BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ
NĂNG LƯỢNG CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG
Chủ đề : Phân tích ưu và nhược điểm của các côngnghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân Thể hiện ý tưởng và quan điểm cá nhân về các loại công nghệ này.
Giáo viên hướng dẫn: Ths Cù Thị SángSinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Đăng KhoaMã sinh viên: 23810620058
Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ điên tửLớp: D18CODT2
Khoa: Cơ khí và Động lực
Hà Nội, tháng 12 năm 2023
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰCKHOA CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG
Trang 21 Khái niệm năng lượng hạt nhân………62 Ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng
hạt nhân……….103 Ý tưởng và quan điểm cá nhân……… 14
Trang 3Lời mở đầu
Trong bối cảnh sự thay đổi khí hậu đang diễn ra từng ngày, con người ngày càng ý thức hơn được sự hữu hạn của các nguồn tài nguyên Vấn đề và anh ninh năng lượng cũng dang nóng lên từng ngày do các nguồn năng lượng truyền thốngdang dần cạn kiệt mà nhu cầu sử dụng năng lượng lại ngày càng tăng cao đòi hỏi con người phải nhanh chóng tìm ra những nguồn năng lượng sạch, mới để thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống, nhưng trước khi khám phá ra những nguồn năng lượng mới và sạch đó, con người cần phải hiểu sâu về năng lượng, các loại năng lượng cũng như tác động của nó tới đời sống kinh tế - xã hội, tới môi trường trên Trái đất và các biện pháp cần làm để tiết kiệm được năng lượng, phục vụ cho sự phát triển bền vững Là một sinh viên của Trường Đại Học Điện Lực và hiện đang học bộ Môn Năng lượng cho phát triển bền vững, em cảng nhận thức được tầm quan trọng của các vấn đề đã nêu, chính vì thế, em đã chọn "Chủ đề : Phân tích ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân Thể hiện ý tưởng và quan điểm cá nhân về các loại công nghệ này" để viết bài báo cáo chuyên đề này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên/Nhóm Sinh viên Khoa
Nguyễn Thế Đăng Khoa Hà Nội 29/12/2023
Trang 4
Tìm hiểu về các loại công nghệ sản xuất điện từ nănglượng hạt nhân
Nhiệm vụ cụ thể
Chủ đề: Phân tích ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân Thể hiện ý tưởng và quan điểm cá nhân về các loại công nghệ này.
Trang 5
Chủ đề: Phân tích ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân Thể hiện ý tưởng và quan điểm cá nhân về các loại công nghệ này.
I Khái niệm năng lượng hạt nhân
A Năng lượng hạt nhân:
Là một loại công nghệ hạt nhân được thiết kế để tách năng lượng hữu ích từ hạt nhân nguyên tử thông qua các lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát Phương pháp duy nhất được sử dụng hiện nay là phân hạch hạt nhân, mặc dù các phương pháp khác có thể bao gồm tổng hợp hạt nhân và phân rã phóng xạ
Chúng được tạo ra khi các nguyên tử bị tách ra trong quá trình phân hạch hạt nhân để giải phóng năng lượng Nhiên liệu phổ biến nhất được dùng để phân hạch hạt nhân trong các nhà máy điện hạt nhân là uranium Tuy nhiên, chỉ một loại uranium nhất định (U-235) là phù hợp và trong một số nhà máy, plutonium được sử dụng để thay thế.
B Cách thức hoạt động:
Phân hạch hạt nhân diễn ra khi một neutron va chạm với một nguyên tử nhiên liệu Như vậy làm cho nguyên tử tách ra, giải phóng nhiệt và năng lượng bức xạ, nhiều nơtron hơn sẽ tiếp tục va chạm với nhiều nguyên tử nhiên liệu hơn,do đó chu kỳ tiếp tục Chu kỳ được gọi là một chuỗi phản ứng hạt nhân Một phản ứng dây chuyền hạt nhân có thể được kiểm soát trong các lò phản ứng của nhà máy hạt nhân để tạo ra nhiệt, từ đó làm nóng chất làm mát để tạo ra hơi nước Hơi nước làm quay tua-bin hoặc bánh xe dẫn động máy phát điện để tạo ra điện.
C Nguyên lý hoạt động
1 Nguyên liệu hạt nhân: Nhà máy điện hạt nhân sử dụng một nguyên liệu
hạt nhân như uranium-235 (U-235) hoặc plutonium-239 (Pu-239) làmnhiên liệu Những hạt nhân này có khả năng phân hạt nhân, tức là chúngcó thể chia thành các hạt nhân nhỏ hơn khi bị bắn bởi một neutron
2 Phản ứng phân hạt nhân: Trong lò phản ứng hạt nhân, các hạt neutron
được bắn vào hạt nhân nhiên liệu Khi neutron va chạm với hạt nhân 235 hoặc Pu-239, nó có thể gây ra phản ứng phân hạt nhân, trong đó hạtnhân chia thành hai hạt nhân nhỏ hơn, giải phóng nhiệt và một số neutronkhác.
U-3 Nhiệt động năng lượng: Phản ứng phân hạt nhân tạo ra một lượng lớn
nhiệt động năng lượng do năng lượng được giải phóng từ phân hạt nhân.Nhiệt động năng lượng này được sử dụng để làm sôi nước trong một hệthống lò đặc biệt, gọi là lò phản ứng.
4 Tạo hơi nước: Hệ thống lò phản ứng chứa nước Nhiệt động năng lượng
tạo ra từ phản ứng phân hạt nhân làm cho nước trong lò phản ứng biếnthành hơi nước.
5 Turbine và máy phát điện: Hơi nước được dùng để làm xoay một
turbine Khi turbine quay, nó làm cho một máy phát điện hoạt động,
Trang 6chuyển đổi năng lượng cơ học từ turbine thành năng lượng điện Điệnnăng sau đó được dẫn ra khỏi nhà máy và cung cấp cho lưới điện quốc gia.
6 Làm mát: Sau khi hơi nước đã đi qua turbine và làm việc, nó cần được
làm nguội lại trở thành nước và tái sử dụng trong quá trình lò phản ứng.Điều này thường được thực hiện thông qua hệ thống làm mát bằng nước,gọi là làm mát bằng nước.
Nhà máy điện hạt nhân hoạt động dựa trên sự kiểm soát cẩn thận của các quátrình này để đảm bảo rằng phản ứng phân hạt nhân diễn ra ổn định và an toàn, vàđể sản xuất năng lượng điện một cách hiệu quả.
D Ứng dụng
Việc sử dụng năng lượng hạt nhân được biết đến rộng rãi nhất chỉ đơn giảnlà sản xuất điện để cung cấp năng lượng Tuy nhiên, cũng có những ứng dụngquan trọng khác của năng lượng hạt nhân có thể kể đến
Kiểm soát côn trùng: trong nông nghiệp có thể sử dụng bức xạ để ngăncôn trùng sinh sản nếu chúng gây ra mối đe dọa cho mùa màng Việc bảovệ mùa màng này là rất quan trọng vì nó đảm bảo việc cung cấp lươngthực cho đời sống
Làm cho thực phẩm an toàn: Chiếu xạ cũng được sử dụng để tiêu diệt vikhuẩn và các mầm bệnh khác trong thực phẩm thông qua quá trình tiệttrùng Mặc dù quá trình này có thể khiến bạn cảm thấy khó chịu, nhưngchiếu xạ thực sự là cách duy nhất để tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn trên thựcphẩm sống hoặc đông lạnh
Chẩn đoán và điều trị y tế: Chúng được sử dụng để cung cấp hình ảnh bêntrong cơ thể con người giúp chẩn đoán chính xác hơn và thậm chí còngiúp điều trị một số bệnh Các bác sĩ đã có thể dự đoán chính xác lượngbức xạ cần thiết để tiêu diệt khối u ung thư mà không làm tổn hại đến cáctế bào khỏe mạnh Và, cũng giống như trong ngành nông nghiệp, tiagamma khử trùng thiết bị y tế với giá rẻ và an toàn trong các bệnh việntrên
Khử trùng nước: ở nhiều nơi vẫn chưa có được nguồn nước sạch đáng tincậy Để làm cho nước sạch có thể uống, có thể sử dụng một quá trình gọilà khử muối, đòi hỏi một lượng năng lượng rất lớn Các cơ sở năng lượnghạt nhân có thể cung cấp năng lượng này cho các nhà máy khử muối cungcấp nước sạch với chi phí thấp.
E Sơ đồ bố trí của nhà máy điện hạt nhân
Sơ đồ bố trí của một nhà máy điện hạt nhân thường bao gồm các thành phần vàkhu vực quan trọng sau đây Lưu ý rằng bố trí cụ thể có thể thay đổi tùy thuộcvào loại thiết bị và công nghệ sử dụng Dưới đây là một sơ đồ tổng quan:
1 Lò phản ứng hạt nhân (Reactor Core):
o Khu vực chứa nhiên liệu hạt nhân, ví dụ như uranium hoặcplutonium.
o Hệ thống điều khiển để điều chỉnh quá trình phản ứng hạt nhân.
Trang 72 Hệ thống làm mát (Cooling System):
o Hệ thống làm mát bằng nước hoặc khí để duy trì nhiệt độ ổn địnhtrong lò phản ứng.
o Bao gồm bơm, tủ nhiệt độ và bộ làm mát.
3 Hệ thống làm sạch và lọc (Purification and Filtration):
o Loại bỏ các chất cặn bã nhờn và tạp chất từ hệ thống làm mát vànhiên liệu.
4 Hệ thống kiểm soát (Control System):
o Hệ thống kiểm soát tự động để duy trì an toàn và ổn định của lòphản ứng.
5 Hệ thống bảo vệ (Safety Systems):
o Bao gồm hệ thống bảo vệ để ngăn chặn các tình huống nguy hiểmnhư quá nhiệt độ, áp suất cao, hoặc sự cố phát ra khỏi lò phản ứng.
6 Lò đậy (Containment Building):
o Toà nhà chịu lực đựng lò phản ứng, được thiết kế để chứa bất kỳ sựcố nào trong lò phản ứng và ngăn chặn xảy ra rò rỉ chất bức xạ.
7 Hệ thống làm nước nóng (Steam Generator):
o Tạo hơi nước từ nhiệt động năng lượng của lò phản ứng.o Hơi nước này sau đó được dùng để làm xoay turbine.
8 Turbine và máy phát điện (Turbine and Generator):
o Turbine chuyển đổi năng lượng cơ học từ hơi nước thành nănglượng điện.
o Máy phát điện tạo ra điện từ năng lượng cơ học.
9 Hệ thống làm mát lại (Cooling System):
o Hệ thống làm mát lại để làm nguội nước sau khi nó đã làm việctrong turbine và máy phát điện.
10 Hệ thống lưu trữ chất thải hạt nhân (Nuclear Waste Storage):
o Khu vực để lưu trữ an toàn chất thải hạt nhân.
11 Hệ thống vận chuyển chất thải hạt nhân (Nuclear Waste Transport):
o Hệ thống vận chuyển để chuyển chất thải hạt nhân đến nơi lưu trữcuối cùng.
12 Cơ sở kiểm tra và quản lý (Control and Management Facilities):
o Các toà nhà và trạm kiểm tra để theo dõi và quản lý hoạt động củanhà máy
13 Hệ thống điện (Electrical System):
o Hệ thống điện để phân phối điện năng được sản xuất đến lưới điệnquốc gia.
Sơ đồ này chỉ là một phần của bố trí tổng thể của một nhà máy và mục tiêuchính là duy trì an toàn và hiệu quả trong việc sản xuất năng lượng điện từ phảnứng hạt nhân.
F Nhà máy điện hạt nhân
* Dùng phản ứng phân rã hạt nhân Uranium 235 (U92235) để sinh ra nhiệt, > sinh
-* Đặc điểm:
Trang 8• Công nghệ rất cao, đòi hỏi cao về an toàn trong vận hành, thường có Công suất lớn
• Công suất lớn, Thời gian khởi động, ít linh hoạt trong điều chỉnh công suất
cẩn thận, ( xa khu dân cư)
• Nhiên liệu: 1 Uranium:
bạc, có ký hiệu U, số thứ tự 92 trong bảng tuần hoàn
đồng vị khác nhau 99,3% U238 và 0,7% U235
ứng hạt nhân.
• Nhiên liệu: 2 Plutoium :
thành một lớp phủ mờ khi bị oxi hóa
phản ứng của Uranium.
1/3 năng lượng được tạo thành từ Pu239
Trang 9
f Một số nhà máy điện hạt nhân trên thế giới
• Một số thiết bị chính:
• Các tòa tháp (ví dụ như tháp làm lạnh, tháp chứa nhiên liệu)
• Lò phản ứng (nơi diễn ra phản ứng hạt nhân, chịu được chịu áp lực nước)• Hệ thống nhiên liệu: gồm các thanh chứa nhiên liệu dạng viên, hệ thống
điều áp máy bơm • Máy sinh hơi nước
• Tua-bin chạy bằng hơi nước• Máy phát điện (đồng bộ, cực ẩn)
Trang 10Nhìn chung năng lượng hạt nhân không có tác động quá lớn tới khí quyển mặc dù một số khí nhà kính vẫn giải phóng ra trong quá trình vận chuyển nguyên liệu nhưng nó không ảnh hưởng đáng kể đến không khí và nước.
2 Năng lượng hạt nhân là một nguồn cung cấp điện ổn định
Con người hiện nay đang dựa chủ yếu vào nhiệt điện, thủy điện Ngoài ra, chúng ta còn sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời và điện gió Mặc dù vậy đây là những hình thức sản xuất năng lượng phụ thuộc khá nhiều vào thiên nhiên, do đó sản lượng điện không ổn định.
Trang 11Tuy nhiên việc sản xuất điện hạt nhân lại hiếm khi chịu tác động của các yếu tố khách quan Ngoài ra, các nhà máy điện hạt nhân cũng hoạt động với công suất cao hơn nhiều các nguồn điện tái tạo khác.
3 Lợi ích kinh tế về lâu dài
Chi phí ban đầu để xây dựng một nhà máy hạt nhân là khá cao Nhưng nếu chúngta tính xa hơn, năng lượng hạt nhân sẽ đem lại hiệu quả kinh tế đáng kể Lý do bởi sự sẵn có của uranium, nguyên tố quan trọng để sản xuất năng lượng hạt nhân Đặc biệt xét về lợi ích kinh tế, năng lượng hạt nhân tốt hơn rất nhiều so vớithan, dầu, khí đốt,…Bên cạnh đó, nhà máy điện hạt nhân có thể chạy trơn tru trong thời gian dài Chi phí nhiên liệu thấp và quá trình sản xuất điện cũng rẻ hơncác hình thức khác.
4 Năng lượng bền vững
Hiện nay năng lượng hạt nhân được coi là một nguồn năng lượng bền vững Uranium có sẵn rất nhiều trong tự nhiên và năng lượng hạt nhân không ảnh hưởng quá lớn tới môi trường Tuy nhiên các nhà khoa học đang tìm kiếm một giải pháp thay thế tốt hơn cho uranium, nhằm biến năng lượng hạt nhân trở thànhmột nguồn năng lượng tái tạo.
Ước tính trữ lượng uranium của Trái Đất đủ dùng trong vòng 80 năm tới Tuy nhiên con người đã tìm ra được nguồn nguyên liệu thay thế nếu hết uranium, đó là thorium Không giống như uranium, thorium không cần phải xử lý trong điều kiện nhiệt độ cao Thêm vào đó, nó cũng giải phóng ít chất thải hơn Các quốc gia như Nhật Bản, Ấn Độ đang lên kế hoạch sử dụng thorium trong các nhà máy điện hạt nhân của họ.
* Nhược điểm của năng lượng hạt nhân1 Chất thải nguy hại cho môi trường
Chất thải phóng xạ từ lâu đã trở thành một chủ đề gây tranh cãi Sản phẩm phụ của quá trình phân hạch tuy chưa làm hại tới chúng ta nhưng ai biết trong tương lai sẽ ra sao nếu số phụ phẩm này bị trào ra ngoài môi trường Hiện tại lượng chất thải từ khoảng 449 nhà máy điện hạt nhân trên thế giới đang rất lớn nên con người khó có thể lưu trữ trong dài hạn.
Trang 12Điều này đặt ra những rủi ro lớn Nếu không được bảo quản đúng cách, chất thải từ hoạt động sản xuất điện hạt nhân có thể gây ô nhiễm môi trường Ngày nay đáy biển đang trở thành bãi thải cho các con tàu ngầm hạt nhân và container chứachất thải hạt nhân Vì vậy việc xử lý chất thải triệt để đang là mối quan tâm hàng đầu của các nhà nghiên cứu nhằm cứu sống đại dương đang bị ô nhiễm từng ngày.
2 Khả năng rủi ro và gặp sự cố khá cao
Ngay cả khi được bảo vệ kỹ càng và tính toán chi tiết, vẫn có xác suất xảy ra các sự cố nguy hiểm như rò rỉ phóng xạ Một khi để xảy ra sự cố, sức tàn phá của năng lượng hạt nhân sẽ rất lớn Vì là một nguồn năng lượng vô cùng mạnh nên cả khi bị rò rỉ một lượng nhỏ ra môi trường, nó cũng sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng.
Trong quá khứ những bài học như thảm họa nhà máy Chernobyl ở Ukraina bị nổ dẫn tới hàng chục người chết và sau này là các di chứng khiến hàng trăm ngàn người chết vì bệnh tật, ung thư Hay vào năm 2011 khi Nhật Bản phải hứng chịu cơn sóng thần khủng khiếp, nhà máy điện hạt nhân Fukushima khi đó đã gặp sự cố do tác động của động đất và sóng thần Sự cố ảnh hưởng đến các lò phản ứng và làm rò rỉ chất phóng xạ.
3 Tốn kém chi phí xây dựng
Trang 13Ngay cả khi đem tới rất nhiều lợi ích nhưng khó có thể phủ nhận rằng, năng lượng hạt nhân là một hình thức sản xuất điện hiện đại và đắt đỏ Hạn chế của phương pháp này là tốn thời gian và tiền bạc để xây dựng nhà máy trong nhiều năm Ngoài ra không dễ dĩ để có được một mặt bằng đủ lớn để xây dựng nhà máy.
Thông thường phải mất từ 20-30 năm để lập kế hoạch và xây dựng thành công một nhà máy điện hạt nhân mới.
4 An ninh hạt nhân
An ninh luôn là mối quan tâm hàng đầu của chúng ta khi xem xét tới năng lượnghạt nhân Vì là một nguồn năng lượng cực mạnh và tiềm ẩn nguy cơ rò rỉ nên nócó thể bị các đối tượng xấu hoặc các tổ chức khủng bổ sử dụng để uy hiếp, thậmchí xóa sổ văn minh nhân loại Do đó, công tác bảo vệ an ninh cho các nhà máysản xuất điện hạt nhân là rất quan trọng Chưa kể việc hạn chế các sai sót trongquá trình vận hành cũng cần được lưu tâm.
5 Vũ khí hạt nhân
Việc sản xuất năng lượng hạt nhân không tạo ra quá nhiều khí thải nhà kính nhưcác hình thức khác Do đó nó là một sự thay thế an toàn Tuy nhiên chất thảiphóng xạ từ hoạt động sản xuất điện hạt nhân lại có thể sử dụng để chế tạo vũ khíhạt nhân Plutonium là một chất như vậy Nó là một chất quan trọng để chế tạobom hạt nhân.
Ngay cả khi năng lượng hạt nhân đem tới rất nhiều lợi ích nhưng nó đang dấy lênmối quan ngại về an ninh quốc gia nếu được dùng cho mục đích chính trị và quânsự.Giống như một đồng xu hai mặt, mọi thứ đều có ưu và nhược điểm Bởi vậydù ủng hộ sự tồn tại của năng lượng hạt nhân nhưng thế giới nói chung và cácnước nói riêng cần có một bộ quy tắc chung, nhằm hạn chế nguy cơ chế tạo vũkhí hạt nhân và đe dọa xóa sổ văn minh nhân loại Trên hết việc ký kết các hiệpđịnh và hiệp ước sẽ giúp cả thế giới giám sát các quốc gia có ý định biến nănglượng hạt nhân trở thành vũ khí đe dọa nước khác