Song hành với xu hướng phát triển các loại lò phản ứng công suất lớn là xu hướng phát triển các loại lò công suất nhỏ kiểu module (Small Modular Reactor - SMR) với thiết kế đổi mới. Hiện nay, có 15 nước thành viên của Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) đang nghiên cứu phát triển các loại lò công suất nhỏ và trung bình với trên 50 thiết kế khác nhau đang được nghiên cứu phát triển từ thiết kế khái niệm đến thiết kế cơ sở.
THƠNG TIN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ HẠT NHÂN LỊ CÔNG SUẤT NHỎ KIỂU MODULE - SMR NGUỒN NĂNG LƯỢNG BỀN VỮNG Song hành với xu hướng phát triển loại lị phản ứng cơng suất lớn xu hướng phát triển loại lị cơng suất nhỏ kiểu module (Small Modular Reactor - SMR) với thiết kế đổi Hiện nay, có 15 nước thành viên Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) nghiên cứu phát triển loại lị cơng suất nhỏ trung bình với 50 thiết kế khác nghiên cứu phát triển từ thiết kế khái niệm đến thiết kế sở Hai xu hướng phát triển công nghệ Hiện nay, nhà máy điện hạt nhân xây chủ yếu sử dụng loại cơng nghệ lị cải tiến dùng nước làm mát công suất lớn (Advanced Large Water Cooled Reactors) Loại lò thường kết hợp công nghệ kiểm chứng với cải tiến đột phá hệ thống an toàn Kết cho đời nhiều cơng nghệ lị cải tiến công suất lớn hệ 3+ với độ an toàn cao cạnh tranh tốt mặt kinh tế [1] Ví dụ, RosAtom (LB Nga) cung cấp loại lị nước áp lực (PWR) cơng suất lớn kiểu VVER-1000 AES-92 VVER-1200 AES2006 AREVA (Pháp) có cơng nghệ EPR-1600 34 Số 49 - Tháng 12/2016 xây dựng Phần Lan, Pháp Trung Quốc Mitsubishi Heavy Industries (MHI - Nhật Bản) có loại: JP-APWR, US-APWR, EU-APWR thiết kế phù hợp với yêu cầu đặc thù nước, dải công suất từ 1538 MW điện đến1700 MW điện Toshiba-Westinghouse (Nhật - Mỹ) có AP-1000 với điểm nhấn an tồn thụ động ATMEA công ty liên doanh AREVA Mitsubishi Heavy Industries giới thiệu với thị trường cơng nghệ lị ATMEA1 cơng suất 1100 MW điện Korea Electric Power Company (KEPCO - Hàn Quốc) thiết kế xây dựng loại APR-1400 Ngồi ra, cịn có loại lị nước sơi cải tiến ABWR-1400, ESBWR-1500 Ge - Hitachi (Nhật Bản) KERENA-1250 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ HẠT NHÂN Triết lý an tồn lị cơng suất nhỏ kiểu Song hành với xu hướng phát triển module - SMR Triết lý an tồn lị cơng suất nhỏ kiểu loại lị cơng suất lớn xu hướng phát triển loại lò công suất nhỏ kiểu module (Small Modular module - SMR “an toàn thiết kế” (“safety Reactor - SMR) với thiết kế đổi Hiện nay, by design”) với mục tiêu loại trừ đến mức tối có 15 nước thành viên Cơ quan Năng lượng đa kiện khởi phát gây cố, với nguyên tử quốc tế (IAEA) nghiên cứu phát phần lại kết hợp cách hợp lý triển loại lị cơng suất nhỏ trung bình với hệ thống an tồn chủ động với an toàn thụ động 50 thiết kế khác nghiên cứu [4,5] Để đạt mục tiêu này, nhà thiết kế phát triển từ thiết kế khái niệm đến thiết kế sở sử dụng cách tiếp cận thiết kế tích hợp (integral [2,3,4] Các loại thiết kế tiến tới thỏa design) mãn yêu cầu IAEA, là: đảm Với thiết kế tích hợp, tồn hệ thống bảo an tồn cao nhất; bảo vệ mơi trường cho phát vịng tuần hồn sơ cấp bao gồm vùng hoạt, thiết triển bền vững đảm bảo cạnh tranh kinh tế với bị sinh hơi, thiết bị điều áp bơm tuần hoàn nguồn lượng khác [3] Đồng thời, để đặt thùng lò phản ứng Cách tiếp thuận lợi cho nước sử dụng, loại thiết kế cận sử dụng thiết kế CAREM-25, cịn đảm bảo có chu trình sử dụng nhiên liệu SMART, IRIS, Westinghouse SMR, IMR, kéo dài nhiều năm (2 năm đến 10 năm) mPower, NuScale… Trên hình mơ tả sơ đồ điển xây dựng nhiều nơi: mặt đất; đặt hình loại lị có thiết kế tích hợp tàu đặt lòng đất [4] Những thiết kế đổi đưa vào thực tiễn giai đoạn từ năm 2015 đến năm 2030 Trên hình biểu diễn khoảng thời gian đưa vào khai thác sử dụng loại lị cơng suất nhỏ kiểu module: loại thay nhiên liệu chỗ theo phương pháp truyền thống loại không thay nhiên nhiên liệu chỗ AREVA… đưa thị trường Hình Sơ đồ điển hình loại lị có thiết kế tích hợp [4,5] Hình Khoảng thời gian đưa vào khai thác sử dụng loại lị cơng suất nhỏ kiểu module - SMR [3,4] Thiết kế tích hợp khơng cần đến hệ thống ống dẫn tuần hoàn chất tải nhiệt, vậy, khả xảy cố LOCA lớn (do vỡ ống dẫn tuần hoàn) bị loại trừ, đồng thời làm giảm hậu loại cố LOCA khác (nếu xảy ra), từ đó, làm giảm đơn giản hóa hệ thống an tồn Số 49 - Tháng 12/2016 35 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Tất lị SMR có thiết kế tích hợp đảm bảo khả tải nhiệt dư sau khi dừng lò đối lưu tự nhiên Một số thiết kế CAREM-25 (Argentina), ABV-6E (LB Nga), NuScale (Hoa Kỳ), SMR-160 (Hoa Kỳ)… chí cịn sử dụng đối lưu tự nhiên chế độ làm việc có cơng suất nghĩa khơng cần đến bơm tuần hồn Khơng có bơm tuần hồn loại trừ khả xảy cố LOFA (sự cố dòng chất tải nhiệt) hỏng bơm điện cấp cho máy bơm suất nhỏ kiểu module - SMR (thuộc dòng nước áp lực - PWR) loại trừ nhóm kiện khởi phát bản: RIA, LOFA, LOCA SGTR Đây nhóm kiện khởi phát sử dụng làm sở thiết kế hệ thống an tồn lị PWR cơng suất lớn Loại trừ nhóm kiện khởi phát làm tăng lên đáng kể mức độ an tồn lị SMR, đồng thời làm giảm nhẹ mức độ phức tạp thiết kế hệ thống an toàn để khống chế kiện khởi phát cịn lại Theo kết tính tốn phân tích an tồn, lị cơng suất nhỏ kiểu module - SMR có xác suất nóng chảy vùng hoạt CDF thấp (10-6 - 10-8) nghĩa ngang nhỏ bậc so với lị PWR cơng suất lớn tốt Xác suất phát xạ lớn LERF thường nhỏ CFD 10 lần Khả cạnh tranh kinh tế lị SMR Hình Sơ đồ đối lưu tự nhiên đối lưu tự nhiên chế độ hoạt động lò MASLWR [4] Một số lò SMR thiết kế tích hợp CAREM-25, IRIS, IMR, mPower… cịn đưa hệ thống dẫn động điều khiển vào thùng lò Thiết kế loại trừ khả xảy cố RIA (sự cố tăng bất ngờ độ phản ứng dương bật điều khiển ngồi) Thiết kế tích hợp với việc đưa thiết bị sinh vào thùng lò áp lực phía ống nhỏ áp lực bên loại trừ khả xảy cố SGTR (sự cố làm vỡ ống trao đổi nhiệt thiết bị sinh hơi) Sự cố lị PWR cơng suất lớn dễ làm xạ mơi trường Như vậy, với thiết kế tích hợp, lị công 36 Số 49 - Tháng 12/2016 Hiện nay, chun gia cơng bố số cơng trình chun đề cập tới khả cạnh tranh kinh tế lị SMR Trong [6], tác giả phân tích mơ hình thị trường điện khu vực châu Âu Kết tính tốn có tính tới thuế carbon cho thấy, lị SMR cạnh tranh thị trường điện tương lai chi phí đầu tư kiểm sốt nguồn tài thu xếp Trong [7], tác giả phân tích tồn diện tính kinh tế lị SMR so với lị công suất lớn dạng lượng khác với việc chi tiết hóa thành phần vốn đầu tư Các tác giả kết luận rằng, lò SMR lĩnh vực công nghiệp quan trọng Hoa Kỳ đưa Hoa Kỳ trở lại vai trò dẫn đầu lĩnh vực cơng nghệ lị phản ứng, đặc biệt nâng cao vai trò dẫn đầu giới an toàn hạt nhân, an ninh hạt nhân, khơng phổ biến vũ khí hạt nhân xử lý chất thả phóng xạ Trong [8,9,10], tác giả phân tích cách tồn diện tính kinh tế lị SMR so với lị cơng suất lớn dạng lượng khác THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Trên sở kết tính tốn, tác giả kết luận: - Lị phản ứng hạt nhân cơng suất nhỏ kiểu module - SMR thơng thường có chi phí sản xuất điện quy dẫn - LUEC cao so với loại lị cơng suất lớn - Một số loại lị cơng suất nhỏ kiểu module - SMR cạnh tranh với nguồn lượng khác, đặc biệt so với lượng tái tạo điện gió, điện mặt trời - Lị cơng suất nhỏ kiểu module - SMR trở nên cạnh tranh tính thuế carbon chi phí sản xuất điện - Lị cơng suất nhỏ kiểu module - SMR có tính cạnh tranh cao vùng xa xôi, hẻo lánh, vùng đảo biển, nơi lưới điện quốc gia kết nối Bài tốn SMR cho Việt Nam hịn đảo lớn nhỏ vùng rộng lớn lãnh hải thuộc đặc quyền kinh tế Diện tích phần lãnh hải lớn nhiều so với phần diện tích đất liền Do đó, cần phải nhận thức có tư chiến lược rằng, không gian sinh tồn quan trọng dân tộc Với nhận thức tư đó, việc đảm bảo cung cấp nguồn lượng bền vững cho phát tiển kinh tế - xã hội đảo lâu dài, việc đảm bảo cung cấp nguồn lượng bền vững cho đoàn tầu thuyền khai thác kinh tế khơi nhiệm vụ chiến lược quan trọng quốc gia./ Lê Văn Hồng Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam Tài liệu tham khảo Advanced Large Water Cooled Với ưu vượt trội mặt an toàn Reactors A supplement to the IAEA’s Advanced khả cạnh tranh mặt kinh tế, lò phản Reactor Information System (ARIS), IAEA 2015 ứng hạt nhân công suất nhỏ kiểu module - SMR IAEA-TECDOC-1451 “Innovative xem xét lựa chọn khôn ngoan chiến lược phát triển lượng bền vững small and medium sized reactors: Design nhiều nước giới, có nước features, safety approaches and R&D trends”, Austria, May 2005 khu vực ASEAN [11] Hiện tại, việc cung cấp lượng cho vùng biển đảo quốc gia có nhiều lựa chọn khác tùy thuộc vào lực kỹ thuật điều kiện cụ thể nước, cấp điện cáp ngầm (nếu gần đất liền), cấp điện máy phát diesel nguồn lượng tái tạo điện gió, điện mặt trời Trong tương lai khơng xa, số quốc gia Nga, Mỹ, Nhật, Trung Quốc, Hàn Quốc chí Inđơnêsia dùng lượng hạt nhân với lị cơng suất nhỏ kiểu module - SMR để cung cấp lượng cho vùng biển đảo Việt Nam quốc gia biển với hàng nghìn IAEA-TECDOC-1485 “Status of innovative small and medium sized reactor designs With conventional refuelling schemes”, Austria, March 2006 IAEA-TECDOC-1536 “Status of Small Reactor Designs Without On-Site Refuelling”, Austria, January 2007 Iraj Mahmoudzadeh Kani, Mehdi Zandieh, Saeed Kheirollahi HosseinAbadi “Design Characteristics for Pressurized Water Small Modular Nuclear Power Plants with Focus on Safety Aspects”, International Journal of Review in Life Sciences ISSN 2231-2935, Số 49 - Tháng 12/2016 37 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Research Article David Shropshire, “Economic viability of small to medium-sized reactors deployed in future European energy markets” Progress in Nuclear Energy 53 (2011), 299-307 Robert Rosner and Stephen Goldberg, “Small Modular Reactors – Key to Future Nuclear Power Generation in the U.S Energy Policy Institute at Chicago The Harris School of Public Policy Studies Technical Paper, Revision 1, November, 2011 Giorgio Locatelli, Chris Bingham, Mauro Mancini, “Small modular reactors: A comprehensive overview of their economics and strategic aspects” Progress in Nuclear Energy 73 (2014) 75-85 Mark Cooper, “Small modular reactors and the future of nuclear power in the United States” Energy Research & Social Science (2014) 161–177 10 Current Status, Technical Feasibility and Economic of Small Nuclear Reactors, Nuclear Energy Agency, June 2011 11 Victor Niana, John Baulya, “Nuclear Power Developments: Could Small Modular Reactor Power Plants be a “Game Changer”? – The ASEAN Perspective” The 6th International Conference on Applied Energy – ICAE2014 38 Số 49 - Tháng 12/2016 ... dẫn - LUEC cao so với loại lị cơng suất lớn - Một số loại lị cơng suất nhỏ kiểu module - SMR cạnh tranh với nguồn lượng khác, đặc biệt so với lượng tái tạo điện gió, điện mặt trời - Lị cơng suất. .. điện gió, điện mặt trời - Lị cơng suất nhỏ kiểu module - SMR trở nên cạnh tranh tính thuế carbon chi phí sản xuất điện - Lị cơng suất nhỏ kiểu module - SMR có tính cạnh tranh cao vùng xa xôi,... System (ARIS), IAEA 2015 ứng hạt nhân công suất nhỏ kiểu module - SMR IAEA-TECDOC-1451 “Innovative xem xét lựa chọn khôn ngoan chiến lược phát triển lượng bền vững small and medium sized reactors: