Những gã khổng lồ trong ngành công nghiệp hạt nhân Hoa Kỳ đang tham gia xây dựng và phát triển các lò phản ứng điện hạt nhân AP1000 tại nhiều quốc gia trên thế giới

Tại Hoa Kỳ, lò phản ứng AP1000 đầu tiên được lắp đặt tại Nhà máy điện Vogtle đã bắt đầu vận hành thương mại vào ngày 31/7 năm nay. Tổ máy AP1000 thứ hai dự kiến sẽ bắt đầu hoạt động vào đầu năm tới. Công ty Bechtel tham gia xây dựng công trình này từ năm 2017.

Ở các nước, lò phản ứng AP1000 mới cũng đang thu hút nhiều sự quan tâm đầu tư. Mới đây các Công ty Westinghouse Electric và Bechtel đã cùng nhau đề xuất một thỏa thuận nhằm xây dựng tại Cộng hòa Séc 4 lò phản ứng hạt nhân AP1000 tại hai cơ sở điện hạt nhân Dukovany và Temelin. Nhà máy điện hạt nhân Dukovany hiện có 4 tổ máy điện hạt nhân loại VVER-440 do Liên Bang Nga thiết kế với tổng công suất lắp đặt là 2.040 MW, bắt đầu vận hành trong giai đoạn 1985 - 1987. Còn Temelin có hai tổ máy VVER-1000 với tổng công suất 2.180 MW.

Ngoài ra, Westinghouse cũng sẽ cung cấp nhiên liệu hạt nhân cho cả hai cơ sở hạt nhân Dukovany và Temelin bắt đầu từ năm 2024, thay thế cho nhiên liệu hạt nhân từ Nga.

Hình 1. Nhà máy điện hạt nhân Dukovany (Nguồn: Tập đoàn ČEZ)

Vào năm 2022, Ba Lan đã công bố kế hoạch xây dựng 3 lò phản ứng AP1000 và dự kiến sẽ xây dựng thêm khoảng 3 lò nữa trong tương lai.

Tại Trung Quốc, hiện nước này có bốn lò phản ứng AP1000 đang hoạt động. Hai lò phản ứng tại Nhà máy điện hạt nhân Tam Môn ở Chiết Giang và hai lò phản ứng tại Nhà máy điện hạt nhân Hải Dương ở Sơn Đông. Hội đồng Nhà nước Trung Quốc cũng đã phê duyệt xây dựng mới hai tổ máy AP1000 cho Nhà máy điện hạt nhân Liêm Giang tại tỉnh Quảng Đông.

Tại Ukraina, 9 tổ máy AP1000 đang được lên kế hoạch xây dựng tại nhiều địa điểm, bao gồm nhà máy điện hạt nhân Khmelnytskyi thuộc sở hữu của Energoatom. Bulgaria cũng đã chọn công nghệ AP1000 cho các tổ máy bổ sung tại Kozloduy.

Nhật Bản mở rộng quan hệ đối tác với nhà thiết kế lò phản ứng Hoa Kỳ TerraPower

Vào ngày 1/11 vừa qua, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản (JAEA), Mitsubishi Heavy Industries (MHI), Mitsubishi FBR Systems (MFBR) và TerraPower đã công bố mở rộng biên bản ghi nhớ (MOU) đã được ký giữa các bên vào tháng 1 năm 2022 nhằm phát triển công nghệ Lò phản ứng nơtron nhanh làm mát bằng muối nóng chảy (SFR) và sớm cung cấp vào thị trường. Trước đó vào tháng 7 năm 2023, Nhật Bản đã chọn phát triển ý tưởng lò SFR dạng bể chứa có công suất 650 MW do MFBR đề xuất và MHI là nhà sản xuất và xây dựng chính.

Biên bản ghi nhớ mở rộng này sẽ cho phép TerraPower và Nhật Bản có cơ hội hợp tác với ý tưởng thiết kế lò phản ứng chung dựa trên dự án lò phản ứng nơtron nhanh trình diễn của Nhật Bản và các công nghệ hiện có của TerraPower. Công ty này hiện đang phát triển lò phản ứng làm mát bằng Natri lỏng có công suất 345 MW ở Hoa Kỳ với sự hỗ trợ của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) thông qua Chương trình Trình diễn Lò phản ứng Nâng cao (ARDP). Lò phản ứng đầu tiên của TerraPower dự kiến sẽ bắt đầu vận hành thương mại vào năm 2030.

Phần Lan tiếp tục củng cố nguồn điện hạt nhân

Hơn 90% điện năng của Phần Lan hiện tại được sản xuất từ các nguồn tài nguyên không phát thải khí nhà kính, trong đó điện hạt nhân là nguồn đóng góp hàng đầu. Và với việc bắt đầu vận hành thương mại tổ máy Olkiluoto-3 có công suất 1600 MW từ tháng 4 năm nay, tổng lượng điện hạt nhân được sản xuất tại Phần Lan đã có bước nhảy vọt. Trên thực tế, hiện tại khoảng 30% điện năng của Phần Lan đến từ ba tổ máy điện hạt nhân tại Olkiluoto. Cộng thêm hai tổ máy tại nhà máy điện hạt nhân Loviisa, năng lượng hạt nhân hiện đang chiếm gần 40% tổng sản lượng điện của quốc gia này.

Olkiluoto-3 là lò phản ứng công nghệ nước áp lực EPR của Pháp. Dự án nhận được chấp thuận của quốc hội Phần Lan vào năm 2002 và chính thức được khởi công vào năm 2005 bởi liên danh bao gồm AREVA GmbH (Đức), AREVA NP SAS (Pháp) và Siemens AG (Đức – sau tái cấu trúc thành Siemens Energy).

Tổ máy số 3 mất nhiều thời gian để xây dựng hơn dự kiến ban đầu. Sự chậm trễ và chi phí vượt mức của dự án này đã dẫn tới các rắc rối tài chính và tranh chấp hợp đồng của các bên liên quan. Vào năm 2018, một thỏa thuận dàn xếp đã được hoàn tất và kết quả cuối cùng đã chứng tỏ sự chờ đợi là đáng giá. Lò phản ứng này hiện đang cung cấp nguồn điện tải nền đáng tin cậy để phục vụ khoảng 14% nhu cầu của đất nước.

Hình 2. Tổ máy số 3 nhà máy điện hạt nhân Olkiluoto sử dụng công nghệ EPR. (Nguồn: TVO)

Tổ máy này hiện đã hoạt động được hơn sáu tháng mà không có bất kỳ sự gián đoạn nào và hệ số công suất gần đạt 100%. 1600 MW năng lượng điện không phát thải cacbon từ tổ máy này là sự bổ sung đáng giá cho hệ thống điện Phần Lan. Trong khi phần lớn châu Âu phải đối mặt với khủng hoảng năng lượng thì Phần Lan có giá điện trên thị trường rẻ thứ hai vào năm 2022, chỉ sau Thụy Điển.

Nhà máy điện hạt nhân Shin Hanul đánh dấu bước đầu tiên trong thời kỳ phục hưng ngành năng lượng hạt nhân của Hàn Quốc

Hàn Quốc đã mở rộng chương trình điện hạt nhân sau khi Tổng thống Yoon Suk Yeol nhậm chức vào tháng 5 năm ngoái. Các quan chức chính phủ nước này đã đảo ngược kế hoạch loại bỏ năng lượng hạt nhân và cam kết sẽ triển khai xây dựng các lò phản ứng điện hạt nhân của quốc gia này trên toàn quốc và xuất khẩu ra nước ngoài trong tương lai.

Bộ Thương mại, Công nghiệp và Năng lượng Hàn Quốc (MOTIE) cho biết Kế hoạch cơ bản về cung và cầu điện dài hạn (BPLE) của Hàn Quốc, còn được gọi là Quy hoạch điện lực thứ 10 được công bố vào đầu năm nay đã đặt mục tiêu cung cấp năng lượng tái tạo và khôi phục vai trò của các nhà máy điện hạt nhân trong cơ cấu nguồn điện trong giai đoạn từ 2022 đến 2036. Cơ quan này lưu ý rằng nhu cầu điện đang gia tăng trên một số lĩnh vực, bao gồm sạc xe điện, cung cấp điện cho các trung tâm dữ liệu và các ngành công nghệ cao như sản xuất chất bán dẫn và pin - hai lĩnh vực quan trọng ở Hàn Quốc.

Hình 3. Nhà máy điện hạt nhân Shin Hanul, Hàn Quốc với công nghệ lò phản ứng APR-1400 (Nguồn: Yonhap)

Lò phản ứng điện hạt nhân mới nhất được đưa vào vận hành tại Hàn Quốc là tổ máy số 1 nhà máy điện hạt nhân Shin Hanul. Tổ máy này đi vào hoạt động thương mại vào tháng 12 năm 2022. Tổ máy số 2 dự kiến sẽ đi vào hoạt động vào đầu năm 2024 sau khi việc nạp nhiên liệu cho tổ máy này được hoàn thành vào tháng 9 năm nay. Cả hai tổ máy đều sử dụng công nghệ lò phản ứng nước áp lực (PWR) APR-1400 do Korea Engineering thiết kế.

APR-1400 là lò phản ứng nước áp lực (PWR) tiên tiến thế hệ thứ III có công suất 1.400 MWe và tuổi thọ thiết kế 60 năm. Hai tổ máy APR-1400 đầu tiên được xây dựng tại nhà máy điện hạt nhân Saeul và lần lượt được đi vào hoạt động thương mại vào năm 2016 và năm 2019.

Thông qua việc nội địa hóa các thành phần cốt lõi như máy bơm lò phản ứng và hệ thống đo lường và điều khiển của nhà máy, Hàn Quốc tuyên bố đã đạt được sự độc lập về công nghệ nhà máy điện hạt nhân.

Tổ máy số 3 và 4 tại nhà máy điện hạt nhân Shin Hanul đã được khởi động xây dựng lại sau khi tạm đình chỉ trước đó vào năm 2017 sau những lo ngại từ sự cố tại Fukushima. Đây cũng là một trong số những hành động đầu tiên của chính phủ Tổng thống Yoon nhằm khuyến khích sự hồi sinh “hệ sinh thái nhà máy điện hạt nhân” của Hàn Quốc. KHNP và Doosan Enerbility vào tháng 3 năm nay đã ký hợp đồng cung cấp các thiết bị chính trị giá 2,2 tỷ USD cho hai tổ máy 3 và 4. Doosan Enerbility sẽ cung cấp thùng lò phản ứng hạt nhân, lò hơi và tuabin cho hai lò phản ứng APR-1400. Tổ máy Shin Hanul 3 dự kiến hoàn thành vào năm 2032 và Tổ máy 4 vào năm 2033.

Quy hoạch điện lực lần thứ 10 của Hàn Quốc đưa ra cách thức nhằm tăng tỷ trọng năng lượng hạt nhân trong cơ cấu nguồn điện của Hàn Quốc lên gần 35% trong thập kỷ tới thông qua việc tiếp tục vận hành 12 lò phản ứng cũ, cùng với 4 tổ máy mới tại Shin Hanul và 2 tổ máy mới tại Shin Kori (nay gọi là Saeul). Công suất phát điện hạt nhân sẽ tăng từ 24,7 GW vào năm 2022 lên 28,9 GW vào năm 2030 và lên 31,7 GW vào năm 2036.

Bản quy hoạch cũng đẩy mạnh việc xuất khẩu công nghệ điện hạt nhân của Hàn Quốc bằng việc xây dựng ít nhất 10 lò phản ứng hạt nhân mới tại nước ngoài vào năm 2030, đồng thời kêu gọi phát triển các lò phản ứng mô-đun nhỏ. Hàn Quốc đã xây dựng và đưa vào vận hành ba trong số bốn tổ máy của Nhà máy điện hạt nhân Barakah ở UAE. Tổ máy số 4 vừa nhận được giấy phép hoạt động vào tháng 11 năm nay. Tập đoàn Điện lực Hàn Quốc (KEPCO) hồi đầu năm nay đã đề xuất với Thổ Nhĩ Kỳ để tham gia dự án xây dựng 4 lò phản ứng hạt nhân APR-1400 tại quốc gia này.

Nhiên liệu hạt nhân tiên tiến có độ làm giàu cao nhất trong lịch sử được sử dụng cho nhà máy điện hạt nhân Vogtle

Vào cuối tháng 9 năm nay, Công ty Southern Nuclear công bố đã nhận được sự chấp thuận lần đầu tiên từ Ủy ban Điều tiết Hạt nhân Hoa Kỳ (NRC) để sử dụng nhiên liệu hạt nhân tiên tiến chịu được sự cố hạt nhân (Accident Tolerant Fuel - ATF) có độ làm giàu uranium lớn hơn 5% tại tổ máy số 2 của nhà máy điện hạt nhân Vogtle. Nhiên liệu này dự kiến sẽ được nạp vào năm 2025 và sẽ có mức làm giàu lên tới 6%. Cột mốc quan trọng này nhấn mạnh những nỗ lực trong việc tối ưu hóa nhiên liệu, giúp tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu và chi phí hợp lý lâu dài cho các nhà máy điện hạt nhân.

Nhiên liệu ATF bắt đầu được nhắc tới sau sự cố tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima, Nhật Bản vào tháng Ba năm 2011. Vào năm 2012, Quốc hội Hoa Kỳ đã sử dụng thuật ngữ “nhiên liệu có khả năng chịu đựng sự cố hạt nhân” lần đầu tiên trong Đạo luật Phân bổ ngân sách. Vào năm 2015, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã đưa ra một báo cáo trước Quốc hội nêu chi tiết về chương trình nhiên liệu có khả năng chịu đựng sự cố và đặt mục tiêu đưa bó thanh nhiên liệu công nghệ mới vào lò phản ứng thương mại vào cuối năm 2022.

Southern Company là công ty đầu tiên trên thế giới lắp đặt các tổ hợp nhiên liệu có khả năng chịu sự cố do GE phát triển tại nhà máy điện hạt nhân Edwin Irby Hatch vào năm 2018, sớm 4 năm so với kế hoạch của DOE. Công ty này cũng đã lắp đặt bốn bó nhiên liệu GAIA do Framatome phát triển có chứa các tính năng chịu sự cố tiên tiến tại tổ máy số 2 nhà máy điện hạt nhân Vogtle một năm sau đó. Hiện tại công ty này đang thử nghiệm với loại nhiên liệu tiên tiến thứ ba do Westinghouse sản xuất.

Hình 4. Bó nhiên liệu chịu sự cố do Westinghouse sản xuất có lớp vỏ làm bằng hợp kim zirconium phủ crom (Nguồn: Westinghouse)

Việc thử nghiệm các loại nhiên liệu có độ làm giàu cao trên 5% là một thử thách cho các hoạt động cấp phép và quản lý trong quá trình phát triển của ngành năng lượng hạt nhân.

Ngoài cải thiện đáng kể mức độ an toàn, nhiên liệu ATF sẽ nâng cao hiệu suất nhà máy điện và hỗ trợ tăng cường độ tin cậy của lưới điện. Chu kỳ thay nhiên liệu được kéo dài lên 24 tháng cũng giúp gia tăng sản lượng điện, giảm chi phí phát điện và cải thiện lịch trình làm việc cho các nhân sự nhà máy.

Lược dịch và tổng hợp: Phạm Đức Trung

Nguồn tham khảo:

[1] POWER magazine. Nuclear Industry Giants Collaborate on European Projects While Japan Expands Partnership with U.S. Reactor Designer. https://www.powermag.com/nuclear-industry-giants-collaborate-on-european-projects-while-japan-expands-partnership-with-u-s-reactor-designer/

[2] POWER magazine. Olkiluoto Unit 3 Provides Carbon-Free Nuclear Power and Energy Security for Finland. https://www.powermag.com/olkiluoto-unit-3-provides-carbon-free-nuclear-power-and-energy-security-for-finland/

[3] POWER magazine. Shin Hanul Provides First Step in South Korea’s Nuclear Renaissance. https://www.powermag.com/shin-hanul-provides-first-step-in-south-koreas-nuclear-renaissance/

[4] POWER magazine. Advanced Nuclear Fuel with Enrichment Exceeding Historical Limits Approved for Installation at Plant Vogtle. https://www.powermag.com/advanced-nuclear-fuel-with-enrichment-exceeding-historical-limits-approved-for-installation-at-plant-vogtle/?oly_enc_id=2771F7176545I4G