Nhà máy điện hạt nhân trên tàu biển ?

 Hội thảo Quốc tế Những vấn đề cấp bách của Hành tinh (Planetary Emergencies) lần thứ 46 mà tôi có dịp tham dự gần đây có một số tham luận rất cuốn hút, trong đó tham luận của các tác giả Robert Petroski và Lowell Wood theo tôi là đáng quan tâm hơn cả, dù thoạt nghe chủ đề có vẻ hơi kỳ quặc: “Các hệ thống lò năng lượng hạt nhân trên tàu biển cho mục đích thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội ở những nước đang phát triển” (“Ship-based Nuclear Energy Systems for Accelerating Developing World Socio-economic Advances”.)

Những hệ thống sản xuất năng lượng như vậy vốn đã có từ vài thập kỷ trở lại đây, trong các tàu ngầm, tàu sân bay, tàu phá băng, v.v. Tuy nhiên, chúng chỉ mới cho nguồn năng lượng giới hạn dưới 100 MW, đồng thời phải cần đến nguồn nhiên liệu hạt nhân đã được làm giàu có chi phí đắt đỏ. Hiện nay cũng đã có một số dự án mới như Các hệ thống năng lượng Westinghouse1 được triển khai ngoài khơi bang New Jersey ở Mỹ, dự án Rosatom Akademic Lomonosov2 của Nga ở Bắc Băng Dương, dự án tàu ngầm Flexblue3 của Pháp, v.v. nhưng hệ thống phát năng lượng mà chúng ta đang nói đến hoàn toàn khác, với quy mô lên tới khoảng 1 GW, với khả năng mang đến những giải pháp có tính khả thi cao về mặt kinh tế.

Ưu điểm hấp dẫn nhất của những hệ thống này là khả năng tản nhiệt vô hạn, khả năng cho phép nước chảy quanh lõi lò và được đánh chìm đơn giản nhờ trọng lực trong trường hợp lò mất kiểm soát. Cách thiết kế như vậy không chỉ giúp tránh những vụ tai nạn kiểu như Three Mile Island, Chernobyl và Fukushima, mà còn tránh việc phải di tản một số lượng lớn dân cư. Bên cạnh đó, ưu điểm hấp dẫn thứ hai là tiết kiệm chi phí chế tạo do người ta có thể sản xuất lò hàng loạt theo cùng một kích cỡ tiêu chuẩn và đưa ra ngoài biển ở bất kỳ vị trí nào thích hợp.

Tác giả của nghiên cứu cho rằng để chứa các lò phản ứng như vậy, chỉ cần các con tàu vận tải loại Valemax – tải trọng 400 nghìn tấn, dài 360 m, độ nhúng nước sâu 23 m – hiện đang được đóng với số lượng lớn tại các nhà máy đóng tàu của Trung Quốc và Hàn Quốc. Có nghĩa là những con tàu vận tải hiện phổ biến trên thế giới hoàn toàn có thể được dùng để chứa các lò phản ứng quy mô hàng GW. Những con tàu này sẽ được neo ở các vùng nước sâu từ 50 tới 100 m, và điện năng được tải vào bờ qua đường dây dưới lòng biển.

Các tác giả của nghiên cứu khẳng định rằng cách bố trí lò hạt nhân trên tàu như vậy sẽ giúp tránh hiểm nguy từ động đất và sóng thần. Tuy nhiên, điều này chỉ đúng ở các vùng nước sâu4,5, còn với những vùng ven biển nông như ở miền Bắc và Nam Việt Nam6 người ta sẽ phải neo tàu ở ngoài khơi xa, đòi hỏi đường dây tải điện rất dài. Chỉ có một nơi có mực nước sâu và không nằm quá xa bờ là vùng biển miền Trung ở các tỉnh giữa Bình Định và Ninh Thuận. Nhưng nếu đặt tàu ở đây, nó sẽ phải chống chịu những cơn bão lớn thường xuyên xảy ra ở Biển Đông, và đôi khi cả những con sóng rất lớn7.

Trong khi các con tàu năng lượng hạt nhân trên thế giới hiện sử dụng công nghệ Lò Nước Áp lực (PWR) thông dụng từ 60 năm nay, các tác giả nghiên cứu lại đề xuất sử dụng những lò áp lực thấp, chẳng hạn như các phiên bản nâng cấp của Lò Nước nhẹ (LWR) hay các hệ thống làm mát bằng kim loại lỏng hoặc muối lỏng (sử dụng chì, bismuth chì, hay FLiBe). Những lò hạt nhân như vậy không cần xây dựng khoang chứa lớn, sử dụng hệ thống tản nhiệt phân rã thụ động, tận dụng tối đa khả năng tản nhiệt vô tận của nước biển, và miễn nhiễm với các sự cố mất điện. Hơn nữa, thiết kế ít phức tạp còn giúp giảm nhu cầu bảo dưỡng và chỉ cần lượng tối thiểu nhân công vận hành.  

Có thể cân nhắc vài phương án làm mát khác nhau. Phương án trực tiếp là truyền nhiệt thẳng từ lò xuống biển qua một thiết bị trao đổi nhiệt, còn phương án gián tiếp là không để cấu phần nào của lò tiếp xúc trực tiếp với nước, thay vào đó truyền nhiệt xuống một bể nước trung gian nằm dưới biển.

Báo cáo của hai nhà nghiên cứu dành nhiều nội dung cho các vấn đề an toàn, sử dụng dữ liệu hiện có từ các nhà máy trên đất liền và cả những tàu biển năng lượng hạt nhân. Mức độ rủi ro, được xác định bằng tích của xác suất xảy ra sự cố và hậu quả đã được lượng hóa, được tính toán trên các kịch bản khác nhau, qua đó cho thấy mức độ nguy hiểm thấp hơn nhiều so với những nhà máy năng lượng hạt nhân trên đất liền. Lý do chính là yếu tố dung lượng nước biển khổng lồ và vị trí ở xa các khu dân cư.

Ngoài vấn đề phải chống chịu bão và sóng lớn đã đề cập trên đây, vấn đề đáng ngại nhất của mô hình này là thảm họa với môi trường nếu để thoát ra một lượng lớn phóng xạ xuống biển. Nếu nước nhiễm phóng xạ tràn ra biển như ở Fukushima thì sự phản đối từ ngư dân và các tổ chức môi trường như Hòa bình Xanh, cho dù có thể phần lớn là cảm tính, nhưng sẽ đủ mạnh để buộc dự án bị hủy bỏ. Đây là điều đã xảy ra ở Nhật Bản trong quá khứ8. Vấn đề an ninh và nguy cơ phổ biến vũ khí hạt nhân cũng cần được tính đến, nhưng có lẽ nguy cơ của chúng không cao hơn so với các nhà máy trên đất liền.

Giá trị kinh tế là động lực cơ bản trong cân nhắc các nhà máy điện hạt nhân trên tàu biển. Các tác giả nói: “Lợi thế đặc thù có tầm quan trọng đáng kể – có lẽ mang tính quyết định – của các hệ thống sản xuất năng lượng hạt nhân do chúng tôi đang nghiên cứu và sản phẩm tiềm năng mà chúng mang lại là ở tính chất ‘mua đến đâu trả tiền đến đấy’ (‘pay as you go’), cho phép các nước đang phát triển đặt hàng các hệ thống sản xuất năng lượng hạt nhân quy mô lớn của các nước phát triển theo chủng loại và chất lượng đúng với nhu cầu và khả năng chi trả của họ theo nguyên tắc ‘trả tiền và giao hàng ngay’(‘cash & carry’) mà không cần đầu tư lượng vốn quá lớn cũng như dành thời gian quá lâu cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng, và cũng không còn tình trạng ‘phải mua nhiều hơn nhu cầu như khi nhà cung cấp các hệ thống sản xuất điện hạt nhân chỉ cho khách hàng lựa chọn vài mức công suất nhất định (quantization issues), v.v”. Các hệ thống sản xuất điện hạt nhân trên tàu biển có thể được chia nhỏ thành các cấu phần được chuẩn hóa, cho phép hạ giá thành thiết bị xuống dưới mức tối thiểu ở những hệ thống được xây dựng trên đất liền. Điều này mang lại lợi thế rất thuyết phục, như các tác giả nghiên cứu đã chỉ ra.

Rõ ràng cách tiếp cận mới này cần được xem xét trên tầm quy mô khu vực. Đây là cơ hội để nhiều quốc gia có thể cùng nghiên cứu tìm cách đóng góp và chia sẻ, một số nước có kinh nghiệm về thiết kế lò, những nước khác có lợi thế về đóng tàu, khai mỏ, chế biến nhiên liệu, v.v. Khía cạnh địa chính trị được bổ sung bên cạnh các yếu tố kỹ thuật, kinh tế, và xã hội. Nó thúc đẩy tư duy đổi mới sáng tạo trên nhiều lĩnh vực cho những vấn đề quan trọng nhất đối với tương lai dài hạn của khu vực. Ví dụ, trong trường hợp Biển Đông, các nước có thể nhìn xa hơn những khúc mắc căng thẳng tạm thời, hướng tới một tương lai nơi các quốc gia châu Á có thể cùng nỗ lực hợp tác vì một chính sách năng lượng bền vững.

Thanh Xuân dịch, Phạm Ngọc Điệp hiệu đính
————-
1. Rod Adams, Offshore Power Systems : Big Plants for a Big Customer, http://atomicinsights.com/offshore-power-systems-big-plants-for-big-customer/
2. Akademic Lomonosov, http://en.wikipedia.org/wiki/Russian_floating_nuclear_power_station
3. Flexblue, http://en.dcnsgroup.com/energy/civil-nuclear-engineering/flexblue/
4. Tim Bunting et al., The Science of Tsunamis, http://www.slb.com/~/media/ Files/resources/oilfield_review/ors07/aut07/science_of_tsunamis.pdf
5. Vu Thanh Ca, Earthquake and Tsunami Scenarios in the South China Sea,
http://www.ims.nus.edu.sg/Programs/ocean07/files/vu1.ppt#261
http://www.firstpost.com/fwire/un-okays-south-china-sea-tsunami-warning-centre-105461.html
6. Pham Van Ninh et al., Geostrophic and Drift Currents in the South China Sea,AreaIV: Vietnamese Waters,  http://map.seafdec.org/downloads/pdf/collaborative%20research/ AreaIV_Vietnam/SCS_FRS4_19.pdf
7. Cheung. H. Kim, Offshore Non Linear Waves and Impact Loads, http://www.eagle.org /eagleExternalPortalWEB/ShowProperty/BEA%20Repository/EnergyNews/pdfs/2010/October/wavepresentation
Steve Pennell and Wendell Brown, Rogue Waves Challenge Ocean Theorists, http://faculty.uml.edu/robert_gamache/UMassMarine/UmassMarine_Sept_04.pdf
Roger Grimshaw et al., Rogue Internal Waves in the Ocean : Long Wave Model, http://www.lboro.ac.uk/microsites/maths/research/preprints/papers10/10-05.pdf
Tim Lovet, Waves, http://www.worldwideflood.com/flood/waves/waves.htm
Jerry Dennis and Glenn Wolff, Freak Waves and Rogues, http://robinstorm.blogspot.com/2007/ 10/freak-waves-and-rogues.html
Bill Baldwin, http://www.mowwnj.com/www.MOWWNJ.com/Member_Articles_files/Destroyer %20Duty%20in%20Vietnam.pdf
8. Tatsuo Masuda, private communication.

Tác giả

(Visited 4 times, 1 visits today)