Cách đây 40 năm, ý tưởng về một nhà máy điện hạt nhân nổi để cấp điện cho những vùng xa xôi và có địa hình hiểm trở lần đầu tiên được xem xét. Theo ông Jacopo Buongiorno, giáo sư TEPCO, Trưởng khoa Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), công ty Westinghouse, Hoa Kỳ đã theo đuổi ý tưởng về nhà máy điện hạt nhân nổi từ những năm 1970.
Ông Buongiorno cho biết, “nhà máy điện hạt nhân nổi được thiết kế đơn giản với xà lan lớn và một lò phản ứng nước áp lực lớn, khá giống với nhà máy điện hạt nhân xây dựng trên đất liền”. “Ý tưởng khi đó là việc xây dựng nhà máy được thực hiện tại cơ sở chuyên dụng ở Florida và sau đó nó sẽ được kéo tới bờ biển phía đông của Hoa Kỳ, và neo đậu trong đầm phá nhân tạo được ngăn với biển bởi đê chắn sóng, cách một vài dặm ngoài khơi bờ biển New Jersey.”
Ông Jacopo Buongiorno, giáo sư TEPCO, Trưởng khoa Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT)
Cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu lần thứ hai đã làm cạn kiệt nguồn tài trợ cho việc theo đuổi ý tưởng này, nhưng nó không hề bị quên lãng. Vào cuối những năm 2000, Liên Bang Nga bắt đầu xây dựng lò nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên mang tên Akademik Lomonosov và đã được hạ thủy vào ngày 28/4/2018. Nhà máy này cơ bản gồm hai lò phản ứng 35MW được lắp đặt trên một xà lan. “Dự án này đã từng bị chậm lại không phải do những khó khăn về kỹ thuật mà bởi sự suy thoái kinh tế,” ông Buongiorno giải thích. “Nền kinh tế của Nga phụ thuộc mạnh mẽ vào giá dầu, mà giá dầu lại giảm, vì vậy tôi cho rằng Chính phủ Nga không có nhiều tiền để chi cho những dạng dự án kiểu “thú cưng” như nhà máy điện hạt nhân nổi”.
Ông Buongiorno cùng nhóm của ông tại MIT hiện đang nghiên cứu và thiết kế một lò phản ứng ngoài khơi giống như một giàn khoan dầu. Trong bốn năm qua, nhóm nghiên cứu đã thiết kế nhà máy nhiệt điện hạt nhân, có khả năng tạo ra ít nhất 300MW điện. Các bệ nổi được thiết kế để neo đậu cách bờ biển từ 8 – 12 dặm , nằm trong vùng lãnh hải, ở độ sâu 100m. Nghiên cứu sẽ được tiếp tục trong vài năm tới và ông Buongiorno hy vọng rằng một công ty nào đó sẽ lựa chọn và thương mại hóa sản phẩm nghiên cứu này.
Thiết kế lò phản ứng ngoài khơi giống như một giàn khoan dầu của Ông Buongiorno cùng nhóm nghiên cứu tại MIT
Nhà máy điện hạt nhân nổi của Trung Quốc
Trong một thập kỷ trở lại đây, Trung Quốc đang nổi lên như một cường quốc về năng lượng hạt nhân với tổng số 37 lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động tạo ra 32.4 GW điện và hơn 20 lò phản ứng đang được xây mới. Tham vọng đó không chỉ dừng lại ở trên đất liền, mà còn mở rộng ra trên biển, với kế hoạch triển khai lên tới 20 nhà máy điện hạt nhân nổi trên biển có vốn đầu tư lên tới 150 triệu USD với mục đích cung cấp năng lượng cho các giàn khoan dầu và các hòn đảo ngoài khơi xa trước năm 2020, kế hoạch này cũng nhằm mục đích đưa Trung Quốc trở thành “một cường quốc hùng mạnh về hàng hải”.
Thông tin chi tiết về các nhà máy điện hạt nhân nổi của Trung Quốc không hoàn toàn được tiết lộ do các thiết kế được bảo mật chặt chẽ. Tuy nhiên, cả hai nhà máy đều sử dụng công nghệ lò phản ứng nước áp lực nhỏ dựa theo các thiết kế trước đó của các nhà máy điện hạt nhân xây dựng trên đất liền và sẽ được đưa lên tàu hoặc xà lan. Nhà máy đầu tiên được phát triển bởi Viện Điện hạt nhân của Trung Quốc (NPIC), đơn vị trực thuộc Tổng công ty hạt nhân quốc gia Trung Quốc (CNNC).
Theo ông Jonathan Cobb, quản lý cấp cao về truyền thông của Hiệp hội hạt nhân thế giới, cho biết: “NPIC đã ký thỏa thuận với tổ chức đăng kiểm và xếp hạng tàu biển của nước Anh, Lloyd’s Register, để hỗ trợ phát triển nhà máy điện hạt nhân nổi sử dụng lò phản ứng ACP100S của CNNC, phiên bản hàng hải đa mục đích của ACP100. Loại lò 310MW nhiệt này sẽ tạo ra khoảng 100MW điện, với 57 bó nhiên liệu trong vùng hoạt, cao 2.15m và các bình sinh hơi tích hợp, được thiết kế sao cho toàn bộ hệ thống cấp hơi được chế tạo và vận chuyển như một mô-đun lò phản ứng đơn lẻ.”
Mô hình lò phản ứng mô-đun nhỏ ACP100 của Trung Quốc (Nguồn ảnh: PopularScience)
Ông Cobb cho biết thêm: “Nhà máy điện nổi thứ hai đang được Tổng công ty Điện hạt nhân Trung Quốc (CGN) phát triển với thiết kế lò ACPR50S mà CGN bắt đầu từ năm 2016. Công nghệ lò ACPR50S có 37 bó nhiên liệu với hai vòng tuần hoàn, mỗi vòng có hai bình sinh hơi, có công suất nhiệt và công suất điện lần lượt là 200MW và 60MW. Thùng lò phản ứng cao 7.4m, có đường kính bên trong là 2.5m, hoạt động ở 310°C”. Cũng giống như NPIC, CGN đang sử dụng các chương trình hợp tác để phát triển loại lò phản ứng nổi này xa hơn nữa.
Mô hình nhà máy điện hạt nhân nổi sử dụng ACPR50S của CGN (Nguồn ảnh: PopularScience)
Bên cạnh đó, theo Tổng công ty dầu khí quốc gia Trung Quốc (CNOOC), CGN đã ký một thỏa thuận với CNOOC, để cấp điện cho việc thăm dò và khai thác dầu khí xa bờ và” thúc đẩy hội nhập hữu cơ cho ngành công nghiệp dầu ngoài khơi và ngành công nghiệp điện hạt nhân.
Lợi ích kinh tế, tính linh hoạt và an toàn hạt nhân
Điện hạt nhân là loại điện đảm bảo độ sạch và tính tin cậy, đã được triển khai rộng rãi và thành công trên khắp thế giới trong hơn 70 năm qua. Các nhà máy điện hạt nhân nổi mang lại một số lợi ích cụ thể. bao gồm cả ưu thế về kinh tế.
Theo ông Buongiorno, phần lớn chi phí cho một nhà máy điện hạt nhân được dùng để xây dựng và lắp đặt nhà máy, do đại đa phần công trình xây dựng liên quan đến các lò phản ứng trên đất liền được thi công ngay tại khu vực nhà máy. “Từ máy móc, các công trình dân dụng xung quanh đến tòa nhà lò đều được xây dựng tại công trường, đã gây tốn kém sức lao động và thời gian. Đó là một dự án có vốn đầu tư cao. Trong khi đó, thực sự có thể xây dựng nhà máy nổi ngoài khơi trong xưởng đóng tàu. Có thể thấy, xưởng được bố trí hợp lý hơn và tổ chức sản xuất hiệu quả hơn các công trường xây dựng nhờ tính tự động hóa cao hơn, lực lượng lao động được đào tạo bài bản hơn, môi trường được kiểm soát chặt chẽ hơn và không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài”.
Nhà máy điện hạt nhân nổi (FNPP) đang cho thấy mức độ linh hoạt tuyệt vời, vì chúng dễ dàng di chuyển và “có thể được chuyển đến các địa điểm mới trong suốt thời gian hoạt động, để đáp ứng nhu cầu cấp điện”. Ông Cobb dẫn chứng, “Chẳng hạn, một FNPP có thể cung cấp điện cho một cơ sở dầu khí ngoài khơi hoạt động từ 10 đến 20 năm và sau đó được di chuyển đi nơi khác khi cơ sở đó đóng cửa.”
“Một lợi ích quan trọng khác là tính an toàn hạt nhân của FNPP mang lại. Người ta có thể sử dụng đại dương làm nguồn ‘tản nhiệt’ để làm mát lò phản ứng trong mọi trường hợp thông qua thiết bị trao đổi nhiệt, cho phép loại bỏ năng lượng lò phản ứng bằng cách sử dụng nước biển, trong khi nguồn nước biển rất dồi dào, không thể cạn kiệt được. ”
Các vấn đề trong việc triển khai nhà máy điện hạt nhân nổi
Mặc dù khái niệm về các lò phản ứng hạt nhân nổi là khá cũ kĩ, song việc triển khai chúng vượt ra ngoài giai đoạn thử nghiệm là bước tiến mới và như vậy, công tác cấp phép và các quy định liên quan đang hiển hiện như một trở ngại cho công nghệ này. Không giống như những nhà máy được xây dựng trên đất liền, cần phải tính đến khả năng các FNPPs nhiều lần vượt qua ranh giới lãnh thổ và đi xuyên các vùng biển quốc tế.
“Tôi cho rằng rào cản lớn nhất mà Trung Quốc phải đối mặt chính là công tác cấp phép”, ông Buongiorno bày tỏ. “Rõ ràng chúng ta có quy định cho các lò phản ứng trên đất liền và quy định cho các bệ nổi ngoài khơi cho dầu khí và các hoạt động khác, do đó, vấn đề là kết hợp được hai mặt này trong cùng một không gian pháp lý.”
Thứ hai, vẫn còn nhiều mối quan ngại về tính an toàn, chủ yếu xoay quanh việc lò phản ứng có chịu đựng được môi trường khắc nghiệt ngoài đại dương hay không. Có nhiều cách thiết kế bệ nổi để giảm thiểu chấn động gây ra do sóng và bão biển nhưng, về nguyên tắc, thực tế là khi bệ nổi di chuyển, đồng nghĩa với, lò phản ứng bên trong di chuyển, vì vậy cho đến nay, đã nảy sinh một số nghi vấn về kỹ thuật liên quan đến việc hỗ trợ hoạt động cho các thành phần cấu tạo lò phản ứng hay hiệu quả hoạt động của các thành phần này khi trải qua sang chấn. Ông Buongiorno nói thêm, “liệu rằng hệ thống an toàn lò phản ứng có những hoạt động ứng phó phù hợp khi có sự cố hay không, v.v.”
Như vậy, việc triển khai các nhà máy điện hạt nhân nổi của Trung Quốc vẫn còn tồn tại nhiều thách thức. Giới quan sát tỏ ý lo ngại rất lớn về tham vọng này của Bắc Kinh, không chỉ do công nghệ nhà máy hạt nhân nổi còn quá mới trên thế giới, mà quan trọng hơn là các biện pháp đảm bảo an toàn và an ninh xung quanh vị trí neo đậu của các bệ nổi này.
Phạm Thị Thu Trang – Phòng Giáo vụ và Đào tạo
Nguồn dịch: https://www.power-technology.com/uncategorised/floating-nuclear-power-will-china-pave-way/