TIỂU LUẬN MÔN TÀI NGUYÊN NĂNG LƯỢNG VÀ KHOÁNG SẢN ĐỀ TÀI TÀI NGUYÊN NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN VÀ ĐỊA NHIỆT MỤC LỤC Lời mở đầu 1 NỘI DUNG 2 CHƯƠNG 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN VÀ ĐỊA NHIỆT 2 1 1 Năng l.
ĐẠI CƯƠNG VỀ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN VÀ ĐỊA NHIỆT
Năng lượng hạt nhân
1.1.1 Lịch sử về năng lượng hạt nhân
Phản ứng phân hạch hạt nhân được Enrico Fermi thực hiện hành công vào năm
Năm 1934, nhóm nghiên cứu của ông đã sử dụng nơtron để bắn phá hạt nhân uranium Đến năm 1938, các nhà hóa học Đức Otto Hahn và Fritz Strassmann, cùng với các nhà vật lý Úc Lise Meitner và Otto Robert Frisch, đã tiến hành thí nghiệm và phát hiện rằng nơtron có thể chia nhỏ hạt nhân uranium thành hai phần gần như bằng nhau Kết quả này gây bất ngờ cho nhiều nhà khoa học, trong đó có Leo Szilard, người nhận ra rằng nếu các phản ứng phân hạch tạo ra thêm nơtron, thì một phản ứng hạt nhân dây chuyền có thể xảy ra Nhiều quốc gia như Hoa Kỳ, Vương quốc Anh, Pháp, Đức và Liên Xô đã khuyến nghị chính phủ của họ hỗ trợ nghiên cứu về phản ứng phân hạch hạt nhân.
Tại Hoa Kỳ, Fermi và Szilard đã góp phần quan trọng vào việc xây dựng lò phản ứng đầu tiên mang tên Chicago Pile-1, đạt khối lượng tới hạn vào ngày 2 tháng 12 năm 1942 Công trình này là một phần của dự án Manhattan, nhằm phát triển các lò phản ứng lớn tại Hanford Site, Washington, để làm giàu plutoni cho các vũ khí hạt nhân đầu tiên được thả xuống Hiroshima và Nagasaki Đồng thời, nỗ lực làm giàu urani cũng được tiến hành trong thời gian này.
Sau Thế chiến thứ 2, mối đe dọa từ nghiên cứu lò phản ứng hạt nhân đã thúc đẩy sự phổ biến nhanh chóng của công nghệ và vũ khí hạt nhân, dẫn đến việc chính phủ phải kiểm soát và phân loại chặt chẽ các nghiên cứu này Hầu hết các nghiên cứu về lò phản ứng đều tập trung vào mục đích quân sự, và thực tế cho thấy công nghệ này không còn là bí mật, từ đó phát sinh nhiều nhánh nghiên cứu mới trong quân đội Hoa Kỳ.
Kỳ đã từ chối tuân theo đề nghị từ cộng đồng khoa học trong nước về việc mở rộng hợp tác quốc tế để chia sẻ thông tin và kiểm soát các vật liệu hạt nhân.
Vào năm 2006, các vấn đề liên quan đến năng lượng hạt nhân đã được Hội Năng lượng Hạt nhân Toàn cầu khép kín Điện năng đầu tiên được sản xuất từ lò phản ứng hạt nhân EBR-I vào ngày 20 tháng 12 năm 1951 tại Arco, Idaho, với công suất khoảng 100 kW Lò phản ứng Arco cũng là lò đầu tiên thử nghiệm làm lạnh từng phần vào năm 1955 Năm 1952, một báo cáo của Hội đồng Paley đã đưa ra đánh giá "tương đối bi quan" về năng lượng hạt nhân và khuyến nghị chuyển hướng nghiên cứu sang năng lượng Mặt Trời Bài phát biểu của Tổng thống Dwight Eisenhower vào tháng 12 năm 1953 về "nguyên tử vì hòa bình" đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc khai thác năng lượng hạt nhân cho sản xuất điện và tạo ra sự hỗ trợ mạnh mẽ từ chính phủ Hoa Kỳ cho việc sử dụng năng lượng hạt nhân trên toàn cầu.
Hình 1.1 Trạm năng lượng nguyên tử Shippingport trên Shippingport,
Pennsylvania là lò phản ứng thương mại đầu tiên ở Hoa Kỳ và được vận hành năm
Ngày 27 tháng 6 năm 1954, nhà máy điện hạt nhân Obninsk của Liên Xô trở thành nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới sản xuất điện hòa vào mạng lưới với công suất không tải khoảng 5 MW điện
Vào năm 1954, Lewis Strauss, chủ tịch Ủy ban Năng lượng Nguyên tử Hoa Kỳ, đã tuyên bố rằng điện trong tương lai sẽ "quá rẻ để sử dụng" Trước đó, U.S AEC đã đưa ra một số bằng chứng dè dặt về vấn đề phân hạch hạt nhân trước Quốc hội, dự đoán rằng chi phí sản xuất điện có thể giảm xuống ngang bằng với các nguồn năng lượng truyền thống Mặc dù Strauss có thể đang ám chỉ đến sự hợp hạch hydro, ý định của ông đã được cộng đồng hiểu rõ với lời hứa về giá năng lượng rẻ từ phân hạch hạt nhân Tuy nhiên, sự thất vọng gia tăng khi các nhà máy điện hạt nhân không thể cung cấp đủ năng lượng để đạt được mục tiêu "quá rẻ để sử dụng".
Năm 1955, Hội nghị Geneva đầu tiên của Liên Hiệp Quốc đã quy tụ nhiều nhà khoa học và kỹ sư để thảo luận về công nghệ Tiếp theo, vào năm 1957, EURATOM được thành lập, dẫn đến việc hình thành Cộng đồng Kinh tế châu Âu, nay là Liên minh châu Âu Cũng trong năm này, cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế được thành lập, đánh dấu những bước tiến quan trọng trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân.
Nhà máy năng lượng nguyên tử thương mại đầu tiên trên thế giới, Calder Hall tại Sellafield, Anh được khai trương vào năm 1956 với công suất ban đầu là 50
MW (sau này nâng lên 200 MW) Còn nhà máy phát điện thương mại đầu tiên vận hành ở Hoa Kỳ là lò phản ứng Shippingport (Pennsylvania, tháng 12 năm 1957).
Hải quân Hoa Kỳ là một trong những tổ chức tiên phong trong phát triển năng lượng hạt nhân, sử dụng năng lượng này cho các hệ thống đẩy của tàu ngầm và hàng không mẫu hạm Với sự giám sát nghiêm ngặt của đô đốc Hyman G Rickover, chương trình hạt nhân của Hải quân được ghi nhận là an toàn Hải quân Hoa Kỳ hiện đang vận hành nhiều lò phản ứng hạt nhân hơn bất kỳ lực lượng quân sự nào khác, bao gồm cả quân đội Liên Xô Tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân đầu tiên, USS Nautilus (SSN-571), được hạ thủy vào tháng 12 năm 1954 Tuy nhiên, hai tàu ngầm khác của Hoa Kỳ, USS Scorpion và USS Thresher, đã bị mất trên biển do sự cố liên quan đến hệ thống lò phản ứng, mặc dù không có thông tin công khai về sự rò rỉ từ các lò phản ứng trên boong.
Quân đội Hoa Kỳ cũng có chương trình năng lượng hạt nhân bắt đầu từ năm
1954 Nhà máy điện hạt nhân SM-1, ở Ft Belvoir, Va., là lò phản ứng đầu tiên ở Hoa
Kỳ sản xuất điện hòa vào mạng lưới thương mại (VEPCO) tháng 4 năm
Vào năm 1955, Enrico Fermi và Leó Szilárd được cấp Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 2.708.656 cho lò phản ứng hạt nhân, một thành tựu quan trọng trong dự án Manhattan mà họ đã thực hiện trước đó.
Hình 1.2.Lịch sử sử dụng năng lượng hạt nhân (trên) và số lượng các nhà máy điện hạt nhân hoạt động.
Công suất lắp đặt hạt nhân tăng tương đối nhanh chóng từ dưới 1 gigawatt (GW) năm
Từ năm 1960, công suất toàn cầu đã tăng từ 100 GW vào cuối thập niên 1970 lên 300 GW vào cuối thập niên 1980 Kể từ cuối thập niên 1980, sự gia tăng công suất diễn ra chậm chạp và đạt 366 GW vào năm gần đây.
Giữa giai đoạn 1970 đến 1990, hơn 50 GW công suất điện hạt nhân đã được xây dựng, với đỉnh điểm đạt trên 150 GW vào cuối thập niên 1970 và đầu 1980 Đến năm 2005, khoảng 25 GW công suất hạt nhân đã được quy hoạch, tuy nhiên, hơn 2/3 số nhà máy hạt nhân được đặt hàng sau tháng 1 năm 1970 đã bị hủy bỏ.
Trong thập niên 1970 và 1980, chi phí xây dựng các nhà máy năng lượng hạt nhân tăng cao do thay đổi cơ chế và các vụ kiện từ nhóm phản đối, cùng với sự giảm giá của nhiên liệu hóa thạch, khiến cho các dự án năng lượng hạt nhân trở nên kém hấp dẫn Đến thập niên 1980 và 1990 tại Hoa Kỳ, xu hướng này tiếp tục ảnh hưởng đến quyết định đầu tư vào năng lượng hạt nhân.
Sự tăng trưởng tải lượng điện tại châu Âu đã đạt đến ngưỡng tối đa, trong khi quá trình tự do hóa điện năng đã bổ sung một lượng lớn công suất tối thiểu mới, vốn không còn hấp dẫn như trước.
Cuộc khủng hoảng dầu hỏa năm 1973 đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến nhiều quốc gia, đặc biệt là Pháp và Nhật Bản, khi mà hai nước này phụ thuộc vào dầu hỏa để phát điện với tỷ lệ lần lượt là 39% và 73% Sự khủng hoảng này đã thúc đẩy Pháp và Nhật Bản đầu tư mạnh mẽ vào năng lượng hạt nhân Hiện nay, năng lượng hạt nhân đóng góp 80% vào sản lượng điện của Pháp và 30% của Nhật Bản.
Năng lượng địa nhiệt
Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng tự nhiên tồn tại dưới dạng nhiệt năng trong lòng đất Nó phát sinh từ nhiệt sơ khai của trái đất, từ sự ma sát khi các phiến lục địa di chuyển và từ quá trình phân rã của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên có trong đá.
Năng lượng địa nhiệt là nguồn nhiệt chính được hình thành từ các phản ứng phóng xạ hạt nhân của các nguyên tố phóng xạ nặng như thori (Th), protactini (Pa) và urani (U) có trong lòng đất.
+ Nhiệt năng cũng có thể tích tụ dần thông qua sự hấp thụ năng lượng mặt trời của lớp vỏ trái đất
+ Năng lượng địa nhiệt còn được tạo ra do ma sát khi hai mảnh vỏ Qủa Đất dịch chuyển mà một mảnh chuyển động trượt trên mảnh kia
Một phần lớn nhiệt lượng trong lòng Trái Đất xuất phát từ quá trình hình thành hành tinh cách đây 4,5 tỷ năm, khi Trái Đất hình thành từ một khối cầu vật chất cực nóng và nguội dần qua quá trình quay quanh trục Phần còn lại của nhiệt lượng là do sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ trong lõi Theo nguyên lý tuần hoàn nhiệt, dòng nhiệt di chuyển từ lõi ra ngoài vỏ Trái Đất.
Quá trình kiến tạo mảng đã phân chia vỏ Trái Đất thành 12 mảng lớn, di chuyển với tốc độ vài cm mỗi năm Khi các mảng va chạm, một mảng có thể chìm xuống mảng khác, tạo ra trũng đại dương và động đất, làm yếu vỏ Trái Đất và cho phép vật chất nóng từ lòng đất trồi lên Ở độ sâu lớn, nhiệt độ cao làm nung chảy đất đá, tạo ra magma, di chuyển lên trên do có mật độ thấp hơn Magma có thể phun trào qua các điểm yếu trên bề mặt, nhưng phần lớn được giữ lại trong vỏ Trái Đất, làm nóng đất đá và nước ngầm Nước nóng này có thể thoát lên mặt đất qua các đới đứt gãy, hình thành suối nước nóng Khi nước nóng và hơi nước bị giữ lại bởi lớp đất đá không thấm, bồn trũng địa nhiệt được hình thành, cung cấp nguồn địa nhiệt có thể sử dụng trực tiếp hoặc để sản xuất điện qua hệ thống turbine hơi nước.
- Hệ thống máy bơm nhiệt –
1.2.1 Các phương pháp sử dụng
Khai thác địa nhiệt tầng nông, với độ sâu từ 1 đến 150 m dưới bề mặt đất, sử dụng công nghệ tiên tiến như máy bơm nhiệt và giếng nước ngầm để tận dụng nhiệt lượng từ lòng đất Mặc dù chênh lệch nhiệt độ so với không khí không lớn, nguồn nhiệt này vẫn hiệu quả cho việc sưởi ấm vào mùa đông và làm mát vào mùa hè cho các công trình như văn phòng, trường học và siêu thị Khoảng 80% nhiệt lượng sử dụng cho sưởi ấm và làm mát đến từ nguồn địa nhiệt, giúp giảm thiểu phát thải CO2 và tác động đến khí hậu toàn cầu Báo cáo này sẽ trình bày các khía cạnh kỹ thuật, kinh tế và tác động môi trường của khai thác địa nhiệt, đồng thời nêu rõ xu hướng phát triển trong lĩnh vực này.
Bơm địa nhiệt, hay bơm nhiệt từ lòng đất, là một công nghệ năng lượng hiệu suất cao, ngày càng phổ biến trong các hộ gia đình và công sở Kỹ thuật này được ứng dụng để điều hòa nhiệt độ và cung cấp nước nóng, mang lại lợi ích lớn nhất là khả năng thu thập nhiệt từ lòng đất một cách tự nhiên, thay vì phụ thuộc vào việc đốt nhiên liệu hóa thạch gây ô nhiễm môi trường.
Cấu tạo nguyên lý hoạt động Máy bơm nhiệt
- Nguyên lý hoạt động của máy bơm nhiệt –
Máy bơm nhiệt hoạt động bằng cách lấy hoặc hút nhiệt từ lòng đất, sử dụng một lượng nhiệt nhỏ để khởi động bộ phận cơ hoặc nhiệt, từ đó nâng nhiệt độ lên mức cao hơn Khi làm lạnh, nguyên tắc hoạt động sẽ diễn ra ngược lại Quá trình truyền nhiệt trong máy bơm nhiệt diễn ra qua một vòng tuần hoàn động nhiệt khép kín, trong đó lãnh chất đóng vai trò quan trọng.
- Trong máy bốc hơi thì lãnh chất lạnh ở thể lỏng tiếp nhận nhiệt từ nguồn nóng và làm bốc hơi
Máy ép hơi nén là thiết bị sử dụng năng lượng cơ học hoặc điện học để nén chất ở thể khí, làm nóng nó thành khí nóng.
- Khí nóng giải phóng năng lượng nhiệt ở máy tụ hơi sang hệ thống sưởi và lại tích tụ thành lãnh chất nóng ở thể lỏng;
Lãnh chất nóng ở thể lỏng được xả ra qua một van xả, giúp nhiệt độ giảm nhanh chóng Quá trình thu nhiệt trong máy bốc hơi sau đó lại bắt đầu từ đầu.
Bước 1 : Xác định nguồn địa nhiệt đáp ứng yêu cầu sản xuất
Bước 2 : Tạo các giếng khoan , bơm nước lạnh xuống và đưa nước nóng , hơi nước lên
Bước 3 : Dẫn nước nóng và hơi nước qua bộ phận tách hơi nước
Bước 4 : Hơi nước làm quay tuabin , máy phát điện sinh ra dòng điện
Bước 5 : Lưu trữ và truyền tải điện năng
Bước 6 : Dẫn nước lạnh trở lại chu trình hoạt động ban đầu
Có hai hướng khai thác :
Khai thác năng lượng địa nhiệt bằng cách lấy hơi nước và nước nóng từ các hồ nằm sâu trong lòng đất là một phương pháp hiệu quả Quy trình này bao gồm việc khoan và tạo ra các giếng để bơm hơi nước và nước nóng lên bề mặt, từ đó sản xuất điện năng.
Các hồ địa nhiệt cần được nghiên cứu để xác định các khu vực có nhiệt độ cao trong lớp đất đá Sau khi tìm ra lớp đất đá phù hợp ở độ sâu từ 5.000 đến 10.000 feet (khoảng 1,5 – 3 km), các chuyên gia sẽ tiến hành khoan và tạo ra các vết nứt bằng áp lực lớn Nước lạnh được bơm xuống để làm nóng nhờ nhiệt độ từ các lớp đá, sau đó nước nóng sẽ được bơm lên qua cột lô khoan thác để sản xuất điện năng.
1.2.2 Phân loại các nguồn năng lương địa nhiệt
Có 4 loại nguồn địa nhiệt chính sau :
Nước nóng tự nhiên hình thành từ nguồn nước bị nung nóng dưới áp suất cao, thường xuất hiện trong các tầng đá xốp hoặc khe nứt của đá Nguồn hơi nước này được giữ lại bởi lớp đá đặc kín không thấm Các nguồn nước nóng chất lượng cao chủ yếu chứa hơi nước, có thể lẫn một ít nước, với nhiệt độ đạt trên 240°C.
1.2.2.2 Nguồn áp suất địa nhiệt
Các nguồn nước muối chứa khí metan (CH4) hòa tan được hình thành dưới áp suất cao, nằm sâu trong các tầng trầm tích và được bao bọc bởi lớp đất sét và trầm tích không thấm nước Áp suất tại các nguồn này dao động từ 34MPa đến 140MPa, với độ sâu từ 1500m đến 15000m Nhiệt độ của các nguồn áp suất địa nhiệt thường nằm trong khoảng 90 đến 200°C.
Năng lượng địa nhiệt từ các khối đá nóng có nhiệt độ từ 90°C đến 650°C có thể gặp khó khăn trong việc khai thác do sự nứt gãy tự nhiên của chúng, dẫn đến việc chứa ít hoặc không có nước nóng Để khai thác nguồn năng lượng này, người ta khoan sâu vào tầng đá và tạo ra các nứt gãy nhân tạo, sau đó bơm chất lỏng qua các nứt gãy để thu nhiệt Tuy nhiên, việc khai thác năng lượng địa nhiệt từ các nguồn đá nóng khô thường gặp nhiều thách thức và không mang lại hiệu quả kinh tế cao so với các nguồn địa nhiệt khác.
1.2.2.4 Nguồn năng lượng địa nhiệt từ các núi lửa hoạt động và magma
Năng lượng địa nhiệt từ các lỗ hổng núi lửa đang hoạt động trên toàn cầu rất phong phú Magma, với nhiệt độ từ 700°C đến 1600°C, là đá nóng chảy nằm dưới vỏ trái đất, có độ dày khoảng 24 đến 48 km Dù chứa một nguồn năng lượng khổng lồ, lớn nhất trong các nguồn địa nhiệt, magma thường không ở gần bề mặt, làm cho việc khai thác trở nên khó khăn.
1.2.3 Phân loại các nhà máy sản xuất năng lượng địa nhiệt
1.2.3.1 Nhà máy hơi nước nóng khô - Dry steam (Nhà máy phát điện trực tiếp)
THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN VÀ NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT
Hiện trạng ứng dụng Năng lượng hạt nhân
2.1.1 Hiện trạng Năng lượng hạt nhân trên thế giới
Tình hình phát triển điện hạt nhân trên thế giới
Theo đánh giá toàn cầu, các tổ máy điện hạt nhân (ĐHN) ngừng hoạt động chủ yếu là những tổ máy đã hết hoặc gần hết thời gian sử dụng, có công suất nhỏ khoảng 600MW và thuộc thế hệ cũ Nhiều quốc gia đang tiến hành kiểm tra và bổ sung thiết bị an toàn, đồng thời hoàn thiện việc kết nối lưới điện cho các tổ máy đang xây dựng Họ cũng khởi công xây dựng các tổ máy ĐHN thế hệ mới (thế hệ 3, 3+) với công suất lớn hơn, từ 1000MW trở lên, và đảm bảo an toàn hơn.
Từ năm 2012 đến hết năm 2018, sau sự cố Fukushima, toàn thế giới đã đóng cửa 32 tổ máy điện hạt nhân với tổng công suất 21.171 MW, trong khi đó, đã hòa lưới 45 tổ máy với tổng công suất 44.275 MW và khởi công xây dựng thêm 40 tổ máy với công suất 42.597 MW.
Tổ máy kết nối lưới
Tổ máy bắt đầu xây dựng
Số lượng lò phản ứng điện hạt nhân
Tính đến cuối năm 2018, có 35 quốc gia và vùng lãnh thổ đang vận hành 450 lò phản ứng hạt nhân với tổng công suất 396.902 MW Mỹ dẫn đầu thế giới với 98 lò phản ứng và công suất 99.061 MW, theo sau là Pháp, Trung Quốc, Nhật Bản, Nga, Hàn Quốc và Ấn Độ Hiện có 55 lò phản ứng đang được xây dựng, tổng công suất đạt 56.643 MW Ấn Độ, một quốc gia hạt nhân mới nổi, hiện đang vận hành 22 lò phản ứng với tổng công suất 5.308 MW và có kế hoạch xây dựng 24 lò trong tương lai, dự kiến đạt 14.600 MW vào năm 2024 và 63.000 MW vào năm 2032, nhằm cung cấp 25% sản lượng điện từ điện hạt nhân vào năm 2050.
46 lò phản ứng, đang xây dựng 11 lò chiếm tỉ trọng 20% các dự án xây dựng ĐHN trên toàn thế giới.
Nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ các nhà máy điện than, Trung Quốc đặt mục tiêu tăng gấp 3 lần công suất phát điện hạt nhân (ĐHN) lên ít nhất 58.000 MW vào năm 2021 và đạt 150.000 MW vào năm 2030 Quốc gia này đã tự chủ trong thiết kế, xây dựng và chu trình nhiên liệu hạt nhân, đồng thời tích cực xuất khẩu công nghệ hạt nhân sang các nước như Pakistan, Romania và Argentina.
Bốn Quốc gia đang xây dựng nhà máy ĐHN đầu tiên: Các Tiểu vương quốc Ả rập Thống nhất (4 tổ máy APR 1400 của Hàn Quốc); Belarus (2 tổ máy AES-2006 (V-
491) của Nga); Bangladesh (2 tổ máy AES-2006 (V-392M) của Nga); Thổ Nhĩ Kỳ (1 tổ máy VVER V-509 của Nga) các tổ máy trên đang được xây dựng đáp ứng tiến độ.
Công nghệ lò áp lực (PWR) hiện đang chiếm ưu thế trong các nhà máy điện hạt nhân toàn cầu, với tỷ lệ 66,22% về số lượng và 71,23% về công suất điện Lò nước sôi (BWR) đứng thứ hai, chiếm 16% về số lượng và 17,93% về công suất điện.
Vào năm 2018, các tổ máy điện hạt nhân thế hệ 3+ như VVER-1200, AP 1000 và EPR-1750 lần đầu tiên được đưa vào vận hành tại Nga và Trung Quốc, đồng thời cũng được khởi công xây dựng tại Thổ Nhĩ Kỳ, Anh, Nga và Bangladesh Thế hệ lò 3+ đáp ứng tiêu chuẩn an toàn cao nhất, kết hợp hợp lý giữa các hệ thống an toàn chủ động và thụ động, nhằm giảm thiểu tối đa hậu quả trong trường hợp xảy ra sự cố, bao gồm cả sự cố ngoài thiết kế như máy bay rơi hay mất điện Trong các tình huống cực đoan, lò phản ứng được trang bị hệ thống bẫy vùng hoạt để giữ nhiên liệu nóng chảy và làm mát bằng nước thụ động, đảm bảo chất phóng xạ không phát tán ra môi trường.
Các quốc gia như Nga, Mỹ, Trung Quốc và Ấn Độ đang đẩy mạnh nghiên cứu và phát triển công nghệ điện hạt nhân mới, bao gồm lò phản ứng nhiệt độ cao làm mát bằng khí và lò phản ứng neutron nhanh Đồng thời, họ cũng chú trọng đến việc phát triển các lò phản ứng cỡ nhỏ cho các nhà máy điện hạt nhân nổi, nhằm nâng cao hiệu quả và tính an toàn trong sản xuất điện năng.
Sản lượng điện từ năng lượng hạt nhân (ĐHN) đóng vai trò quan trọng trong tổng sản lượng điện của các quốc gia sử dụng năng lượng hạt nhân Pháp dẫn đầu với tỷ lệ ĐHN chiếm 71,67% vào năm 2018, tiếp theo là Slovakia với 55,03% và Ukraina với 52,96% Mặc dù Mỹ có số lượng tổ máy ĐHN lớn nhất thế giới, nhưng sản lượng ĐHN chỉ chiếm 19,32% trong tổng sản lượng điện quốc gia.
Thống kê tổ máy điện hạt nhân trên thế giới
T Quốc gia Đa ng xây dựn g (tổ má y) Đa ng hoạ t độn g (tổ má y)
Tổng sản lượng ĐHN năm 2018 GW.h
Tổng sản lượng điện năm 2018 GW.h
2.1.1.1 Một số nhà máy điện hạt nhân lớn trên thế giới (2017)
Nhà máy điện hạt nhân Kashiwazaki-Kariwa, được TEPCO xây dựng vào năm 1985 và đưa vào hoạt động năm 1997, có công suất 8.212 MWh và là nhà máy lớn nhất thế giới với 7 lò phản ứng Tuy nhiên, sau trận động đất mạnh 6,8 độ richter vào năm 2007, nhà máy đã gặp phải những rò rỉ chất phóng xạ nghiêm trọng, dẫn đến nhiều chỉ trích đối với TEPCO vì sự chậm trễ trong xử lý và báo cáo Kết quả là nhà máy đã bị đóng cửa.
Nhà máy điện hạt nhân Uljin, tọa lạc tại Gyeongsangbuk, Hàn Quốc, là một trong những nhà máy lớn nhất trong khu vực Được xây dựng với bài học từ các sự cố trước đây ở Nhật Bản, nhà máy được bao quanh bởi những bức tường thành kiên cố nhằm nâng cao khả năng chịu đựng trước các trận động đất mạnh lên đến 7 độ Richter Hàn Quốc đã đầu tư 922 triệu USD để tái thiết và cải thiện an toàn cho nhà máy.
Nhà máy Zaporizhzhia, lớn nhất châu Âu, đóng góp tới 50% sản lượng điện hạt nhân của Ukraine Nằm bên bờ sông Dnieper ở miền trung Ukraine, nhà máy này sở hữu 6 lò phản ứng.
Vào năm 1986, một thảm họa hạt nhân nghiêm trọng đã xảy ra tại nhà máy Chernobyl, với lượng phóng xạ phát tán ước tính gấp 400 lần so với quả bom nguyên tử ở Hiroshima, Nhật Bản Trước tình hình này, chính phủ Ukraine đã quyết định từ bỏ kho uranium lớn nhất, chiếm 1/3 tổng lượng nguyên liệu hạt nhân trên toàn cầu.
Nhà máy Gravelines là nhà máy điện hạt nhân của Pháp được hoàn thành vào năm
Năm 1984, có 6 lò phản ứng được xây dựng gần kênh English Channel, cung cấp nhiệt lượng làm ấm nước, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển nhanh chóng của cá mú và hỗ trợ sự phát triển của các trang trại xung quanh.
Nhà máy Paluel, lớn thứ hai tại Pháp, là một trong bốn nhà máy điện hạt nhân tọa lạc bên bờ sông English Channel ở phía bắc đất nước Với bốn lò phản ứng, mỗi lò có công suất vượt quá 1.300 MWh, Paluel đóng góp đáng kể vào nguồn năng lượng hạt nhân của Pháp.
Nhà máy điện hạt nhân Cattenom, nằm gần biên giới Đức và thuộc sở hữu của công ty Electricite De France (EDF), là một trong những cơ sở quan trọng của ngành năng lượng Pháp Với 75% nhu cầu điện được cung cấp từ năng lượng hạt nhân, Pháp dẫn đầu thế giới về tiêu thụ điện hạt nhân Tuy nhiên, sau thảm họa hạt nhân ở Nhật Bản, đã có nhiều cuộc biểu tình diễn ra xung quanh nhà máy, phản ánh mối lo ngại về an toàn hạt nhân.
Chính sách phát triển ĐHN và ký kết các thỏa thuận hợp tác
Hiện trạng ứng dụng năng lượng địa nhiệt
Sản lượng điện địa nhiệt dự kiến tăng khoảng 3% trong năm 2019, thấp hơn mức tăng trưởng trung bình của 5 năm trước Công nghệ hiện tại chưa đạt yêu cầu để đạt được cấp độ SDS, đòi hỏi phải tăng trưởng 10% hàng năm từ 2019 đến 2030 Cần thiết phải có các chính sách nhằm giải quyết những thách thức liên quan đến rủi ro trước khi phát triển, nhằm tăng cường triển khai nguồn điện địa nhiệt.
Hình 2.1 Sản xuất điện địa nhiệt trong Kịch bản Phát triển Bền vững, 2000-2030 (TWh)
Vào cuối năm 2016, công suất điện địa nhiệt toàn cầu đạt 12,7 gigawatt (GW), với sản lượng điện hàng năm đạt 80,9 terawatt-giờ (TWh) vào năm 2015, chiếm khoảng 0,3% tổng sản lượng điện toàn cầu (IRENA, 2017a) Sản xuất điện địa nhiệt chủ yếu dựa vào các công nghệ khai thác tài nguyên địa nhiệt thông thường như nhà máy hơi nước khô, nhà máy chớp cháy (đơn, kép và ba), nhà máy nhị phân và nhà máy chu trình hỗn hợp hoặc lai Tuy nhiên, khi các nguồn tài nguyên thông thường chất lượng cao trở nên khó tiếp cận, các nguồn tài nguyên sâu hơn có thể được khai thác trong tương lai nhờ vào sự phát triển của các hệ thống địa nhiệt nâng cao.
Năm 2016, công suất lắp đặt địa nhiệt toàn cầu đạt 12,7 GW, với các nhà máy điện địa nhiệt sản xuất khoảng 80,9 TWh, tương đương 0,3% tổng sản lượng điện toàn cầu Hoa Kỳ, Philippines và Indonesia là những quốc gia dẫn đầu về công suất điện địa nhiệt được lắp đặt, lần lượt với 2,5 GW, 1,9 GW và 1,5 GW Đặc biệt, trong năm 2016, công suất lắp đặt toàn cầu bổ sung đạt 901 MW, con số cao nhất trong 10 năm, chủ yếu được lắp đặt tại Kenya (518 MW), Thổ Nhĩ Kỳ (197 MW).
Indonesia có công suất địa nhiệt đạt 95 MW (IRENA, 2017a) Với sự gia tăng đáng kể trong việc khai thác nguồn năng lượng này, nhiều quốc gia đang bày tỏ sự quan tâm mạnh mẽ đến việc phát triển các dự án địa nhiệt.
Bảng 2.2 Công suất điện địa nhiệt được lắp đặt thực theo quốc gia năm 2016
Quốc gia Công suất (MW)
Một số nhà máy địa nhiệt trên thế giới
Khu phức hợp địa nhiệt Geysers, California, Hoa Kỳ
The Geysers Complex, tọa lạc ở vùng núi Mayacamas, 72 dặm về phía bắc của San Francisco, California, Hoa Kỳ, là lĩnh vực năng lượng địa nhiệt lớn nhất thế giới.
Tổ hợp Geysers, với 22 nhà máy điện địa nhiệt và tổng công suất lắp đặt 1.520 MW, cung cấp năng lượng cho các quận Sonoma, Mendocino và Lake của California Ngoài ra, một phần nhu cầu năng lượng của các hạt Napa và Marin cũng được đáp ứng Điều này rất quan trọng vì khu vực này có mật độ dân số cao và nhiều ngành công nghiệp quan trọng, trong đó nhiều người có ý thức về bảo vệ môi trường.
Khu phức hợp địa nhiệt Larderello, Ý
Khu phức hợp địa nhiệt Lardarello, nằm gần Tuscany, miền trung Ý, bao gồm 34 nhà máy với tổng công suất 770 MW, sản xuất 10% năng lượng địa nhiệt toàn cầu Đây là một trong những tổ hợp địa nhiệt lâu đời nhất thế giới, với nhà máy đầu tiên đi vào hoạt động vào năm 1913 Hiện nay, Lardarello thuộc sở hữu của Enel Green Power.
Nhà máy điện địa nhiệt Cerro Prieto, Mexico
Nhà máy điện địa nhiệt Cerro Prieto, tọa lạc gần Mexicali, Baja California, Mexico, là một khu phức hợp lớn với tổng công suất lắp đặt 720 MW, xếp thứ ba trên thế giới Khu phức hợp này bao gồm năm nhà máy địa nhiệt chính, trong đó bốn đơn vị của Cerro Prieto I đã được đưa vào vận hành từ năm 1973 đến 1981.
Hình 2.3 công suất địa nhiệt được lắp đặt trên toằng cầu
Khu phức hợp Makiling-Banahaw, Phillipines
Tổ hợp Makiling-Banahaw tại Philippines được thành lập bởi Tập đoàn Chevron Geothermal Philippine Holdings, Inc., với sản xuất thương mại bắt đầu từ năm 1979 khi hai tổ máy 55 MW đi vào hoạt động Đến năm 1984, tổ hợp này đã mở rộng thêm sáu tổ máy.
55 MW được lắp đặt tại 3 nhà máy điện Tiếp tục mở rộng tổ hợp diễn ra khi vào năm
Vào năm 1994, sáu nhà máy nhị phân với tổng công suất 15,73 MW đã được lắp đặt Các nhà máy khác đã được khánh thành trong những năm tiếp theo, hiện tại tổng công suất của tổ hợp Makiling-Banahaw đạt 460 MW.
Nhà máy điện địa nhiệt Darajat, lớn thứ tám thế giới, có công suất lắp đặt 260 MW, tọa lạc tại Garut, quận Pasirwangi, Indonesia Được điều hành bởi Darajat GPP Amoseas Indonesia, nhà máy này cung cấp điện cho các tỉnh Bali và Java của quốc đảo.
Nhà máy điện địa nhiệt Malitbog, cách thành phố Ormoc khoảng 25 km về phía bắc trên đảo Leyte, Philippines, có công suất 230 MW Được xây dựng với sự tài trợ của Tập đoàn Sumitomo và Fuji Electric, nhà máy này hoàn thành vào năm 1996 Hiện tại, nó thuộc sở hữu của Tập đoàn Phát triển Năng lượng và được trang bị ba tuabin đơn, hai xi-lanh, hai dòng, ngưng tụ.
2.2.2.1 Nguồn năng lượng địa nhiệt tại Việt Nam , các tiềm năng
Việt Nam có tiềm năng địa nhiệt trung bình so với thế giới, với nguồn năng lượng này được phân bố đều trên toàn quốc, cho phép sử dụng rộng rãi ở hầu hết các địa phương Hiện tại, Quảng Trị đã cấp phép xây dựng nhà máy địa nhiệt đầu tiên tại Đakrông với công suất 25MW, mở ra hy vọng cho ngành điện trong việc cung cấp nguồn năng lượng mới cho lưới điện quốc gia trong tương lai gần.
Khí hậu Việt Nam nhiệt đới nóng ẩm với mùa hè kéo dài hơn 6 tháng, dẫn đến nhu cầu sử dụng điều hòa không khí tăng cao trong sinh hoạt và sản xuất, đặc biệt là trong bảo quản nông thủy sản, gây tốn kém hàng tỷ đôla mỗi năm Nghiên cứu của Viện Địa chất tại đồng bằng Sông Hồng cho thấy tầng trung hòa nhiệt ổn định ở 25 - 26°C nằm ở độ sâu 10 - 15 m, tạo điều kiện lý tưởng cho việc áp dụng công nghệ bơm nhiệt đất (GSHP) Các mô phỏng công nghệ này tại Hà Nội cho thấy khả năng tiết kiệm năng lượng đáng kể.
Bơm nhiệt đất tiêu thụ chỉ 37% năng lượng điện so với hệ thống điều hòa không khí hiện tại, mang lại lợi ích kinh tế và tiết kiệm năng lượng hiệu quả Hơn nữa, giải pháp này còn giúp giảm thiểu đáng kể lượng khí thải, góp phần bảo vệ môi trường.
Tại Việt Nam, có nhiều khu vực đã được xác định có dị thường dòng nhiệt cao, chứng tỏ nguồn địa nhiệt phong phú có thể khai thác để phát điện và áp dụng công nghệ bơm nhiệt đất cho điều hòa không khí Tuy nhiên, dữ liệu hiện tại vẫn còn hạn chế, do đó cần đầu tư nghiên cứu và triển khai thí điểm để xây dựng cơ sở luận cứ cho việc phát triển giải pháp khai thác nguồn địa nhiệt trong năng lượng tái tạo Nguồn năng lượng này có nhiệt độ trung bình, hứa hẹn sẽ được sử dụng hiệu quả trong các lĩnh vực như sấy sản phẩm, chăm sóc sức khỏe và du lịch.
Nam dường như còn bị bỏ ngỏ
