Niềm hy vọng điện hạt nhân Việt Nam [kỳ 2]: Lò mô-đun nhỏ và lập luận của GS. Darriulat

Niềm hy vọng điện hạt nhân Việt Nam [kỳ 1]: Bối cảnh và thông tin liên quan Trong chuyên đề “Điện hạt nhân Việt Nam - Những niềm hy vọng” của Giáo sư Pierre Darriulat - Nhà vật lý hàng đầu quốc tế, Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Pháp (giai đoạn 1986 - 1998) sẽ nhắc lại thông tin liên quan về các dự án điện hạt nhân ở Ninh Thuận, cũng như bối cảnh phát triển, ứng dụng công nghệ hạt nhân của Việt Nam và mô tả những tiến bộ đạt được trong thiết kế các lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR). Sau khi đề cập khá chi tiết về công nghệ SMR, tác giả lập luận rằng: “Đây có thể là một cơ hội rất hấp dẫn cho tương lai năng lượng Việt Nam”.

KỲ CUỐI: LÒ PHẢN ỨNG MÔ ĐUN NHỎ - NIỀM HY VỌNG CỦA VIỆT NAM

Lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR):

1. Tổng quan ngắn gọn:

SMR có kích thước nhỏ, công suất nhỏ hơn một bậc so với các lò phản ứng tỷ Watt thông thường. Lò có tính mô-đun - nghĩa là có thể được chế tạo trong một nhà máy, sau đó được vận chuyển, lắp đặt và vận hành tại một địa điểm riêng biệt. Lợi thế chính của loại lò này là:

- Không yêu cầu nhân sự lớn để vận hành.

- An toàn hơn dựa vào các hệ thống thụ động, hoạt động không cần sự can thiệp của con người.

- Tiếp nhiên liệu với tần suất thấp, khoảng chục năm một lần.

- Diện tích nhỏ, ít ràng buộc hơn trong việc chọn địa điểm đặt lò.

- Chi phí và thời gian xây dựng thấp.

- Cho phép triển khai dần phù hợp với nhu cầu năng lượng ngày càng tăng.

- Có khả năng hòa vào lưới điện hiện có, hoặc ngoài lưới từ xa.

Ngược lại, với các lò phản ứng lớn thông thường, SMR có thể được lắp đặt trong buồng ngầm kín nếu cần thiết. Tính linh hoạt vốn có của mô-đun cho phép các SMR mới có thể được bổ sung dần dần khi phụ tải trên lưới tăng lên. Ngoài ra, tính mô-đun cho phép sản xuất nhanh chóng với chi phí giảm sau khi hoàn thành lò phản ứng đầu tiên. Tại một địa điểm có thể xây dựng một vài SMR, cho phép một lò ngừng hoạt động để tiếp nhiên liệu trong khi các lò khác vẫn chạy.

SMR duy trì khả năng làm mát lõi bằng hệ thống an toàn thụ động, giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng hệ thống phun áp lực và không cần nguồn điện khẩn cấp trong trường hợp xảy ra sự cố. Một số thiết kế sử dụng đối lưu nhiệt để làm mát, giúp loại bỏ sự cần thiết của các máy bơm làm mát có thể bị hỏng. Hệ số nhiệt độ âm của chất điều khiển và nhiên liệu giữ cho các phản ứng phân hạch được kiểm soát, diễn ra chậm hơn khi nhiệt độ tăng. Hệ thống an toàn thụ động đơn giản và dễ vận hành hơn, có thể loại bỏ nhiệt thụ động ra khỏi khu vực ngăn chặn. SMR có thể giữ lại các sản phẩm phụ của nhiên liệu phân hạch nhiễm vào chất làm mát khi xảy ra tai nạn nghiêm trọng.

Trong các thiết kế SMR tích hợp, lõi lò phản ứng sơ cấp, bộ tạo hơi nước và bộ điều áp được tích hợp trong thùng lò phản ứng kín. Thiết kế tích hợp này cho phép giảm thiểu sự cố có thể xảy ra, vì có thể dễ dàng ngăn chặn rò rỉ phóng xạ - đây là một ưu thế so với các lò phản ứng lớn hơn luôn có nhiều bộ phận bên ngoài thùng lò.

Hơn nữa, thiết kế này cho phép dễ dàng chôn lò phản ứng và các bể chứa nhiên liệu đã qua sử dụng dưới lòng đất khi hết thời hạn sử dụng, cũng như tăng tính an toàn khi xử lý chất thải.

SMR thường được mong đợi sẽ cung cấp năng lượng cho mạng lưới điện cơ sở. Một số thiết kế cho phép điều chỉnh sản lượng điện dựa vào nhu cầu. Một cách tiếp cận khác của SMR là đồng phát - tức là duy trì sản lượng ổn định, đồng thời chuyển lượng nhiệt không cần thiết cho những mục đích sử dụng khác (như sưởi ấm, khử muối và sản xuất hydro).

Ưu, nhược điểm của SMR được các nhà xây dựng và người sử dụng nhìn nhận khác nhau. Các nhà xây dựng ưu tiên chuyển đổi tính kinh tế đơn lẻ sang kinh tế sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên, người dùng cũng có thể sẵn sàng trả nhiều tiền hơn cho mỗi triệu Watt điện sản xuất nếu SMR phù hợp hơn với nhu cầu thực tế của họ.

Tương tự như vậy, các quốc gia phát triển và đang phát triển có thể có quan điểm, cũng như mong đợi khác nhau từ SMR. Các nước phát triển coi chúng như một chiến lược mới nhằm ứng phó với tác động tai hại của dư luận phi lý đối với chính sách năng lượng hạt nhân trong năm thập kỷ qua, ý thức rằng trung thành với quá trình khử carbon đang mang lại cơ hội hiếm có để hồi sinh năng lượng hạt nhân. Các nước đang phát triển lại coi SMR như là cơ hội để chuyển đổi chính sách năng lượng một cách suôn sẻ hơn khi phải đối mặt với tình trạng cạn kiệt nguồn dự trữ nhiên liệu hóa thạch.

SMR được hình dung trong nhiều thiết kế, là phiên bản đơn giản hóa của các lò phản ứng hiện tại, thường là lò phản ứng neutron nhiệt sử dụng 235U làm vật liệu phân hạch, dựa vào chất điều tiết để làm chậm neutron và sử dụng nước làm chất làm mát. Những công nghệ khác liên quan đến các công nghệ hoàn toàn mới (bao gồm các lò phản ứng tái tạo nhanh), có thể đốt 239Pu và không có chất điều tiết. Chúng cũng có thể sử dụng các chất làm mát khác nhau (chẳng hạn như khí, hoặc muối nóng chảy và kim loại).

Trong thập kỷ vừa qua, cả các tổ chức công và tư đều đang tích cực tham gia vào nỗ lực đưa công nghệ SMR thành hiện thực. Hiện có hơn 80 thiết kế lò phản ứng mô-đun đang được phát triển ở 19 quốc gia và các tổ máy SMR đầu tiên đang hoạt động ở Trung Quốc và Nga.

Tổ máy đầu tiên của lò phản ứng HTR-PM làm mát bằng khí mô-đun nhiệt độ cao tầng sôi của Trung Quốc đã được kết nối với lưới điện vào năm 2021. Việc xây dựng Linglong-1, lò phản ứng trình diễn ACP100 công suất 125 triệu Watt đã bắt đầu hoạt động ở miền Nam Trung Quốc [4]. Đây là lò phản ứng trình diễn thương mại trên đất liền đầu tiên, dự kiến đi vào hoạt động vào 2026. Đây là lò phản ứng nước điều áp dạng mô-đun, quy mô nhỏ, đa mục đích, có độ an toàn cao, được thiết kế để sản xuất điện, sưởi ấm, sản xuất hơi nước, hoặc khử mặn nước biển.

Trung Quốc coi tương lai của SMR là “đầy hứa hẹn, đặc biệt đối với các nước đang phát triển mong muốn khai thác năng lượng hạt nhân sạch, an toàn để đáp ứng các mục tiêu môi trường của họ, đặc biệt là những nước tham gia Sáng kiến Vành đai và Con đường”.

Ở Nga, nỗ lực hiện tại tập trung ở khu vực bờ biển Bắc Cực, lấy thiết kế tàu phá băng hạt nhân làm cơ sở. Nhà máy điện hạt nhân nổi Akademik Lomonosov với hai lò phản ứng KLT-40 công suất 30 triệu Watt bắt đầu hoạt động từ năm 2010 và là nguyên mẫu hoạt động đầu tiên trên thế giới.

Tháng 11/2020, ROSATOM công bố kế hoạch lắp đặt RITM-200N SMR trên đất liền ở Yakutia. Lò phản ứng này sẽ thay thế việc sản xuất điện và nhiệt từ than, dầu hiện tại với mức giá chỉ bằng một nửa.

RITM-200 là lò phản ứng nước điều áp tích hợp do OKBM Afrikantov phát triển và được thiết kế để sản xuất 55 triệu Watt. Thiết kế này là sự cải tiến của lò KLT-40. Nó sử dụng 235U được làm giàu tới 20% và có thể được tiếp nhiên liệu 10 năm một lần để có tuổi thọ dự kiến là 60 năm khi lắp đặt nhà máy điện nổi. Nếu lắp đặt trong nhà máy điện cố định thì chu trình nhiên liệu là 6 năm. Nó có thiết bị bố trí tích hợp nhỏ gọn bên trong lớp vỏ tạo hơi nước, giảm một nửa trọng lượng hệ thống so với các thiết kế trước đó.

ROSATOM dự kiến sẽ xây dựng nhà máy RITM-200N công suất thấp thứ hai ở Yakutia. Khả năng tăng gấp đôi công suất của nhà máy và có tính đến những triển vọng đáng kể cho sự tăng trưởng hơn nữa của nền kinh tế khu vực Bắc Cực của Yakutia [5].

ROSATOM đang tiến tới xây dựng hàng loạt các nhà máy như vậy cho Bắc Cực và vùng Viễn Đông bằng phương pháp băng chuyền. Tổng nhu cầu ở Bắc Cực và Viễn Đông đối với các nhà máy SMR trong 10 - 15 năm tới sẽ là 15 lò và sẽ còn lớn hơn nữa trong tương lai. Tiềm năng công nghiệp và công nghệ của ROSATOM có thể sản xuất số lượng lớn hơn các tổ máy hạt nhân nhỏ không chỉ cho Nga mà còn để xuất khẩu.

2. SMR cho Việt Nam?

Cũng giống như nhiều quốc gia khác, đặc biệt là các quốc gia đang phát triển cần ứng phó với nhu cầu điện tăng nhanh, Việt Nam đang phải đối mặt với những khó khăn, thách thức lớn về chính sách năng lượng. Như Bộ trưởng Bộ Công Thương gần đây giải thích với Quốc hội [6], việc phát triển lắp đặt năng lượng gió, mặt trời hiện nay đòi hỏi phải đầu tư cơ sở hạ tầng quan trọng trên cả hệ thống lưới điện và các thiết bị lưu trữ, nhưng chỉ dùng những nguồn năng lượng này không thể đáp ứng được yêu cầu do nhu cầu chuyển đổi năng lượng đặt ra. Chúng chỉ có thể bổ sung đóng góp cho các nguồn điện đáp ứng phụ tải nền ổn định (hiện chủ yếu là than và khí đốt) không còn đủ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng.

Trong bối cảnh như vậy và phù hợp với xu hướng hiện nay trên quy mô toàn cầu, việc hồi sinh năng lượng hạt nhân dường như là điều không thể tránh khỏi. Do đó, điều cần thiết là phải chuẩn bị ngay lập tức cho quá trình chuyển đổi như vậy. TS. Trần Chí Thành - Viện trưởng VINATOM nhận thức sâu sắc về tính cấp thiết của động thái này [7] và Bộ Công Thương đã từng đề xuất phát triển năng lượng hạt nhân ở quy mô nhỏ sau 2030 trong dự thảo Quy hoạch điện VIII.

Tiến hành như thế nào?

Chúng ta chắc chắn cần phải rút kinh nghiệm từ những bài học trong quá khứ, tránh lặp lại sự thất bại của dự án Ninh Thuận và sự lãng phí tài nguyên mà nó đã gây ra. Nguyên nhân chính dẫn đến thất bại là do thiếu sự gắn kết, phối hợp giữa quá nhiều chủ thể khác nhau, phụ thuộc vào các cơ quan, bộ, ngành khác nhau hoạt động độc lập. Một thiếu sót rõ ràng thực sự là thiếu người chịu trách nhiệm.

Tháng 5/2013, Thủ tướng Chính phủ đã công bố thành lập Hội đồng Quốc gia về Phát triển và Ứng dụng Năng lượng Nguyên tử nhằm xác định các chiến lược và ưu tiên, tham mưu cho Chính phủ, điều phối các bộ, ban, ngành thuộc Chính phủ và địa phương trong việc phát triển năng lượng hạt nhân, cũng như thực hiện các chính sách, chương trình điện hạt nhân. Tuy nhiên, Hội đồng đã không thực hiện được điều đó và đánh giá của các chuyên gia quốc tế của IAEA, Cơ quan Đánh giá Cơ sở hạ tầng Tích hợp Quốc gia (INIR) và Cơ quan Đánh giá Quy định Tích hợp (IRRS) đã bày tỏ một số lo ngại, đặc biệt liên quan đến sự thiếu thống nhất giữa Bộ Khoa học - Công nghệ, Bộ Công Thương, Bộ Tài nguyên - Môi trường [9].

Mặc dù không có năng lực hoặc kiến thức chuyên môn cụ thể về các vấn đề quản lý, nhưng trong các bài viết của mình [10], tôi thường lưu ý rằng: Các chương trình lớn của Việt Nam như Chương trình Nghiên cứu Giáo dục Đại học, Chương trình Vũ trụ và tất nhiên là Chương trình Điện hạt nhân đã vướng phải căn bệnh như vậy như thế nào. Đó là những quan sát mà người có nhận thức thông thường có thể nhận ra. Tuy nhiên, vì lý do nào đó, Việt Nam dường như chưa sẵn sàng chấp nhận điều này, dẫn đến quản lý nguồn nhân lực không hiệu quả.

Vì có sự tham gia của nhiều chủ thể, nên điện hạt nhân rõ ràng phải nằm dưới sự chỉ đạo của Thủ tướng. Đó là trường hợp của mọi quốc gia khi phát triển một chương trình quan trọng. Thủ tướng cần được tư vấn đúng đắn về các ưu tiên và chiến lược, không phải bởi một Hội đồng như trường hợp năm 2013, mà bởi một đội ngũ những người có năng lực và đáng tin cậy.

Nếu chúng ta muốn chương trình điện hạt nhân hồi sinh, đã đến lúc phải thành lập một đơn vị dưới quyền Thủ tướng để tư vấn một cách hiệu quả. Cần có đội ngũ nhân sự là những người có chuyên môn, kinh nghiệm trong lĩnh vực nhà máy điện hạt nhân, am hiểu các vấn đề khoa học, công nghệ hạt nhân, được lựa chọn dựa trên năng lực, tinh thần trách nhiệm, sự cống hiến của họ để đưa đất nước tiến bộ và tất nhiên dựa vào tính chính trực của họ. Họ không nên bị phân tâm bởi những ràng buộc chính trị, hoặc quan liêu. Họ phải được tiếp cận với mọi kiến thức thu thập bởi các thành viên của các viện thuộc thẩm quyền của các bộ khác nhau, cũng như của các công ty năng lượng nhà nước như Tập đoàn Điện lực Việt Nam. Nhiệm vụ của họ là bao quát tất cả các khía cạnh cần thiết để Việt Nam sẵn sàng khai thác điện hạt nhân và đưa ra các khuyến nghị phù hợp với Thủ tướng.

Đặc biệt, họ cần được thông tin đầy đủ về những diễn biến đang diễn ra ở nước ngoài, nhất là ở Nga và Trung Quốc, cũng như các quốc gia như Mỹ, Pháp, Nhật Bản, hoặc Hàn Quốc. Họ sẽ cần phải có kiến thức đủ sâu về các vấn đề khoa học, kỹ thuật để có thể đưa ra nhận định, phê phán và có căn cứ về cách chuẩn bị phù hợp nhất cho Việt Nam. Họ nên có quan điểm và cách tiếp cận cởi mở với các vấn đề. Đồng thời, họ sẽ cần có kiến thức đủ tốt về những đặc thù, cũng như hạn chế trong quá trình phát triển và quản trị của Việt Nam để đưa ra những khuyến nghị mang tính thực tế. Một trong những ưu tiên hàng đầu của họ sẽ là giải quyết vấn đề thiếu nguồn nhân lực có năng lực sau Nghị quyết dừng điện hạt nhân năm 2016.

Ngoài ra, họ sẽ cần phải xem xét cẩn thận ưu tiên nào cần được thực hiện cho việc nhập khẩu SMR. Từ mô tả mà tôi đưa ra, có vẻ SMR sẽ là một phương thức lý tưởng để Việt Nam tham gia vào lĩnh vực này. Chúng ở quy mô mà chúng ta có thể làm chủ và xử lý, đủ nhỏ để thoát khỏi những ràng buộc nặng nề về nhiều mặt có khả năng ảnh hưởng đến một dự án lớn thông thường ở quy mô 10 tỷ Watt.

Tất nhiên, với tất cả các tính năng hấp dẫn mà tôi đã mô tả ở trên khiến chúng có mặt trên toàn cầu. Việc có được một vài lò trong số này sẽ cho chúng ta cơ hội làm quen đầy đủ với các kỹ thuật và văn hóa vốn có của lĩnh vực, để tự tin thực hiện việc xây dựng, khai thác các nhà máy chứa các lò phản ứng tỷ Watt.

Tuy nhiên, một bức tranh màu hồng và bình dị như vậy có thể hơi quá ngây thơ. Tôi không có năng lực đặc biệt trong những vấn đề này và những gì tôi thể hiện chỉ là quan điểm cá nhân. Còn quá sớm để tự tin đặt cược vào sự thành công của SMR. Mặc dù những gì chúng ta biết về các nguyên mẫu hiện tại là rất đáng khích lệ, nhưng có thể còn một chặng đường dài trước khi có thể đi đến sản xuất hàng loạt. Nhưng chúng ta có thể tin tưởng rằng: Chắc chắn không còn quá sớm để bắt tay ngay vào việc đầu tư nỗ lực lớn vào việc chuẩn bị và cá nhân tôi tin rằng cách duy nhất để làm điều đó một cách hiệu quả trong điều kiện Việt Nam là thành lập đơn vị tư vấn mà tôi vừa mô tả. Trong mọi trường hợp, việc Thủ tướng Chính phủ khuyến khích dành thời gian và công sức để xem xét lại một cách nghiêm túc việc khôi phục các nhà máy điện hạt nhân ở Việt Nam là rất cần thiết./.

TÁC GIẢ: GIÁO SƯ PIERRE DARRIULAT

BIÊN DỊCH: PHẠM NGỌC DIỆP

NGUỒN: TIA SÁNG

Chú thích:

1. https://vinatom.gov.vn/en/study-on-technology-and-safety-of-floating-nuclear-power-plants-using-small-modular-reactors/

2. https://www.iaea.org/sites/default/files/23/09/viet-nam-gc67.pdf

3. https://tienphong.vn/nganh-hat-nhan-truoc-van-hoi-co-lo-phan-ung-moi-manh-hon-han-lo-da-lat-post1301289.tpo

4. https://www.globaltimes.cn/page/202309/1297689.shtml

5. https://rosatom-asia.com/press-centre/news/rosatom-obtained-a-license-for-the-first-land-based-smr-in-russia/

6. https://en.evn.com.vn/d6/news/Minister-of-Industry-and-Trade-clarifies-concerns-of-National-Assemblys-members-about-transitional-renewable-energy-projects-66-163-3532.aspx

7. https://vietnamnews.vn/opinion/1250817/nuclear-power-might-be-the-answer-to-clean-energy-demand.html

8. https://en.vietnamplus.vn/ministry-proposes-developing-nuclear-power-on-small-scale/223522.vnp

9. https://www-ns.iaea.org/downloads/ni/safety_convention/7th-review-meeting/vietnam_nr-7th-rm.pdf

10. Năm 2012, trong khuôn khổ dự án Ninh Thuận, tôi nhận xét rằng: “Như đã biết và nhiều lần tuyên bố bởi các nhà khoa học Việt Nam có năng lực, có kinh nghiệm với lò phản ứng Đà Lạt, chúng ta chưa chuẩn bị cho sự kiện […] Hoa Kỳ có Argonne và Oak Ridge, Liên Xô có Obninsk, Anh có Harwell, Pháp có Saclay, chúng ta không có viện nào tập trung nỗ lực. Hoa Kỳ có Fermi và Walter Zinn, Liên Xô có Kurchatov, Anh có Cockcroft, Pháp có Joliot, chúng ta có một ủy ban nhưng không có ai phụ trách”.

Trong một bài viết khác, tôi viết: “Để một dự án thành công, điều cần thiết là phải có người phụ trách, chịu trách nhiệm về sự thành công của nó. Không phải chính ủy viên, không phải quản trị viên, không phải ủy ban... mà là người có năng lực, can đảm, hết lòng vì sứ mệnh của mình, dành toàn bộ thời gian và công sức cho nó. Một người được đồng nghiệp tôn trọng là người không ngại đấu tranh để có được sự hỗ trợ và nguồn lực cần thiết nhằm đưa dự án của mình đến thành công.

Tôi nhớ, ở Pháp, lĩnh vực Hạt nhân dưới thời Frederic Joliot và lĩnh vực Vũ trụ dưới thời Hubert Curien đã thành công như thế nào. Những ví dụ tương tự đã tồn tại ở tất cả các nước và nên được noi theo”.