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

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ NĂNG LƯỢNG CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG Chủ đề : Phân tích ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân.. 3 Chủ đề: Phân tích ưu và nhược điểm củ

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ NĂNG LƯỢNG CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG

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.

Giáo viên hướng dẫn: Ths Cù Thị Sáng

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Đăng Khoa

Mã sinh viên: 23810620058

Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ điên tử

Lớp: D18CODT2

Khoa: Cơ khí và Động lực

Hà Nội, tháng 12 năm 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG

Mục lục

Tìm hiểu về các loại công nghệ sản xuất điện từ năng

lượng hạt nhân……… 3

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.

1 Khái niệm năng lượng hạt nhân………6

2 Ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân……….10

3 Ý tưởng và quan điểm cá nhân……… 14

Lời 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 thống dang 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

Tìm hiểu về các loại công nghệ sản xuất điện từ năng

lượng 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.

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) làm nhiên liệu Những hạt nhân này có khả năng phân hạt nhân, tức là chúng

có 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

U-235 hoặc Pu-239, nó có thể gây ra phản ứng phân hạt nhân, trong đó hạt nhân chia thành hai hạt nhân nhỏ hơn, giải phóng nhiệt và một số neutron khác

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 hệ thống 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 biến thành 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,

chuyển đổi năng lượng cơ học từ turbine thành năng lượng điện Điện năng 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 quá trình này để đảm bảo rằng phản ứng phân hạt nhân diễn ra ổn định và an toàn, và

để 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 giản

là sản xuất điện để cung cấp năng lượng Tuy nhiên, cũng có những ứng dụng quan 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 ngăn côn trùng sinh sản nếu chúng gây ra mối đe dọa cho mùa màng Việc bảo

vệ mùa màng này là rất quan trọng vì nó đảm bảo việc cung cấp lương thực cho đời sống

 Làm cho thực phẩm an toàn: Chiếu xạ cũng được sử dụng để tiêu diệt vi khuẩn và các mầm bệnh khác trong thực phẩm thông qua quá trình tiệt trùng Mặc dù quá trình này có thể khiến bạn cảm thấy khó chịu, nhưng chiếu xạ thực sự là cách duy nhất để tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn trên thực phẩm sống hoặc đông lạnh

 Chẩn đoán và điều trị y tế: Chúng được sử dụng để cung cấp hình ảnh bên trong cơ thể con người giúp chẩn đoán chính xác hơn và thậm chí còn giúp điều trị một số bệnh Các bác sĩ đã có thể dự đoán chính xác lượng bức xạ cần thiết để tiêu diệt khối u ung thư mà không làm tổn hại đến các

tế bào khỏe mạnh Và, cũng giống như trong ngành nông nghiệp, tia gamma khử trùng thiết bị y tế với giá rẻ và an toàn trong các bệnh viện trên

 Khử trùng nước: ở nhiều nơi vẫn chưa có được nguồn nước sạch đáng tin cậy Để làm cho nước sạch có thể uống, có thể sử dụng một quá trình gọi

là khử muối, đòi hỏi một lượng năng lượng rất lớn Các cơ sở năng lượng hạt nhân có thể cung cấp năng lượng này cho các nhà máy khử muối cung cấp 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 và khu vực quan trọng sau đây Lưu ý rằng bố trí cụ thể có thể thay đổi tùy thuộc vào 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 hoặc plutonium

o Hệ thống điều khiển để điều chỉnh quá trình phản ứng hạt nhân

2 Hệ thống làm mát (Cooling System):

o Hệ thống làm mát bằng nước hoặc khí để duy trì nhiệt độ ổn định trong 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 và nhiên liệu

4 Hệ thống kiểm soát (Control System):

o Hệ thống kiểm soát tự động để duy trì an toàn và ổn định của lò phản ứng

5 Hệ thống bảo vệ (Safety Systems):

o Bao gồm hệ thống bảo vệ để ngăn chặn các tình huống nguy hiểm như 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 sự

cố 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 năng lượng 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 việc trong 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 trữ cuối 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 của nhà máy

13 Hệ thống điện (Electrical System):

o Hệ thống điện để phân phối điện năng được sản xuất đến lưới điện quốc gia

Sơ đồ này chỉ là một phần của bố trí tổng thể của một nhà máy  và mục tiêu chính là duy trì an toàn và hiệu quả trong việc sản xuất năng lượng điện từ phản ứng 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:

• 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

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)

II Ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân

* Ưu điểm của năng lượng hạt nhân

1 Giảm khí thải nhà kính

Theo các báo cáo được công bố vào năm 1998, lượng khí thải nhà kính đã giảm xuống gần một nửa nhờ việc nhiều nước chuyển sang sử dụng điện hạt nhân Theo nhiều nghiên cứu, năng lượng hạt nhân không phát ra khí thải độc hại như CO2 và metan, những chất nguy hiểm gây ra hiệu ứng nhà kính và tình trạng Trái Đất nóng lên

Nhìn 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

Tuy 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 chúng

ta 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 với than, 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 hơn các 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 thành một 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 nhân

1 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

Điều 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 chứa chất 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

Ngay 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 lượng hạt nhân Vì là một nguồn năng lượng cực mạnh và tiềm ẩn nguy cơ rò rỉ nên nó

có thể bị các đối tượng xấu hoặc các tổ chức khủng bổ sử dụng để uy hiếp, thậm chí xóa sổ văn minh nhân loại Do đó, công tác bảo vệ an ninh cho các nhà máy sản xuất điện hạt nhân là rất quan trọng Chưa kể việc hạn chế các sai sót trong quá 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 như các hình thức khác Do đó nó là một sự thay thế an toàn Tuy nhiên chất thải phóng xạ từ hoạt động sản xuất điện hạt nhân lại có thể sử dụng để chế tạo vũ khí hạt nhân Plutonium là một chất như vậy Nó là một chất quan trọng để chế tạo bom hạt nhân

Ngay cả khi năng lượng hạt nhân đem tới rất nhiều lợi ích nhưng nó đang dấy lên mối quan ngại về an ninh quốc gia nếu được dùng cho mục đích chính trị và quân sự.Giống như một đồng xu hai mặt, mọi thứ đều có ưu và nhược điểm Bởi vậy

dù ủng hộ sự tồn tại của năng lượng hạt nhân nhưng thế giới nói chung và các nước nói riêng cần có một bộ quy tắc chung, nhằm hạn chế nguy cơ chế tạo vũ khí hạt nhân và đe dọa xóa sổ văn minh nhân loại Trên hết việc ký kết các hiệp định và hiệp ước sẽ giúp cả thế giới giám sát các quốc gia có ý định biến năng lượng hạt nhân trở thành vũ khí đe dọa nước khác