Xu hướng dừng hoạt động các nhà máy nhiệt điện than cũ do chính sách chuyển dịch sang năng lượng sạch nhằm bảo vệ môi trường đang lan tỏa ở rất nhiều quốc gia. Tỷ lệ đóng góp của nhiệt điện than vào sản xuất điện ngày càng giảm và chúng đang dần được thay thế bằng các công nghệ sản xuất điện khác sử dụng khí tự nhiên hoặc năng lượng tái tạo như năng lượng gió và mặt trời.

Năng lượng hạt nhân đang được xem là công nghệ sạch rất phù hợp cho vai trò thay thế các nhà máy nhiệt điện than. Ứng dụng các công nghệ lò phản ứng hạt nhân tiên tiến, đặc biệt là các lò phản ứng hạt nhân dạng mô-đun kích cỡ nhỏ (SMR) thay thế cho các nhà máy nhiệt điện than đã cũ hoặc dừng hoạt động đang là một trong những ứng dụng giúp mục tiêu không phát thải cacbon của ngành điện trở nên khả thi.

Hình 1. Nhà máy nhiệt điện than Naughton dự kiến được thay thế bằng lò phản ứng hạt nhân sử dụng muối Natri của TerraPower (Nguồn: Getty Images) 

Báo cáo “Điều tra về Lợi ích và Thách thức của việc chuyển đổi các nhà máy than ngừng hoạt động sang nhà máy điện hạt nhân” được Bộ năng lượng Hoa Kỳ (DOE) thực hiện vào năm 2022. Các nhóm nghiên cứu của DOE đã sử dụng công cụ OR-SAGE kết hợp công nghệ GIS để đánh giá và sàng lọc các địa điểm tiềm năng dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm mật độ dân số, hoạt động địa chấn, khả năng ngập lụt và khoảng cách gần với nguồn nước làm mát, các mối nguy hiểm trong bán kính 0,5 dặm đến 1,0 dặm để đánh giá tính phù hợp của chúng đối với các lò phản ứng tiên tiến. Công cụ này mang lại tính linh hoạt trong việc đánh giá địa điểm không chỉ cho các nhà máy điện hạt nhân mà còn cho các loại hình sản xuất điện khác. Kết quả đánh giá xác định được 157 địa điểm nhà máy than đã ngừng hoạt động và 237 địa điểm nhà máy than đang hoạt động là những ứng cử viên tiềm năng cho quá trình chuyển đổi. 80% trong số những địa điểm này phù hợp để đặt các nhà máy điện hạt nhân tiên tiến bao gồm cả việc trang bị thêm tổ máy hạt nhân ngắn hạn tại các nhà máy than hiện đang vận hành hoặc phù hợp cho việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân công suất lớn. 

Bảng 1. Các đặc điểm nhà máy nhiệt điện than cần được xem xét khi chuyển đổi sang nhà máy điện hạt nhân:

Bên cạnh các yếu tố về mặt địa điểm, DOE đã nghiên cứu các tác động kinh tế và môi trường dựa trên việc đánh giá một địa điểm nghiên cứu điển hình giả định ở khu vực Trung Tây Hoa Kỳ với các kịch bản sử dụng lò phản ứng tiên tiến của NuScale và TerraPower. Các công ty này đang nỗ lực thương mại hóa và triển khai các lò phản ứng SMR với các ưu điểm như có mức vốn đầu tư ban đầu thấp hơn, khả năng mở rộng và tính linh hoạt về địa điểm cao hơn so với các lò phản ứng công suất lớn truyền thống. TerraPower đang có kế hoạch xây dựng lò phản ứng hạt nhân trình diễn sử dụng muối Natri gần một nhà máy nhiệt điện than sắp ngừng hoạt động ở Kemmerer, bang Wyoming. Đây sẽ là dự án chuyển đổi thử nghiệm đầu tiên của Hoa Kỳ.

Tùy thuộc vào công nghệ được sử dụng, chi phí đầu tư xây dựng của các dự án chuyển đổi này có thể giảm từ 15% đến 35% khi so sánh với một dự án xây dựng mới nhờ việc tái sử dụng cơ sở hạ tầng của nhà máy nhiệt điện than. Những tài sản này bao gồm địa điểm hiện có, các thiết bị điện của nhà máy nhiệt điện than (đấu nối lưới điện, trạm phân phối, v.v.), hệ thống cung cấp nước làm mát, hệ thống khử khoáng, nước dịch vụ, hệ thống phòng cháy chữa cháy và cơ sở hạ tầng dân dụng như đường sá và các tòa nhà. 

Hình 2. Sơ đồ sử dụng các hệ thống khi chuyển đổi từ nhà máy điện than sang nhà máy điện hạt nhân (Nguồn: Internet)

Kết quả tính toán cho trường hợp thay thế một nhà máy điện than công suất 1200 MWe bằng lò phản ứng hạt nhân 924 MWe của NuScale cho thấy dự án có thể tạo thêm 650 việc làm mới lâu dài cho địa phương và đem lại 275 triệu USD nhờ các hoạt động kinh tế mới. Những nghề nghiệp sẽ thu được lợi ích lớn nhất từ quá trình chuyển đổi từ than sang hạt nhân bao gồm kỹ sư hạt nhân, nhân viên vận hành lò phản ứng, kỹ thuật viên hạt nhân, đội ngũ an ninh, giám sát v.v... Các dự án này cũng có thể được hưởng lợi từ lực lượng lao động có kinh nghiệm trong các cộng đồng xung quanh các nhà máy nhiệt điện than ngừng hoạt động. Phân tích chuyển đổi lực lượng lao động của báo cáo đã nêu bật những thách thức và cơ hội đối với lực lượng lao động ngành than trong quá trình chuyển đổi sang các vị trí liên quan đến hạt nhân và nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đầu tư vào đào tạo và giáo dục, hỗ trợ người lao động trong giai đoạn chuyển tiếp.

Hình 3. Sử dụng phương pháp BLS và Dữ liệu nghề nghiệp IMPLAN cho thấy sự giảm 150 việc làm trong ngành than và gia tăng 350 việc làm trong ngành hạt nhân.[2]

Báo cáo của DOE cho thấy tiềm năng hiệu quả của việc chuyển đổi các nhà máy nhiệt điện than sang sử dụng điện hạt nhân. Theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, hiện đã có tới 11 bang công khai bày tỏ sự quan tâm đến việc tái sử dụng các địa điểm nhà máy nhiệt điện than của họ cho năng lượng hạt nhân. Những tiểu bang này bao gồm: Arizona, Colorado, Kentucky, Maryland, Montana, North Carolina, Pennsylvania, Utah, West Virginia, Wyoming và Wisconsin. Quá trình chuyển đổi từ than sang hạt nhân có thể tăng tổng công suất điện hạt nhân ở Mỹ lên hơn 350 GW so với công suất hiện tại là 95 GW, chiếm một nửa công suất điện sạch của nước này.

Giám đốc sáng lập Terra Praxis, Eric Ingersoll phát biểu tại Enlit Europe về việc tái sử dụng các nhà máy đốt than bằng nguồn hạt nhân tiên tiến và hợp lý hóa các quy trình này bằng các giải pháp kỹ thuật số và Trí tuệ nhân tạo.

Lược dịch và tổng hợp: Phạm Đức Trung

Tài liệu tham khảo:

[1] PowerEngineering. DOE study finds hundreds of U.S. coal plants could convert to nuclear. https://www.power-eng.com/nuclear/doe-study-finds-hundreds-of-u-s-coal-plants-could-convert-to-nuclear/

[2] DOE. Investigating Benefits and Challenges of Converting Retiring Coal Plants into Nuclear Plants. https://fuelcycleoptions.inl.gov/SiteAssets/SitePages/Home/C2N2022Report.pdf

[3] PowerEngineering. Nearly a dozen U.S. states considering coal-to-nuclear transitions. https://www.power-eng.com/nuclear/nearly-a-dozen-u-s-ten-states-considering-coal-to-nuclear-transitions/