Nhiều quốc gia trên thế giới đã xây dựng Nhà máy điện hạt nhân (NMĐHN) sản xuất ra điện năng để phát triển kinh tế, chiếm khoảng 16% tổng sản lượng điện trên thế giới. Hiện tại, cũng như Việt Nam, nhiều quốc gia khác đang xây hoặc đang chuẩn bị xây dựng NMĐHN. Các quốc gia có bề dày công nghiệp và công suất lớn về điện hạt nhân trên thế giới, dẫn đầu là Hoa Kỳ tiếp đó là Pháp, Nhật Bản, Nga, Hàn Quốc, Canada, Trung Quốc…
Có nhiều loại lò phản ứng hạt nhân khác nhau, nhưng tựu chung có hai loại chính là Boiling Water Reactor - lò nước sôi và Presure Water Reactor - lò áp suất. Hoa Kỳ dẫn đầu nỗ lực nghiên cứu, chế tạo, xây dựng hàng loạt các NMĐHN và sản xuất lượng điện khá lớn trong các thập niên 60 và 70. Tập đoàn General Electric (GE) tập trung chế tạo lò nước sôi và Westing House chế tạo lò áp suất. Nhật Bản hợp tác cả với GE và Westing House để chế tạo ra cả lò nước sôi và lò áp suất. Pháp hợp tác với Westing House tập trung duy nhất chế tạo lò áp suất. Riêng Canada chế tạo lò áp suất nhưng sử dụng nước nặng để giải nhiệt lò, loại lò này còn gọi là lò áp suất nước nặng. Hàn Quốc hợp tác với Westing House xây dựng lò áp suất và nhờ Canada xây dựng 2 lò áp suất nước nặng, nhưng nay Hàn Quốc đã tập trung vào lò áp suất. Trung Quốc hợp tác với Hoa Kỳ và Pháp xây dựng hàng loạt các lò áp suất và không phát triển lò nước sôi.
Lò nước sôi chỉ duy trì có một hệ thống nước. Nước vừa hấp thụ nhiệt từ các phản ứng hạt nhân trong lò để biến nước thành hơi nước và hơi nước với áp suất được dẫn thẳng đến tuôcbin để quay máy phát điện.
Lò áp suất gồm hai hệ thống nước tách biệt và nước không pha trộn vào nhau. Hệ thống chính có nhiệm vụ hấp thụ nhiệt từ các phản ứng trong lò dưới áp suất rất cao và dòng nước nóng này được chảy qua hệ thống ống trong bình giải nhiệt. Tại đây, nhiệt được hệ thống nước thứ hai nhận và biến nước thành hơi nước. Dưới áp suất cao, dòng hơi nước này được dẫn vào tuôcbin để chạy máy phát điện.
Lò nước sôi có ưu điểm là không cần bình giải nhiệt vận hành dưới áp suất và nhiệt độ thấp, nên nước dẫn vào vận hành tuôcbin nhưng lại có nhược điểm là hơi nước có chứa chất phóng xạ và có khả năng thoát ra ngoài môi trường.
Lò áp suất có ưu điểm là hơi nước dẫn vào vận hành tuôcbin không chứa chất phóng xạ, do vậy, tránh được chất phóng xạ thoát ra ngoài. Nhưng có nhược điểm là các ống dẫn nước trong bình giải nhiệt dễ bị nứt, thủng; dẫn đến nước có nhiễm phóng xạ tràn sang hệ tuần hoàn nước thứ 2 và thoát ra môi trường bên ngoài…
Tuy nhiên, hệ thống an toàn giải nhiệt của lò quá cồng kềnh. Để đảm bảo an toàn cho lò phản ứng không bị mất nước dẫn đến cháy lò và đảm bảo nhà chắn lò không bị vỡ, một hệ thống cung cấp nước làm nguội lò và làm mát nhà chứa chắn lò được xây dựng. Hệ thống này bao gồm hai nhánh độc lập nhau, mỗi nhánh có công suất 100% bao gồm: mô tơ, bơm, van, ống dẫn, nguồn điện, dây cáp điện, hệ thống máy điều hoà không khí, các thiết bị phụ trợ chống động đất, thiết bị đo chuẩn mực an toàn, chương trình chạy thử và bảo dưỡng định kỳ. Hệ thống này cần rất nhiều vật liệu xây dựng, chiếm nhiều diện tích, đầu tư ban đầu tốn kém, chi phí bảo hành, bảo dưỡng rất lớn và vẫn tiềm ẩn nhiều rủi ro...
Tai nạn NMĐHN Three Mile Island tại Hoa Kỳ, năm 1979 và Chernobyl tại Nga, năm 1986 là hai bài học đắt giá để nhân loại có bước đột phá về cải tiến công nghệ, dẫn đến chế tạo NMĐHN thế hệ thứ III. Những sai sót của con người trong vận hành cũng như hệ lụy của chất phóng xạ gây ra khi lò phản ứng hạt nhân cháy, nổ đã được khắc phục ở thế hệ là thứ 3.
Các chuyên gia vẫn dựa vào thiết kế cơ bản của lò thế hệ 2 để nâng cấp các mảng quan trọng như thiết kế lò an toàn hơn, hiệu suất phản ứng cao hơn, hệ thống theo dõi lò được thay thế bằng thiết bị điện tử tốt hơn, nâng cấp các hệ thống cung cấp nước để đảm bảo lò luôn không bị mất nước. Westing House, Hoa Kỳ chủ trương vừa cải cách vừa làm mới và chú trọng tới các ứng dụng công nghệ thụ động, áp dụng lợi thế Định luật trọng trường, nhiệt được truyền từ môi trường nóng sang lạnh để tạo nên hợp lưu nhiệt động học. Phương pháp này giúp nhà thiết kế loại bỏ được rất nhiều các thiết bị cơ điện và không cần đến nguồn điện năng để vận hành các hệ thống an toàn của NMĐHN, vốn là vấn nạn hàng đầu của các nhà vận hành vì phải đối diện với trường hợp bị mất điện, dẫn đến nhiều hệ thống phòng ngự an toàn bị mất điều khiển.
Các NMĐHN thế hệ 3 của các nước gồm các điểm chính như: lò hạt nhân được cải tiến để hoạt động an toàn và hiệu quả hơn, hệ thống cung cấp nước để làm nguội lò được thiết kế gọn nhẹ hơn, vật liệu xây dựng giảm, thời gian xây dựng được rút ngắn gần một nửa, tuổi thọ của lò tăng từ 40 đến 60 năm và có thể kéo dài thêm 20 năm, tổng cộng là 80 năm. Giá thành giảm xuống 30%, giá điện cho một Kwh rẻ hơn nhà máy nhiệt điện. Đại đa số dùng lò áp lực, hai lò EPR1600 của Pháp và AP1000 của Hoa Kỳ hiện nay đang được rất nhiều nước quan tâm.
Lò cải tiến thế hệ III++ của Pháp EPR1600:
Lò EPR của Pháp chế tạo có ưu điểm là công suất lớn 1600MW. Lò áp suất và ứng dụng các công nghệ đã được ứng dụng cho nhiều lò tại Pháp. Areva dày kinh nghiệm thiết kế xây dựng và vận hành nhà máy. Tuy nhiên, lò EPR vẫn sử dụng các hệ thống cấp nước an toàn cho lò và giải nhiệt lò bằng hệ thống cũ. Đòi hỏi nhiều bơm, van, ống dẫn và nguồn điện. Hiện nay, Pháp đang xây dựng một nhà máy ở Phần Lan và nhà máy thứ 2 tại Pháp, và 2 nhà máy tại Trung Quốc. Pháp cũng đang chào bán cho các Công ty điện tại Hoa Kỳ.
Lò cải tiến thế hệ III của Hàn Quốc APR1400:
Lò APR được thiết kế và xây dựng dựa vào công nghệ lò áp suất được chuyển giao và cải tiến từ Westing House - Hoa Kỳ. Hàn Quốc đã học hỏi từ Westing House và đã tự chế tạo và xây dựng hơn 20 NMĐHN. Hàn Quốc rút kinh nghiệm và đã có khả năng chế tạo các NMĐHN có chất lượng cao và đang là đối thủ cạnh tranh với Hoa Kỳ và Pháp. Uu điểm là do APR đã được chế tạo theo công nghệ của Hoa Kỳ và rút ra kinh nghiệm từ 20 nhà máy đang vận hành với công suất rất cao. APR 1400 vẫn sử dụng hệ thống cấp nước an toàn cho lò theo phương pháp cũ, sử dụng hệ thống thụ động. Hiện nay, Hàn Quốc đang xây dựng 2 lò APR 1400 và chuẩn bị xây thêm 2 nhà máy cùng loại APR 1400.
Lò cải tiến thế hệ III++ của Hoa Kỳ AP 1000:
Lò AP 1000 có công suất thiết kế 1.160 MW là lò áp suất được thiết kế và xây dựng bởi tập đoàn Westing House - hiện nay là thành viên của tập đoàn Toshiba của Nhật Bản. Điểm nổi bật nhất của AP1000 là toàn bộ hệ thống cấp nước an toàn giải nhiệt ngắn hạn và dài hạn của lò được sử dụng công nghệ thụ động. Công nghệ này đem lại lợi ích là độ rủi ro làm hư hỏng lò giảm đi rất nhiều, toàn hệ thống cũ được thay thế bằng hệ thống mới rất gọn nhẹ và dễ vận hành, tiết kiệm vật liệu và thiết bị, thời gian xây dựng rút xuống còn 3 năm, giá thành thấp. Trong cuộc đấu thầu tại Trung Quốc vào năm 2007 gồm nhiều nước tham gia như Hoa Kỳ, Pháp, Canada, Hàn Quốc, Nga, cuộc tuyển chọn được giới chuyên môn trên toàn thế giới quan tâm theo dõi và kết quả là Trung Quốc đã chọn Westing House với công nghệ AP 1000 và đã ký hợp đồng xây dựng 4 lò, dự kiến đưa vào khai thác năm 2013…
Mới đây, Trung Quốc tiết lộ là đang đặt hàng hàng trăm lò AP 1000 với Westing House và nâng công suất lên tới 1.700MW (AP1700). Ngoài ra, Westing House đã ký 03 hợp đồng với Bang Geogia, Nam Carolina và Florida để xây dựng 6 lò AP 1000, dự kiến sẽ đưa vào khai thác vào năm 2015. Có khoảng 10 hợp đồng đang đàm phán với Westing House tại Hoa Kỳ.
Parallel Tasks Using Modularization Shorten Construction ScheduleAP1000 Passive Plant Economics
- Lò nước sôi cải tiến thế hệ III++ của Nhật Bản ESBWR 1600 và lò áp suất APWR1700:
Hitachi cộng tác với GE-Hoa Kỳ thiết kế và chế tạo lò Economic Simlify Boiling Water Reactor, gọi là lò nước sôi đơn giản và kinh tế, đang được xây dựng tại Nhật Bản và chuẩn bị ký 2 hợp đồng với Công ty điện của Mỹ. ESBWR sử dụng công nghệ thụ động và đây chính là ưu điểm quan trọng nhất.
- Lò cải tiến thế hệ III++ của lò áp suất của Nga: Nga đã cải tiến lò áp suất thế hệ II và sử dụng công nghệ thụ động cho các hệ thống giải nhiệt của lò.
- Lò áp suất nước nặng cải tiến thế hệ III++ của Canada: Canada đã cải tiến lò áp suất nước nặng và cho ra sản phẩm ACR 1000:
Nhận định: Sau khi khảo sát và đánh giá các lò thuộc thế hệ III, chúng ta có thể nhận thấy, công nghệ thụ động được nhiều tập đoàn gồm Hoa Kỳ, Nga và Nhật Bản rất quan tâm và đưa vào sử dụng cho cả lò nước sôi ESBWR và lò áp suất AP 1000. Công nghệ này được GE và Westing House, hai công ty có bề dày về lò nước sôi và lò áp suất ứng dụng triệt để. Hoa Kỳ chuyển giao công nghệ cho nhiều quốc gia, nhưng vẫn giữ bản quyền công nghệ gốc. Công nghệ AP 1000 nổi bật về tính đơn giản về thiết kế, rút ngắn thời gian thi công xây dựng, giảm bớt chi phí vận hành. Vì vậy, Trung Quốc chọn AP 1000 trong cuộc đấu thầu rất quy mô năm 2007. EPR 1600 của Pháp đã được hoàn chỉnh nhờ vào kinh nghiệm vận hành và tiêu chuẩn hoá rất lâu nên đã chứng tỏ nhiều ưu điểm khi vận hành, tuy nhiên, EPR 1600 chưa sử dụng toàn diện công nghệ thụ động. Còn lại các công nghệ của các quốc gia khác cũng đạt các tiêu chí về an toàn, giá thành tốt. Cũng xin lưu ý, Westing House là thành viên của tập đoàn Toshiba, một tập đoàn vừa hùng mạnh về mặt kỹ thuật, vừa dồi dào về tài chính. Tập đoàn này sẽ chiếm nhiều ưu thế trong công cuộc phục hưng điện hạt nhân.
