP là việc cần chú ý đến trong một mức độ nhất định.

Cám ơn ông.