Công nghệ lò phản ứng mô-đun nhỏ trên thế giới và Hàn Quốc hiện nay

Việt - Hàn khởi động nghiên cứu công nghệ điện hạt nhân quy mô nhỏ Như chúng ta đều biết, nhân chuyến thăm cấp nhà nước đến Việt Nam của Tổng thống Hàn Quốc Yoon Suk Yeol mới đây, Công ty Thủy điện và Điện hạt nhân Hàn Quốc (KHNP), thuộc Tập đoàn Điện lực Hàn Quốc (KEPCO) đã ký Biên bản ghi nhớ hợp tác (MOU) với Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam (VINATOM) nhằm thúc đẩy hợp tác nghiên cứu trong lĩnh vực hệ thống năng lượng hạt nhân tiên tiến, bao gồm lò phản ứng mô-đun nhỏ (Small Module Reactor - SMR).

Lò phản ứng hạt nhân mô-đun nhỏ là gì?

Theo Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA): Lò phản ứng kiểu mô-đun nhỏ (Small Modular Reactor - SMR) là lò phản ứng hạt nhân tiên tiến có công suất điện đến 300 MWe trên mỗi tổ máy, bằng khoảng 1/3 công suất phát điện của lò phản ứng điện hạt nhân truyền thống. SMR về mặt vật lý chỉ bằng một phần kích thước của lò phản ứng năng lượng hạt nhân thông thường, đồng thời dạng mô-đun (modular) giúp các hệ thống, bộ phận có thể được lắp ráp tại nhà máy và vận chuyển từng đơn vị đến vị trí lắp đặt.

Lò SMR có lợi thế là phát điện linh hoạt và giá cả phải chăng. Mối quan tâm toàn cầu đối với các lò phản ứng mô-đun hoặc cỡ vừa và nhỏ ngày càng tăng do khả năng đáp ứng nhu cầu phát điện linh hoạt cho nhiều người dùng, cũng như nhiều ứng dụng hơn để thay thế các nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch lỗi thời. Chúng cũng thể hiện vấn đề an toàn nâng cao thông qua các tính năng an toàn thụ động bắt buộc vốn có.

Ngoài ra, SMR cung cấp các tùy chọn cho vùng sâu, vùng xa có cơ sở hạ tầng kém phát triển hơn và khả năng cho các hệ thống năng lượng lai, kết hợp các nguồn năng lượng hạt nhân, năng lượng thay thế (bao gồm cả năng lượng tái tạo).

Về nhu cầu nhiên liệu, các nhà máy điện dựa trên SMR phải tiếp nhiên liệu ít thường xuyên hơn, cứ sau 3 đến 7 năm (so với từ 1 đến 2 năm đối với các nhà máy thông thường). Một số SMR được thiết kế để hoạt động tới 30 năm mà không cần tiếp nhiên liệu.

Một lợi thế quan trong khác là điện hạt nhân là con đường giúp nhân loại hướng tới tương lai không carbon và bền vững. Năng lượng hạt nhân hiện cung cấp 10% điện năng của thế giới, nhưng để ngăn chặn biến đổi khí hậu, cần phải có nhiều hơn năng lượng sạch và đáng tin cậy. Hiện có 30 quốc gia đang vận hành các nhà máy điện hạt nhân và 20 quốc gia khác đang xem xét năng lượng hạt nhân để đáp ứng nhu cầu năng lượng, khí hậu của họ.

Ở miền Tây Hoa Kỳ, hơn 30 thị trấn và thành phố cũng đang hướng tới tương lai không carbon nên đang đặt cược vào SMR để đạt được mục tiêu này.

SMR và nhà máy điện hạt nhân cung cấp các thuộc tính độc đáo về hiệu quả, tính kinh tế và tính linh hoạt. Các lò phản ứng hạt nhân cung cấp các nguồn năng lượng có thể điều chỉnh sản lượng phù hợp với nhu cầu điện năng và không phải phụ thuộc vào thời tiết, cũng như thời gian trong ngày như năng lượng gió, mặt trời.

Những đặc điểm trên đã giúp SMR trở thành ứng viên sáng giá cho quá trình chuyển đổi năng lượng sạch, đồng thời giúp các quốc gia đạt được các mục tiêu phát triển bền vững.

Thực trạng SMR hiện nay:

IAEA đang phối hợp với các quốc gia thành viên để phát triển các loại SMR khác nhau để hướng tới mục tiêu cạnh tranh, an toàn và hiệu quả.

Cả các tổ chức công và tư đều đang tích cực tham gia vào nỗ lực đưa công nghệ SMR thành hiện thực trong thập kỷ này. Akademik Lomonosov của Nga - nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên trên thế giới bắt đầu vận hành thương mại vào tháng 5 năm 2020, đang sản xuất năng lượng từ hai lò SMR 35 MW(e). Các SMR khác đang được xây dựng, hoặc trong giai đoạn cấp phép ở Argentina, Canada, Trung Quốc, Nga, Hàn Quốc và Hoa Kỳ.

Năm 2020, IAEA đã cập nhật danh sách các dự án SMR. Theo số liệu này, có hơn 70 thiết kế SMR đang được phát triển trên khắp thế giới nhắm đến các đầu ra khác nhau và các ứng dụng khác nhau. Chẳng hạn như điện, hệ thống năng lượng lai, sưởi ấm, khử muối trong nước và hơi nước cho các ứng dụng công nghiệp. Mặc dù SMR có chi phí vốn ban đầu trên mỗi đơn vị thấp hơn, nhưng khả năng cạnh tranh kinh tế của chúng vẫn cần được chứng minh trong thực tế sau khi chúng được triển khai.

Hầu hết trong số chúng đang ở các giai đoạn phát triển và một số được cho là có tiến độ rất nhanh. Hiện có 4 SMR đang trong giai đoạn xây dựng nước rút ở Argentina, Trung Quốc, Nga, và một số quốc gia năng động khác.

Nguồn: IAEA cập nhật năm 2021.

Triển vọng công nghệ SMR của Hàn Quốc:

Theo trang tin Keia.org của Hàn Quốc: Lý do quốc gia này “hợp lý hóa” phát triển lĩnh vực năng lượng hạt nhân là dựa trên cơ sở kinh tế và môi trường của năng lượng hạt nhân.

Đầu tháng 7/2022, Tổng thống Yoon Suk Yeol cho biết: Hàn Quốc sẽ mở rộng sản xuất năng lượng hạt nhân lên hơn 30% tổng sản lượng điện vào năm 2030 (từ mức 27,4% như hiện nay). Đây là một phần trong kế hoạch rộng lớn sử dụng các nguồn năng lượng hạt nhân, hydro và năng lượng tái tạo để giảm tỷ lệ nhiên liệu hóa thạch trong tổng mức tiêu thụ năng lượng từ 82% xuống còn khoảng 60%. Hàn Quốc có kế hoạch mở rộng lĩnh vực hạt nhân bằng cách thêm 4 lò phản ứng hạt nhân mới vào 24 lò phản ứng hiện tại và phân bổ nguồn lực cho các dự án liên quan.

Với lạm phát ở mức cao nhất trong 24 năm và tỷ lệ thất nghiệp cao, ưu tiên của chính quyền Tổng thống Yoon là thúc đẩy năng suất kinh tế. Đối với các doanh nghiệp và ngành công nghiệp tiêu thụ năng lượng của Hàn Quốc, điện hạt nhân có giá khá rẻ - chỉ 61,5 Won (KRW)/kWh (khoảng 1.100 VNĐ/kWh), so với 149,9 KRW/kWh (khoảng 2.700 VNĐ/kWh) của năng lượng mặt trời.

Các dự án liên quan đến năng lượng hạt nhân theo kế hoạch mới dự kiến sẽ có khả năng tạo ra hơn 100.000 việc làm mới trong nước. Đồng thời, tiếp tục phát triển năng lực hạt nhân trong nước sẽ mở ra cơ hội xuất khẩu. Chính phủ có kế hoạch xuất khẩu 10 lò phản ứng hạt nhân và khuyến khích nước ngoài quan tâm nhiều hơn đến công nghệ điện hạt nhân của Hàn Quốc.

Từ góc độ giảm thiểu biến đổi khí hậu, năng lượng hạt nhân cũng có thể là một con đường tiết kiệm chi phí hơn để hoàn thành các mục tiêu xanh đã nêu. Mặc dù năng lượng tái tạo là trọng tâm trong các nỗ lực của chính quyền trước đây nhằm giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu và phòng ngừa sự bất ổn trên thị trường năng lượng quốc tế, nhưng hiện tại nó cung cấp công suất thấp hơn với chi phí cao hơn.

Tại diễn ra Hội nghị Thượng đỉnh Hàn - Mỹ tổ chức tại tại Seoul vào đầu tháng 6/2022, hai quốc gia này khẳng định cam kết đối với sự phát triển và tiến bộ của một nguồn năng lượng rẻ hơn và ổn định, cùng với việc tăng cường hợp tác tổng thể trong sản xuất chất bán dẫn và pin.

Nhiều công ty lớn của Hàn Quốc đã vào cuộc như Hyundai Engineering đã thành lập một tổ chức chuyên thúc đẩy các dự án điện hạt nhân. Tương tự, Tập đoàn SK Inc. đã ký một biên bản ghi nhớ (MoU) với TerraPower - một công ty thiết kế SMR của Mỹ do tỷ phú Bill Gates thành lập năm 2008, hợp tác với TerraPower để phát triển và ứng dụng công nghệ lò phản ứng làm mát nhanh bằng natri (SFR) dự kiến sẽ được thương mại hóa hoàn toàn vào đầu năm 2028.

Cạnh đó, Công ty Samsung Heavy Industries chuyên về lĩnh vực xây dựng nhà máy và năng lượng của Tập đoàn Samsung (Hàn Quốc) ngày 7/4/2022 đã ký MoU với Seaborg - nhà phát triển lò phản ứng hạt nhân thế hệ tiếp theo của Đan Mạch để phát triển nhà máy điện hạt nhân nổi.

Công ty Doosan Enerbility chuyên về năng lượng của Tập đoàn Doosan (Hàn Quốc) ngày 25/5/2023 vừa qua cũng cho biết, họ sẽ đầu tư 5.000 tỷ Won (3,9 tỷ USD) vào SMR, tua bin khí, hydro và pin nhiên liệu hydro trong 5 năm tới.

Đầu tháng 5/2023 , hãng tư nhân GS Energy đã ký một biên bản ghi nhớ với quận Uljin ở tỉnh Bắc Gyeongsang, Hàn Quốc để xem xét việc sử dụng công nghệ lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR) của NuScale Power. Tiến độ dự kiến sẽ bắt đầu vào năm 2028 và hoàn thành vào năm 2030.

Hãng Doosan Enerbility của Hàn Quốc đã gặp gỡ các công ty SMR toàn cầu, gồm NuScale Power và X-energy tại Washington, D.C. để thảo luận hợp tác. Mục tiêu là củng cố vị trí thị trường của mình trong chuỗi cung ứng cho lĩnh vực này.

Cụ thể, Doosan sẽ thiết lập chuỗi cung ứng có trụ sở tại Hoa Kỳ để sản xuất mô-đun năng lượng NuScale thông qua việc mở rộng công suất và cải tiến công nghệ sản xuất các bộ phận có thời gian sử dụng lâu dài. Doosan Enerbility sẽ bắt đầu sản xuất các thành phần có thời gian sử dụng lâu dài cho nhà máy điện dựa trên SMR đầu tiên của NuScale Power tại Hoa Kỳ vào cuối năm nay.

Dự án Năng lượng Không Carbon (CFPP) của UAMPS sử dụng dự án SMR đầu tiên của NuScale Power tại Hoa Kỳ sẽ xây dựng một nhà máy điện ở Idaho với mục tiêu hoàn thành vào năm 2029. Nhà máy điện SMR sẽ có tổng cộng 6 mô-đun lò phản ứng, công suất mỗi lò 77 MW.

Các giám đốc điều hành của Doosan Enerbility cũng đã gặp Chủ tịch và Giám đốc điều hành của X-energy để thảo luận về các kế hoạch hợp tác sản xuất hydro bằng cách sử dụng SMR. Doosan Enerbility bắt đầu hợp tác với X-energy vào năm 2021 bằng cách tham gia thiết kế SMR với khí nhiệt độ cao được thúc đẩy bởi X-energy. Hồi đầu năm nay, Công ty đã tăng cường hợp tác với X-energy bằng cách ký thỏa thuận đầu tư vốn vào X-energy và cung cấp thiết bị cốt lõi cho X-energy.

Tại Việt Nam, Công ty Thủy điện và Điện hạt nhân Hàn Quốc (KHNP), thuộc công ty Điện lực Hàn Quốc (KEPCO) ngày 22/6/2023 tại Hà Nội đã ký kết biên bản ghi nhớ về hợp tác nghiên cứu ở lĩnh vực điện nguyên tử và lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR) với Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam (VINATOM).

Cũng trong ngày 22/6/2023 đã diễn ra lễ ký kết biên bản ghi nhớ giữa Công ty CP Tư vấn Xây dựng Điện 1 (PECC1) và Hyundai E&C Company Ltd., Holtec International về hợp tác trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân, ESS (hệ thống tích trữ năng lượng) và hydro.

Theo Biên bản ghi nhớ đã ký, các bên cam kết cùng hợp tác nghiên cứu phát triển trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân. Cụ thể là hợp tác nghiên cứu kỹ thuật và khả năng ứng dụng cho nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng cỡ nhỏ SMR-160, ESS (hệ thống tích trữ năng lượng), hydro và các lĩnh vực tiềm năng khác mà các bên quan tâm./.

KHẮC NAM - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

(THEO: IAEA/WNNC/EWWO/NBC/KEIA - 6/2023)

Link tham khảo:

1/ https://www.iaea.org/newscenter/news/what-are-small-modular-reactors-smrs

2/ https://www.iaea.org/topics/small-modular-reactors#:~:text=There%20are%20currently%20four%20SMRs,conducting%20SMR%20research%20and%20development.

3/ https://www.world-nuclear-news.org/Articles/Korea-considers-deployment-of-NuScale-SMR-for-hydr

4/ https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_small_modular_reactor_designs

5/ https://neutronbytes.com/2023/04/30/south-korea-expands-its-export-possibilities-for-smrs/

6/ https://keia.org/the-peninsula/south-koreas-economic-rationale-for-nuclear-energy/