Tổng quan lò phản ứng nước sôi BWR

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ-VẬT LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN   KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: TỔNG QUAN LÒ PHẢN ỨNG NƯỚC SÔI BWR NGUYỄN TRẦN NAM GIANG Thành phố Hồ Chí Minh - Năm 2009 -1- LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn thầy Nguyễn Đình Gẫm, người mà giúp đỡ em nhiều trình thực khóa luận, nhờ thầy mà em có nguồn tài liệu quí giá Thầy động viên em nhiều, đặc biệt em quí tính cởi mở nhiệt tình thầy, thầy lúc sẵn sàng giúp đỡ em lúc Em xin chân thành cảm ơn thầy Châu Văn Tạo, nhờ thầy mà em bổ sung thiếu sót cho đề tài Và em xin cảm ơn tất thầy cô, người dạy em suốt khoảng thời gian học đại học Cuối em xin cảm ơn người bạn người mà em không nhắc tới, với gia đình hỗ trợ em hoàn thành đề tài TP.HCM ngày 15 tháng năm 2009 Nguyễn Trần Nam Giang -2- MỤC LỤC Đề mục Trang Lời cảm ơn Mục lục Danh mục biểu Danh mục hình vẽ Danh mục chữ viết tắt Lời mở đầu Chƣơng LỊCH SỬ LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 1.1 Lịch sử hình thành hệ lò phản ứng hạt nhân 1.2 Các hệ lò phản ứng hạt nhân 1.2.1 Lò phản ứng hệ I 1.2.2 Lò phản ứng hệ II 1.2.3 Lò phản ứng hệ III 1.2.4 Lò phản ứng hệ IV 10 1.2.5 Lò phản ứng tỷ năm trƣớc 11 1.3 Phân loại lò phản ứng hạt nhân 13 1.3.1 Lò phản ứng nƣớc - nƣớc 13 1.3.2 Lò phản ứng Graphite 14 1.3.3 Lò phản ứng neutron nhanh 15 1.3.4 Lò nhiệt độ cao tải nhiệt khí HTGR, với graphite làm chất làm chậm 15 Chƣơng LÝ THUYẾT LÒ PHẢN ỨNG VÀ GIẢI PHÓNG NĂNG LƢỢNG HẠT NHÂN 16 2.1 Sự kết hợp proton neutron bên hạt nguyên tử 16 2.2 Quan hệ lƣợng khối lƣợng 16 2.3 Tổng hợp phân hạch hai khả thu hồi lƣợng 17 2.3.1 Tổng hợp nhiệt hạch 18 a) Tổng hợp tự nhiên 18 b) Tổng hợp nhân tạo 18 2.3.2 Sự phân hạch phản ứng dây chuyền 19 -3- 2.4 Những vấn đề xảy tâm lò phản ứng 20 Chƣơng CẤU TẠO LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN LOẠI BWR 28 3.1 Các thành phần lò phản ứng hạt nhân BWR 28 3.1.1 Nhà chứa lò phản ứng 30 3.1.2 Nồi áp lực lò phản ứng 30 3.1.3 Bó nhiên liệu 32 3.1.4 Thanh điều khiển 33 3.1.5 Hệ thống tái tuần hoàn nƣớc 35 3.1.6 Nhà chứa tuabin 36 3.1.7 Bộ phận ngƣng cùa lò phản ứng 37 3.1.8 Hệ thống cấp nƣớc 38 3.2 Nhiên liệu hạt nhân 38 3.2.1 Uranium 38 3.2.2 Đặc tính 39 3.2.3 Dạng xuất 39 3.2.4 Trong nƣớc biển 39 3.2.5 Hành trình 39 Chƣơng KẾT LUẬN 41 KẾT LUẬN 41 4.1 Sự lựa chọn cho tƣơng lai 41 4.2 Việt nam 46 4.2.1 Khả sản xuất điện hạt nhân 48 4.2.2 Lƣợng điện hạt nhân cần sản xuất 51 4.2.3 Chuẩn bị cho sản xuất điện hạt nhân 53 KIẾN NGHỊ 54 Tài liệu tham khảo 55 -4- DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Trang Bảng 4.1 Khởi đầu sản xuất điện hạt nhân năm 2015 48 Bảng 4.2 Khởi đầu sản xuất điện năm 2030 53 -5- DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Trang Hình 1.1 Nhà địa chất chỗ màu vàng Oxid Urani 12 Hình 1.2 Lò phản ứng nƣớc áp lực 13 Hình 1.3 Lò phản ứng PBMK-1000 14 Hình 2.1 Mô hình hóa phản ứng dây chuyền 19 Hình 2.2 Những yếu tố ảnh hƣởng đến hệ số K 21 Hình 2.3 Cách bố trí nhiên liệu 26 Hình 3.1 Tâm lò phản ứng 28 Hình 3.2 Lò phản ứng nƣớc sôi 29 Hình 3.3 Nhà chứa lò phản ứng BWR 30 Hình 3.4 Cấu tạo Nồi áp lực lò BWR 31 Hình 3.5 Bó nhiên liệu 32 Hình 3.6 Thanh điều khiển chi tiết hệ thống ngắt điện khẩn cấp 33 Hình 3.7 Nguyên tố làm điều khiển 35 Hình 3.8 Bơm lò phản ứng BWR 36 Hình 3.9 Tua-bin hệ thống van xả 37 Hình 3.10 Bơm cấp nƣớc lò phản ứng 38 Hình 3.11 Hạt nhiên liệu 38 Hình 3.12 Con đƣờng Urani 40 Hình 4.1 Lò phản ứng hạt nhân Catenom-Pháp 42 Hình 4.2 Nhà máy điện hạt nhân Belleville 43 Hình 4.3 Biểu đồ sản lƣợng điện hạt nhân giới 45 Hình 4.4 Lò phản ứng hạt nhân EBR Pháp 50 -6- BẢNG TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt LHQ Từ gốc Liên hợp quốc Ý nghĩa Tổ chức liên hiệp quốc gia giới Thế hệ thứ Generation I PWR Pressurized Water Reactor Lò phản ứng nước áp lực BWR Boiling Water Reactor Lò phản ứng nước sôi HTGR High Temperture Graphite Reactor IAEA International Atomic Energy Agency Cơ Quan Năng Lượng Nguyên Tử Quốc Tế EU European Union Liên minh Châu Âu NPT Treaty on the Non Proliferation of Nuclear Weapons Hiệp Ước chống tăng sinh Vũ khí hạt nhân EIA Electronic Industries Association Hiệp Hội Công Nghiệp Điện Tử APERC Asia Pacific Ecomic Research Center Trung Tâm Nguyên Cứu Kinh Tế Vùng Châu Á Thái Bình Dương PEON Production d’Electricite d’Origine Nucleaire Tổ Chức Sản Xuất Điện Từ Nguồn Hạt Nhân EIA Energy Information Administration Cơ quan thông tin lượng Lò nhiệt độ cao,với graphite làm chậm -7- LỜI MỞ ĐẦU Quan niệm đắn phát triển bền vững nhu cầu lượng cần thiết cho phát triển hai vấn đề cấp thiết mà nhân loại cần lưu phải tâm năm đến Tiến trình toàn cầu hóa phát triển chung khiến cho hầu hết lãnh đạo quốc gia giới, đặc biệt quốc gia hậu kỹ nghệ cần phải ngồi lại để tìm biện pháp chung để giải vấn đề cốt lõi người Đó lượng cần thiết để phát triển Trước vấn nạn môi trường hệ sinh thái bị hủy diệt, nhu cầu điện đến từ than đá hay thủy điện bị thay nguyên liệu “sạch” cho lượng Năng lượng từ dầu hỏa có nguy bị cạn kiệt thập niên đến Về lượng gió lượng mặt trời bước đầu, chưa đạt quy mô lớn giá thành tương đối cao Chỉ lại lượng hạt nhân quốc gia riết tập trung nghiên cứu để tiến đến công nghệ lượng sạch, an toàn, giá thành rẻ, mang lại nhiều ứng dụng khác việc tạo điện phù hợp với tinh thần phát triển bền vững LHQ đề Đề tài có mục đích trình bày số thông tin lịch sử hình thành,cấu tạo lò phản ứng hạt nhân, lò phản ứng BWR Cùng viễn cảnh tiến tới công nghệ số an toàn lao động vận hành -8- CHƢƠNG LỊCH SỬ LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 1.1 Lịch sử hình thành hệ lò phản ứng hạt nhân Một nhu cầu cần thiết để phát triển quốc gia lượng Và lượng đến từ lò phản ứng hạt nhân nhà khoa học ý đến từ năm đầu thập niên 50 Từ lò phản ứng thuộc hệ I đời Các lò sử dụng Tuy nhiên lò thuộc hệ dần đến đào thải thời gian vận hành chấm dứt (tuổi thọ lò phản ứng vào khoảng 50 năm) Thế hệ thứ II đời vào đầu thập niên 70 Thế hệ thứ III vào thập niên 90 Và sau hệ thứ IV chuẩn bị với nhiều hy vọng trở thành công nghệ hoàn hảo làm giảm thiểu tối đa hiệu ứng nhà kính qua việc phóng thích CO2 lò phản ứng thuộc hệ trước đó, thực an toàn lao động vận hành, lò “lò phản ứng tự giải quyết” trường hợp có tai nạn xảy ra, kể việc bị máy bay đâm vào Nghĩa không cần thiết đến diện người trường hợp 1.2 Các hệ lò phản ứng hạt nhân 1.2.1 Lò phản ứng hệ I Lò phản ứng có tên Magnox lò phản ứng sản xuất tung thị trường vào năm đầu thập niên 50 ba nhà vật lý học người Anh sáng chế có tên: TS Ion, TS Khalit, TS Magwood Lò Magnox sử dụng nguyên liệu Uranium thiên nhiên có 0,7% chất đồng vị U-235 99,2% U-238 Nguyên tắc vận hành tóm tắt sau: Các ống kim loại Uranium bao bọc lớp hợp kim gồm nhôm (Al) Magnesium (Mg) Một lớp than graphite đặt nằm ống Uranium hợp kim có mục đích làm chậm neutron sinh phân hạch U-235 Từ neutron va chạm mạnh với hạt nhân U-235 để phản ứng dây chuyền liên tục xảy làm tăng thêm va chạm Đây phản ứng phát nhiệt lớn khí CO2 dùng để chuyển tải nhiệt đến máy turbine nước để từ biến thành điện -9- Việc điều hòa vận tốc phản ứng dây chuyền chặn đứng phản ứng công đoạn quan trọng bậc lò phản ứng Trong công đoạn lò Magnox sử dụng loại thép làm từ nguyên tố boron (B), loại thép có tính chất hấp thụ neutron, điều khiển phản ứng theo ý muốn Có tất 26 lò Magnox hoạt động Anh Quốc, lò họat động bị đào thải vào năm 2010 1.2.2 Lò phản ứng hệ II Các lò đời vào thập niên 70 80, chiếm đa số lò họat động giới Từ lúc ban đầu, 60% loại lò áp dụng nguyên lý lò phản ứng nước áp lực PWR, nước áp suất cao sử dụng vừa làm chất làm nguội, vừa làm chất làm chậm phản ứng Nguyên liệu sử dụng cho lò thuộc hệ II thay dùng Uranium thiên nhiên, hợp chất Uranium dioxide thay hợp kim bọc ống cấu tạo kim loại Zirconium Do Uranium-235 làm giàu từ 0,7% đến 3,0 - 3,5% Nhưng loại lò thay cách áp dụng nguyên lý lò phản ứng nước sôi BWR Một khác biệt nước đun sôi chuyển qua hệ thống làm tăng áp suất Làm thế, phương pháp rút ngắn tiến trình tạo nhiệt nước chuyển nhiệt lượng qua turbine để biến thành điện 1.2.3 Lò phản ứng hệ III Kể từ cuối thập niên 80, hệ III bắt đầu nghiên cứu với nhiều cải tiến từ lò phản ứng loại BWR hệ II Và lò vào hoạt động vào năm 1996 Nhật Bản Hiện lò thiết lập nhiều quốc gia giới đáp ứng nhu cầu xây cất tương đối ngắn (khoảng năm), chi phí giảm so với lò thuộc hệ trước phương cách vận hành bảo trì tương đối giản dị an toàn hơn.Thực nguyên tắc hoạt động dựa tảng lò phản ứng hệ thứ 2, có khác số cải tiến để nâng cao tính an toàn công suất cao Đặt điểm rõ có lẽ đưa bơm từ lò vào bên lò để tránh rò rỉ, với việc thiết kế hợp lý dựa vào trọng lực để lò vận hành mang -41- CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Lò phản ứng nước sôi trình bày lò phản ứng nghiệp đoàn Toshiba Với ưu kinh nghiệm công nghệ xuất lò phản ứng hạt nhân, Toshiba đưa cải tiến tối ưu cho lò phản ứng nước sôi mà sản xuất để làm vừa lòng khách hàng khắp giới Lò phản ứng nước sôi Toshiba có độ an toàn cao bể chứa lò phản ứng nhỏ, kiểu bể triệt áp Tiêu nhiều nhiệt hấp thụ sản phẩm phân hạch khẩn cấp Dễ bơm khí nitơ vào lò, điều chỉnh lượng khí hydro Khi cố có xảy dễ xử lí lượng nước tuần hoàn tự nhiên lớn, dễ hạ áp lực nồi áp lực lò phản ứng, lòng lò tưới tái cấp nước hệ thống phun tưới Còn nhiên liệu xác suất bị bể thấp nhiên liệu có vỏ dầy với kênh chứa bên ngoài.[2] Nhược điểm lò phản ứng nước sôi loại hệ thống điều khiển điều khiển thiết kế 4.1 Sự lựa chọn cho tƣơng lai Trong vòng 1/4 thập kỷ qua, mức độ tăng vọt hình thức thương mại hóa hạt nhân nguyên tử nên không làm giảm nỗi lo lắng người dân lượng hạt nhân Năm 1979 xảy cố nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island Pennsylvania (Mỹ), năm sau đó, thảm hoạ Chernobyl khiến cộng đồng EC phản đối lượng hạt nhân Kết tốc độ tăng trưởng điện tạo từ lượng hạt nhân giảm mạnh quy mô toàn cầu Tuy nhiên, bối cảnh thiếu lượng điện nay, nước phát triển, lượng hạt nhân lựa chọn Thậm chí, nhiều chuyên gia cho tìm giải pháp nhằm đáp ứng nhu cầu lượng toàn cầu gia tăng mà không sử dụng lượng hạt nhân Nhìn lại lịch sử điện hạt nhân thấy thăng trầm nguồn lượng Giai đoạn năm 1950-1960 giai đoạn khởi đầu, -42- công nghệ chưa thương mại hoá Điện lần sản xuất lượng hạt nhân vào ngày 20/12/1951 Lò thử nghiệm EBR-1 Mỹ thắp sáng bốn bóng đèn Tổ máy điện hạt nhân lò graphit nước nhẹ 5MW Obninsk Nga, bắt đầu hoạt động năm 1954 ngừng hoạt động ngày 30/4/2002 Calder Hall Anh nhà máy điện hạt nhân quy mô công nghiệp giới bắt đầu vận hành năm 1956 đóng cửa tháng 3/2003 Phát triển điện hạt nhân chủ yếu nhằm mục tiêu phát triển khoa học công nghệ xây dựng tiềm lực hạt nhân bảo đảm an ninh quốc gia Giai đoạn 1970-1980, nhiều quốc gia đẩy nhanh tốc độ phát triển điện hạt nhân công nghệ thương mại hoá cao khủng hoảng dầu mỏ Tỷ trọng điện hạt nhân toàn cầu tăng gần hai lần, từ 9% lên 17% Hình 4.1 Lò phản ứng hạt nhân Catenom – Pháp Lò Unterweser 1.350 MW Đức bắt đầu sản xuất điện từ năm 1978 đến tổng sản lượng điện 221,7 tỷ kWh, nhiều so với lò khác Bước vào thập niên 80 90, sau cố Chernobyl, phản đối công chúng, yếu tố trị cạnh tranh yếu kinh tế việc tăng cao -43- yêu cầu an toàn làm cho tốc độ xây dựng điện hạt nhân giảm mạnh, số nước có chủ trương loại bỏ điện hạt nhân Đức Thuỵ Điển Giai đoạn từ đầu kỷ XXI, an ninh lượng có ý nghĩa định công nghệ điện hạt nhân ngày nâng nên xu hướng phát triển điện hạt nhân có thay đổi tích cực Hiện giới có 440 lò phản ứng hạt nhân vận hành, cung cấp khoảng 16% (2.574 tỷ kWh) sản lượng điện khoảng 30 lò phản ứng xây dựng Pháp, quốc gia khu dự trữ dầu lửa lớn nào, trở thành nước sản xuất lượng hạt nhân lớn giới Năm 1974, để đối phó với khủng hoảng dầu lửa, Chính phủ Pháp kết luận rằng, giới chuyên gia khoa học Pháp cần phải sử dụng lượng hạt nhân làm nguồn cung cấp lượng Hiện Pháp 75% mức lượng từ lượng hạt nhân, lớn nhiều so với nước khác EU Hình 4.2 Nhà máy điện hạt nhân Belleville Những người ủng hộ lượng hạt nhân cho Pháp, nước xuất điện lớn giới, nước có giá bán lẻ điện rẻ Tây Âu Tuy nhiên, người phản đối kiên hiểm hoạ liên -44- quan đến uranium làm giàu sản phẩm phụ (plutonium) lớn nhiều so với lợi ích kinh tế Mặc dù xu hướng chung tăng sử dụng điện hạt nhân giới, số nước phát triển xu hướng lại giảm điện hạt nhân Một số quốc gia Italia tự gọi đất nước hạt nhân Áo Đan Mạch chí cam kết không sử dụng nguồn lượng hình thức Ở Đức, số đảng kêu gọi gia hạn cho việc đóng cửa nhà máy điện hạt nhân tới sau năm 2021 Năm 1980 Thuỵ Điển cam kết huỷ bỏ nhà máy điện hạt nhân vào năm 2010 Ngược lại, "Tầm nhìn 2020" Mỹ phát triển điện hạt nhân đề nghị tăng 10.000MW cho 104 nhà máy điện hạt nhân có Cách hai năm, Chính quyền Tổng thống Bush lo ngại phụ thuộc vào dầu lửa Trung Đông nên phát động chiến dịch nhằm khuyến khích trung tâm nghiên cứu hạt nhân nguyên tử xây dựng hệ lò phản ứng hạt nhân vào cuối thập kỷ Mặc dù phải đối mặt với nhiều nguy tài có hội cho phát kiến đạt thành công Nước Anh quay trở lại phát triển điện hạt nhân thiếu hụt lượng, Indonesia lập dự án khả thi dự kiến đưa tổ máy điện hạt nhân vào vận hành năm 2015 Một số quốc gia châu Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ Trung Quốc có chương trình điện hạt nhân chương trình thực đóng góp quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nâng cao tiềm lực khoa học công nghệ quốc gia -45- Hình 4.3 Biểu đồ sản lượng điện hât nhân giới Xu hướng gia tăng điện hạt nhân tín hiệu tốt công ty sản xuất kinh doanh điện hạt nhân Các nhà quản lý hạt nhân Mỹ tăng thời hạn thêm 20 năm cho giấy phép hoạt động 40 năm lò phản ứng hạt nhân cấp vào năm 70 80 Đó tin tốt với công ty điện hạt nhân lớn Mỹ General Electric (GE) Điều làm nóng thêm thị trường điện hạt nhân công ty lớn, Areva (Pháp) Areva tập đoàn dẫn đầu thị trường điện hạt nhân Areva chiếm tới 50% số lượng lò phản ứng hạt nhân bán Mỹ Areva British Nuclear Fuels hai công ty Phương tây lớn Mỹ Tầm quan trọng Mỹ -46- Areva phản ánh báo cáo tài tập đoàn này, rõ mức tăng lợi nhuận ròng năm ngoái 62% tương ứng với 467 triệu USD tổng doanh thu bán hàng 9,9 tỷ USD Hiện nay, Mỹ chiếm 19% mức lợi nhuận Areva từ lượng hạt nhân Areva chiếm 22% thị trường khai thác uranium giới, 35% thị trường sản xuất nhiên liệu, 20% dịch vụ bán hàng xây dựng lò phản ứng hạt nhân gần 2/3 vụ giao dịch thương mại tái tạo hạt nhân phế thải Trong Areva vượt trước đối thủ ( GE British Nuclear Fuels) tất lĩnh vực kinh doanh Nga có Công ty Minatom trội sản xuất hạt nhân, từ có vụ Chernobyl Minatom lại có hình ảnh không tốt nước Phương Tây Các thị trường hạt nhân khác khắp giới hứa hẹn tương lai sáng sủa Việc phục hồi lượng hạt nhân hỗ trợ dự án nhu cầu lượng tương lai OECD dự đoán nhu cầu điện toàn giới tăng nhanh nước phát triển Những người ủng hộ lượng hạt nhân cho loại trừ lượng hạt nhân khỏi chiến lược để đối phó với biến động, nhiên liệu hoá thạch truyền thống nguồn lượng phục hồi (như lượng mặt trời lượng gió), đáp ứng nhu cầu Luận điểm đặc biệt xác đáng nước phương Tây vốn tiêu thụ nhiều điện năng, lượng nguyên tử chiếm tới 20% lượng điện hàng năm Mỹ Hiển nhiên có nhiều rào cản phải vượt qua mức giá cao xây dựng lò phản ứng hạt nhân Bên cạnh việc đáp ứng tốt nhu cầu điện, điện hạt nhân góp phần giải vấn đề môi trường Các dạng nhiên liệu hoá thạch truyền thống phát thải khối lượng lớn khí gây ô nhiễm môi trường khí gây hiệu ứng nhà kính, khí SO2, CO2… Trong đó, điện hạt nhân nguồn lượng sạch, không phát thải khí có hiệu ứng nhà kính, khí CO2 bụi 4.2 Việt nam Trước đây, vị lãnh đạo chứng minh phải sản xuất điện hạt nhân có vài nước bắt đầu sản xuất điện hạt nhân sản lượng quốc -47- nội quy đầu người tương đương với trình độ ta Bây có vị nêu lý đa số chuyên gia giới: dùng lượng hóa thạch (than đá, dầu thô, khí tự nhiên) sinh khí có hiệu ứng nhà kính gây biến đổi khí hậu khủng hoảng lượng Nhật Bản Hàn Quốc mà vị lãnh đạo biểu dương thực bắt đầu sản xuất điện hạt nhân kinh tế họ cất cánh Ngày kinh tế cất cánh Nhưng lý để làm theo họ Địa chất không cho nước nhiều lượng hóa thạch nên họ phải khai triển loại lượng khác Mình xuất siêu lượng hóa thạch nên chờ thêm hệ bắt buộc phải có điện hạt nhân -48- Bảng 4.1 Khởi đầu sản xuất điện hạt nhân Việt Nam năm 2015.[4] Nhu Năm Gia tăng so với cầu điện (TWh) Số nồi năm 1.000 1.500 trước MW MW (TWh) Điện Điện hạt nguồn nhân khác (TWh) (TWh) Tỷ lệ điện hạt nhân (%) 2013 93,6 6,8 93,6 2014 100,9 7,3 100,9 2015 108,7 7,9 7,5 101,2 2016 117,2 8,5 15,0 102,2 13 2017 126,3 9,1 22,5 103,8 18 2018 136,2 9,9 30,0 106,2 22 2019 146,8 10,6 37,5 109,3 26 2020 158,3 11,5 48,8 109,5 31 2021 170,6 12,3 60,0 110,6 35 2022 183,9 13,3 71,3 112,7 39 2023 198,3 14,3 82,5 115,8 42 2024 213,7 15,5 97,5 116,2 46 2025 230,4 16,7 112,5 117,9 49 2026 248,4 18,0 127.5 120,9 51 2027 267,8 19,4 142,5 125,3 53 2028 288,6 20,9 157,5 131,1 55 2029 311,1 22,5 180,0 131,1 58 2030 335,4 24,3 202,5 132,9 60 2031 361,6 26,2 225,0 136,6 62 2032 389,8 28,2 251,3 138,5 64 2033 420,2 30,4 281,3 138,9 67 2034 453,0 32,8 311,3 141,7 69 2035 488,3 35,3 345,0 143,3 71 19 18 Tổng cộng Biến đổi khí hậu vấn đề quốc tế Việt Nam phải quan tâm đến muốn coi quốc gia có tinh thần trách nhiệm Đốt -49- lượng hóa thạch sinh khí có hiệu ứng nhà kính Năm 2005, giới tiêu thụ 9.255,7 triệu tương đương dầu (107.644 TWh) lượng hóa thạch Nếu tiếp tục nhiệt độ trung bình địa cầu tăng, mức nước biển lên cao Việt Nam nước chịu nhiều hậu Nhưng, năm 2005, Việt Nam tiêu thụ 25,5 triệu tương đương dầu (297 TWh), nghĩa 0,3 phần trăm nhân loại Dù ngưng tiêu thụ lượng hóa thạch không thay đổi đến việc Biển Đông tràn vào đồng sông Cửu Long vào cuối kỷ nhà khí tượng học dự báo Khủng hoảng lượng, khủng hoảng, có tính cách tình Nhưng xu hướng dài hạn giá lượng hóa thạch tiếp tục tăng và, ngày đó, chúng không Mặc dù nhân loại dùng lượng tái tạo từ khám phá lửa, chưa biết tiềm loại lượng ảnh hưởng chúng đến môi trường, xã hội kinh tế Trong chờ đợi nghiên cứu triển khai cho phép hiểu biết lượng tái tạo có lượng hạt nhân Đó lý mà Việt Nam phải chuyển sang lượng hạt nhân 4.2.1 Khả sản xuất điện hạt nhân Với 84 triệu nhân trích đủ số người để đào tạo thành chuyên gia lượng hạt nhân Ấn Độ Trung Quốc làm xưa Chúng ta có lò phản ứng Đà Lạt có dự án xây thêm lò nhỏ Những lò dùng để nghiên cứu giảng dạy đề tài lý thuyết Về đào tạo thực hành, người ta không dùng lò phản ứng to thật mà máy thực để đào tạo chuyên viên vận hành Một máy thực giá chừng vài chục triệu đô la Mỹ Một nhà máy thật tốn bạc tỷ đô la Thực tập với máy thực học mau tập phản ứng trước tình huống, ví dụ tình uống tai nạn, mà lò phản ứng thật không cho phép thử Với máy mô thực xây lò phản ứng thật để huấn luyện chuyên viên vận hành nhà máy -50- Hình 4.4 Lò phản ứng hạt nhân EBR Pháp Việt Nam nước ký hiệp ước NPT Nhờ đó, không bị quốc tế tẩy chay mà lại IAEA cường quốc hạt nhân giúp khai triển lượng hạt nhân với mục đích hòa bình Nhưng để có điện hạt nhân vào năm 2020 phải bắt đầu xây nhà máy năm 2015 phải bắt đầu đào tạo nhân lực kỹ thuật muộn từ năm 2005 Nhưng lịch trình đủ để có điện từ lượng hạt nhân Để vào kỷ nguyên lượng hạt nhân mà bảo đảm độc lập công nghệ an toàn dân chúng phải chuẩn bị giáo dục dân đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật chậm từ hai chục năm trước, nghĩa từ năm 2000 Cho tới nay, năm 2008, chưa có đội ngũ chuyên gia biết sản xuất điện hạt nhân Khi định sản xuất điện hạt nhân dân trí Nhật Bản cao Hàn Quốc cố gắng nhiều nâng cao kiến thức khoa học dân họ Dân ta chưa có văn hóa công nghiệp, chưa biết cư xử có cố công nghiệp Đội ngũ kỹ sư hạt nhân có vài trăm người trình độ hạn chế -51- Kinh nghiệm dự án nhà máy lọc dầu Dung Quất, khó khăn khởi động nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng hay việc tắt nhà máy nhiệt điện để bảo hành mùa khô cho thấy trình độ quản lý công nghiệp cán Việt Nam chưa cao Đọc báo mạng ta thấy phủ mời công ty thiết kế nhà máy hạt nhân đến chào hàng, coi khóa đào tạo miễn phí nhân dân hai xã tỉnh Ninh Thuận ủng hộ việc xây nhà máy xã hội 4.2.2 Lƣợng điện hạt nhân cần sản xuất Theo tranh luận năm 2020 khởi động lò phản ứng Có người đề nghị phải có nhà máy tổng công suất 4.000 MW khả thi kinh tế Có vị đề nghị xây nhà máy với lò phản ứng 1.000 MW dùng để sản xuất điện, đào tạo chuyên viên rút kinh nghiệm Kinh nghiệm Ấn Độ, Trung Quốc Phần Lan kiểu mẫu cho Việt Nam Ấn Độ Trung Quốc khai triển lượng hạt nhân để có bom nguyên tử sau dùng để sản xuất điện Vì quốc tế chống đối tăng trưởng vũ khí hạt nhân, hai nước phải tự xây dựng ngành lượng hạt nhân họ phải khởi đầu với lò phản ứng nhỏ Về Phần Lan nước có dân nên lò phản ứng đủ thỏa mãn tất nhu cầu điện họ Trước tiên, người ta cộng công suất lắp đặt nhà máy điện để dự báo nhu cầu thỏa mãn hay không Khi tính thời gian ngưng sản xuất để bảo trì nhà máy nhiệt điện cổ điển chạy trung bình 8.000 năm Như tổ máy công suất 500 MW sản xuất có 4,00 TWh điện năm Một nhà máy thủy điện 500 MW sản xuất nhiều có thiếu nước để quay có tiêu thụ điện mạng phân phối quốc gia để bơm nước lên hồ tích Nếu tính thời gian ngưng sản xuất để bảo trì thay đổi nhiên liệu nhà máy điện hạt nhân chạy tối đa 7.500 năm Như tổ máy hạt nhân công suất 1.000 MW sản suất có 7,50 TWh điện năm tổ máy 1.500 MW sản xuất 11,25 TWh năm thay 8,76 TWh 13,14 TWh năm Vì nhầm lẫn hai khái niệm công suất, khả sản xuất điện tính -52- MW, suất, sản lượng điện năm tính TWh, quy hoạch sai lầm có hệ thống điện quốc gia thiếu điện Theo EIA năm 2005, nhân loại sản xuất 657 TWh điện hạt nhân, nghĩa 15,3 phần trăm tổng sản lượng điện (17 351 TWh) 2,0% tổng sản lượng lượng đủ loại (134 853 TWh) Năng lượng hạt nhân tương lai giới hạn sản xuất điện mà phải trọng đến chuyển công nghệ không dùng điện nước sang sử dụng hai dạng lượng Năm 2005, giới tiêu thụ 21.922 TWh dạng điện nước tiêu thụ 53 TWh, với phần nước không đáng kể Nếu tính công dụng điện thì, theo thống kê EIA, nhu cầu điện tăng 8,4% năm từ mười năm nay, gần gấp đôi trung bình nước Châu Á Châu Đại Dương Theo TCTK (Tổng cục Thống kê) nhu cầu điện tăng 12,6% năm Có nhiều vị nghĩ lượng điện phải tăng 17,0% năm đáp ứng đủ nhu cầu Nếu dựa kết cấu nhu cầu điện tương lai đối tác kinh tế cố gắng tiết kiệm lượng tỷ lệ tăng trưởng nhu cầu điện, theo APERC 7,8 %/năm năm tới, thực tế Với triển vọng nguồn lượng hóa thạch hiếm, nước phải bắt đầu sản xuất điện hạt nhân cần phải xây sở sản xuất lượng điện suất lò phản ứng hạt nhân tiêu chuẩn Đây sách Pháp định kế hoạch PEON vào thập niên 1970 Việc thực dễ dàng Nhiều người tưởng đầu tư vào đơn vị công suất điện hạt nhân đổ đồng đắt nhiều đơn vị công suất điện cổ điển Thực sai biệt không đủ quan trọng để nhà đầu tư dùng làm tiêu chọn điện hạt nhân hay điện cổ điển -53- Bảng 4.2 Khởi đầu sản xuất điện Việt Nam năm 2030 [4] Nhu Gia tăng cầu so với điện năm trước (TWh) (TWh) 2028 288,6 20,9 288,6 2029 311,1 22,5 311,1 2030 335,4 24,3 22,5 312,9 2031 361,6 26,2 45,0 316,6 12 2032 389,8 28,2 71,3 318,5 18 2033 420,2 30,4 101,3 318,9 24 2034 453,0 32,8 131,3 321,7 29 2035 488,3 35,3 165,0 323,3 34 12 Năm Tổng cộng Số nồi 1.000 1.500 MW MW Điện Điện hạt nguồn nhân khác (TWh) (TWh) Tỷ lệ điện hạt nhân (%) Nếu dân tộc ta có văn hóa công nghiệp có đủ nhân lực chuyên môn thực kế hoạch PEON từ Với giả thuyết xây dựng tổ phát điện trình bảng 1, vào năm 2015 năm 2020, phải đưa vào sản xuất lò phản ứng Nếu tiếp tục kế hoạch PEON đến năm 2035, thời điểm mà nhiều chuyên gia dự báo nguồn lượng hóa thạch bắt đầu cạn, phải xây 19 tổ 1.000 MW 18 tổ 1.500 MW sản xuất tổng cộng 345 TWh năm, nghĩa 71% nhu cầu điện năm Nếu dời thời điểm sản xuất điện hạt nhân lần đến năm 2030 năm 2035 xây tổ 1.000 MW 12 tổ 1.500 MW sản suất tổng cộng 165 TWh năm, nghĩa 34% nhu cầu điện năm (xem bảng 4.2) Để so sánh, năm 2005, lượng hạt nhân thỏa mãn 78% nhu cầu điện Pháp 36 % nhu cầu Hàn Quốc 4.2.3 Chuẩn bị cho sản xuất điện hạt nhân Sản xuất điện khâu chu trình nhiên liệu hạt nhân Trước có khâu làm giàu Uranium sau có khâu xử lý nhiên liệu bị phát -54- xạ Chỉ có vài nước giới nắm công nghiệp hai khâu Với vài lò phản ứng cung ứng cỡ mười phần trăm nhu cầu điện hai vấn đề không quan trọng Nhưng vài năm sau, với phần điện hạt nhân đáng kể nguồn cung ứng lượng, có nhiều vấn đề kinh tế kỹ thuật Trước bắt đầu sản xuất điện hạt nhân phải biết trước sau cung ứng Uranium làm giàu xử lý nhiên liệu bị phát xạ Một nước Phần Lan không cần nắm vững công nghệ hạt nhân họ áp đảo công nghệ viễn thông nên thương lượng chuyển giao công nghệ cách cân Ngoài Hoa Kỳ, Pháp Nhật, nước nắm hết tất công nghệ liên quan đến lượng hạt nhân Chúng ta phải mua số bí tay nghề nước Để khởi đầu, cần triển khai vài công nghệ mà mau chóng có lợi thế: công nghệ sinh học cho nông nghiệp thực phẩm, công nghệ thông tin, công nghệ xoong chảo khí nặng,… Sau có vị để thương lượng ngang hàng với đối tác có công nghệ hạt nhân KIẾN NGHỊ Xu hướng hạt nhân đà tiến triển Các nước sức xây dựng nhà máy điện hạt nhân Nhà nước tiến hành dự án điện hạt nhân, dự kiến vào năm 2020 đưa vào hoạt động Theo lực lượng vận hành nhà máy điện hạt nhân đào tạo nước nước Điều đáng lo ngại lần phải trực tiếp vận hành nhà máy điện hạt nhân Sai sót xảy ra, điều mà phải chuẩn bị trước, có lẽ nguy hiểm công nghệ an toàn cao Nhưng theo em ban đầu nên để chuyên gia nước vận hành với kỹ sư Còn công nghệ, lò phản ứng nước sôi có dạng cải tiến đáng kể để đạt hiệu an toàn kinh tế Nhưng em nghĩ nên xây dựng nhiều loại lò phản ứng hạt nhân Với đa dạng giúp nhiều việc nghiên cứu Đó điều kiện cần muốn xa lượng hạt nhân -55- TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Nguyễn Đình Gẫm (2000), “Giáo trình vật lý lò phản ứng hạt nhân đại cương”, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Tp.HCM [2] Nghiệp Đoàn Toshiba, “Nhà máy điện nguyên tử lò nước sôi”, Nghiệp Đoàn Toshiba [3] Tạp chí Tri thức Phát triển (2004), “Năng lượng học”, Trung tâm thông tin khoa học Công nghệ quốc gia [4].Đặng Đình Cung (2006), “Năng lượng hạt nhân”, http://avifweb.free.fr [5] Nguyễn Hoàng Giang (2008), “Tính Toán Thông Số Thiết Kế Lò”, Khóa luận tốt nghiệp đại học 2008 TIẾNG ANH [6] Acme Nuclear Services (2004), “Boiling water reactor simulator program”, www.acme-nuclear.com [7] Janne Wallenius, “Reactor Physics”, Nuclear & Reactor Physics, KTH [...]... của nước Trong BWR (hay những loại nhà máy điện hạt nhân khác), nước được tăng nhiệt trong nồi áp lực bằng năng lượng được sinh ra khi nguyên tử Urani tách ra những nguyên tử mới, nhỏ hơn Quá trình tách nguyên tử này được gọi là quá trình phân hạch Hình 3.1 Tâm lò phản ứng -29- Hình 3.2 Lò phản ứng nước sôi (BWR) -30- 3.2.1 Nhà chứa lò phản ứng Hình 3.3 Nhà chứa lò phản ứng BWR 3.2.2 Nồi áp lực lò phản. .. chặng phản ứng xảy ra bằng cách hấp thụ nơtron, như vậy cũng là cách ngăn chặng quá trình phân hạch xảy ra trong lòng lò phản ứng Khi khởi động lò phản ứng, thì khi đó thanh điều khiển sẽ được từ từ rút ra lòng lò phản ứng và khi đó quá trình phân hạch bắt đầu tăng lên và theo đó thì công suất của lò phản ứng cũng tăng lên như vậy Khi những thanh điều khiển được đưa vào hết trong lòng lò phản ứng thì... suất trong lò phản ứng nước – nước khoảng 1-2MPa Lò phản ứng nước áp lục PWR tạo hơi gián tiếp: chất làm chậm vòng sơ cấp, được giữ ở trạng thái lỏng dưới áp suất cao, mang nhiệt từ lò hạt nhân tới thiết bị sinh hơi, tại đây diễn ra trao đổi nhiệt với vòng thứ cấp và hơi được tạo ra rồi dẫn tới turbin Hình 1.2 Lò phản ứng nước áp lực (PWR) Lò nước sôi BWR sinh hơi trực tiếp bằng cách làm sôi chất làm... hiệu suất nhiệt lò phản ứng, kí hiêu là h Hiệu suất nhiệt lò phản ứng có công thức: h=1- T2 T1 (2.25) Với T1 là nhiệt độ vùng hoạt lò phản ứng T2 nhiệt độ nước làm lạnh lò phản ứng ở bộ phận ngưng Như vậy theo như công thức (2.25) để hiệu suất được cao thì nhiệt độ T2 phải thấp, như vậy điều này chứng tỏ khả năng làm lạnh của lò rất quan trọng, nó quyết định hiệu suất nhiệt của lò phản ứng Ta lại khảo... không thuận lợi (xét theo quan điểm địa chất học về thâu gom chất thải phóng xạ) thì những lò phản ứng này vẫn tồn trữ trong tổ hợp lò phản ứng một lượng rất lớn các sản phẩm là kết quả của phản ứng hạt nhân Những kẽ nứt nhỏ đóng vai trò quan trọng cho hoạt động của các lò phản ững vì nước luân chuyển xung quanh sẽ giữ mát cho lò phản ứng hoạt động Điều ấy khiến hoạt động của lò có thể ổn định về mặt... Phân loại lò phản ứng hạt nhân Có nhiều cách phân loại lò phản ứng hạt nhân, dưới đây là cách phân loại phổ biến nhất, dựa vào các chất làm chậm và chất truyền nhiệt sử dụng trong lò phản ứng 1.3.1 Lò phản ứng nƣớc – nƣớc Các thanh nhiên liệu được xếp trong hộp đặt trong vùng hoạt Nước vừa làm chất truyền nhiệt, vừa làm chất làm chậm Nước làm chất truyền nhiệt được đưa vào bên trong lò phản ứng, chạy... q SP  HM D 2 pellet q' kWth 4 (10 3 )  [ ] D D m 2 (2.33) -28- CHƢƠNG 3 CẤU TẠO LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN LOẠI BWR 3.1 Các thành phần lò phản ứng hạt nhân BWR [6] Lò phản ứng nước sôi BWR, hiểu theo nhiều cách, cũng như những nhà máy điện thông thường dùng than đá và dầu lửa Nước được chuyển thành hơi khi được đun sôi và hơi này được sử dụng để làm quay turbin được gắn với nhà máy phát điện Về cơ bản... trái đất, phản ứng phân hạch dễ thực hiện hơn phản ứng tổng hợp Phản ứng này phá vỡ các hạt nhân nặng như Uranium-235 hoặc Plutoni-239 Năng lượng phân hạch giải phóng ra được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân Hiện nay, các lò phản ứng hạt nhân -18- sản xuất 1/6 điện năng tiêu thụ trên thế giới, 1/3 điện năng tiêu thụ ở Châu Âu và 3/4 điện năng tiêu thụ ở Pháp 2.3.1 Tổng hợp nhiệt hạch Tổng hợp... gọi là phản ứng dây chuyền Hai ứng dụng chủ yếu của phản ứng dây chuyền là lò phản ứng hạt nhân và bom hạt nhân Trong lò phản ứng hạt nhân, phản ứng dây chuyền được giữ ổn định ở mức đã định, có nghĩa là một phần lớn nơtron bị bắt giữ lại, để không sinh ra phân hạch Mỗi lần phân hạch chỉ cần một neutron gây ra một phân hạch mới để giải phóng năng lượng liên tục Còn đối với bom hạt nhân, phản ứng dây... phản ứng Nồi áp lực lò phản ứng rất là lớn Nó là một thùng thép hình trụ thẳng ứng chứa nhiên liệu hạt nhân Nồi áp lực lò phản ứng được định vị trong một cấu trúc bằng bê tông cốt thép rất vững chắc được gọi là giếng khô (drywell) Bên trong nồi áp lực gồm có các bộ phận quan trọng như:  Máy sấy hơi nhước: làm cho hơi nước khô đi rồi đẩy vào turbin  Máy tách hơi nước: tách hơi nước với nước ở trong lò ... SỬ LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 1.1 Lịch sử hình thành hệ lò phản ứng hạt nhân 1.2 Các hệ lò phản ứng hạt nhân 1.2.1 Lò phản ứng hệ I 1.2.2 Lò phản ứng hệ II 1.2.3 Lò phản. .. chứa lò phản ứng Hình 3.3 Nhà chứa lò phản ứng BWR 3.2.2 Nồi áp lực lò phản ứng Nồi áp lực lò phản ứng lớn Nó thùng thép hình trụ thẳng ứng chứa nhiên liệu hạt nhân Nồi áp lực lò phản ứng định... lòng lò phản ứng Khi khởi động lò phản ứng, điều khiển từ từ rút lòng lò phản ứng trình phân hạch bắt đầu tăng lên theo công suất lò phản ứng tăng lên Khi điều khiển đưa vào hết lòng lò phản ứng