Lựa chọn công nghệ nào cho dự án điện hạt nhân đầu tiên?

Ngày 25 tháng 11 năm 2009, tại Hà Nội, Quốc hội khóa XII đã thông qua Nghị quyết về chủ trương đầu tư Dự án điện hạt nhân (ĐHN) Ninh Thuận, gồm 2 nhà máy, mỗi nhà máy có 2 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất khoảng 1000 MWe.

Tháng 10 năm 2010, Việt Nam đã ký kết Hiệp định hợp tác liên Chính phủ với LB Nga về việc xây dựng dự án ĐHN Ninh Thuận 1 và tháng 1 năm 2011, thỏa thuận về việc xây dựng dự án ĐHN Ninh Thuận 2 với Nhật Bản cũng đã được ký kết.

Đến nay, cả 2 tư vấn Nga và Nhật đã cơ bản hoàn thành công tác khảo sát địa điểm và lập Dự án đầu tư. Trong báo cáo, tư vấn Nga đề xuất 4 công nghệ có thể lựa chọn, bao gồm AES-91, AES-92, AES-2006/V491 và AES-2006/V392M. Tương tự như vậy, trong báo cáo của mình, tư vấn Nhật cũng đề xuất 4 công nghệ có thể lựa chọn, bao gồm ABWR, MPWR+, ATMEA1 và AP1000.

Công nghệ đề xuất cho dự án điện hạt nhân Ninh Thuận 1

Công nghệ AES-91 dùng lò VVER-1000/V-428

VVER - Vodo-Vodyanoi Energetichesky Reactor (Water-cooled Water-Moderated Power Reactor) là loại lò phản ứng nước áp lực (Pressurized light Water Reactor - PWR) được các chuyên gia Liên Xô nghiên cứu thiết kế chế tạo bắt đầu từ năm 1955. Ban đầu là những lò phản ứng có công suất cỡ nhỏ và vừa (dưới 500 MW). Lò phản ứng có công suất cỡ lớn (khoảng 1000 MW) được khởi động nghiên cứu, thiết kế từ năm 1966 và bắt đầu được xây dựng hàng loạt vào đầu những năm 1980. Đến nay, đã có 28 tổ máy sử dụng lò VVER-1000, phiên bản V-320 được xây dựng và vẫn đang hoạt động tại các nhà máy ĐHN. Tất cả các thiết kế này đều thuộc loại lò VVER thế hệ thứ 2.

Các hệ thống an toàn của thế hệ thứ 2 này được thiết kế theo triết lý ngăn ngừa là chính nên chủ yếu tập trung vào việc ngăn ngừa và khống chế các sự cố thiết kế cơ bản (Design Basis Accidents - DBAs). Tai nạn tại các nhà máy ĐHN Three Miles Island năm 1978 và Chernobyl năm 1986 đã chỉ ra sự cần thiết phải tính đến những khả năng xảy ra sự cố ngoài thiết kế cơ bản (Beyond Design Basis Accidents - BDBAs) trong quá trình thiết kế và vận hành. Các văn bản pháp quy mới đã được ban hành với các yêu cầu mới về đảm bảo an toàn nhằm ngăn chặn khả năng xảy ra các sự cố ngoài thiết kế và giảm thiểu hậu quả nếu sự cố xảy ra.

Nhằm đáp ứng các yêu cầu mới về an toàn, các chuyên gia của Viện thiết kế St. Peterburg, Viện thiết kế thực nghiệm Gidropress và Công ty Phần Lan Imatran International Ltd (hiện nay là Công ty Forturn Engineering) bắt tay nghiên cứu thiết kế nhà máy ĐHN với nguyên mẫu là lò VVER-1000, phiên bản V-320. Kết quả là cho ra đời bản thiết kế lò VVER-1000, phiên bản V-428. Bản thiết kế này kế tục và phát huy những đặc tính ưu việt trong quá trình cải tiến độ an toàn, phù hợp với trình độ phát triển của ngành năng lượng hạt nhân hiện đại. Nhà máy điện hạt nhân dùng lò VVER-1000, phiên bản V-428 được gọi là AES-91, đây là một thiết kế mới thuộc loại lò VVER thế hệ thứ 3, được cải tiến dựa trên kinh nghiệm thiết kế, xây dựng và vận hành một loạt các tổ lò VVER-1000/V-320, có tiếp thu các công nghệ từ lò áp lực PWR của Tây Âu, tuân theo các yêu cầu quốc tế hiện tại trong lĩnh vực an toàn bức xạ và hạt nhân. Nhà máy cũng sử dụng hệ thống đo lường và điều khiển (I&C) kỹ thuật số tích hợp của Siemens, Đức. Tổ máy số 1&2 của nhà máy ĐHN Điền Loan, Trung Quốc được xây dựng theo phiên bản thiết kế này, được khởi công vào năm 2000 và đưa vào vận hành từ năm 2007.

Công nghệ AES-92 dùng lò VVER-1000/V-392

Vào năm 1988, một dự án thiết kế lò VVER-1000 mới, phiên bản V-392 được các chuyên gia của Viện thiết kế Moscow, Viện thiết kế thực nghiệm Gidropress triển khai thực hiện, nhằm nâng cao độ an toàn, đáp ứng các yêu cầu mới của các văn bản pháp quy Liên bang Nga và các yêu cầu tiêu chuẩn quốc tế. Nhà máy điện hạt nhân dùng lò VVER-1000, phiên bản V-392 được gọi là AES-92. Các cải tiến trong thiết kế mới này tập trung vào nghiên cứu sử dụng các hệ thống an toàn chủ động và thụ động, đặt bẫy corium, sử dụng boong-ke nhà lò 2 lớp... Với các giải pháp kỹ thuật trình độ cao của thiết kế và những đặc tính an toàn đặc biệt, AES-92 đã đảm bảo thỏa mãn yêu cầu của các công ty điện lực châu Âu và đã được Liên minh châu Âu cấp chứng chỉ chính thức vào năm 2007.

Các phương án thiết kế tiêu chuẩn của lò VVER-1000, phiên bản V-392 được áp dụng đối từng địa điểm đặc thù dưới dạng các phiên bản V-412, V-446 và V-466B. Phiên bản V-412 đã được triển khai xây dựng và vận hành tổ máy số 1&2 của NM ĐHN Kudankulam, Ấn Độ, phiên bản V-446 được sử dụng tại NM ĐHN Busher của Iran và phiên bản V-466B đã được Chính phủ Bungari lựa chọn xây dựng tại NM ĐHN Belene (dự án này đã bị dừng, không thực hiện). Các thiết kế AES-92 dùng lò VVER-1000, phiên bản V-392, V-412, V-446 và V-466B thuộc thế hệ lò thứ 3.

Công nghệ AES-2006 dùng lò VVER-1200/V-491 và VVER-1200/V-392M

Trên cơ sở phân tích, đánh giá và đúc kết kinh nghiệm thiết kế, xây dựng, vận hành của các NM ĐHN dùng lò VVER-1000 phiên bản V-320, V-428 và V-392, Viện thiết kế OKB Gidropress đã rút ra những kết luận về khả năng chuyển đổi về chất tính kinh tế và mức độ an toàn bằng cách nghiên cứu tăng công suất tổ máy và áp dụng công nghệ an toàn thụ động, từ đó đã đưa ra một thiết kế mới, thuộc thế hệ 3+, đó là AES-2006. Các cải tiến của thiết kế AES-2006 sử dụng lò phản ứng VVER-1200 là:

- Tối ưu cấu trúc của các hệ thống và kết hợp 2 nguyên tắc đảm bảo an toàn thụ động và chủ động;

- Tối ưu các thông số vận hành;

- Tăng áp suất vòng tuần hoàn thứ cấp tại bình sinh hơi;

- Cải tiến các loại vật liệu sử dụng để chế tạo các thiết bị chính, cho phép thời gian vận hành của các thiết bị lên đến 60 năm;

- Cải tiến chu trình nhiên liệu với chu trình thay đảo lên đến 24 tháng;

- Độ cháy cực đại trong bó nhiên liệu là 70 MW*ngày/kgU;

Việc sử dụng hài hòa các hệ thống an toàn chủ động và thụ động, thực hiện độc lập các chức năng an toàn là đặc điểm khác biệt quan trọng của thiết kế AES-2006. Hiện tại, có hai thiết kế khác biệt của AES-2006:

- Viện thiết kế St. Peterburg: nghiên cứu, thiết kế AES-2006 dùng lò VVER-1200/V-491 trên cơ sở tiếp tục phát triển AES-91 dùng lò VVER-1000/V-428.

- Viện thiết kế Moscow: nghiên cứu, thiết kế AES-2006 dùng lò VVER-1200/V-392M trên cơ sở tiếp tục phát triển AES-92 dùng lò VVER-1000/V-392.

Tại Liên bang Nga, AES-2006 đang được xây dựng và sắp đưa vào vận hành ở nhà máy ĐHN Leningrad-2 và Novovoronezh-2. Cộng hòa Belarus đã lựa chọn và đang xây dựng AES-2006 dùng lò VVER-1200/V-491. Cộng hòa Séc, Hungaria, Phần Lan cũng đang xem xét hồ sơ dự thầu AES-2006 loại này. Đây là loại công nghệ thích hợp cho Việt Nam. Sơ đồ cấu trúc lò phản ứng VVER-1200 của AES-2006 nêu trong Hình 1.

Hình 1. Lò phản ứng VVER-1200 (1-Đầu dò đo lường; 2-Khối đỉnh; 3-Khối ống bảo vệ; 4-Giếng lò; 5-Vách ngăn; 6-Mẫu kiểm nghiệm; 7-Vùng hoạt (tâm lò); 8-Vỏ lò (thùng lò phản ứng chịu áp lực)

Công nghệ đề xuất cho dự án điện hạt nhân Ninh Thuận 2

Như đã nói ở trên, đối với dự án điện hạt nhân Ninh Thuận 2, phía tư vấn Nhật Bản cũng đề xuất 4 công nghệ có thể lựa chọn, bao gồm ABWR, MPWR+, ATMEA1 và AP1000.

Công nghệ lò nước sôi cải tiến ABWR

Khác với nhà máy ĐHN sử dụng công nghệ lò nước áp lực PWR, công nghệ nhà máy ĐHN với lò nước sôi BWR (Boiling Water Reactor) chỉ có một vòng tuần hoàn. Vòng tuần hoàn thứ nhất không có nữa, thành phần duy nhất còn lại là lò phản ứng, còn phần tuốc bin-máy phát cũng đủ thành phần như công nghệ với lò nước áp lực PWR. Lò nước sôi BWR cùng một lúc thực hiện ba chức năng, hay có thể nói là “3 trong 1”:

· Nguồn nhiệt đun sôi nước;

· Nước sôi tạo hơi nước ngay trong lò thay cho thiết bị sinh hơi;

· Phần hơi nước trong thùng lò tạo nên một phần đệm bù cho giao động áp suất thay bình điều áp

Lò nước sôi cải tiến loại ABWR-1300 là loại lò thế hệ 3, đã được xây dựng và vận hành tại Nhật Bản từ những năm 1990.

Trong khi Việt Nam còn đang non yếu năng lực nghiên cứu và triển khai (R&D); chưa có hệ thống văn bản quy phạm pháp luật đầy đủ và chặt chẽ; cơ sở hạ tầng công nghiệp hỗ trợ chưa phát triển và đặc biệt là nguồn nhân lực trình độ cao còn đang rất thiếu thì Việt Nam chỉ nên sử dụng một loại công nghệ cho dự án ĐHN Ninh Thuận. Dự án ĐHN Ninh Thuận 1 sử dụng công nghệ VVER của Nga, đây là loại lò nước áp lực, tương tự PWR. Do đó, công nghệ lò nước sôi sẽ không thich hợp cho dự án ĐHN Ninh Thuận 2.

Công nghệ lò nước áp lực MPWR+

Tomari-3 là tổ lò mới nhất của Tập đoàn công nghiệp nặng Mitsubishi thiết kế, xây dựng và được đưa vào vận hành thương mại cuối năm 2009. Tổ lò này là kết hợp của tất cả kinh nghiệm thiết kế, xây dựng và vận hành của 23 tổ lò PWR trước đây ở Nhật Bản với một số đặc tính thiết kế của lò nước áp lực cải tiến APWR-1500 là lò thế hệ 3 có thiết kế mới nhất. Tập đoàn Mitsubishi đã lựa chọn MPWR+ tương tự như lò Tomari-3 để giới thiệu cho dự án ĐHN Ninh Thuận 2. Tomari-3 có công suất 912 MWe khi vận hành ở Nhật Bản, nhưng nếu đưa nguyên bản thiết kế này đến Ninh Thuận thì công suất ra sẽ chỉ đạt dưới 900 MWe do nhiệt độ nước biển làm mát cao hơn. Do vậy, để đáp ứng mức công suất khoảng 1000 MWe, Mitsubishi đã điều chỉnh thiết kế của bình sinh hơi để nâng công suất lên 955 MWe. Đồng thời, đã có một số bổ sung từ nguyên bản thiết kế của Tomari-3 để đáp ứng các yêu cầu bảo đảm an toàn sau sự kiện Fukushima. Với tất cả những thay đổi và bổ sung này, tổ lò đề xuất cho dự án Ninh Thuận 2 được đặt tên là MPWR+ (Mitsubishi Pressurized Water Reactor plus) là phiên bản nâng cấp của Tomari-3, thuộc thế hệ 2+.

Công nghệ lò nước áp lực ATMEA1

ATMEA là công ty liên doanh giữa Tập đoàn công nghiệp nặng Mitsubishi của Nhật Bản và Tập đoàn nguyên tử AREVA của Pháp. Cả hai tập đoàn này đều có nhiều kinh nghiệm trong việc thiết kế, chế tạo và xây dựng các NM ĐHN lò nước áp lực.

Tại Nhật Bản, MHI có kinh nghiệm trong việc thiết kế, cung cấp thiết bị và xây dựng tới 24 tổ máy. Tổ máy gần đây nhất được xây dựng và đưa vào vận hành thương mại tháng 12/2009 là Tomari-3 và đây cũng là lò PWR cùng với thiết kế APWR được sử dụng tham chiếu trong thiết kế của lò nước áp lực ATMEA1.

Đối với Tập đoàn AREA của Pháp, ngoài việc đã thiết kế, chế tạo và xây dựng các nhà máy ĐHN với 58 tổ máy tại Pháp và 17 tổ máy tại Đức, còn có khả năng sản xuất, cung cấp nhiên liệu cũng như các dịch vụ liên quan đến chu trình nhiên liệu. Lò EPR của AREVA được coi là nguồn tham chiếu cho ATMEA1. Như vậy, ATMEA1 là loại công nghệ tích hợp giữa công nghệ của AREVA và của MHI.

Lò phản ứng ATMEA1 về mặt thiết kế khái niệm là loại lò tiên tiến, hiện đại, thuộc thế hệ 3+. Những đặc trưng của ATMEA1 là kế thừa những kinh nghiệm nhiều năm qua của 2 tập đoàn AREVA và MHI. Tuy nhiên, cho đến thời điểm này, công nghệ lò ATMEA1 mới đang triển khai ở mức thiết kế kỹ thuật và chưa được bất kỳ cơ quan pháp quy hạt nhân nào cấp chứng chỉ chứng nhận hay giấy phép và cũng chưa có một đơn đặt hàng xây dựng cụ thể nào. Đây là điểm đáng băn khoăn về tính kiểm chứng của công nghệ này.

Công nghệ lò nước áp lực AP1000

Nhà máy điện hạt nhân dùng lò AP1000 là công nghệ lò nước áp lực, 2 vòng tuần hoàn, thuộc công nghệ tiên tiến, hiện đại nhất, thế hệ lò 3+ do công ty Westinghouse Electric Company - WEC thiết kế. Thiết kế AP1000 được hình thành trên cơ sở kế thừa kinh nghiệm vận hành nhiều thập kỷ của công nghệ lò nước áp lực đang vận hành trên thế giới hiện nay (có gần 2/3 số lượng lò hạt nhân đang vận hành hiện nay tại các nước). Ngoài việc kế thừa, cải tiến hoàn thiện công nghệ trong các hệ thống thiết bị cấp hơi và phát điện, việc thiết kế các hệ thống tải nhiệt đảm bảo an toàn của AP1000 đã được Westinghouse hình thành và xây dựng trên quan điểm, cách tiếp cận mới, đó là cách sử dụng nguyên lý an toàn thụ động (passive safety). Đây là nguyên lý mới được sử dụng để thiết kế nhà máy ĐHN, xuất phát từ quan điểm giải quyết một cách căn bản vấn đề đảm bảo an toàn trong thiết kế, vận hành và có tính đến yếu tố con người một cách toàn diện. An toàn thụ động hoạt động theo quy luật tự nhiên, các hệ thống an toàn được kích hoạt không cần bất kỳ nguồn điện nào hoặc tác động của con người.

Hiên nay, nhà máy ĐHN dùng lò AP1000 đang được triển khai xây dựng tại Mỹ và Trung Quốc. Công nghệ này đang được nhiều nước lựa chọn và theo nhận định của nhiều chuyên gia, công nghệ AP1000 sẽ rất phổ biến trong tương lai. AP1000 là một trong những lựa chọn tốt cho Việt Nam.

Kết luận

Trong dự án điện hạt nhân Ninh Thuận, phía đối tác Nga và Nhật Bản đã đề xuất nhiều loại công nghệ có thể sử dụng. Phía Việt Nam cần tổ chức nghiên cứu, phân tích, đánh giá một cách thận trọng các công nghệ được đề xuất và lựa chọn công nghệ thích hợp nhất cho Việt Nam.

Quán triệt tinh thần Nghị quyết số 41/2009/QH12, vì lợi ích lâu dài của quốc gia và đảm bảo phát triển bền vững, công nghệ ĐHN du nhập vào Việt Nam phải là công nghệ hiện đại nhất, tiên tiến nhất, đảm bảo an toàn cao nhất có thể.

TS. LÊ VĂN HỒNG, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam

Lưu ý: Nghiêm cấm sao chép nội dung bài viết này dưới mọi hình thức nếu chưa có sự đồng ý của Tòa soạn Năng lượng Việt Nam bằng văn bản