Bối cảnh cho sự xuất hiện SMR

Điện hạt nhân là một trong những nguồn năng lượng thải ra ít carbon dioxide nhất trên mỗi kWh. Điện hạt nhân cung cấp điện năng ổn định 24/7, hiệu quả cho lưới điện. Các lò phản ứng cũng có thể được đặt ở các vị trí chiến lược trong hệ thống điện, giúp giảm thiểu chi phí đường dây.

Nhìn chung, điện hạt nhân có một số đặc tính hấp dẫn về mặt kỹ thuật công nghệ nhưng cũng có những vấn đề thực tế cần cân nhắc rất thận trọng, chẳng hạn như:

● Các lò phản ứng lớn xây dựng mới có chi phí rất lớn, chỉ một số chủ đầu tư có khả năng tài chính mới có thể đầu tư vào lò phản ứng hạt nhân. Thời gian khấu hao của lò phản ứng là khoảng 20 năm, nghĩa là sau khoảng thời gian này, lò phản ứng có thể tạo ra năng lượng hữu ích trong 60 hoặc thậm chí hơn nữa với mức giá khả thi về mặt thương mại.

● Quản lý nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng là một công việc phức tạp. Các vấn đề liên quan ở đây không chỉ phát sinh từ vấn đề kỹ thuật mà liên quan đến nhiều khía cạnh quản lý khác. Các quy định toàn diện về an toàn, biện pháp bảo vệ và an ninh có xu hướng ngày càng phức tạp và mất thời gian hơn.

● Rủi ro về sự cố luôn hiện hữu trong bất kỳ hệ thống kỹ thuật nào là một vấn đề đối với điện hạt nhân. Điều này có thể dẫn đến tổn thất kinh tế cho chủ đầu tư lò phản ứng; một phần đáng kể sản lượng điện bị mất, ảnh hưởng tiêu cực đến xã hội; vật liệu phóng xạ có nguy cơ lan ra môi trường xung quanh.

Lò phản ứng module nhỏ là gì?

Lò phản ứng module nhỏ (SMR) là tên gọi chung cho một phổ các công nghệ lò phản ứng khác nhau, trong đó công suất của lò phản ứng thường khoảng 300 MW trở xuống. SMR có thể thuộc loại được gọi là thế hệ IV hoặc cùng công nghệ với các lò phản ứng lớn hiện tại, tức là sử dụng nước nhẹ làm chất làm mát/chất điều hòa.

SMR được thiết kế để chế tạo tại nhà máy, dưới dạng các đơn vị hoàn thiện hoặc từng thành phần. Một phần quan trọng của khái niệm SMR là các lò phản ứng phải được phê duyệt theo loại, không giống như hiện nay, khi mỗi lò phản ứng được phê duyệt riêng lẻ.

SMR thực tế được chuẩn hóa, có kích thước tương đối nhỏ, được lắp đặt thay vì xây dựng tại chỗ, thời gian triển khai dự kiến ngắn nên ​​sẽ giảm yêu cầu về vốn xuống đến mức mà các công ty điện hạt nhân hiện tại và các bên liên quan có thể chấp nhận được.

Cần lưu ý rằng SMR đã hoạt động trên các tàu quân sự trong khoảng 70 năm với kinh nghiệm vận hành tốt. Do đó, SMR nước nhẹ có thể được coi là phiên bản phát triển của lò phản ứng trên tàu quân sự, nay chuyển sang đáp ứng các yêu cầu dân sự.

Ứng dụng của SMR

Công suất đầu ra tương đối thấp nên SMR ít phù hợp để phát điện trên quy mô lưới điện quốc gia so với các lò phản ứng quy mô lớn. Tuy nhiên, kích thước và cấu trúc module khiến chúng khá phù hợp cho việc phát điện tại địa phương hoặc khu vực, ví dụ như sản xuất điện cho các khu phức hợp công nghiệp.

Ở các quốc gia không có lưới truyền tải điện rộng lớn, SMR có thể là giải pháp hiệu quả cho tình trạng thiếu điện mà các quốc gia này thường gặp phải. Khi vận hành, SMR không cần nhiều nhân công, điều này cho thấy SMR có thể mang lại lợi ích ở các nước kém phát triển trên thế giới.

Bên cạnh các ưu điểm đề cập ở trên, SMR còn có thể phục vụ cho các ứng dụng hiện đang thiếu các giải pháp thân thiện với môi trường và khí hậu. Ví dụ, các ứng dụng về sưởi ấm khu vực, khử muối nước biển, quy trình sản xuất hơi nước và hydro.

An toàn và bảo mật của SMR

Một số tính năng kỹ thuật của SMR dựa trên các nguyên lý vật lý đơn giản. Điều này cho phép đạt được mức độ an toàn cao vì hệ thống an toàn có thể được làm “thụ động”, nghĩa là vận hành mà không cần sự can thiệp của con người hoặc nguồn điện bên ngoài, như khả năng làm mát lõi sau khi tắt.

Thiết kế cải tiến làm giảm đáng kể nguy cơ lõi lò tan chảy vì không cần nguồn điện bên ngoài hoặc xử lý, để vận hành máy bơm chất làm mát. Ở đây, cần lưu ý rằng, các hệ thống thụ động là phần bổ sung cho công trình vốn đã rất an toàn dựa trên kinh nghiệm lâu năm từ thiết kế và sử dụng điện hạt nhân.

Tuy nhiên, khi nhiều SMR được đưa vào sử dụng tại các cơ sở hạt nhân phi truyền thống, mọi thứ trở nên phức tạp hơn. Một trong những thách thức đó là việc quản lý vật liệu hạt nhân.

Ví dụ, cần có các tuyến vận chuyển cho nhiên liệu tươi và nhiên liệu đã qua sử dụng. Với những tuyến này, cần phải triển khai các biện pháp bảo vệ rộng rãi hơn. Nhìn chung, hậu cần sẽ trở nên đa dạng hơn, khó giám sát hơn theo một cách toàn diện.

Vì các biện pháp bảo vệ hạt nhân hiện tại không phù hợp với thực tế mới như vậy nên cần có phương pháp tiếp cận mới. Đổi lại, điều này sẽ đòi hỏi sự hợp tác chặt chẽ giữa các cơ quan quản lý, ngành năng lượng và Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA).

Cuối cùng, điều đáng chú ý là khi sử dụng trên đất liền, kích thước của SMR cho phép lắp đặt chúng dưới lòng đất hoặc trong hang đá, giúp giảm thiểu khả năng tiếp xúc với các tác động bên ngoài nên tăng cường tính bảo mật.

Nhận xét

Khi ở giai đoạn triển khai đầy đủ, SMR dự kiến ​​sẽ cung cấp giải pháp khả thi về mặt kinh tế cho các khu vực quy mô vừa và nhỏ. Mặc dù sản lượng điện của một SMR thông thường nhỏ hơn đáng kể so với một lò phản ứng quy mô lớn, nhưng SMR thể hiện một số lợi thế quan trọng:

● Kích thước tương đối nhỏ giúp SMR có thể triển khai ở những địa điểm mà lò phản ứng quy mô lớn không phù hợp về mặt diện tích lắp đặt. Các địa điểm như vậy có thể ở gần các thành phố hay khu vực nhà máy.

● Sự kết hợp giữa nhiệt và điện làm cho SMR trở nên hữu ích cho việc kết hợp sản xuất điện và sưởi ấm khu vực. Điều này cải thiện yếu tố kinh tế khi các lò phản ứng được vận hành ở chế độ theo tải.

● Mặc dù công suất điện của SMR nhỏ hơn lò phản ứng quy mô đầy đủ, nhưng công suất 300 MW không hề nhỏ về mặt quán tính. Điều này có nghĩa là SMR phù hợp để ổn định lưới điện tại các địa điểm được lựa chọn theo nhu cầu.

● Về cơ bản, SMR nước nhẹ không phải là công nghệ mới. Bên cạnh hệ thống an toàn thụ động, sơ đồ vận hành và bảo trì là phiên bản thu nhỏ của các hệ thống được sử dụng cho các lò phản ứng nước nhẹ hiện tại. Điều này có lợi vì có thể sử dụng phần lớn kiến ​​thức chuyên môn và hậu cần hiện có.