Phát triển điện hạt nhân: Việt Nam lựa chọn công nghệ nào?

Câu hỏi này đã dấy lên tại Việt Nam, khi các cuộc bàn thảo về vai trò của điện hạt nhân trong nền tảng năng lượng cũng như tầm ảnh hưởng sâu rộng của nó với tiềm lực của một quốc gia hiện đại đặt lại vấn đề từng bị bỏ lửng từ cuối năm 2016.

Mới đây, vào ngày 5/12/2024, chuyến đi thị sát và làm việc của Tổng Bí thư Tô Lâm cùng đoàn công tác Trung ương tại Ninh Thuận, tới thôn Vĩnh Trường, xã Phước Dinh, huyện Thuận Nam – địa điểm từng được lựa chọn cho dự án nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 – đã làm rõ thêm quan điểm và quyết tâm của Việt Nam về một chương trình phát triển điện hạt nhân ở phía trước đã được Tổng Bí thư Tô Lâm nhấn mạnh, đó là phát triển nguồn điện hạt nhân sẽ giúp đa dạng nguồn cung năng lượng, bảo đảm an ninh năng lượng và chuyển dịch năng lượng xanh, giúp Việt Nam đạt mục tiêu phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 theo cam kết tại COP26. Việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân tại Ninh Thuận cũng sẽ là một cơ hội đưa Ninh Thuận trở thành một trung tâm năng lượng xanh của Việt Nam và nhiều cơ hội phát triển mới khác.

Để đảm bảo cho một tương lai phát triển bền vững nguồn điện mới này cho Việt Nam, Tổng Bí thư Tô Lâm cũng nêu rõ một định hướng quan trọng làm nền tảng, đó là Đảng và Nhà nước sẽ phải bảo đảm lựa chọn những công nghệ hạt nhân tốt nhất, chọn những đối tác tư vấn tốt nhất, đào tạo nhân lực quản lý tốt nhất để bảo đảm vận hành an toàn và hiệu quả dự án năng lượng này của quốc gia, không chỉ cho thế hệ hiện tại mà còn cho thế hệ con cháu mai sau.

Những ứng viên công nghệ sáng giá

Quyết định quay trở lại với điện hạt nhân của Việt Nam vào cuối năm 2024 trùng khớp với năm Nga kỷ niệm 70 thành lập Obninsk, nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới – một bước ngoặt lịch sử khi chứng minh cho thế giới thấy năng lượng nguyên tử có thể đem lại nguồn điện năng cho con người. “Việc chứng minh được là có thể sử dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình vào thời điểm đó là một thách thức lớn. Vì sao ư, là vì từ trước tới những năm 1940-1950, chưa có ai làm như thế, chưa có ai vạch ra được con đường đưa nó trở thành năng lượng phục vụ cuộc sống hằng ngày”, ông Alexay Lichachev, Tổng Giám đốc Rosatom nhận xét trong lễ kỷ niệm 70 năm nhà máy điện hạt nhân.

Điểm khởi nguồn của công nghệ hạt nhân thế giới nói chung và Nga nói riêng, là ở Obninsk, nơi lần đầu tiên trên thế giới chứng kiến sự nối lưới điện từ một lò phản ứng. Bảy thập niên từ đó tới nay, thế giới đã chứng kiến những bước phát triển, những thăng trầm đáng nhớ của công nghệ hạt nhân, không chỉ tại Nga mà còn nhiều quốc gia đi đầu khác phát triển được các thiết kế công nghệ khác nhau như Mỹ, Anh, Canada, Pháp, Đức,… Có rất nhiều loại công nghệ hạt nhân được thiết kế và phát triển ở các quốc gia này, rất đa dạng với nhiều loại mà người ta có thể phân biệt dựa vào chức năng, loại vật liệu điều hòa, vật liệu làm mát, pha nhiên liệu, thế hệ… Nếu lấy cột mốc Obninks cùng các lò phản ứng dạng mẫu thử đầu tiên khác như Shippingport (Mỹ), Dresden-01 (Đức)… thuộc về lò phản ứng thế hệ thứ nhất thì cho đến nay, sau 70 năm, thế giới công nghệ hạt nhân đã ghi nhận sáu thế hệ công nghệ ở các giai đoạn phát triển khác nhau, từ đang còn nghiên cứu đến đã thương mại hóa: Lò phản ứng thế hệ II (giai đoạn 1965–1996); lò phản ứng thế hệ III (cải tiến tiến hóa của các thiết kế hiện có, giai đoạn 1996–2016), Lò phản ứng thế hệ III+ (sự phát triển tiến hóa của lò phản ứng thế hệ III, mang lại những cải tiến về độ an toàn so với thiết kế lò phản ứng thế hệ III, giai đoạn 2017–2021) và lò phản ứng thế hệ IV (thiết kế tiên tiến với công nghệ vẫn đang được phát triển), lò phản ứng thế hệ V (mới chỉ là những thiết kế khả thi về lý thuyết).

Tại một hội thảo về các công nghệ năng lượng tại ĐH Điện lực vào tháng 5/2022, TS. Trần Chí Thành, Viện trưởng Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, nhận xét, những công nghệ đang và sẽ phổ biến trên thế giới hiện nay là lò phản ứng nước nhẹ (LWR) thế hệ III+ và lò phản ứng mô đun nhỏ (SMR). Khi đi sâu vào phân tích các công nghệ cụ thể, ông cho biết, trước tiên đó là công nghệ nước áp lực AP1000 (Mỹ) của lò phản ứng thế hệ III+, với chế độ an toàn thụ động được triển khai tại Trung Quốc và Mỹ cũng như một số quốc gia khác như Anh, Ấn Độ, CH Czech, Bulgaria…; công nghệ lò nước nhẹ áp lực VVER (AES2006/VVER-TOI, Nga) đang được triển khai tại Nga, Thổ Nhĩ Kỳ, Bangladesh, Finland, Hungary, Ai Cập, Trung Quốc, Ấn Độ với các loại thiết kế V491/V392M; công nghệ EPR1600 (FranAtom, Pháp) được triển khai tại Pháp, Trung Quốc, Anh; công nghệ Hua Long One (Trung Quốc) được phát triển tại Trung Quốc và mang tham vọng xuất khẩu công nghệ sang Pakistan, các quốc gia mới với điện hạt nhân ở châu Mỹ, châu Á; công nghệ lò nước nặng tiên tiến ACR-700 tại Ấn Độ, Canada.

Lắp đặt thùng lò phản ứng số một của nhà máy điện hạt nhân Rooppur, Bangladesh vào tháng 5/2018.

Bên cạnh đó, công nghệ lò phản ứng mô đun nhỏ (SMRs) đang được nhiều quốc gia quan tâm, phát triển và thiết kế, tuy nhiên mới bắt đầu xây dựng thử nghiệm, chưa có sản phẩm thương mại.

Cho đến bây giờ, dẫu đã có nhiều tín hiệu về tiềm năng của lò phản ứng mô đun nhỏ nhưng đây vẫn chỉ là công nghệ của tương lai. Do vậy, công nghệ tiên tiến và đạt tới độ trưởng thành công nghệ vẫn là lò phản ứng thế hệ III+. Đó là lý do mà các nhà chuyên môn cho rằng, việc lựa chọn công nghệ thế hệ III+ của dự án nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 vẫn còn nguyên giá trị.

Công nghệ nào phù hợp?

Vậy trong số các công nghệ thế hệ III + đang được sử dụng phổ biến trên thế giới này, công nghệ nào đáng lựa chọn? công nghệ nào phù hợp với nhu cầu của Việt Nam? Công nghệ nào thực sự an toàn? Hiệu suất an toàn của công nghệ là nhân tố quan trọng bậc nhất trong quá trình lựa chọn công nghệ. Và có lẽ, khi nghĩ về điện hạt nhân, ai cũng cảm thấy có phần lo ngại về tính an toàn của nó. Liệu công nghệ mà TS. Trần Chí Thành cho rằng phổ biến hiện nay, công nghệ thế hệ III+ đáng tin cậy như thế nào?

Trong một cuộc trao đổi với Tia Sáng vào năm 2016, TS. Lê Văn Hồng (Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam), một chuyên gia về công nghệ hạt nhân được đào tạo ở Nga, từng chia sẻ, sau các sự cố Three Mile Island (1979), Chernobyl (1986) và Fukushima (2011), công nghệ hạt nhân đã có nhiều thay đổi đáng kể, hướng tới các tiêu chuẩn an toàn ngày một cao hơn. Trong khi đó, “đối với các công nghệ trước đây, có hai vấn đề đáng chú ý. Thứ nhất, đó là hệ thống an toàn chủ yếu là an toàn chủ động (active safety), chỉ hoạt động khi được tiếp năng lượng hoặc có sự tác động của con người; thứ hai, thiết kế lò phản ứng tương ứng với những quy chuẩn an toàn giai đoạn đó thấp hơn nhiều so với những tiêu chuẩn hiện nay”, ông nói.

Để vượt qua các tiêu chuẩn an toàn mới sau các sự cố hạt nhân này, các lò phản ứng thế hệ II đều được đánh giá an toàn lại và nâng cấp một số nhà máy điện hạt nhân mới được xây dựng thuộc thế hệ III+ đã đảm bảo đầy đủ các yêu cầu an toàn hạt nhân khắt khe sau sự cố Fukushima. “Để giảm thiểu những mối nguy hiểm có thể xảy ra, công nghệ thiết kế và vận hành lò phản ứng hạt nhân ngày càng được hoàn thiện nhằm đảm bảo các phản ứng phân hạch hạt nhân diễn ra an toàn hơn, giảm thiểu khả năng nóng chảy vùng hoạt và giảm phát thải phóng xạ với những quy chuẩn an toàn không ngừng được nâng cao. Ví dụ theo yêu cầu hiện nay, mức độ dư thừa trong hệ thống an toàn được đòi hỏi ở mức cao theo khái niệm nguyên lý hỏng đơn, khi một hệ thống bị hỏng thì các hệ thống còn lại phải đảm bảo giữ vững chức năng an toàn của mình”, TS. Lê Văn Hồng phân tích. “Do đó, yếu tố công nghệ lại khiến giới công nghệ hạt nhân cảm thấy yên tâm hơn cả”.

Các tiêu chuẩn an toàn được chú trọng ở khắp mọi nơi có nhà máy điện hạt nhân đang vận hành hoặc đang được lập kế hoạch cũng như đang thi công. Trong khuôn khổ “Diễn đàn năng lượng hạt nhân Việt – Nhật lần thứ 14: Vai trò của điện hạt nhân trong biến đổi khí hậu và tính kinh tế của điện hạt nhân”, diễn ra vào ngày 3 và 4/12/2024 tại Hà Nội, ông Yuji Takahashi, Cơ quan Phát triển năng lượng hạt nhân Quốc tế Nhật Bản (JINE) cũng chia sẻ, sau Fukushima, các tiêu chuẩn an toàn của Nhật Bản đã được nâng lên ở mức rất khắt khe và các nhà máy điện hạt nhân khi được cấp phép tái khởi động cũng đều phải đáp ứng được các tiêu chuẩn mà Cơ quan pháp quy Nhật Bản đưa ra. Ví dụ như các nhà máy đều có thiết kế tường bao quanh các lò phản ứng để chống sóng thần; các cánh cửa không thấm nước và có khả năng kép là chống chịu bão, sóng thần; thiết kế đường chống lửa ở vòng ngoài quanh khu vực nhà máy; bên cạnh đó là các thiết kế tinh tế khử sự rò rỉ vật liệu phóng xạ ở quy mô lớn, các biện pháp tăng cường sức chống chịu của nền, các thiết bị trao đổi làm mát khí, các bể lưu trữ nước cho tình trạng khẩn cấp và các thiết bị đi kèm khác… Đó cũng là cách để Nhật Bản, “kể từ năm 2015 đã bắt đầu tái khởi động hai lò phản ứng và tới năm 2024, nâng lên con số 13 lò phản ứng hạt nhân được tái vận hành”, theo ông Yuji Takahashi. Hiện nay, ba lò phản ứng thế hệ mới đang được xây dựng tại Nhật Bản cũng phải đáp ứng những tiêu chí này.

Những tiến triển về công nghệ đó cũng được các nhà nghiên cứu của Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam quan sát và cập nhật, ngay cả thời kỳ chưa có tín hiệu rõ rệt nào về việc Việt Nam có thể sớm quay trở lại với điện hạt nhân. Niềm đam mê với nghề của họ giờ đã được tưởng thưởng: Những kinh nghiệm và hiểu biết không ngừng được tích lũy đó sẽ trở thành những vốn quý cho Việt Nam trong giai đoạn bắt đầu trở lại với kế hoạch này. “Các lò tiên tiến thế hệ III+ có công suất lớn (khoảng 1000 MWe hay lớn hơn), được trang bị các hệ thống an toàn nhiều lớp, đảm bảo an toàn theo chiều sâu, hệ điều khiển tự động tiên tiến, ngay cả khi nếu xảy ra sự cố, các hệ thống an toàn vận hành sẽ đảm bảo không ảnh hưởng đến con người và môi trường”, TS. Trần Chí Thành trao đổi tại hội thảo tháng 5/2022.

Dĩ nhiên, việc bổ sung những tính năng an toàn cho các lò phản ứng thế hệ mới để nó có sức chống chịu với những điều kiện ngoại cảnh bất lợi hoặc những phát sinh trong quá trình vận hành đã khiến nâng cao chi phí ban đầu của việc xây dựng một nhà máy điện hạt nhân so với trước đây. TS. Trần Chí Thành cho biết “Kinh phí đầu tư cho nhà máy điện hạt nhân trong vòng hơn một thập niên trở lại đây đã tăng lên, có phần ảnh hưởng đến tính kinh tế điện hạt nhân”. Tuy nhiên, dưới con mắt của một chuyên gia từng làm việc nhiều năm tại Nga và Thụy Điển, ông cho rằng “Có một điểm quan trọng là với hệ thống thiết bị chất lượng cao và xây dựng đảm bảo thì các nhà máy điện hạt nhân tiên tiến có thể vận hành trong vòng 80 năm hoặc hơn. Khả năng khai thác về lâu dài khiến cho điện hạt nhân vẫn có tính cạnh tranh với các loại nguồn điện khác”.

Công nghệ trưởng thành và đã có kiểm chứng

Trước đây, khi lên dự án nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1, Việt Nam đã lựa chọn công nghệ lò phản ứng nước nhẹ cải tiến VVER-1200 (AES-2006) thế hệ III+ mới do tập đoàn Rosatom (Nga) phát triển. Khái niệm VVER đầu tiên do S. M. Feinberg của Viện Kurchatov khởi xướng và bắt đầu thực hiện các nghiên cứu về kỹ thuật vào năm 1954. Vào năm 1955, OKB Gidropress tham gia vào dự án dưới sự điều phối và tư vấn của I. V. Kurchatov và A. P. Aleksandrov. Từ khởi nguồn thiết kế mẫu thử ban đầu vào năm 1955, công nghệ VVER (veda-vodyanoi energetichesky reaktor – lò phản ứng làm mát bằng nước) đã tiếp tục được phát triển và tiến hóa với những thiết kế mới. Trải qua nhiều năm, nhiều phiên bản khác nhau của thiết kế VVER đã được phát triển trong đó công nghệ VVER-1200 do OKB Gidropress (Podolsk) thiết kế dưới sự tư vấn của Viện nghiên cứu Kurchatov (Moscow) và được chế tạo tại Atommash (Volgodonsk).

Công nghệ VVER là một trục chính của nền công nghiệp hạt nhân thế giới. Vào năm 1964, lò phản ứng VVER đầu tiên (VVER-210) đã được vận hành tại nhà máy Novovoronezh. Cho đến nay, đây là một sản phẩm quan trọng, lá cờ đầu của Rosatom ở lĩnh vực lò phản ứng năng lượng quy mô lớn. trải qua nhiều lần tiến hóa và thiết kế mới, trong đó công nghệ gần nhất với VVER-1200 được tiến hóa từ công nghệ VVER-1000 được xây dựng ở Kudankulam Ấn Độ) và Tianwan (Trung Quốc) trong những năm 1990 và 2000. Trong quãng thời gian gần 10 năm dừng kế hoạch phát triển điện hạt nhân, chúng ta vẫn có thể quan sát việc công nghệ này được Rosatom xây ở Novovoronezh II (Nga) vào năm 2016 và trở thành công ty đầu tiên trên thế giới thương mại hóa công nghệ tiên tiến thế hệ III+. Năm 2021, lò phản ứng số một Belarus với công nghệ này đã đi vào vận hành và trở thành lò phản ứng thế hệ III+ tiên tiến đầu tiên do Nga thiết kế ở nước ngoài. Sau những cột mốc này, Rosatom đã tiếp tục xuất khẩu công nghệ này sang Ai Cập với nhà máy El Dabaa; Bangladesh với nhà máy Rooppur; Thổ Nhĩ Kỳ với nhà máy Akkuyu; Trung Quốc với hai nhà máy Tianwan, Xudabao. Ngoài ra, cho đến tháng 10/2024, có tất cả 19 lò phản ứng VVER đang được vận hành ở châu Âu, trong đó có bốn lò VVER 1.000 MW ở Bulgaria, CH Czech, và 15 lò phản ứng VVER 440 MW ở Czech, Phần Lan, Hungary và Slovakia.

So với các phiên bản trước, thiết kế mới VVER-1200 đã được cải thiện hiệu suất ở rất nhiều tham số và bổ sung một phạm vi các hệ thống an toàn để ngăn ngừa các hợp chất phóng xạ thoát ra khỏi nhà lò trong những tình trạng khẩn cấp. Nhìn tổng thể, công nghệ VVER-1200 có đặc điểm là gia tăng sản lượng điện năng; thời gian vận hành 60 năm ban đầu có thể mở rộng thêm 20 năm tiếp theo; hiệu suất sử dụng cao (90%); vận hành trong vòng 18 tháng mà không cần thay đảo nhiên liệu, thậm chí chu trình nhiên liệu có thể được mở rộng trong vòng 60 ngày…

Các công nghệ tiên tiến được tích hợp vào thiết kế VVER-1200 là một bể nhiên liệu đã qua sử dụng được đặt trong nhà lò, các thiết bị lọc thông hơi có bảo vệ, một bộ phận gom lõi bằng một bộ phận đặc biệt để ngăn ngừa các vật liệu phóng xạ rò rỉ, các hệ thống an toàn thụ động (passive safety systems) vượt trội so với nhiều công nghệ khác trong việc loại bỏ nhiệt dư. Có thể nói, VVER-1200 đã kết hợp nhiều giải pháp kỹ thuật đã được chứng minh theo thời gian của các hệ thống an toàn thụ động và chủ động với những yêu cầu khắt khe hậu Fukushima, trong đó hệ thống an toàn chủ động được thiết kế để phản hồi một cách nhanh chóng những sự cố và tình trạng khẩn cấp có thể xảy ra, hệ thống an toàn thụ động không cần con người tham gia điều khiển để xử lý bất kỳ tình trạng khẩn cấp nào. Rosatom cũng đã thông báo, công nghệ VVER-1200 cũng đạt mọi tiêu chuẩn an toàn của Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) và công nghệ VVER-TOI, một công nghệ phát triển từ VVER đã được châu Âu cấp phép.

Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng, thậm chí VVER-1200 còn phản hồi nhanh hơn so với một số công nghệ hiện hành như AP-1000 của Mỹ và giá trị Chỉ số an toàn toàn cầu (GSI values) – xác suất xảy ra tai nạn, hiệu suất của hệ thống an toàn trong trường hợp xuất hiện tai nạn cơ bản như mất khả năng làm mát (LOCA), và các hệ quả của tai nạn – còn cao hơn so với công nghệ AP-1000.

Việc lập lộ trình phát triển điện hạt nhân và tái khởi động dự án nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 sẽ được các chuyên gia bàn thảo. Tuy nhiên, không nghi ngờ gì nữa, công nghệ tiên tiến thế hệ III+ nói chung và công nghệ VVER-1200 sẽ là những ứng cử viên sáng giá nhất.