LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG HẠT NHÂN VÀ DỰ BÁO TRIỂN VỌNG TRONG TƢƠNG LAI

TỔNG LUẬN THÁNG 04/2011 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN CƠNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG HẠT NHÂN VÀ DỰ BÁO TRIỂN VỌNG TRONG TƢƠNG LAI CỤC THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUỐC GIA Địa chỉ: Ban Biên tập: 24, Lý Thƣờng Kiệt Tel: 8262718, Fax: 9349127 TS Tạ Bá Hưng (Trƣởng ban), ThS Cao Minh Kiểm (Phó trƣởng ban), ThS Đặng Bảo Hà, Nguyễn Mạnh Quân, ThS Nguyễn Phương Anh, Phùng Anh Tiến MỤC LỤC Trang LỜI GIỚI THIỆU I I NĂNG LƢỢNG HẠT NHÂN: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Năng lượng hạt nhân: tổng hợp, phân hạch hạt nhân Cơng nghệ lò phản ứng hạt nhân, chu trình Chất thải An toàn hạt nhân, cố hạt nhân phóng xạ 10 Điều phối quốc tế lượng hạt nhân 18 II SỰ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG HẠT NHÂN 22 Cơng nghệ lò phản ứng hạt nhân hệ I, II III 22 21 Công nghệ lượng hạt nhân hệ IV lộ trình phát triển 33 30 Cơng nghệ chu trình nhiên liệu hạt nhân 48 III HIỆN TRẠNG VÀ DỰ BÁO TRIỂN VỌNG NĂNG LƢỢNG HẠT NHÂN THẾ GIỚI 51 Hiện trạng lượng hạt nhân giới 51 Dự báo triển vọng lượng hạt nhân toàn cầu 56 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 LỜI GIỚI THIỆU Dân số giới cho tăng từ tỷ người lên mức tỷ vào năm 2050, người sức nỗ lực để có chất lượng sống tốt Dân số trái đất tăng lên, với nhu cầu lượng ích lợi mà mang lại Tuy nhiên, việc gia tăng sử dụng lượng đơn dựa vào nguồn lượng sản xuất tiếp tục gây tác động bất lợi đến mơi trường dẫn đến hậu lâu dài từ biến đổi khí hậu tồn cầu Để thỏa mãn nhu cầu dân số ngày tăng toàn cầu, cần tăng sử dụng nguồn lượng sạch, an toàn, hiệu suất cao Năng lượng hạt nhân nguồn cung ứng lượng sạch, thu hút nhiều ý Hiện giới có 440 lò phản ứng hạt nhân thương mại hoạt động 30 nước với tổng công suất 377.000 MW điện, cung cấp khoảng 14% sản lượng điện giới, chiếm tỷ trọng lớn số nguồn lượng khơng phát thải khí nhà kính Việc sử dụng lượng hạt nhân dẫn đến suy giảm đáng kể tác động môi trường từ việc sản xuất điện Để tiếp tục lợi ích này, cần có hệ thống lượng hạt nhân thay cho nhà máy cũ gần hết thời hạn hoạt động Cho đến giới trải qua ba hệ phát triển công nghệ lượng hạt nhân, với hệ triển khai năm 1950 1960 kỷ trước Thế hệ thứ II năm 1970 nhiều nhà máy điện hạt nhân thương mại hoạt động Thế hệ thứ III phát triển gần năm 1990 với số tiến độ an toàn kinh tế Thế hệ III tiên tiến hay gọi hệ III+ mẫu thiết kế triển khai cân nhắc xây dựng nhiều nước Các nhà máy xây dựng từ đến năm 2030 nằm số hệ thống thuộc hệ Sau năm 2030, triển vọng tiến đổi thông qua hoạt động R-D tiên tiến thu hút mối quan tâm phạm vi toàn giới hệ thứ IV hệ thống lượng hạt nhân Các hệ thống lượng hạt nhân hệ IV kỳ vọng hệ thống lượng tiên tiến, đáp ứng yêu cầu độ an toàn, độ tin cậy, giải vấn đề chất thải chống phổ biến vũ khí hạt nhân, mối quan tâm khác Nhiều quốc gia giới tích cực xúc tiến hoạt động NCPT hợp tác quốc tế nhằm thực hóa ích lợi mà hệ thống thuộc hệ thứ IV mang lại vòng vài thập kỷ tới Năng lượng hạt nhân sử dụng mục đích hòa bình, vận hành theo cách an tồn, tin cậy mang lại lợi ích to lớn cho tất người thuộc quốc gia phát triển phát triển CỤC THÔNG TIN KH&CN QUỐC GIA biên soạn tổng quan mang tên: "LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN CƠNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG HẠT NHÂN VÀ DỰ BÁO TRIỂN VỌNG TRONG TƢƠNG LAI" nhằm giới thiệu với độc giả trình phát triển lượng hạt nhân, với tiến không ngừng thiết kế mẫu mã công nghệ lò phản ứng hạt nhân, triển vọng lượng hạt nhân dự báo tương lai Xin trân trọng giới thiệu CỤC THÔNG TIN KH&CN QUỐC GIA I NĂNG LƢỢNG HẠT NHÂN: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Năng lƣợng hạt nhân: tổng hợp, phân hạch hạt nhân Năng lượng hạt nhân việc sử dụng phản ứng phân hạch hạt nhân trì liên tục để sản sinh nhiệt sử dụng cho mục đích hữu ích Các nhà máy điện hạt nhân, tàu thủy tàu ngầm hải qn sử dụng lượng hạt nhân có kiểm sốt để đun sôi nước tạo hơi, bên cạnh vũ trụ lượng hạt nhân phân rã tự nhiên từ nguồn phát sinh nhiệt điện đồng vị phóng xạ Phương pháp sử dụng để tạo lượng phân hạch hạt nhân, phương pháp khác bao gồm tổng hợp hạt nhân phân rã phóng xạ Các nhà khoa học thử nghiệm lượng tổng hợp cho hệ tương lai, thử nghiệm chưa sản sinh lượng hữu ích Vào thời điểm năm 2005, lượng hạt nhân cung cấp 6,3% lượng giới 15% lượng điện giới, với Hoa Kỳ, Pháp Nhật Bản gộp lại chiếm tới 56,5% lượng điện hạt nhân sản xuất Trong năm 2007, theo báo cáo IAEA (Cơ quan lượng nguyên tử quốc tế) cho biết, giới có 439 lò phản ứng hạt nhân hoạt động 31 quốc gia Vào thời điểm tháng 12 năm 2009, giới có 436 lò hoạt động Theo số liệu cập nhật đến tháng năm 2011 WNA (Hiệp hội hạt nhân giới) cho biết, giới có 56 lò phản ứng hạt nhân phục vụ nghiên cứu dân sự, 440 lò phản ứng thương mại hoạt động 30 quốc gia với tổng công suất lắp đặt đạt 377.000 MWe Có 60 lò phản ứng hạt nhân trình xây dựng tương đương 17% cơng suất tại, 150 lò lên kế hoạch tương đương 46% công suất Hoa Kỳ nước sản xuất nhiều lượng hạt nhân nhất, với lượng hạt nhân cung cấp đến 19% lượng điện tiêu thụ nước này, Pháp nước có tỷ trọng lượng điện sản xuất từ lò phản ứng hạt nhân cao - đạt 80% vào năm 2006 Trong toàn khu vực EU, lượng hạt nhân cung cấp 30% sản lượng điện Các quốc gia thuộc EU có sách lượng hạt nhân khác nhau, số nước Áo, Estonia Ailen khơng có nhà máy điện hạt nhân hoạt động Tại Hoa Kỳ, ngành than đá khí đốt dự đoán đạt trị giá 85 tỷ USD vào năm 2013, máy phát điện hạt nhân dự đoán có trị giá 18 tỷ USD Nhiều tàu quân dân dụng (như tàu phá băng) sử dụng động đẩy hạt nhân hàng hải Một vài tàu vũ trụ khơng gian phóng có sử dụng lò phản ứng hạt nhân với đầy đủ chức năng, loạt tên lửa Liên Xô RORSAT SNAP-10A Hoa Kỳ Trên phạm vi toàn cầu, việc hợp tác nghiên cứu quốc tế tiếp tục triển khai để nâng cao độ an toàn việc sản xuất sử dụng lượng hạt nhân nhà máy an toàn thụ động (passive nuclear safety), sử dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân, sử dụng nhiệt bổ sung từ quy trình sản xuất hydro để khử muối nước biển, sử dụng hệ thống sưởi khu vực a) Tổng hợp hạt nhân Trong lĩnh vực vật lý hạt nhân, tổng hợp hạt nhân q trình hai nhiều hạt nhân nguyên tử hợp với để tạo thành nhân đơn nặng Quá trình thường kèm theo giải phóng hay hấp thụ lượng lượng lớn Các quy trình tổng hợp nhiệt hạch quy mô lớn, với tham gia nhiều hạt nhân hợp lúc xảy vật chất điều kiện mật độ nhiệt độ cao Trường hợp tổng hợp hydro đơn giản nhất, hai proton đưa lại gần với đủ để lực hạt nhân yếu chuyển hóa hai proton đồng thành nơtron tạo nên chất đồng vị hydro đơteri Trong trường hợp tổng hợp ion nặng phức tạp với tham gia hai hay nhiều hạt nhân, chế phản ứng có khác phát sinh kết quả, tức hợp nhân nhỏ thành nhân lớn Tổng hợp hạt nhân xảy tự nhiên tất phát sáng Tổng hợp nhân tạo kết tác động người đạt trình chưa kiểm sốt cách tồn diện để khai thác nguồn lượng hạt nhân Trong phòng thí nghiệm, thực thành công nhiều thử nghiệm vật lý hạt nhân liên quan đến tổng hợp nhiều hạt nhân khác nhau, lượng lượng đạt không đáng kể nghiên cứu Trên thực tế, nguồn lượng cần thiết để thực quy trình ln vượt q lượng lượng giải phóng Nhưng kết hợp hạt nhân nguyên tử nhẹ, để tạo nhân nặng giải phóng nơtron tự do, phóng thích nhiều lượng lượng nạp vào lúc đầu hợp hạt nhân Điều dẫn đến q trình phóng thích lượng tạo phản ứng tự trì (Tuy nhiên, từ hạt nhân Fe trở đi, việc tổng hợp hạt nhân trở nên thu nhiệt nhiều tỏa nhiệt) Việc cần nhiều lượng để khởi động thường đòi hỏi phải nâng nhiệt độ hệ thống lên cao trước phản ứng xảy Chính lý mà phản ứng hợp hạch gọi phản ứng nhiệt hạch Các phản ứng tổng hợp hạt nhân có tiềm an tồn tạo chất thải phóng xạ so với q trình phân hạch Các phản ứng có khả diễn ổn định, khó khăn mặt kỹ thuật chưa đạt mức độ quy mơ sử dụng nhà máy điện chức Năng lượng tổng hợp hạt nhân tập trung nghiên cứu mặt lý thuyết thực nghiệm từ năm 1950 Nghiên cứu tổng hợp hạt nhân có kiểm sốt với mục đích khai thác lượng tổng hợp để sản xuất điện, tiến hành từ 50 năm Tuy gặp nhiều khó khăn khoa học công nghệ nghiên cứu đạt số tiến Hiện tại, phản ứng tổng hợp có kiểm soát chưa thể tạo phản ứng tổng hợp có kiểm sốt tự trì (self-sustaining) Các mẫu thiết kế lò phản ứng mà mặt lý thuyết cung cấp nguồn lượng tổng hợp cao gấp 10 lần so với lượng lượng cần thiết để nung nóng plasma lên nhiệt độ yêu cầu ban đầu dự kiến đưa vào hoạt động vào năm 2018, nhiên kế hoạch bị trì hỗn thời hạn chưa rõ Việc sản xuất điện từ lượng tổng hợp hạt nhân ban đầu cho đạt được, nhiên yêu cầu điều kiện khắc nghiệt để trì phản ứng liên tục chứa plasma khiến kế hoạch bị trì hỗn nhiều thập kỷ, 60 năm trơi qua kể từ nỗ lực ban đầu thực hiện, sản xuất lượng thương mại cho trở thành thực sau năm 2040 Tính đến tháng 7/2010, JET (Dự án thử nghiệm thiết bị từ trường hình xuyến chung châu Âu - Joint European Torus) coi thí nghiệm vật lý nhân tạo lớn giam giữ plasma từ thực Thiết bị đặt Anh, mục đích để mở đường cho tương lai lò phản ứng tổng hợp hạt nhân Năm 1997, JET đạt đỉnh cao tạo 16,1 megawatt lượng tổng hợp (bằng 65% lượng lượng đầu vào), lượng lượng tổng hợp trung bình đạt 10 MW trì 0,5 giây Tháng 6/2005, thiết bị kế nhiệm ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) chương trình thí nghiệm tokamak quốc tế đặt Pháp Dự án thu hút tham gia quốc gia: Hoa Kỳ, Trung Quốc, EU, Ấn Độ, Nhật Bản, Liên bang Nga Hàn Quốc Lò phản ứng ITER thiết kế để chứng tỏ tính khả thi xét phương diện khoa học kỹ thuật lò phản ứng lượng nhiệt hạch hồn chỉnh ITER thí nghiệm lớn cuối trước nhà máy điện nhiệt hạch thức xây dựng giới Đề án khơng có tham vọng giải tất vấn đề lượng trái đất chứng minh sản xuất lượng lượng lớn xuất phát từ phản ứng tổng hợp hạt nhân nhiệt hạch Phương tiện bắt đầu xây dựng năm 2008 hy vọng lần trì trạng thái plasma vào năm 2018 DEMO (tên viết tắt DEMOnstration Power Plant) nhà máy điện tổng hợp hạt nhân thao diễn dự kiến xây dựng dựa thành cơng mong đợi lò phản ứng tổng hợp hạt nhân thử nghiệm ITER Trong mục tiêu ITER sản xuất 500 megawatt lượng tổng hợp 500 giây, mục tiêu DEMO sản sinh gấp bốn lần lượng nhiệt tổng hợp dựa sở liên tục DEMO dự kiến lò phản ứng tổng hợp sản sinh điện Để đạt mục tiêu này, DEMO cần có kích thước lớn khoảng 15% so với ITER mật độ plasma phải lớn ITER khoảng 30% Một lò phản ứng tổng hợp DEMO thương mại nguyên mẫu làm cho lượng tổng hợp trở thành thực vào năm 2033 Nếu công viện tiến triển theo kế hoạch lò phản ứng tổng hợp thương mại có giá thành phần tư chi phí DEMO b) Phân hạch hạt nhân Phản ứng phân hạch hạt nhân, gọi phản ứng phân rã ngun tử q trình hạt nhân ngun tử bị phân chia thành hai nhiều hạt nhân nhỏ vài sản phẩm phụ khác Các sản phẩm phụ bao gồm hạt neutron, photon tồn dạng tia gama, tia beta tia alpha Các đồng vị định số nguyên tử có khả phân tách giải phóng lượng chúng dạng nhiệt Sự phân tách gọi phân hạch Nhiệt giải phóng phân hạch dùng để giúp phát điện nhà máy điện Uranium 235 (U-235) đồng vị dễ dàng phân hạch Trong phân hạch, nguyên tử U-235 hấp thụ neutron chậm Sự hấp thụ làm cho U-235 trở nên không bền phân tách thành hai nguyên tử nhẹ gọi sản phẩm phân hạch Tổng khối lượng sản phẩm phân hạch nhỏ khối lượng U-235 ban đầu Sự suy giảm khối lượng xảy phần vật chất chuyển hóa thành lượng Năng lượng giải phóng dạng nhiệt Hai ba neutron giải phóng kèm theo với nhiệt Các neutron va chạm với nguyên tử khác, gây nhiều phân hạch Một chuỗi phân hạch liên tiếp gọi phản ứng dây chuyền Nếu có đủ lượng uranium đưa đến gần với điều kiện định, xảy phản ứng dây chuyền liên tục Hiện tượng gọi phản ứng dây chuyền tự trì Một phản ứng dây chuyền tự trì sinh lượng nhiệt lớn, dùng để giúp phát điện Nhà máy điện hạt nhân phát điện theo kiểu giống nhà máy điện nước khác Nước đun nóng nước bốc lên từ nước sôi làm quay tuabin phát điện Sự khác biệt chủ yếu loại nhà máy điện nước nguồn sinh nhiệt Trong nhà máy điện hạt nhân, nhiệt phát từ phản ứng dây chuyền tự trì làm sơi nước Còn nhà máy khác, người ta đốt than đá, dầu lửa khí thiên nhiên để đun sơi nước Ngồi phát điện, cơng nghệ hạt nhân giữ vai trò quan trọng y khoa, nghiên cứu khoa học, thực phẩm nơng nghiệp Ví dụ bác sĩ sử dụng đồng vị phóng xạ để nhận dạng nghiên cứu nguyên nhân gây bệnh Họ dùng chúng để tăng liệu pháp điều trị y khoa truyền thống Trong cơng nghiệp, đồng vị phóng xạ dùng để đo chiều dày vi mơ, dò tìm dị thường vỏ bọc kim loại kiểm tra mối hàn Các nhà khảo cổ sử dụng kỹ thuật hạt nhân để xác định niên đại vật thời tiền sử cách xác định vị khiếm khuyết tượng đài nhà cửa Bức xạ hạt nhân dùng để bảo quản thực phẩm Nó giữ nhiều vitamin so với đóng hộp, đơng lạnh sấy khơ Cơng nghệ lò phản ứng hạt nhân, chu trình Lò phản ứng hạt nhân thiết bị khởi đầu điều khiển phản ứng dây chuyền hạt nhân tự trì Việc sử dụng lò phản ứng hạt nhân phổ biến để sản xuất điện cung cấp lượng cho tàu sử dụng lượng nguyên tử Cũng giống nhiều nhà máy nhiệt điện thơng thường sản xuất điện nhiệt giải phóng từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, nhà máy lượng hạt nhân biến đổi lượng giải phóng từ hạt nhân nguyên tử thông qua phản ứng phân hạch Khi hạt nhân nguyên tử dùng để phân hạch tương đối lớn (thường uranium 235 plutonium-239) hấp thụ nơtron dẫn đến phân hạch nguyên tử Quá trình phân hạch tách nguyên tử thành hay nhiều hạt nhân nhỏ kèm theo động (hay gọi sản phẩm phân hạch) giải phóng tia phóng xạ gamma nơtron tự Một phần nơtron tự sau hấp thụ nguyên tử phân hạch khác tiếp tục dẫn đến nhiều phân hạch giải phóng nhiều nơtron Đây phản ứng tạo nơtron theo cấp số nhân Phản ứng dây chuyền hạt nhân kiểm sốt cách sử dụng chất hấp thụ nơtron chất làm chậm nơtron (neutron moderator) để thay đổi tỷ lệ nơtron tham gia vào phản ứng phân hạch Hầu hết lò phản ứng hạt nhân có hệ thống vận hành tay tự động để tắt phản ứng phân hạch phát điều kiện khơng an tồn Một hệ thống làm lạnh chuyển lượng nhiệt phát sinh từ lõi lò phản ứng vận chuyển đến phận khác thuộc nhà máy, nơi sử dụng nguồn nhiệt để sản sinh điện sử dụng cho mục đích hữu dụng khác Đặc biệt chất làm` lạnh bị làm nóng lên (hot coolant) sử dụng nguồn nhiệt cho nồi hơi, nén từ nồi làm quay hay nhiều tuabin vận hành máy phát điện Có nhiều kiểu lò phản ứng khác sử dụng nguyên liệu, chất làm lạnh áp dụng chế vận hành khác Một số mẫu thiết kế để đáp ứng u cầu đặc biệt Ví dụ lò phản ứng dùng tàu ngầm hạt nhân tàu hải quân lớn, thường sử dụng nhiên liệu uranium làm giàu cao Việc lựa chọn loại nhiên liệu làm tăng mật độ công suất lò phản ứng chu trình nạp nhiên liệu hạt nhân khả dụng, giá thành đắt có nguy dẫn đến phổ biến vũ khí hạt nhân cao so với số loại nhiên liệu hạt nhân khác Các mẫu thiết kế lò phản ứng dùng cho nhà máy máy điện hạt nhân, gọi chung lò phản ứng hạt nhân hệ IV, đối tượng nghiên cứu sử dụng cho nhà máy phát điện tương lai Một vài số mẫu thiết kế đặc biệt để đạt lò phản ứng phân hạch hơn, an tồn và/hoặc có nguy dẫn đến phổ biến vũ khí hạt nhân Các nhà máy điện an tồn thụ động (như loại lò phản ứng ESBWR) sẵn sàng để xây dựng mẫu thiết kế khác cho có độ tin cậy cao (fool-proof) tiến hành Các lò phản ứng hợp hạch trở thành thực tương lai giảm bớt loại bỏ hoàn toàn rủi ro liên quan đến phân hạch hạnh nhân Chu trình lƣợng hạt nhân Lò phản ứng hạt nhân phần chu trình lượng hạt nhân Quá trình khai thác mỏ Các mỏ uranium nằm lòng đất, khai thác theo phương thức lộ thiên, đãi chỗ Trong trường hợp nào, quặng uranium chiết tách, thường chuyển thành dạng ổn định nén chặt thành bánh, sau vận chuyển đến nhà máy Ở đây, nguyên liệu chuyển đổi thành urani hexaflorua, loại sau làm giàu sử dụng phương pháp khác Tại thời điểm này, uranium làm giàu chứa 0,7% U-235 tự nhiên, 10 Công nghệ chu trình nhiên liệu hạt nhân tiên tiến với tiềm triển khai công nghiệp khoảng 25 năm tới Hiện nay, có số mơ hình chu trình nhiên liệu hạt nhân phát triển sử dụng 25 năm tới Một vài ví dụ đưa đây: Sử dụng trực tiếp nhiên liệu qua sử dụng lò phản ứng PWR lò phản ứng CANDU (Direct Use of Spent PWR fuel in CANDU reactors - DUPIC) Theo nghiên cứu chuyên sâu Hàn Quốc, Canada Hoa Kỳ, công nghệ chu trình nhiên liệu hạt nhân tiên tiến ứng dụng 25 năm tới, việc sử dụng trực tiếp nhiên liệu lò phản ứng PWR qua sử dụng lò phản ứng CANDU (DUPIC) Nó chuyển đổi nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng (SNF) từ lò PWR thơng qua trình nhiệt thành nhiên liệu CANDU Những ưu điểm tăng cường độ bền, giảm chất thải từ lò phản ứng CANDU Những nhược điểm cần thiết phải xử lý từ xa việc sản xuất nhiên liệu CANDU nhiên liệu CANDU sạch, tiết kiệm chút chi phí nguồn tài ngun Chu trình nhiên liệu thori Trên tồn cầu có 1,2 triệu tài nguyên thori biết đến, khoảng 90% nằm nước: Ôxtrâylia (25%), Ấn Độ (24%), Na Uy (14%), Hoa Kỳ (13%), Canada (8%), Nam Phi (3%) Brazil (1%) Trong khứ, thori sử dụng dự án lò phản ứng trình diễn, ví dụ lò phản ứng nước nhẹ (LWR) Hoa Kỳ, lò HTGR (Hoa Kỳ, Đức, Anh), lò phản ứng hạt nhân muối nóng chảy (MSR) Hoa Kỳ Tuy nhiên, Ấn Độ thori đưa vào vài lò thương mại PHWR để xử lý thơng lượng nơtron q trình khởi động Liên quan đến việc sử dụng thori, công nghệ nhiên liệu phân tử che phủ dựa thori dường có tiềm cao HTGR Đối với trình tái chế THOREX, phát triển Phòng thí nghiệm quốc gia ORNL, Hoa Kỳ, khả thi mặt kỹ thuật Lợi việc sử dụng thori làm vật liệu chuyển đổi chu trình nhiên liệu hạt nhân suất cao neutron, cho phép chuyển đổi cao hay nhanh (sản xuất U-233 từ thori) so với U-238 (sản xuất plutoni) Một bất lợi kỹ thuật cần thiết phải đủ che phủ trình tái chế sản xuất nhiên liệu cách sử dụng U-233 mức độ phóng xạ (gamma beta cao, gây sản phẩm phân rã U-232), khả phân tách hóa học U-233 phân hạch từ thori nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng đặt số rủi ro với rủi ro chu trình nhiên liệu hạt nhân urani/plutoni Ngồi Ấn Độ, nước có mức độ ưu tiên cao sử dụng thori mục đích thương mại chu trình nhiên liệu hạt nhân (được sử dụng lò PHWR, lò phản ứng nhanh lò phản ứng nước nặng tiên tiến - AHWR - tương lai gần), số quốc gia khác tiến hành nghiên cứu phát triển nhiên liệu thori chương trình ngắn hạn và/hoặc dài hạn 53 Làm chậm chu trình nhiên liệu hạt nhân MOX lò LWR ( lò RMWR ) Các lò LWR sử dụng giàn nhiên liệu lõi để điều chỉnh quang phổ neutron nhanh đạt tỷ lệ chuyển đổi urani/plutoni (hoặc thori/urani) cao (thậm chí cao 1) Chủ yếu Nhật Bản (nhưng Liên bang Nga Hoa Kỳ), nghiên cứu thiết kế thực cho thấy có triển vọng áp dụng 25 năm tới Sáng kiến chu trình nhiên liệu tiên tiến (AFCI) Năm 2003, Hoa Kỳ, chương trình nghiên cứu phát triển lớn thiết lập để thực chuyển đổi chu trình nhiên liệu mở sang chu trình nhiên liệu hạt nhân tiên tiến để sử dụng loại lò phản ứng tiên tiến đề cập sáng kiến Lò hệ IV Các chu kỳ nhiên liệu tiên tiến làm giảm lượng chất thải mức cao, giúp làm giảm yếu tố phóng xạ cao độc hại, thu hồi lượng có giá trị nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng Chương trình bao gồm phân tích hệ thống phát triển cơng nghệ tách chuyển đổi Các ví dụ bổ sung chu trình nhiên liệu hạt nhân tiên tiến Trong sáng kiến Lò hệ IV, hệ thống lượng nguyên tử bao gồm LWR HTGR với chu trình nhiên liệu lần nghiên cứu Hoa Kỳ chọn lựa ngắn hạn Các mơ hình dài hạn nghiên cứu bao gồm kết hợp LWR lò phản ứng nhanh chuyển đổi để thành lò phản ứng tái sinh nhanh sau Tại Liên bang Nga, với chuyên gia từ Nhật Bản Hoa Kỳ, mơ hình lò phản ứng BREST chu trình nhiên liệu hạt nhân tiên tiến nghiên cứu Nó sử dụng chu trình nhiên liệu hạt nhân khép kín dựa nhiên liệu nitrit urani/plutoni Việc tái chế nhiên liệu sở sản xuất phải đặt gần lò phản ứng kiểu III HIỆN TRẠNG VÀ DỰ BÁO TRIỂN VỌNG NĂNG LƢỢNG HẠT NHÂN THẾ GIỚI Hiện trạng lƣợng hạt nhân giới  Các nhà máy điện hạt nhân thương mại bắt đầu hoạt động vào năm 1950  Hiện nay, có 440 lò phản ứng hạt nhân thương mại hoạt động 30 nước với tổng công suất 377.000 MW điện  Các lò phản ứng cung cấp khoảng 14% sản lượng điện giới, nguồn điện phụ tải bản, liên tục, đáng tin cậy hiệu suất lò ngày tăng  Trên giới có 56 quốc gia vận hành tổng cộng 250 lò phản ứng nghiên cứu ngồi có 180 lò phản ứng hạt nhân cung cấp lượng cho 140 tàu thủy tàu ngầm Công nghệ hạt nhân sử dụng lượng giải phóng từ phản ứng phân tách nguyên tử số nguyên tố Công nghệ nghiên cứu vào năm 1940, suốt đại chiến giới thứ hai nghiên cứu tập trung ban đầu vào chế tạo bom cách tách nguyên tử uranium hay plutonium 54 Trong năm 1950, mối quan tâm chuyển sang sử dụng lượng hạt nhân mục đích hòa bình, đáng ý để sản xuất điện Hiện nay, điện sản xuất từ lượng hạt nhân giới tương đương với lượng điện sản xuất từ tất nguồn lượng tổng hợp lại năm 1960 Ngày nay, lượng hạt nhân dân cung cấp gần 14% nhu cầu điện giới, từ lò phản ứng 30 quốc gia Thực tế, có nhiều 30 quốc gia sử dụng điện tạo từ công nghệ hạt nhân Một số nước xây dựng lò phản ứng thí nghiệm để cung cấp nguồn tia nơtron cho nghiên cứu khoa học sản xuất chất đồng vị y học công nghiệp Ngày nay, quốc gia biết đến có lực vũ khí hạt nhân Ngược lại, 56 nước vận hành lò phản ứng nghiên cứu dân sự, 30 quốc gia vận hành 440 lò phản ứng hạt nhân thương mại với tổng công suất lắp đặt 377.000 MW điện Con số cao gấp lần tổng công suất phát điện từ tất nguồn lượng Pháp Đức Ngồi ra, có 60 lò phản ứng hạt nhân xây dựng, tương đương với 17% cơng suất hành, bên cạnh có 150 lò phản ứng lên kế hoạch xây dựng, tương đương với 46% công suất hành Có 16 quốc gia phụ thuộc vào điện hạt nhân để cung cấp ¼ sản lượng điện nước Pháp khai thác khoảng ¾ điện từ lượng hạt nhân, Bỉ, Bungari, Cộng hòa Séc, Hungari, Slovakia, Hàn Quốc, Thụy Điển, Thụy Sĩ, Slovenia Ucraina khai thác khoảng 1/3 nhiều Nhật Bản, Đức Phần Lan khai thác ¼ điện từ lượng hạt nhân, Hoa Kỳ sử dụng 1/5 điện từ điện hạt nhân Trong số nước không xây dựng nhà máy điện hạt nhân, Italia khai thác 10% lượng hạt nhân Đan Mạch khai thác khoảng 8% Cải thiện hiệu suất lò phản ứng hạt nhân hành Khi việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân khôi phục trở lại với mức đạt năm 1970 1980, nhà máy vận hành có hiệu suất cao Năm 2007, sản lượng điện hạt nhân đạt 2608 tỉ kWh Số lượng gia tăng năm tính tới năm 2006 210 TWh (terawatt hour) tương đương với sản lượng đầu 30 nhà máy điện hạt nhân lớn, xây dựng Tuy nhiên, từ 2000-2006 gia tăng thực số lượng lò phản ứng (chỉ có cơng suất tăng 15 GWe) Sự cải thiện chủ yếu dựa vào hiệu suất nâng cao lò hành Năm 2007, hiệu suất giảm trở lại khoảng 50 TWh đóng cửa nhà máy Đức, Hoa Kỳ Nhật Bản Trong thời gian dài hơn, từ 1990 tới 2006, công suất điện giới tăng 44 GWe, (đạt tỷ lệ tăng 13,5% tăng số lượng nhà máy nâng cấp nhà máy tồn tại) sản lượng điện tăng 757 kWh (40%) Việc xây dựng nhà máy điện tương ứng với gia tăng là: xây 36%, nâng cấp 7% khả gia tăng sẵn có 57% Một phần tư số lò phản ứng giới có hệ số tải trọng 90% gần 2/3 số lò hoạt động 75% hiệu suất, so với ¼ số lò vào năm 1990 Trong 15 năm, nhà máy Phần Lan chiếm vị trí đứng đầu bảng hiệu suất hoạt động, nhiên Hoa Kỳ giữ 25 vị trí dẫn đầu, theo sau Nhật Bản Hàn Quốc 55 Hiệu suất nhà máy điện hạt nhân Hoa Kỳ cải thiện đặn vòng 20 năm trở lại đây, hệ số tải trọng trung bình khoảng 90%, tăng từ 66% vào năm 1990 56% năm 1980 Điều đưa Hoa Kỳ trở thành nước dẫn đầu hiệu suất chiếm gần nửa số 25 lò phản ứng hàng đầu giới, lò phản ứng thứ 25 đạt hiệu suất 98% Hoa Kỳ chiếm gần 1/3 sản lượng điện hạt nhân giới Năm 2009 2010, có quốc gia đạt hệ số tải trọng trung bình 80%, lò phản ứng Pháp có hệ số tải trọng trung bình 73%, nhiều lò phản ứng hoạt động theo chế độ phụ tải (load-following), khơng hồn toàn sử dụng chế độ tải (based-load) Một số liệu cho thấy việc sử dụng đạt mức gần tối đa, hầu hết lò phản ứng sau 18-24 tháng phải ngừng hoạt động để thay nhiên liệu bảo trì thường xuyên Tại Hoa Kỳ, cơng việc trung bình kéo dài 100 ngày, thập niên trước đây, trung bình 40 ngày Một số đo hiệu khác tổn thất cơng suất ngồi dự tốn Trong vài năm gần đây, thất thoát Hoa Kỳ mức 2% Các lò phản ứng hạt nhân khác Ngoài nhà máy điện hạt nhân thương mại, có khoảng 250 lò phản ứng nghiên cứu hoạt động 56 nước, có nhiều lò xây dựng Các lò phục vụ nhiều mục đích bao gồm nghiên cứu sản xuất đồng vị phóng xạ dùng cơng nghiệp y học đào tạo Việc sử dụng lò phản ứng cho động đẩy hàng hải giới hạn chủ yếu hải quân, nơi ứng dụng giữ trò quan trọng kỷ qua, cung cấp điện cho tàu ngầm tàu mặt nước cỡ lớn Khoảng 140 tàu dùng động đẩy sử dụng lượng từ 180 lò phản ứng hạt nhân với kinh nghiệm lâu đời 13.000 reactor-years lò phản ứng dùng hàng hải Nga Hoa Kỳ khơng sử dụng nhiều tàu ngầm hạt nhân mà hai nước triển khai từ thời kỳ Chiến tranh lạnh Nga vận hành hạm đội gồm tàu phá băng chạy lượng hạt nhân tàu chở hàng trọng tải 62000 tấn, dùng cho dân nhiều quân Nước hoàn thành nhà máy điện hạt nhân với lò phản ứng cơng suất 40 MWe để sử dụng cho vùng xa Các lò phản ứng lƣợng hạt nhân giới nhu cầu uranium Bảng tổng hợp số liệu lò phản ứng hạt nhân xây dựng tương lai đề xuất kế hoạch cụ thể dự kiến hoạt động vào năm 2030 Những ước tính lâu dài dựa vào chiến lược quốc gia, khả nhu cầu dự báo theo Triển vọng Thế kỷ Năng lượng hạt nhân (Nuclear Century Outlook) WNA Số liệu nước liên quan bảng bao gồm lĩnh vực: phát triển ngắn hạn vai trò dài hạn điện hạt nhân sách lượng quốc gia 56 Bảng 10 Tổng hợp trạng lò phản ứng hạt nhân giới nhu cầu uranium Quốc gia Tổng Lò phản lƣợng điện ứng hạt nhân hoạt động năm 2009 % Tỷ MWe Số kWh thực lƣợng Lò phản Yêu cầu ứng Lò phản ứng uranium đƣợc lên kế đƣợc đề xuất năm 2011 hoạch Lò phản ứng xây dựng Số MWe tổng Số MWe tổng Số MWe tổng Áchentina 7,6 7,0 935 745 773 Acmenia 2,3 45 376 0 1060 0 0 0 0 0 0 2 2000 2000 2000 0 45 51,7 5943 0 0 0 1052 Braxin 12,2 3,0 1901 1405 0 4000 311 Bungari 14,2 35,9 1906 0 1900 0 275 Canada 85,3 14,8 18 12679 1500 3300 3800 1884 Chi lê 0 0 0 4400 Trung Quốc 65,7 1,9 50 57830 110 108000 4402 hòa 25,7 33,8 3722 0 2400 1200 680 0 0 0 1000 1000 Phần Lan 22,6 32,9 2721 1700 0 3000 468 Pháp 391,7 75,2 58 63130 1720 1720 1100 9221 Đức 127,7 26,1 17 20339 0 0 0 3453 Hungary 14,3 43 1880 0 0 2200 295 Ấn độ 14,8 2,2 20 4385 3900 18 15700 40 49000 1053 Inđônêxia 0 0 0 2000 4000 Iran 0 0 1000 2000 300 150 Israel 0 0 0 0 1200 Italia 0 0 0 0 10 17000 263,1 28,9 51 44642 2756 12 16532 4000 8195 Jordan 0 0 0 1000 Kazakstan 0 0 0 600 600 Triều Tiên 0 0 0 0 950 Hàn Quốc 141 34,8 21 18716 5800 8400 0 3586 Lithuania 10,0 76,2 0 0 0 1700 0 0 0 0 1200 Bangladesh Belarus Bỉ Cộng Séc Ai Cập Nhật Bản Malaixia 0 13 10234 27 29790 57 740 Tấn 208 56 Quốc gia Tổng lƣợng điện hạt nhân năm 2009 Lò phản ứng hoạt động % Tỷ Số kWh lƣợng Lò phản ứng xây dựng Lò phản Yêu cầu ứng Lò phản ứng uranium đƣợc lên kế đƣợc đề xuất năm 2011 hoạch MWe thực Số MWe tổng Số MWe tổng Số MWe tổng Tấn Mexico Hà Lan 10,1 4,0 4,8 3,7 1600 485 0 0 0 0 2000 1000 247 107 Pakistan 2,6 2,7 725 0 600 2000 68 Ba Lan 0 0 0 6000 0 Rumani 10,8 20,6 1310 0 1310 655 175 Nga 152,8 17,8 32 23084 10 8960 14 16000 30 28000 3757 Slovakia 13,1 53,5 1816 880 0 1200 267 Slovenia 5,5 37,9 696 0 0 1000 145 Nam Phi 11,6 4,8 1800 0 0 9600 321 Ban 50,6 17,5 7448 0 0 0 1458 Tây Nha Thụy Điển 50,0 34,7 10 9399 0 0 0 1537 Thụy Sĩ 26,3 39,5 3252 0 0 4000 557 Thái Lan 0 0 0 0 5000 Thổ Nhĩ Kỳ 0 0 0 4800 5600 Ucraina 77,9 Tiểu vƣơng quốc Ả Rập 48,6 15 13168 0 0 0 1900 5600 20 10 27000 14400 2037 Anh Hoa Kỳ 62,9 17,9 19 10962 0 6680 12000 2235 798,7 20,2 104 101229 1218 11662 23 34000 19427 0 0 2000 12 13000 158 176.76 326 370.995 68.971 Việt Nam 0 Thế giới 2560 13,8 440 375.410 61 64.074 Nguồn: WNA, số liệu cập nhật đến ngày 1/04/2011 Chú thích: Lò phản ứng hoạt động = lò kết nối với hệ thống đường dây điện Lò phản ứng xây dựng/sửa chữa = đổ bê tông lò phản ứng cải tạo lại Lò kế hoạch = lò phản ứng chấp nhận, tài trợ cam kết thức, phần lớn vào hoạt động sau 8-10 năm Lò phản ứng đề xuất = lò phản ứng lên chương trình cụ thể đặt đề xuất, dự kiến vào hoạt động vòng 15 năm Các nhà máy đưa vào hoạt động điều chỉnh cân với nhà máy cũ chuẩn bị đóng cửa Từ 1996-2009, có 43 lò phản ứng bị đóng cửa 49 lò bắt đầu hoạt động Trên bảng khơng có liệu thời hạn đóng cửa chắn dự án, 58 WNA ước tính 60 lò phản ứng số lò phản ứng hoạt động đóng cửa vào năm 2030, hầu hết nhà máy nhỏ Theo Báo cáo thị trường WNA có 143 lò phản ứng đóng cửa vào năm 2030 TWh= tỷ kilowat/ giờ, Mwe= megawat, kWh= kilowat/giờ Nhu cầu uranium: 68,971 tU = 81,338 t U3O8 Dự báo triển vọng lƣợng hạt nhân toàn cầu Thách thức chính: Năng lượng khử cacbon Dân số giới có 6,6 tỉ người dự báo tăng lên mức tỉ vào năm 2050, với bùng nổ nhu cầu lượng toàn giới Trong đó, đà phát triển lượng lại không bền vững Các nhà khoa học hàng đầu thuộc Ban liên phủ biến đổi khí hậu (IPCC) Liên Hiệp Quốc cảnh báo từ đến 2050 phải cắt giảm 70% lượng phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính để ngăn chặn thảm họa tự nhiên biến đổi khí hậu trái đất Để làm điều quy mơ lớn tồn cầu đòi hỏi phải thay đổi tồn cơng nghệ kinh tế giới Chiến lược giảm phát thải khí nhà kính phải tồn diện, theo hướng bảo tồn hiệu quả, tạo nhiều thay đổi diện rộng quy trình sản xuất cơng - nơng - lâm nghiệp Tuy vậy, nhiệm vụ chuyển đổi lượng quy mơ tồn cầu - phần lớn khí nhà kính bắt nguồn từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, thách thức lớn việc cắt giảm khí nhà kính khử cacbon hệ thống lượng ngày mở rộng toàn giới Các yếu tố cấu thành tương lai lượng Những vấn đề lớn đặt tương lai phát triển công nghệ lượng sạch: - Tương lai giao thông vận tải: Các loại pin tiên tiến hay tế bào nhiên liệu hydro hiệu hơn? - Nhiên liệu hóa thạch sạch: kế hoạch áp dụng kỹ thuật thu lưu giữ khí cacbon (CCS) diện rộng có khả thi, hợp lý lâu dài không? - Các công nghệ lượng tái tạo: Những nguồn lượng tái tạo (năng lượng gió, lượng mặt trời, sinh khối, địa nhiệt, thủy triều) có vượt qua trở ngại chi phí tình trạng phân phối gián đoạn diện rộng không? Mặc dù công nghệ chưa biết đến thành phần chủ yếu cần thiết để tạo nên kinh tế lượng tồn cầu xác định rõ ràng: Lượng điện cung cấp lớn hơn:  Chuyển đổi hoàn toàn sang cơng nghệ khơng phát thải khí  Sử dụng lượng điện lớn quy trình sản xuất cơng nghiệp làm nóng 59  Điện khí hóa giao thông vận tải (sử dụng tàu điện xe chạy pin) Những yếu tố khác (ví dụ sử dụng điện nhiệt sạch):  Xây dựng nhà máy điện hiệu suất cao khơng phát thải khí, kết hợp cung cấp nhiệt phát điện (CHP)  Khử mặn nước biển, làm dịu khủng hoảng nước toàn cầu lan rộng  Sản xuất khí hydro làm pin nhiên liệu Tóm lại, tương lai “Nhu cầu lượng toàn cầu” tổng thể kết hợp yếu tố với tên viết tắt “EHDH”: - Clean Electricity: điện (trong gồm pin lượng) - Clean Heating: đốt nóng (cho quy trình sản xuất cho nhà máy/văn phòng/nhà ở) - Clean Desalination: phương pháp khử mặn - Clean Hydrogen production: sản xuất hydro Định lượng nhu cầu lượng Để dự đốn nhu cầu lượng tồn cầu, chuyên gia đã: - Lấy điểm khởi đầu nhu cầu EHDH yêu cầu cấp bách tiêu thụ điện phi cacbon quy mô giới (vào năm 2000 đạt giá trị 2.000 GW điện hạt nhân) - Thừa nhận dự đoán nhà phân tích lượng cho mức sử dụng lượng tồn cầu tăng gấp đơi khoảng thời gian 2000 - 2050, nhu cầu điện tăng gấp hay chí gấp lần - Thừa nhận khả nhu cầu EHDH tăng gấp lần tính đến 2050, với giả định yếu tố nhiệt sạch, khử mặn nước biển sản xuất hydro đảm bảo bền vững - Giả định mức tăng nhu cầu EHDH chậm lại 40% giai đoạn 2050 - 2100, dân số toàn cầu ổn định ngưỡng tỷ người kinh tế tiếp tục phát triển đặn Theo cách tiếp cận trên, ước tính nhu cầu lượng đến kỷ vào khoảng 10.000 GW điện hạt nhân, tiếp tục tăng thêm khoảng 40% đến năm 2100 Điều đồng nghĩa với việc giới phải điều chỉnh giảm mục tiêu phát triển lượng theo hướng nỗ lực đạt mục tiêu trước Đáp ứng nhu cầu lượng Để đưa dự báo phát triển hạt nhân theo bối cảnh thực tiễn, chuyên gia dựa vào giả định liên quan đến toàn hệ thống phân phối lượng kỷ 21 sau: - Phát triển thủy điện dừng lại vào kỷ - Năng lượng tái tạo phát triển liên tục mạnh, với sản lượng điện đầu vào năm 2100 đạt mức cao gấp đơi tổng sản lượng điện tồn giới 60 Kỹ thuật thu lưu giữ khí cacbon (CCS) sử dụng lâu dài kỷ 21, trở thành công nghệ cầu nối trung gian, không phát triển vô hạn định - Phát triển lượng hạt nhân phạm vi ranh giới xác định báo cáo Triển vọng Những giả định thuận lợi cho thực triển vọng Năng lượng tái tạo chưa mang lại nhiều đóng góp cho ngành, phát triển cơng nghệ CCS vốn mang nặng tính lý thuyết Số liệu triển vọng hạt nhân Báo cáo Triển vọng Thế kỷ Năng lượng hạt nhân WNA dự báo mang tính lâu dài nhằm đánh giá triển vọng phát triển lượng hạt nhân quy mơ tồn cầu kỷ 21 Số liệu triển vọng nêu bảng 11 - Bảng 11 Triển vọng lƣợng hạt nhân vòng kỷ Các chƣơng trình hạt 2008 2030 2030 2060 2060 nhân thực Mức Mức Mức Mức thấp cao thấp cao 2100 Mức thấp 2100 Mức cao Năng suất tính theo GWe Achentina 11 30 10 90 Armenia 1 Belarus 5 10 Bỉ 6 8 10 22 Brazil 10 30 40 100 70 330 Bungari 7 Canađa 13 20 30 25 40 30 85 Trung Quốc 50 200 150 750 500 2800 Cộng hòa Séc 12 15 Phần Lan 10 11 Pháp 63 65 75 80 110 80 130 Đức 20 20 50 40 80 80 175 Hungary 12 Ấn Độ 20 70 60 500 200 2750 Iran 10 30 10 140 48 55 70 80 140 80 200 Nhật Bản 61 Lithuania/Latvia/Estonia 8 Mexico 20 75 20 225 Hà Lan 1 20 10 35 Pakistan 10 20 20 65 30 180 Rumani 10 20 10 25 22 45 80 75 180 100 200 Slovakia 4 5 Slovenia 1 1 2 Nam Phi 25 30 50 30 55 18 25 50 45 80 70 145 Tây Ban Nha 20 20 50 25 60 Thụy Điển 10 15 10 18 10 18 Thụy Sĩ 10 11 Ukraine 13 20 30 20 40 20 45 Anh 11 20 30 30 80 40 140 Hoa Kỳ 99 120 180 150 400 250 1200 367 559 1087 951 2939 1729 9137 Nga Hàn Quốc Triều Tiên Tổng Kế hoạch quốc gia 2008 phát triển hạt nhân 2030 2030 2060 2060 2100 2100 Mức thấp Mức cao Mức thấp Mức cao Mức thấp Mức cao Năng suất tính theo GWe Ai Cập 10 40 10 90 Hội đồng hợp tác vùng 12 50 30 80 40 175 Indonesia 35 175 Kazakhstan 0 5 20 Nigeria 15 10 40 20 120 Ba Lan 10 12 40 20 50 Thổ Nhĩ Kỳ 15 10 50 20 160 Việt Nam 15 30 120 Vịnh * Tổng 30 123 78 300 126 910 * gồm nước Bahrain, Kuwait, Oman, Qatar, Ả Rập Xeút, Tiểu Vương quốc Ả Rập thống 62 Các quốc gia có tiềm phát triển Anbani Angiêri Ôxtrâylia Áo Bangladesh Chile Croatia Đan Mạch Hy Lạp Iraq Ireland Israel Italia Jordan Kenya Malaixia Singapo Morocco New Zealand Na Uy Philipin Bồ Đào Nha Serbia Syria Thái Lan Venezuela Các nước khác Tổng Tổng toàn giới 2008 2030 Mức thấp 2030 Mức cao 2060 Mức thấp 2060 Mức cao 2100 Mức thấp 2100 Mức cao 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 10 2 2 20 10 15 5 2 2 10 15 25 40 15 5 15 5 40 8 15 20 20 10 2 3 25 5 40 60 90 38 60 10 20 70 12 24 30 0 0 2 15 5 40 0 0 10 10 5 60 10 20 10 95 14 0 0 0 0 10 10 4 40 25 40 5 15 20 14 25 50 60 200 367 13 602 140 1350 111 1140 429 3688 207 2062 999 11046 Nguồn: WNA Nuclear Century Outlook Data, 2011 63 KẾT LUẬN Thế kỷ 21 cho có thị trường lượng tồn cầu hóa mang tính cạnh tranh lịch sử loài người, với tốc độ tiến cơng nghệ nhanh chóng gia tăng tiêu thụ lượng lớn từ trước đến nay, đặc biệt nước phát triển Ông Mohamed ElBaradei, Tổng Giám đốc IAEA phát biểu đại hội đồng IAEA lần thứ 50 vào tháng 9/2006 rằng, đổi công nghệ thể chế yếu tố then chốt để đảm bảo lợi ích từ việc sử dụng lượng hạt nhân phục vụ phát triển bền vững Năng lượng hạt nhân toàn cầu sau giai đoạn suy giảm tốc độ tăng trưởng chủ yếu mối lo ngại vấn đề an toàn nhà máy điện hạt nhân cuối kỷ 20 Giờ đây, tác động chủ yếu thay đổi khí hậu cần đến nguồn lượng phi cacbon, mà nhiều phủ cơng ty tồn giới trọng đến việc phục hồi phát triển lượng hạt nhân Các quốc gia phát triển phát triển thể mối quan tâm này, mà cách diễn đạt bắt đầu thời kỳ "phục hưng hạt nhân" sử dụng cộng đồng lượng hạt nhân tồn giới Cơng nghệ lượng hạt nhân giới ngày tiến nhanh chóng với hệ lò phản ứng hạt nhân tiên tiến, mang nhiều triển vọng phát triển tương lai tất khía cạnh, kinh tế, chống phổ biến vũ khí hạt nhân, bảo vệ mơi trường, an tồn phát triển bền vững Các kịch nhu cầu cung ứng lượng hạt nhân tương lai có đặc điểm chung kỷ 21, tỷ trọng lượng hạt nhân khơng trì mà gia tăng đáng kể khả cạnh tranh mặt kinh tế tiếp tục cải thiện so với nguồn lượng thay khác Các dự báo IAEA WNA cho thấy đến năm 2030 công suất lắp đặt lượng hạt nhân tăng lên đến 420 GW điện giới hạn giả thiết thấp 600 GW điện giới hạn giả thiết cao Trong thập kỷ trước mắt, lò phản ứng làm lạnh nước củng cố tính an tồn khả cạnh tranh gia tăng đóng vai trò trụ cột sản xuất điện hạt nhân Các hệ thống lượng hạt nhân hệ IV dự kiến thương mại hóa vào khoảng năm 2030, kỳ vọng cung cấp sản phẩm lượng có giá cạnh tranh đáng tin cậy, đáp ứng lo ngại an toàn hạt nhân, chất thải chống phổ biến vũ khí hạt nhân Với triển vọng đầy hứa hẹn lượng hạt nhân vậy, cần ý việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân, nước 64 phát triển, phát sinh nhiều vấn đề, nước lẫn giới tổng thể Việc thiếu kinh nghiệm điều hành vận hành nước phát triển cân nhắc lượng hạt nhân gây thách thức lớn tiêu chuẩn toàn cầu thiết lập để đảm bảo an toàn, an ninh sử dụng lượng hạt nhân mục đích hòa bình Một báo cáo IAEA phát triển sở hạ tầng quốc gia cho lượng hạt nhân ba mốc cần tuân thủ trước quốc gia coi sẵn sàng lượng hạt nhân, là: (1) sẵn sàng để thực cam kết theo cách có trách nhiệm chương trình hạt nhân, (2) sẵn sàng mời thầu để xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên, (3) sẵn sàng định ủy thác vận hành nhà máy điện hạt nhân Tất quốc gia theo đuổi lượng hạt nhân, dù nước phát triển hay phát triển phải đối mặt với vấn đề chi phí, bế tắc cơng nghiệp, hạn chế nguồn nhân lực vấn đề chất thải hạt nhân, quốc gia phát triển phải đối mặt với thách thức riêng Bởi họ nước nghèo hơn, họ thường thiếu nguồn lực tài chính, lực thể chế sở hạ tầng vật chất để hỗ trợ cho dự án nhà máy điện hạt nhân quy mơ lớn có trị giá hàng tỷ đơla Đối với nước tương đối nghèo việc chi trả cho nhà máy điện hạt nhân gánh to lớn, chi phí phát sinh thêm sau nhiều năm Khơng có cách đo xác để đánh giá nước đảm đương nhà máy điện hạt nhân hay không, đặc biệt mà định bị chi phối trị, niềm tự hào dân tộc, an ninh lượng, chiến lược cơng nghiệp hóa hay trường hợp xấu vũ khí hạt nhân khơng phải xuất phát từ phân tích tài sáng suốt hay chiến lược lượng hợp lý quốc gia Mặc dù việc huy động ngân sách quốc gia để mua nhà máy điện hạt nhân mặt lý thuyết có thể, điều ln kèm với chi phí hội, đặc biệt ngành lượng nói chung Các ngân hàng phát triển không cho vay dự án lượng hạt nhân nhà đầu tư tư nhân có khả lưỡng lự Một trở ngại lớn thứ hai quốc gia cân nhắc phát triển lượng hạt nhân sở hạ tầng vật chất để hỗ trợ cho hay nhiều nhà máy điện hạt nhân Điều bao gồm gồm lưới điện thích hợp (ít phải cao gấp 10 lần công suất lò phản ứng 1000 megawatt), đường xá, hệ thống giao thơng vận tải vị trí an tồn đảm bảo an ninh Tài liệu IAEA đưa danh sách toàn diện gồm hàng trăm mục tiêu sở hạ tầng, có sở hạ tầng vật chất mà quốc gia cần đáp ứng trước họ định lựa chọn xây 65 dựng nhà máy điện hạt nhân Điều bao gồm máy phát điện hỗ trợ, nguồn cung ứng nước dồi phương tiện quản lý chất thải Việc đáp ứng tất mục tiêu thách thức lớn hầu hết quốc gia phát triển, yêu cầu họ phải đầu tư hàng tỷ đôla vào nâng cấp sở hạ tầng nhiều năm Sự đời kiểu lò phản ứng phức tạp chưa thử nghiệm nước phát triển lại thiếu kinh nghiệm điều khiển vận hành gây lo ngại tình hình an tồn hạt nhân tồn cầu Cuối thách thức điều hành Năng lực đất nước vận hành chương trình lượng hạt nhân an toàn an ninh phụ thuộc vào khả đất nước việc lập kế hoạch thành cơng bền vững, xây dựng (hay dự kiến trước việc xây dựng) quản lý nhà máy lớn, phức tạp với hoạt động kèm theo Đối với lò phản ứng hạt nhân, cam kết kéo dài nhiều thập kỷ, 60 năm kể từ lên kế hoạch ban đầu đến kết thúc chu trình vòng đời Đối với chất thải hạt nhân mức độ phóng xạ cao kéo dài, số trì nồng độ phóng xạ hàng nghìn năm, mà cam kết thực chất kéo dài mãi Mặc dù quốc gia vận hành lượng hạt nhân học hỏi nhiều kinh nghiệm trải nghiệm qua cố hạt nhân, điều cho không thể cho phép xảy kỷ nguyên Các chuẩn mực, yêu cầu tiêu chuẩn tiến hóa IAEA ước tính phải 10 năm quốc gia khơng có kinh nghiệm hạt nhân tự làm chủ nhà máy điện hạt nhân Nhiều quốc gia cân nhắc lượng hạt nhân gặp khó khăn việc quản lý dự án đầu tư lớn hay sở hạ tầng loạt nguyên nhân, có bạo lực trị, quản lý yếu tham nhũng Bên cạnh việc đẩy mạnh điều hành toàn cầu lượng hạt nhân nhiệm vụ khơng thuộc giới phát triển, cách thức quan trọng để đảm bảo lượng hạt nhân sử dụng theo cách an toàn, an ninh mục đích hòa bình nhằm mang lại lợi ích cho tất người Biên soạn: Trung tâm Xử lý Phân tích Thơng tin 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 11 12 13 14 15 NEW REACTOR CONCEPTS FOR NEW GENERATION OF NUCLEAR POWER PLANTS: AN OVERVIEW, Proc 50th ETRAN Conference, Belgrade, June 6-8, 2006, Vol IV James A Lake , Ralph G Bennett: Next Generation Nuclear Power Scientific American 26/1/2009 Status and Trends of Nuclear Technologies - Report of the International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles (INPRO), IAEA-TECDOC1622, 9/2009 IAEA: International Status and Prospects of Nuclear Power GOV/INF/2010/12GC (54) / INF / 5, 9/2010 JUSTIN ALGER: Strengthening Global Nuclear Governance Issues in S&T, Fall 2010 M.V Ramana: Nuclear Power: Economic, Safety, Health, and Environmental Issues of Near-Term Technologies www.annualreviews.org • Nuclear Power Issues 12/2009 U.S DOE Nuclear Energy Research Advisory Committee: A Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy Systems 12/2002 U.S Department of Energy: Application of Advanced Construction Technologies to New Nuclear Power Plants 9/2004 IAEA: ENERGY, ELECTRICITY AND NUCLEAR POWER ESTIMATES FOR THE PERIOD UP TO 2030 REFERENCE DATA SERIES No 1, 2008 IAEA: EFFECTIVE NUCLEAR REGULATORY SYSTEMS: FACING SAFETY AND SECURITY CHALLENGES 3/2006 IAEA: LONG TERM STRUCTURE OF THE IAEA SAFETY STANDARDS AND CURRENT STATUS, 3/2011 http://www-ns.iaea.org/downloads/standards/ status.pdf David Fischer: HISTORY OF THE INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY - The First Forty Years 1997 WNA: Nuclear Power Reactors, 3/2011 WNA: Nuclear Power in the World Today, 2/2011 WNA Nuclear Century Outlook, www.world-nuclear.org 67