Điện hạt nhân trụ cột của tương lai không CO2 [Tạm kết]: Viễn kiến quốc gia

Điện hạt nhân trụ cột của tương lai không CO2 [Kỳ 1]: Thử thách trong biến đổi khí hậu Trong khi thế giới tiếp tục tìm các giải pháp khử carbon trong lĩnh vực năng lượng và cố gắng đạt được mục tiêu không phát thải khí nhà kính để đối phó với mối đe dọa Trái đất đang nóng lên, thì sản xuất điện sạch hơn đáng tin cậy là một ưu tiên toàn cầu. Là nguồn sản xuất điện không phát thải carbon đáng tin cậy nhất, cung cấp điện liên tục không bị gián đoạn, năng lượng hạt nhân là một phần quan trọng trong sản xuất điện và là trụ cột quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang một tương lai không phát thải carbon.

KỲ 2: ĐỔI MỚI THẾ HỆ TIẾP THEO CỦA CÔNG NGHỆ ĐIỆN HẠT NHÂN VÀ KIẾN NGHỊ CHÍNH SÁCH

Các nhà máy điện và Chính phủ ở Canada và Mỹ ủng hộ việc thúc đẩy công nghệ nhà máy điện hạt nhân thương mại. Canada đang đầu tư nhiều vào các lò phản ứng hạt nhân hiện có của mình và tăng tốc kế hoạch triển khai SMR ở nhà máy Darlington của OPG, dự kiến đây sẽ là nhà máy đầu tiên của nước này. Tại Mỹ, Chương trình Khí hậu mới của Chính quyền Biden bao gồm các hành động tiếp tục tận dụng việc sản xuất điện carbon thấp và không carbon được cung cấp bởi các nguồn hiện có như hạt nhân, cũng như đầu tư vào các công nghệ quan trọng như lò phản ứng hạt nhân tiên tiến, nhiên liệu hạt nhân tiên tiến.

Giảm chi phí và tiến độ xây dựng, tận dụng các giấy phép công nghệ hiện có, giảm chi phí vận hành, đổi mới nhiên liệu hiệu quả, đáng tin cậy hơn và tập trung vào quan hệ đối tác chiến lược là chìa khóa để phát triển thế hệ công nghệ hạt nhân tiếp theo. Cụ thể:

1/ Giảm chi phí và tiến độ xây dựng: Bằng cách tiếp cận từ thiết kế đến chi phí sẽ thúc đẩy các kỹ thuật xây dựng sáng tạo, hoặc các giải pháp công nghệ lò phản ứng tiên tiến (chẳng hạn như SMR) có thể giảm chi phí mà không ảnh hưởng đến an toàn. Các thiết kế tua bin hơi và SMR có thể được chế tạo, lắp ráp trong nhà máy, vận chuyển đến công trường dưới dạng một module, dẫn đến giảm chi phí đầu tư trên mỗi MW.

Thiết kế BWRX-300 SMR của GEH đã làm giảm khoảng 90% khối lượng công việc so với thiết kế lò phản ứng nước sôi, cũng như giảm khoảng 50% vật liệu xây dựng trên mỗi MW so với thiết kế lò phản ứng lớn, giảm đáng kể thời gian và chi phí xây dựng. Các cơ hội khác về chi phí xây dựng và tối ưu hóa tiến độ bao gồm các kỹ thuật xây dựng từ ngành công nghiệp đào hầm và sử dụng các modules hỗn hợp bê tông composite thế hệ thứ hai.

GE cũng có một loạt các thiết kế tua bin hơi hạt nhân từ 50 - 400 MW có thể được chế tạo theo module và xây dựng nhà máy để giảm chi phí và công việc tại chỗ. Ví dụ: Tua bin hơi nước loại 70+ MW của GE có thể được vận chuyển đến địa điểm lắp ráp hoàn chỉnh dưới dạng một module.

2/ Tận dụng các giấy phép công nghệ hiện có: Tận dụng các giấy phép công nghệ hiện có có thể tiết kiệm đáng kể chi phí và tiến độ, bằng cách loại bỏ nhu cầu kiểm tra lại các thiết kế, vật liệu, thành phần và nhiên liệu đã được phê duyệt. Bằng cách tận dụng chứng chỉ thiết kế ESBWR hiện có, sử dụng thiết kế nhiên liệu GNF2 đã được cấp phép và kiểm chứng, đồng thời kết hợp các thành phần đã được kiểm chứng và chuyên môn về chuỗi cung ứng, GEH’s BWRX-300 được xác định để trở thành SMR có rủi ro thấp nhất, cạnh tranh nhất, nhanh nhất trên thị trường. Khoảng 90% các thành phần của nó dựa trên thiết kế GE BWR đã được vận hành.

Ngoài ra, các tua bin hơi nước tiêu chuẩn hóa của GE cho SMR dựa trên danh mục công nghiệp và tiện ích hiện có của nó đã chứng tỏ độ tin cậy, tính linh hoạt cao.

3/ Cải tiến nhiên liệu hiệu quả và đáng tin cậy hơn: Cung cấp nhiên liệu tái chế để cải thiện hoạt động của các lò phản ứng module thông thường và nhỏ bằng cách nâng cao nhiên liệu có thể khắc phục hư hỏng, cũng như các khái niệm nhiên liệu tiên tiến khác là điều tối quan trọng. Công nghệ GNF đã và đang cải thiện tính kinh tế của chu trình nhiên liệu trên cơ sở được lắp đặt và GNF đang tìm cách tận dụng những cải tiến về nhiên liệu như vậy để nâng cao hơn nữa hiệu suất, độ an toàn mong đợi của thiết kế GEH’s BWRX-300 SMR.

4/ Giảm chi phí vận hành: BWRX-300 được thiết kế để giảm chi phí vận hành. Chi phí vận hành và bảo dưỡng tổng thể dự kiến sẽ thấp hơn 40% trên mỗi MW so với các lò phản ứng lớn hiện có. Việc ngừng tiếp nhiên liệu được tối ưu hóa bằng sự đơn giản hóa trong thiết kế, kết hợp các phương pháp tốt nhất và đổi mới, chẳng hạn như thực tế ảo, bản sao kỹ thuật số lò phản ứng, trí tuệ nhân tạo, đồng thời kết hợp với một dàn tiếp cận dịch vụ tập trung để tối ưu hóa hơn nữa hoạt động và bảo trì nhà máy.

5/ Tập trung vào quan hệ đối tác chiến lược: Sự đổi mới được thúc đẩy thông qua các quan hệ đối tác chiến lược trong toàn ngành sẽ giúp đẩy nhanh việc phát triển và triển khai các công nghệ điện hạt nhân thế hệ tiếp theo. Như GEH đang hợp tác với Synthos Green Energy để tìm kiếm cơ hội cho các SMR ở Ba Lan. GEH cũng đã ký một thỏa thuận hợp tác với Fermi Energia OÜ để khám phá khả năng triển khai BWRX-300 ở Estonia. GEH cũng tiếp tục hợp tác với một số công ty điện lực của Mỹ, bao gồm: Tennessee Valley Authority (TVA), Dominion Energy và Exelon để theo đuổi khả năng triển khai BWRX-300.

GE rất quan tâm đến các lò phản ứng tiên tiến thế hệ IV, nhận ra rằng, cần phải cải tiến thêm về nhiên liệu, phát triển chuỗi cung ứng và được cấp phép theo quy định. Chương trình Trình diễn Lò phản ứng tiên tiến của DOE Mỹ (ARDP) đang giải quyết một số thách thức này với TerraPower, GEH và Bechtel trình diễn công nghệ thế hệ IV với hệ thống năng lượng và lò phản ứng Natrium ™. Đây là lò phản ứng nhanh natri, công nghệ Natrium ™ cung cấp nguồn phát điện sạch hơn, đáng tin cậy và khả năng lưu trữ điện linh hoạt để hoạt động song song với các nguồn phát điện khác, chẳng hạn như điện gió, mặt trời.

Tăng tốc các dự án nhà máy điện hạt nhân quy mô lớn mới:

Nhiều quốc gia đang tìm cách mở rộng thêm các dự án nhà máy điện hạt nhân quy mô lớn mới để đạt được mục tiêu phát thải carbon của họ.

Các quốc gia đã có các lò phản ứng hạt nhân như: Anh, Pháp và Trung Quốc tiếp tục đầu tư vào các dự án nhà máy điện hạt nhân quy mô lớn mới. Theo WNA, khoảng 20% ​​điện năng của Anh là từ năng lượng hạt nhân, tuy nhiên, tất cả các nhà máy hạt nhân hiện đang vận hành của Anh (ngoại trừ Sizewell B) sẽ ngừng hoạt động vào năm 2030, khiến nguồn điện thay thế ngày càng trở nên cấp thiết. Việc khởi công xây dựng đã bắt đầu trên cơ sở một thế hệ nhà máy hạt nhân mới tại Hinkley Point C, sau khi hoàn thành và khởi động hai tổ máy, dự kiến ​​sẽ sản xuất 3,2 GW điện năng, phát điện lên lưới điện trong 60 năm tới. Các kế hoạch cho Sizewell C đang được phát triển và các giải pháp tài chính đang được xác định.

Tại Pháp, EDF đang thăm dò thay thế các lò phản ứng cũ với công nghệ thế hệ đầu tiên bằng 3 cặp lò phản ứng EPR2 hiện đại, mạnh hơn, tùy thuộc vào quyết định cuối cùng của Chính phủ Pháp.

Trong tương lai, các quốc gia mới như: Ba Lan và Ả Rập Xê-út đang phát triển kế hoạch bổ sung năng lượng hạt nhân để đa dạng hóa cơ cấu năng lượng của họ với các nguồn phát điện sạch hơn. Theo WNA, Ba Lan có kế hoạch thoát khỏi sự phụ thuộc nặng nề vào than đá và bổ sung năng lượng hạt nhân để đa dạng hóa năng lượng của mình, bắt đầu từ khoảng năm 2033. Ả Rập Xê-út có kế hoạch xây dựng hai lò phản ứng điện hạt nhân lớn, dự kiến công suất điện hạt nhân mới lên đến 17 GW vào năm 2040. Nước này cũng đang xem xét sử dụng các lò phản ứng nhỏ để khử muối trong nước biển.

Cần tiếp tục đổi mới và hợp tác trong toàn ngành để giảm chi phí phát triển, giảm thiểu sự chậm trễ và tăng cường đầu tư công nghệ để đẩy nhanh các dự án nhà máy điện hạt nhân quy mô lớn mới, với mục tiêu:

1/ Giảm chi phí phát triển: Triển khai các kỹ thuật xây dựng đã được kiểm chứng sẽ giảm chi phí đáng kể. Nên thiết lập và sử dụng nhất quán các tiêu chuẩn toàn cầu, các thiết kế trùng khớp. Khách hàng nên xem xét phương pháp tiếp cận các lò phản ứng bằng cách xây dựng nhiều tổ máy giống hệt nhau, ở đâu và khi nào có thể. Akkuyu - nhà máy điện hạt nhân đầu tiên của Thổ Nhĩ Kỳ gồm có 4 tổ máy giống hệt nhau trang bị với tua bin hơi Arabelle của GE. NPCIL của Ấn Độ có kế hoạch phát triển một cụm lò gồm ít nhất 12 lò hạt nhân với lò phản ứng PHWR-700 của nước này. Cách tiếp cận này có thể giúp giảm chi phí và thời gian phát triển ở cả hai quốc gia.

2/ Giảm thiểu sự chậm trễ: Cần có sự hỗ trợ của chính phủ để tháo gỡ các nút thắt trong quá trình phê duyệt thiết kế và pháp quy, cũng như hỗ trợ các khuôn khổ tài chính tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiếp cận tài chính để giảm thời gian phát triển và rủi ro.

Các quy trình và phê duyệt phải được sắp xếp hợp lý để giảm thiểu sự chậm trễ. Một cơ hội quan trọng khác là khuyến khích hợp tác quốc tế giữa các cơ quan pháp quy hạt nhân quốc gia và quốc tế đa dạng để tạo ra các thiết kế đã được phê duyệt cho nhiều quốc gia, hoặc vùng lãnh thổ, loại bỏ sự trùng lặp công sức và chi phí không cần thiết ở mức độ khả thi.

3/ Tăng hiệu suất và độ tin cậy: Đầu tư vào công nghệ hiện đại nhất, chẳng hạn như lò phản ứng GEH và tua bin hơi nước GE, để làm cho các nhà máy hoạt động tin cậy và hiệu quả hơn là rất quan trọng. Với một dàn các lò có công suất 53 GW trên toàn cầu được trang bị tua bin hơi nước Arabelle của GE, tương thích với tất cả các lò phản ứng cỡ lớn và có thể tạo ra sản lượng điện nhiều hơn 2% so với các cấu hình tua bin trước đây trong khi đem lại 99,96% độ tin cậy.

Hiện nay, tua bin hơi nước mạnh nhất thế giới đang hoạt động tại Nhà máy điện hạt nhân Taishan của Trung Quốc, với hai tổ máy công suất 1.750 MW trên mỗi tổ máy, tổng công suất 3,5 GW, như vậy giảm phát thải được 21 triệu tấn CO2 mỗi năm. Nhà máy Hinkley Point C của Anh dự kiến sẽ phá vỡ kỷ lục này - tua bin hơi nước cho các tổ máy được trang bị những cánh tua bin 75 inch ở phía cuối, tạo thêm 20 MW nữa trên mỗi tổ máy.

Khuyến nghị các chính sách để đạt được giảm CO2:

Một loạt các công nghệ là rất cần thiết để đáp ứng các mục tiêu của Thỏa thuận Paris và đạt được các cam kết giảm thiểu CO2 cho từng quốc gia.

Mỗi quốc gia có những hoàn cảnh và ràng buộc riêng có thể là về lịch sử, địa lý, hoặc chính trị. GE tin rằng, các nhà hoạch định chính sách phải xử lý các hệ thống phát điện đang có phát thải cao bằng yêu cầu khẩn cấp áp dụng các công nghệ mới ngay từ bây giờ. Các quốc gia phải xem xét cả các công nghệ carbon thấp và không phát thải hiện có và các công nghệ mới sáng tạo, các giải pháp để đảm bảo quá trình chuyển đổi năng lượng sạch hơn trên toàn thế giới.

Các chính phủ phải coi điện hạt nhân là một lựa chọn sản xuất không phát thải đáng tin cậy, đồng thời lập kế hoạch cho quá trình chuyển đổi và các hệ thống năng lượng trong tương lai của họ. Để duy trì phương án phát điện hạt nhân, GE hỗ trợ bằng kiến nghị các chính sách như sau:

1/ Đánh giá các nguồn năng lượng carbon thấp và không có khí thải (chẳng hạn như sản xuất điện hạt nhân để giảm phát thải khí nhà kính).

2/ Nắm bắt vai trò quan trọng của các nhà máy điện hạt nhân hiện tại và trong tương lai trong cơ cấu năng lượng để cung cấp công suất điện chạy nền đáng tin cậy.

3/ Tài trợ cho các dự án nghiên cứu, phát triển và trình diễn để khuyến khích sớm áp dụng các công nghệ sạch hơn (chẳng hạn như các lò phản ứng tiên tiến và SMR).

4/ Tạo khuôn khổ tài chính để tạo điều kiện tiếp cận vốn cho các nhà máy hạt nhân mới và hiện tại với chi phí phù hợp với hồ sơ rủi ro, cũng như thời gian thực hiện của các dự án hạt nhân.

5/ Tuyên truyền đại chúng về điện hạt nhân như một công nghệ đáng tin cậy và an toàn không phát thải.

6/ Bảo vệ và phát triển lực lượng lao động được đào tạo tốt để duy trì, cũng như xây dựng thế hệ tiếp theo của các nhà máy điện hạt nhân tương lai.

7/ Đảm bảo quy trình cấp phép, cho phép hoạt động an toàn và không gây ra sự tăng, hoặc chậm trễ không cần thiết về chi phí.

8/ Thúc đẩy việc áp dụng thương mại các công nghệ điện hạt nhân ngoài sản xuất điện, bao gồm nhiệt công nghiệp, sưởi ấm khu vực, khử muối trong nước và điện phân để tạo ra hydro sạch hơn.

9/ Đầu tư khẩn cấp vào sự kết hợp của hạt nhân, năng lượng tái tạo, lưu trữ năng lượng, tua bin khí chu trình hỗn hợp thu giữ carbon và hydro.

10/ Vận động cho các chính sách phù hợp với Thỏa thuận Paris và các mục tiêu của Thỏa thuận này nhằm giảm lượng khí thải CO2, đồng thời đảm bảo các nguồn điện an toàn, giá cả phải chăng và đáng tin cậy.

11/ Tăng tài trợ cho nghiên cứu, phát triển và triển khai để đổi mới và áp dụng các công nghệ năng lượng sạch hơn.

12/ Thúc đẩy hợp tác quốc tế và lưu chuyển tự do hàng hóa và dịch vụ phù hợp với Tổ chức Thương mại Thế giới.

13/ Khuyến khích hợp tác liên ngành để giảm phát thải CO2 (bao gồm cung cấp hydro được sản xuất từ ​​năng lượng không phát thải)./.

BIÊN DỊCH VÀ TỔNG HỢP: NGUYỄN THỊ THU HÀ (VINATOM)