Xu hướng công nghiệp hạt nhân tiên tiến

Nước Mỹ đã đạt nhiều tiến bộ lớn trong lĩnh vực công nghệ năng lượng từ khai thác năng lượng tái tạo (mặt trời và gió), tách chiết dầu từ môi trường cát đá bằng thủy lực (hydraulic fracturing), lưu trữ điện năng bằng ắc quy, phát triển công nghệ điều nhiệt tự động,…

Các nhà khoa học Mỹ cho rằng trước mắt năng lượng hạt nhân cần phải được phát triển để được lọt vào danh sách các tiến bộ đó.

Một thế hệ mới các kỹ sư, doanh nhân, các nhà đầu tư đã tích cực nghiên cứu vấn đề thiết kế và thương mại hóa các lò phản ứng tiên tiến. Điều này xuất phát từ một thực tế: cần thiết phải gia tăng điện năng để cung cấp cho 1,3 tỷ người trên thế giới trong tình huống phải giảm phát thải carbon để ứng phó với biến đổi khí hậu.

Tổ chức nghiên cứu mang tên THIRD WAY (Con đường thứ ba) của các chuyên gia cố vấn cùng với khoảng 50 công ty sở hữu vốn nhiều tỷ đô la đang phát triển những nhà máy điện hạt nhân tiên tiến ở Mỹ và Canada. Những doanh nghiệp khởi nghiệp và những nhà đầu tư lớn như Bill Gates đánh cược vào sự phục hưng hạt nhân với hy vọng đưa công nghiệp điện hạt nhân đi đầu trong vấn đề cắt giảm phát thải khí carbon trên thế giới.

Trên cơ sở tình hình công nghiệp hạt nhân tiên tiến ở Bắc Mỹ, bản báo cáo đề cập đến những thông tin chi tiết về các công ty, tập đoàn đang thiết kế các lò phản ứng tiên tiến. Đây sẽ là những tiến bộ trong công nghệ điện hạt nhân sau thời đại vàng (Golden Age of Nuclear).

Công nghệ mới gồm những lò phản ứng tiền tiến hiệu quả hơn, an toàn hơn, có một phần dấu ấn của LWR (các lò LWR này chiếm 20 % điện năng của Mỹ). Với công nghệ mới này, các nhà máy không chỉ tái sử dụng được nhiên liệu đã cháy mà còn có thêm ưu điểm là kinh phí xây dựng ít hơn và dễ ngừng hoạt động nếu xảy ra sự cố.

Để ứng phó với vấn đề biến đổi khí hậu, thế giới cần 40% điện năng từ các nguồn không phát thải carbon theo đánh giá của IEA. Các tổ chức IPCC của Liên hiệp quốc và EPA của Mỹ cho rằng, chúng ta không thể thực hiện được điều đó nếu chỉ dựa vào năng lượng tái tạo.

Do đó IPCC kêu gọi cần phải xây dựng hơn 400 nhà máy điện hạt nhân trong vòng 20 năm đến. Điều đó có nghĩa phải tăng gấp đôi số nhà máy điện hạt nhân đang vận hành (hiện con số này là 435).

Như vậy năng lượng hạt nhân đang ở vào điểm phục hồi. Và công nghệ tiên tiến sẽ là yếu tố quyết định cho việc vừa ứng phó biến đổi khí hậu vừa thỏa mãn nhu cầu điện năng của thế giới.

Công nghệ hạt nhân tiên tiến

Có hơn 50 dự án của các doanh nghiệp và tổ chức đang thiết kế những lò phản ứng  mô-đun nhỏ (sử dụng một phần thiết kế các LWR đang vận hành). Các nhà máy điện hạt nhân hiện đại sẽ sử dụng nhiên liệu công nghệ mới, chất làm mát như muối nấu chảy, khí nhiệt độ cao, kim loại lỏng thay vì nước dưới áp suất cao và cả lò phản ứng nhiệt hạch để tạo điện năng.

Một mẫu lò phản ứng SMR

Những công ty đó được xây dựng và tài trợ nhờ những nhà cải cách và những nhà đầu tư khi họ thấy lợi ích trong việc đưa ra câu trả lời cho nghịch lý năng lượng toàn cầu: có 1,3 tỷ người cần được tiếp cận với năng lượng đồng thời thế giới vẫn phải giảm phát thải khí carbon.

Bảng danh sách (xem Phụ lục) liệt kê các công ty và tập đoàn ở Bắc Mỹ đang tiến hành thiết kế các loại lò phản ứng hạt nhận tiên tiến. Trong bảng danh sách này, ta thấy mấy đặc điểm:

1. Vị trí các công ty và địa điểm nghiên cứu làm thành một dải rộng quét từ Đông sang Tây nước Mỹ và Canada. Hơn 20 bang tiến hành nghiên cứu năng lượng hạt nhân hiện đại.

2. Trong các phỏng vấn, Third Way đã tiếp xúc với nhiều công ty rất đa dạng, từ những nhà doanh nghiệp tự do, những nhà đầu tư mạo hiểm dựa trên kết quả sản phẩm nghiên cứu (spin-off) của những trường đại học đến những tập đoàn quốc tế.

3. Vấn đề chất làm mát: khi nước thông thường là chất làm mát và làm chậm của đa số LWR hiện nay thì đối với thế hệ các lò phản ứng mới chúng ta có một lựa chọn rộng rãi hơn. Sự lựa chọn đó gồm: kim loại lỏng, khí nhiệt độ cao và muối nấu chảy. Các lò phản ứng mới sử dụng những chất làm mát này an toàn hơn các LWR cũ. Nhiệt độ càng cao của các chất làm mát như helium, kim loại lỏng và muối nấu chảy càng thích hợp cho việc ứng dụng kỹ nghệ xử lý nhiệt độ cao.

4. Song song với việc chuyển biến từ các LWR sang các SMLWR tập thể  Third Way còn được sự đồng tình từ phía các công ty lớn và nhỏ trong vấn đề nghiên cứu lò phản ứng nhiệt hạch. Mặc dầu công nghệ này còn phải được tiếp tục nghiên cứu nhiều để đạt đến giai đoạn thương mại hóa song cơ bản đã có nhiều bước tiến bộ về công nghệ nhiệt hạch.

5. Hơn 50 công ty đã bắt đầu công việc và hy vọng một thập kỷ nữa chúng ta sẽ chứng kiến một ngành công nghệ năng lượng hạt nhân cách mạng hoàn toàn mới.

Sự tiến triển của công nghệ điện hạt nhân

Các loại lò SMR theo định nghĩa của IAEA là loại lò công suất nhỏ hơn 300 MWe (hay nói chung < ¼  kích cỡ của LWR thông dụng), là loại lò có thể đóng vai trò chuyển tiếp đến những loại lò tiền tiến. SMR đang trên con đường tiến đến thương mại hóa.

Nhờ đòi hỏi vốn đầu tư ít hơn, thời gian xây dựng ngắn hơn so với LWR cho nên SMR có thể thay thế các nhà máy điện thải nhiều carbon đã già cỗi.

Thế hệ các lò phản ứng tiên tiến mới có thể vượt qua những thách thức mà ngành điện hạt nhân đối diện: vấn đề xử lý chất thải, vấn đề lan truyền vũ khí hạt nhân và giá thành xây dựng.

Các SMR dễ dàng cung cấp điện năng cho những vùng xa, ít dân, những vùng không nối liền với lưới điện quốc gia. SMR có thể cung cấp nhiệt năng cho các cơ sở kỹ nghệ, cho các nhà máy khử muối (desalination), cho các căn cứ quân sự và còn có thể giúp điều tiết phụ tải điện năng.

Các đặc điểm trong thiết kế hiện đại

Sau đây là những chi tiết định lượng trong quá trình diễn biến từ LWR đến SMR và các lò phản ứng hiện đại.

Về tập thể Third Way (Con đường thứ ba)

Đây là một tập thể chuyên gia cố vấn (think-tank) nhằm khuyến cáo cách ứng phó với những thách thức đối với nước Mỹ về những ý tưởng hiện đại hướng đến một xu hướng trung dung ôn hòa (centrist). Họ khuyến cáo sự tăng trưởng kinh tế tư nhân, khuyến cáo một chiến lược thông minh an toàn, một chính sách năng lượng sạch, một nền chính trị ôn hòa không chia rẽ.

Các khuynh hướng của tập thể Third Way phản biện lại các giáo điều cứng nhắc của phía tả và hữu.

Tập thể này cho rằng con đường thứ ba là con đường đúng đắn loại trừ được các sai lầm của phía tả và hữu. Con đường thứ ba có khả năng tập hợp nhiều người. Tập thể này thường được mệnh danh là “nguồn của những ý tưởng mới mẻ và chính xác” trong các chủ trương.

Trong phạm vi năng lượng THIRD WAY phản biện ý thức hệ cứng nhắc trong ứng phó với thay đổi khí hậu vốn cho rằng chỉ duy nhất năng lượng tái tạo mới là câu trả lời đúng đắn. Họ chủ trương một chương trình năng lượng sạch (Clean Energy Program) trong đó mọi nguồn năng lượng sẽ là câu trả lời cho vấn đề ứng phó biến đổi khí hậu và nhấn mạnh khả năng thương mại hóa năng lượng hạt nhân tiền tiến để giảm bớt khí thải carbon do nhiên liệu hóa thạch. 

Nhiều khuyến cáo của tập thể này đã trở thành những khuyến cáo có tính luật pháp và hành pháp.

Họ tin rằng Third Way, trong đó năng lượng hạt nhân đóng một vai trò quan trọng, sẽ là nơi đóng vai trò gợi mở chính sách năng lượng của một quốc gia.

Cao Chi biên dịch

Nguồn: http://www.thirdway.org/report/the-advanced-nuclear-industry

Phụ lục

Các dự án lò phản ứng tiền tiến ở Bắc Mỹ (USA + Canada).

Các cột từ trái sang phải là: tên công ty , địa điểm, loại lò thiết kế

Xem thêm

Xu hướng Phục hưng điện hạt nhân trên thế giới