Đang tải... (xem toàn văn)
Năng lượng hạt nhân hay năng lượng nguyên tử 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. Tất cả các lò phản ứng với nhiều kích thước và mục đích sử dụng khác nhau đều dùng nước được nung nóng để tạo ra hơi nước và sau đó được chuyển thành cơ năng để phát điện hoặc tạo lực đẩy.
Tác giả: Vương Vinh Hưng - 12A1 ĐIỆN HẠT NHÂN Sơ lược lượng hạt nhân điện hạt nhân Năng lượng hạt nhân hay lượng nguyên tử loại công nghệ hạt nhân thiết kế để tách lượng hữu ích từ hạt nhân ngun tử thơng qua lò phản ứng hạt nhân có kiểm sốt Phương pháp sử dụng phân hạch hạt nhân, phương pháp khác bao gồm tổng hợp hạt nhân phân rã phóng xạ Tất lò phản ứng với nhiều kích thước mục đích sử dụng khác dùng nước nung nóng để tạo nước sau chuyển thành để phát điện tạo lực đẩy Điện hạt nhân dạng nhiệt điện Nhà máy điện nguyên tử hay nhà máy điện hạt nhân hệ thống thiết bị điều kiển kiểm soát phản ứng hạt nhân dây truyền trạng thái dừng nhằm sản sinh lượng dạng nhiệt năng, sau lượng nhiệt chất tải nhiệt lò (nước, nước nặng, khí, kim loại lỏng ) truyền tới thiết bị sinh điện turbine để sản xuất điện Nhà máy điện nguyên tử hay nhà máy điện hạt nhân nhà máy tạo điện quy mô công nghiệp, sử dụng lượng thu từ phản ứng hạt nhân Các loại máy điện nguyên tử phổ biến thực tế nhà máy nhiệt điện, chuyển tải nhiệt thu từ phản ứng phân hủy hạt nhân thành điện Đa số thực phản ứng dây chuyền có điều khiển lò phản ứng ngun tử phân hủy hạt nhân với nguyên liệu ban đầu đồng vị Uran 235 sản phẩm thu sau phản ứng thường hạt nhân khối lượng trung bình, nơtron lượng nhiệt lớn Nhiệt lượng này, theo hệ thống làm mát khép kín (để tránh tia phóng xạ rò rỉ ngồi) qua máy trao đổi nhiệt, đun sôi nước, tạo điện Khi trình sản xuất xử lý chất thải bảo đảm an toàn cao, nhà máy điện nguyên tử sản xuất lượng điện tương đối rẻ so với nhà máy sản xuất điện khác, đặc biệt gây ô nhiễm môi trường nhà máy nhiệt điện đốt than hay khí thiên nhiên Nhà máy điện nguyên tử (nhà máy điện hạt nhân) phát minh vĩ đại loài người nhu cầu sử dụng lượng ngày tăng Trên giới có khoảng 447 lò phản ứng hạt nhân hoạt động Cung cấp 17% tổng điện toàn giới tiếp tục tăng cạn kiệt dạng lượng truyền thống (Thủy năng, than, dầu, khí, ) Sơ đồ cấu tạo nhà máy điện hạt nhân: Tòa nhà ( Containment building – C ) gồm lò phản ứng ( Reactor Vessel ), lò sinh ( Steam generator ), máy áp lực ( Pressurizer ), bơm làm mát ( Reactor Coolant Pump) Nhà turbine ( Turbine building – A ) gồm turbine, nhà phát ( Generator ), bình ngưng tụ ( Condenser ), máy nén khí ( Air Compressor ), bơm,… Nhà phụ ( Auxiliarry building – B ) gồm phòng điều khiển ( control room ), máy phát dự phòng, Nhà nhiên liệu ( Fuel building – D ) gồm nhà chứa nhiên liệu qua sử dụng ( spent fuel ) chưa sử dụng ( new fuel ) cho lò phản ứng Lò phản ứng hạt nhân chia thành nhiều loại, số loại là: PWR - Lò phản ứng áp lực, dùng nước nhẹ làm chất truyền nhiệt BWR - Lò nước sơi PHWR - Lò phản ứng áp lực, dùng nước nặng làm chất dẫn nhiệt làm chậm GCR - Lò phản ứng dùng graphite làm chất làm chậm, gas làm chất truyền nhiệt AGR - Lò cải tiến, dùng graphite làm chất làm chậm, gas làm chất truyền nhiệt FBR - Lò phản ứng sử dụng notron kích họat lượng lớn (notron nhanh) Lịch sử phát triển điện hạt nhân: Lịch sử điện hạt nhân gắn với lịch sử phát triển lượng hạt nhân Phản ứng phân hạch hạt nhân Enrico Fermi thực hành cơng vào năm 1934 nhóm ơng dùng nơtron bắn phá hạt nhânuranium Năm 1938, nhà hóa học người Đức Otto Hahn Fritz Strassmann, với nhà vật lý người Úc Lise Meitner Otto Robert Frisch cháu Meitner, thực thí nghiệm tạo sản phẩm urani sau bị nơtron bắn phá Họ xác định nơtron tương đối nhỏ cắt hạt nhân nguyên tử urani lớn thành hai phần nhau, kết đáng ngạc nhiên Rất nhiều nhà khoa học, có Leo Szilard người nhận thấy phản ứng phân hạch sinh thêm nơtron, phản ứng hạt nhân dây chuyền kéo dài tạo Các nhà khoa học tâm đắc điều số quốc gia (như Hoa Kỳ, Vương quốc Anh, Pháp, Đức Liên Xơ) đề nghị với phủ họ ủng hộ việc nghiên cứu phản ứng phân hạch hạt nhân Tại Hoa Kỳ, nơi mà Fermi Szilard di cư đến đây, kiến nghị dẫn đến đời lò phản ứng mang tênChicago Pile-1, đạt khối lượng tới hạn vào ngày tháng 12 năm 1942 Cơng trình trở thành phần dự án Manhattan, dự án xây dựng lò phản ứng lớn Hanford Site (thành phố trước Hanford, Washington) để làm giàu plutoni sử dụng vũ khí hạt nhân thả xuống thành phố Hiroshima Nagasaki Nhật Bản Việc cố gắng làm giàu urani song song tiến hành thời gian Vào nửa sau thập niên 1940, trước đời bom nguyên tử Liên Xô (thử nghiệm diễn ngày 29 tháng năm 1949), nhà bác học Liên Xô bắt đầu xây dựng dự án để khai thác lượng hạt nhân với mục đích hòa bình, hướng quan trọng để giải vấn đề lượng cấp thiết tương lai Năm 1948, theo đề xuất I V Kurchatov - người đầu lĩnh vực hạt nhân Liên Xô - ơng dẫn đầu nhóm nghiên cứu bắt đầu nghiên cứu việc áp dụng thực tế lượng hạt nhân để thu nguồn lượng điện Vào tháng năm 1950 gần làng Obninsk thuộc tỉnh Kaluga (Liên Xô cũ) công việc để xây dựng nhà máy điện nguyên tử bắt đầu Nhà máy điện nguyên tử giới công suất MW hòa vào mạng lưới điện quốc gia ngày 27 tháng năm 1954 ởLiên Xô, thành phố Obninsk thuộc tỉnh Kaluga Tới năm 1958 nhà máy khác vào hoạt động, tổ máy số nhà máy điện nguyên tử Sibirskaya với cơng suất 100 MW, sau tồn dự án hồn thành cơng suất lên tới 600 MW Cũng năm nhà máy điện nguyên tử Beloyarskaya triển khai xây dựng, tới ngày 26 tháng năm 1964 tổ máy phát điện vào hoạt động Tới tháng năm 1964 khối nhà máy điện nguyên tử Novovoronezhskaya với công xuất 210 MW khởi công Khối với công suất 365 MW khởi công vào tháng 12 năm 1969 Tiếp đến năm 1973 người ta khởi công nhà máy điện nguyên tử Leningradskaya Sau Liên Xơ nhà máy điện hạt nhân khác xây dựng, với nhà máy điện hạt nhân Calder Hall ban đầu có công suất 46 MW đưa vào vận hành ngày 27 tháng năm 1956 Anh Sau năm, Mỹ nhà máy điện hạt nhân Beaver Valley với công suất 60 MW bắt đầu xây dựng Shippingport, Pennsylvania Năm 1979 xảy cố nghiêm trọng Mỹ nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island Sau kiện Hoa Kỳ ngừng xây dựng lò phản ứng, dự kiến tới năm 2017 xây dựng xong lò phản ứng khu nhà máy cũ Vào năm 1986 xảy thảm họa hạt nhân cố nổ nhà máy điện hạt nhân Chernobyl Ngoài hậu trực tiếp gây nhiễm phóng xạ vùng lân cận, ảnh hưởng tới phát triển lượng hạt nhân Điều khiến toàn chuyên gia giới phải xem xét lại vấn đề an toàn hạt nhân suy nghĩ hợp tác quốc tế với mục đích nâng cao an tồn khai thác, sử dụng lượng hạt nhân Ngày 15 tháng năm 1989 họp sáng lập tổ chức Moskva, người ta thành lập Hiệp hội Thế giới nhà vận hành nhà máy điện hạt nhân (WANO), hiệp hội chuyên nghiệp quốc tế liên kết tổ chức vận hành nhà máy điện hạt nhân toàn giới Hiệp hội đề nhiệm vụ soạn thảo đưa kế hoạch phát triển, vận hành an toàn cho ngành điện hạt nhân toàn giới Nhà máy điện hạt nhân lớn châu Âu — Nhà máy điện nguyên tử Zaporizhskaya thành phố Enerhodar (tỉnh Zaporizhia,Ukraina), khởi công vào năm 1980, tới năm 1996 bắt đầu hoạt động với tổ máy có tổng cơng suất GW Nhà máy điện hạt nhân lớn giới — Nhà máy điện KashiwazakiKariwa (vận hành từ năm 2008) Nhật Bản, xây dựng thành phố Kashiwazaki, tỉnh Niigata Người ta đưa vào vận hành lò phản ứng nước sơi (BWR) lò phản ứng nước sơi tân tiến(ABWR), tổng cơng suất 8,212 GW Lợi ích Hạn chế: 3.1 Lợi ích: Năng lượng tạo lớn đáp ứng nhu cầu đất nước: Phản ứng hạt nhân giải phóng nhiều triệu lần lượng so với thủy điện lượng gió Vì vậy, lượng điện lớn tạo Hiện nay, có khoảng 10-15% sản lượng điện giới tạo lượng hạt nhân Bạn có biết với kg uranium-235 sản xuất lượng lượng điện tương đương 1.500 than Là nguồn lượng xanh: Ưu điểm lớn nguồn lượng khơng tạo khí thải nhà kính (như carbon dioxide, methane, ozone, chlorofluorocarbon) phản ứng hạt nhân Khí thải nhà kính mối đe dọa lớn cho môi trường sống, chúng gây nóng lên tồn cầu biến đổi khí hậu Phản ứng hạt nhân khơng tạo khí thải, nên có ảnh hưởng đến mơi trường Hạn chế nhiễm khơng khí: Việc đốt nhiên liệu than đá tạo carbon dioxide khói Đó mối đe dọa môi trường đời sống người Sản xuất lượng hạt nhân khơng thải khói Vì thế, khơng gây nhiễm khơng khí trực tiếp Tuy nhiên, xử lý chất thải phóng xạ vấn đề lớn Nhiên liệu độc lập:Lò phản ứng hạt nhân sử dụng uranium làm nhiên liệu Phản ứng phân hạch lượng nhỏ uranium tạo lượng lớn Hiện nay, nguồn dự trữ uranium tìm thấy Trái đất dự kiến đáp ứng nhu cầu 100 năm Sử dụng lượng làm cho nhiều quốc gia độc lập lượng không phụ thuộc vào việc khai thác nhiên liệu than đá Nếu lỗi người hay tai nạn thiên tai, lò phản ứng hạt nhân hoạt động hiệu thời gian dài Thêm vào đó, sau xây dựng, việc vận hành nhà máy đòi hỏi lao động Thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội chăm sóc sức khoẻ người: Ứng dụng lượng xạ lĩnh vực có nhiều ưu việt, đóng góp tích cực cho tăng trưởng GDP thông qua việc nâng cao suất, chất lượng, hạ giá thành sản phẩm ngành kinh tế ứng dụng lượng xạ triển khai rộng rãi chẩn đoán điều trị bệnh góp phần phục vụ tốt cơng tác chăm sóc sức khoẻ nhân dân 3.2 Hạn chế: Bức xạ: Sự giải phóng ngẫu nhiên xạ có hại hạn chế lớn lượng hạt nhân Quá trình phân hạch giải phóng xạ, chúng kiểm sốt lò phản ứng hạt nhân Nếu biện pháp an tồn khơng đảm bảo, xạ tiếp xúc với môi trường dẫn đến ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái người Không thể tái tạo: Mặc dù chúng tạo lượng lớn lượng, lò phản ứng hạt nhân phụ thuộc vào uranium Đây nhiên liệu bị cạn kiệt Sự cạn kiệt lại gây vấn đề nghiêm trọng Các lò phản ứng phải ngừng hoạt động, chúng chiếm diện tích lớn đất đai làm nhiễm mơi trường Thời gian chi phí lớn: Tuy lượng lớn lượng sản xuất từ nhà máy điện hạt nhân, đòi hỏi chi phí đầu tư lớn Cần đến khoảng 10-15 năm để xây dựng xong nhà máy điện hạt nhên Việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân khơng khả thi Chất thải phóng xạ: Các chất thải tạo sau phản ứng phân hạch chứa nguyên tố không ổn định phóng xạ cao Nó nguy hiểm mơi trường sức khỏe người tồn khoảng thời gian dài Nó cần xử lý cẩn thận phải cách biệt với môi trường sống Độ phóng xạ nguyên tố giảm thời gian, sau phân hủy Do đó, người ta phải tích trữ xử lý cách cẩn thận Việc tích trữ nguyên tố phóng xạ thời gian dài khó khăn Tai nạn nghiêm trọng: Cho đến này, có hai vụ tai nạn nhà máy điện hạt nhân thảm khốc xảy ra: thảm họa Chernobyl xảy nhà máy điện hạt nhân Chernobyl (1986) Ukraine, thảm họa hạt nhân Fukushima Daiichi (2011) Nhật Bản Sau cố, lượng lớn xạ bị phát tán vào môi trường, dẫn đến thiệt hại người, thiên nhiên đất đai Người ta phủ nhận khả lặp lại thảm họa tương lai Vận chuyển nhiêu liệu chất thải: Việc vận chuyển nhiên liệu uranium chất thải phóng xạ khó khăn Uranium phát số xạ, đó, cần phải xử lý cẩn thận Chất thải trình sản xuất hạt nhân nguy hiểm cần bảo vệ tốt Tất phương tiện vận chuyển chúng đảm bảo tiêu chuẩn an tồn quốc tế Mặc dù chưa có tai nạn cố tràn thống kê, trình vận chuyển thách thức ( ảnh: khung cảnh sau thảm họa Chernobyl năm 1986 ) ( ảnh: cảnh hoang tàn sau năm thảm họa hạt nhân Fukushima ) Tình hình sử dụng điện hạt nhân: 4.1 Tình hình giới: Phát triển điện nguyên tử tập trung chủ yếu nước phát triển 50% số lò phản ứng tập trung Bắc Mĩ Tây Âu, có 10% tập trung nước phát triển Theo Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), có 400 lò phản ứng lượng hạt nhân thương mại hoạt động 31 nước, với công suất 370.000 MW Bên cạnh dó, khoảng 70 lò phản ứng trình xây dựng Các nhà máy điện hạt nhân cung cấp 11% sản lượng điện giới cách liên tục, nguồn phụ tải đáy đáng tin cậy, khơng gây phát thải khí CO2 Năm mươi sáu nước vận hành khoảng 240 lò phản ứng nghiên cứu 180 lò phản ứng hạt nhân cung cấp lượng cho khoảng 150 tàu tàu ngầm Mỹ, Nga Pháp xem cường quốc điện hạt nhân bật Mỹ đứng đầu với khoảng 104 lò phản ứng hạt nhân vận hành với tổng công suất phát điện đạt 101.465 MW năm lò xây dựng với tổng cơng suất dự kiến 5.633 MW Vị trí thứ hai thuộc Pháp với 58 lò phản ứng hạt nhân vận hành sản xuất với tổng công suất phát điện đạt 63.130 MW lò xây dựng loại công suất lớn với công suất phát điện 1.600 MW Tiếp theo Nga với 38 lò phản ứng hạt nhân vận hành với tổng công suất phát điện đạt 23.643 MW 10 lò xây dựng với tổng cơng suất dự kiến 8.382 MW Hiện có 16 nước có sản lượng điện hạt nhân chiếm 1/4 tổng sản lượng điện trở lên Khoảng 1/3 nguồn điện của Bỉ, CH Czech (Séc), Hungary, Slovakia, Thụy Điển, Thụy Sỹ, Slovenia Ukraine, Hàn Quốc, Bungari Phần Lan từ lượng hạt nhân Còn Hoa Kỳ, Anh, Tây Ban Nha Liên bang Nga có gần 1/5 nguồn điện từ lượng hạt nhân Nhật Bản dựa vào lượng hạt nhân (đáp ứng 1/4 tổng sản lượng điện) dự kiến quay trở lại mức Trong số nước khơng nhà máy điện hạt nhân hoạt động, Italy Đan Mạch có khoảng 10% điện mua điện hạt nhân Căn vào báo cáo tình trạng phát triển cơng nghiệp lượng hạt nhân vào năm 2014 phát triển có xu hướng giảm dần Đỉnh điểm phát triển ghi nhận vào năm 2006 với mức lượng điện 2,66 TW Năng lượng hạt nhân năm 1996 chiếm 17,6% lượng điện toàn cầu giảm xuống 10,8% năm 2013 Hai phần ba lò phản ứng hạt nhân xây dựng Trung Quốc, Ấn Độ Nga Trong tương lai có nhiều nhà máy điện hạt nhân xây dựng, vấn đề nóng hổi gây nhiều tranh cãi Khi mà gần vào năm 2011 vụ nổ nhà máy điện hạt nhân Fukushima-1 Nhật Bản xảy Nó làm dấy lên phong trào "tiếp tục sử dụng điện hạt nhân hay khơng?" Nhưng quy mơ tồn cầu vòng 20 năm có thêm lò phản ứng xây dựng thêm 4.2 Tại Việt Nam: Tại Việt Nam có lò phản ứng dùng nghiên cứu học tập chủ yếu không dùng làm nhà máy điện theo kế hoạch phủ xây chuỗi hai nhà máy điện hạt nhân I II dự án xây dựng tỉnh Ninh Thuận, với tổng công suất 4.000 MW Dự án sau phải lùi địa điểm chọn vào đất liền sâu hơn, cơng trình nâng lên để bảo đảm an toàn Dự án tiến hành theo kiến nghị Thủ tướng Nguyễn Tấn Dũng dựa ước tính thiếu thốn điện đến 2020, Quốc hội Việt Nam thông qua chủ trương đầu tư xây dựng Về nguồn kinh phí, Nga đồng ý cho Việt Nam vay 10,5 tỷ USD, Nhật đồng ý cho vay nguồn vốn ODA làm điện hạt nhân Tổng mức đầu tư dự toán khoảng 200.000 tỷ đồng thời điểm cuối năm 2008 Theo định thức Thủ tướng Nguyễn Tấn Dũng ký ngày 18/3/2016 phê duyệt điều chỉnh quy hoạch phát triển điện lực quốc gia tổ máy chạy vào năm 2028 có thêm 3-4 tổ máy đến năm 2030 Nhưng vừa ngày 22-11-2016 phủ định dừng hồn tồn xây dựng nhà máy Ninh Thuận dự báo nhu cầu điện giảm chi phí xây dựng độ tin tưởng an toàn đáng lo ngại sau hàng loạt cố điện hạt nhân Tiềm hướng phát triển điện hạt nhân: Trên giới nói chung điện hạt nhân đóng vai trò quan trọng ngành lượng điện giới tiềm điện hạt nhân lớn phát triển nhanh chóng Tuy từ cố nhà máy điện hạt nhân tiêu biêu hai cố có ảnh hưởng lớn cố nhà máy Chernobyl năm 1986 nhà máy điện Fukushima nhật năm 2011 gây quan ngại cho nước có sử dụng điện hạt nhân gây nên khủng hoảng xu hướng điện hạt nhân phát triển quốc gia phát triển nhờ vào lợi ích to lớn Điện hạt nhân sau đóng vai trò quan trọng ngành lượng độ an tồn việc xử lí chất thải phóng xạ đạt tới đỉnh cao Ở Việt Nam tiềm điện hạt nhân chưa lớn nên chưa phát triển xây dựng nhà máy điện hạt nhân lo ngại an toàn nhu cầu lượng chưa đạt tới mức cao cần nguồn cung cấp lượng điện hạt nhân tương lai gần Việt Nam chưa thể có điện nguyên tử HẾT - ...ĐIỆN HẠT NHÂN Sơ lược lượng hạt nhân điện hạt nhân Năng lượng hạt nhân hay lượng nguyên tử loại công nghệ hạt nhân thiết kế để tách lượng hữu ích từ hạt nhân ngun tử thơng qua lò phản ứng hạt. .. lo ngại sau hàng loạt cố điện hạt nhân Tiềm hướng phát triển điện hạt nhân: Trên giới nói chung điện hạt nhân đóng vai trò quan trọng ngành lượng điện giới tiềm điện hạt nhân lớn phát triển nhanh... triển điện hạt nhân: Lịch sử điện hạt nhân gắn với lịch sử phát triển lượng hạt nhân Phản ứng phân hạch hạt nhân Enrico Fermi thực hành công vào năm 1934 nhóm ơng dùng nơtron bắn phá hạt nhânuranium