Lò phản ứng module nhỏ Vogtle. Trang Quỹ nhà quan sát (ORF) đăng bài phân tích của Nghiên cứu viên Pulkit Mohan đến từ Trung tâm nghiên cứu chiến lược, an ninh và công nghệ, với tựa đề "Năng lượng hạt nhân: Không gian cho các lò phản ứng module nhỏ," nội dung như sau:
Để giải quyết thách thức gia tăng do tình trạng biến đổi khí hậu mang lại, mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính đang trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Việc chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng tái tạo giúp giảm đáng kể lượng khí thải carbon ở nhiều quốc gia.
Năng lượng hạt nhân cung cấp 10% điện năng toàn cầu và là nguồn năng lượng carbon thấp lớn thứ hai thế giới. Năng lượng này về cơ bản được tạo ra từ việc "tách các nguyên tử trong lò phản ứng để đốt nóng nước thành hơi, làm quay tuabin và tạo ra điện." Năng lượng hạt nhân cũng có một số ứng dụng khác trong các lĩnh vực như nông nghiệp, thực phẩm, y học, vận tải và công nghiệp.
Theo thời gian, khi nhu cầu năng lượng thế giới tăng lên, việc cung cấp đủ năng lượng, đặc biệt là năng lượng sạch như năng lượng hạt nhân, là rất quan trọng. Báo cáo của các cường quốc trong lĩnh vực năng lượng đều ghi nhận vai trò quan trọng của năng lượng hạt nhân trong việc sản xuất điện sạch.
Theo truyền thống, điện hạt nhân được sản xuất từ các lò phản ứng điện hạt nhân lớn. Điều này đặt ra những thách thức nhất định đối vớiviệc áp dụng năng lượng hạt nhân trên quy mô lớn trong ngành điện trên toàn thế giới.
Bên cạnh đó, năng lượng hạt nhân cũng bị chỉ trích vì một số lý do như chi phí đắt đỏ để xây dựng nhà máy điện, chi phí bảo trì cao, sự cố tan chảy và rủi ro an toàn (như Chernobyl năm 1986 ở Nga và Fukushima năm 2011 ở Nhật Bản), cũng như như những rủi ro từ chất thải hạt nhân.
[Nhật Bản bắt tay vào các dự án năng lượng hạt nhân thế hệ tiếp theo]
Tuy nhiên, báo cáo năm 2019 của Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD) cho rằng thế giới cần phải đầu tư vào năng lượng hạt nhân vì việc chuyển đổi sang các nguồn năng lượng sạch sẽ chỉ tốn kém hơn và khó khăn hơn nhiều theo thời gian. Do đó, trước yêu cầu về điện của thế giới, đầu tư vào năng lượng hạt nhân như một nguồn năng lượng sạch hơn là điều cần thiết.
Lò phản ứng module nhỏ: Khái niệm và lợi ích
Để giải quyết những thách thức và lo ngại liên quan đến lò phản ứng điện hạt nhân quy mô lớn truyền thống, các lò phản ứng module nhỏ (SMR) là một lựa chọn để sử dụng và ứng dụng rộng rãi hơn cho sản xuất điện hạt nhân.
Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) định nghĩa SMR là “các lò phản ứng hạt nhân tiên tiến có công suất điện lên đến 300 Mwe (megawatt điện), bằng khoảng 1/3 công suất tạo ra của các lò phản ứng điện hạt nhân truyền thống.” SMR được thiết kế bằng công nghệ chế tạo module của nhà máy.
Khái niệm về SMR được củng cố bởi sự quan tâm đến việc xây dựng các tổ máy nhỏ hơn để sản xuất điện, giải quyết những thách thức của các lò phản ứng điện hạt nhân truyền thống quy mô lớnl. Lợi ích của SMR có thể được liên kết với bản chất thiết kế của chúng - nhỏ và có khả năng khai thác sự phân hạch hạt nhân để tạo ra năng lượng.
Các SMR cho thấy tính phát điện linh hoạt, nâng cao các tính năng an toàn vốn có, yêu cầu chi phí vốn thấp hơn và có diện tích vật lý nhỏ hơn so với các lò phản ứng điện hạt nhân truyền thống quy mô lớn.
Chúng cũng có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực điện lực cũng như các ứng dụng đồng phát và phi điện. Với quy mô này, các SMR có thể được đặt ở những khu vực có thể không phù hợp với các nhà máy điện hạt nhân lớn, truyền thống.
Ngoài ra, khía cạnh module của SMR có nghĩa là một đơn vị SMR có thể được sản xuất và lắp ráp tại các nhà máy và sau đó được lắp đặt tại một địa điểm linh hoạt hơn so với các lò phản ứng công suất lớn, được thiết kế thông thường cho một địa điểm cụ thể.
Đối với lò phản ứng công suất lớn, sản xuất điện thông qua chu trình hơi nước, đòi hỏi chi phí vốn cao. Nghiên cứu công nghệ SMR đang được tiến hành với sự đầu tư lớn của tư nhân. Hiện tại, có khoảng 70 thiết kế SMR trong các giai đoạn phát triển khác nhau và một số ở giai đoạn có thể triển khai ngắn hạn.
IAEA nỗ lực phát triển các SMR của quốc gia thành viên thông qua cách tiếp cận có hệ thống để xác định và phát triển các công nghệ quan trọng, với mục tiêu đạt được khả năng cạnh tranh và hiệu suất đáng tin cậy của các lò phản ứng.
Sự đón nhận ở từng quốc gia
Các thiết kế xây dựng SMR đang được thực hiện ở hơn 17 quốc gia. Thị trường toàn cầu cho SMR được dự đoán đạt 300 tỷ USD vào năm 2040. Một số quốc gia đang thiết kế SMR trong các giai đoạn phát triển khác nhau.
Tuy nhiên, việc chuyển sang triển khai thương mại toàn diện SMR vẫn là một câu hỏi quan trọng trong cuộc thảo luận xung quanh tương lai năng lượng hạt nhân và vai trò của các lò phản ứng nhỏ hơn.
Chính phủ Mỹ xác định tầm quan trọng của SMR trong nỗ lực phát triển “các lựa chọn điện hạt nhân an toàn, sạch và giá cả phải chăng.” Theo Bộ Năng lượng Hạt nhân Mỹ, các SMR nhẹ làm mát bằng nước đang được xem xét cấp phép và có thể sẽ được triển khai vào đầu những năm 2030.
Tháng 9/2020, Ủy ban Điều tiết Hạt nhân Mỹ (NRC) phê duyệt thiết kế SMR của NuScale Power (NuScale SMR), biến thiết kế này trở thành SMR đầu tiên thuộc loại này nhận được sự chấp thuận của NRC ở Mỹ.
NuScale SMR là một SMR nước nhẹ tiên tiến với công suất tạo ra 60 MWe và bằng 1/3 của một lò phản ứng hạt nhân quy mô lớn. Lò phản ứng dự kiến được đặt tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho và các hoạt động bắt đầu năm 2029. NRC cũng đang trong quá trình xem xét thiết kế SMR nước sôi đầu tiên của Mỹ.
Ngoài Mỹ, Canada cũng nhấn mạnh vai trò của các SMR trong lĩnh vực hạt nhân của đất nước. Năm 2018, Canada đã tập hợp các bên liên quan chính trên toàn quốc thảo luận và xây dựng một Lộ trình mở rộng cho các SMR ở Canada.
Tháng 12/2020, chính phủ cùng với các đối tác đưa ra kế hoạch hành động cho các SMR nhằm hiện thực hóa các SMR trong nước. Đáng chú ý, công ty Global First Power của Canada đã đăng ký giấy phép cho Lò phản ứng module siêu nhỏ với Ủy ban An toàn Hạt nhân Canada (CNSC). Đây là SMR đầu tiên của Canada với các hoạt động dự kiến bắt đầu vào khoảng năm 2026.
Tháng 11/2021, Chính phủ Anh tuyên bố cam kết đầu tư khoảng 210 triệu bảng Anh cho việc phát triển Rolls-Royce SMR. Rolls-Royce dự định chế tạo một SMR 470 MWe cho lưới điện của Anh vào đầu năm 2030.
Trong khi đó, tại Nga, nhà máy điện hạt nhân nổi Akademik Lomonosov đã hoàn thành và hoạt động vào tháng 5/2021. Tập đoàn hạt nhân Nga Rosatom đã triển khai một SMR ở vùng viễn Đông Siberia, dự kiến hoàn thành năm 2028. Nhà máy này gồm lò phản ứng RITM-200, là một tổ máy 50 MWe, tàu phá băng hạt nhân thế hệ mới.
Ở Trung Quốc, gần đây nhất và đáng chú ý là Trung Quốc đã trở thành quốc gia đầu tiên trên thế giới có lò phản ứng hạt nhân module nhỏ vào năm 2021. Trung Quốc cũng tuyên bố khởi động lò phản ứng 200 MWe Huaneng Group Co tại Vịnh Shidao.
SMR có kích thước gần 1/5 so với thiết kế lò phản ứng hạt nhân trong nhà đầu tiên của Trung Quốc (Hualong One). Ngoài ra, người ta ước tính rằng Trung Quốc dự định đầu tư khoảng 440 tỷ USD vào điện hạt nhân trong vòng 40 năm tới.
Với các quốc gia khác, Argentina đang trong giai đoạn hoàn thiện xây dựng hệ thống nhà máy 27 MWe của nước này. NuScale của Mỹ cũng đã ký các thỏa thuận xây dựng SMR tại Canada, Romania, Cộng hòa Czech và Jordan.
Những thách thức đặt ra
Mặc dù SMR mang lại cơ hội lớn cho ngành năng lượng hạt nhân nhưng chúng sẽ không tồn tại nếu không có những thách thức riêng. Đầu tiên, đó là vấn đề dư thừa sự lựa chọn thiết kế lò phản ứng. Việc phát triển và triển khai SMR trên quy mô lớn được dự đoán dựa trên khả năng đạt được sự đồng thuận nào đó về một loại công nghệ SMR lý tưởng và có khả năng được triển khai thương mại trên quy mô lớn.
Thứ hai, các công nghệ SMR chịu ảnh hưởng bởi các thách thức liên quan đến quá trình cấp phép, tương tự như các lò phản ứng quy mô lớn. Công nghệ SMR không nhất thiết phải phù hợp với các quy trình cấp phép hiện có và tính mới tương đối của các thiết kế lò phản ứng đặt ra thách thức đối với việc cấp phép và quy định các thiết kế cũng như đơn vị SMR.
Quy trình cấp phép thiết kế, quá trình xây dựng và vận hành không nhất thiết phải ngắn hơn quy trình của các lò phản ứng lớn hơn. Ngoài ra, quá trình lựa chọn địa điểm cho các SMR phải được sắp xếp hợp lý để xác định khả năng triển khai nhanh các đơn vị SMR. Mặc dù chi phí ban đầu của SMR thấp nhưng khả năng kinh tế khi triển khai vẫn chưa được xác định.
Với những cơ hội mà SMR mang lại, cần phải thúc đẩy các công nghệ SMR như một lựa chọn năng lượng hạt nhân khả thi đáp ứng cả nhu cầu năng lượng ngày càng tăng trên toàn cầu và tìm kiếm các lựa chọn năng lượng carbon thấp. So với các lò phản ứng điện hạt nhân quy mô lớn, công nghệ SMR mang lại cơ hội đơn giản hơn và an toàn hơn cho việc mở rộng lĩnh vực năng lượng hạt nhân.
Các SMR có yêu cầu về nhiên liệu ít hơn, yêu cầu diện tích vật lý nhỏ hơn và có tiềm năng cho việc sản xuất, vận chuyển cũng như lắp đặt tại nhà máy quy mô lớn trên toàn cầu. Với sự quan tâm và tham gia tích cực từ cả khu vực nhà nước và tư nhân ở các quốc gia như Argentina, Canada, Trung Quốc, Nga, Anh, Mỹ và Hàn Quốc trong các SMR, tương lai của điện hạt nhân như một giải pháp thay thế năng lượng khả thi đã được dự đoán trước là sẽ giúp hiện thực hóa tiềm năng công nghệ SMR ở cấp độ toàn cầu.
Để đạt được Mục tiêu phát triển bền vững tiếp cận năng lượng toàn dân (SDG7), các SMR và điện hạt nhân mang lại hiệu quả và tính linh hoạt cao hơn sẽ đáp ứng nhu cầu năng lượng tốt hơn so với các giải pháp thay thế năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió và Mặt Trời./.
