Lựa chọn thế hệ lò phản ứng cho nhà máy điện hạt nhân đầu tiên ở nước ta

Năm 2000, Bộ Năng lượng Mỹ (Department of Energy – DOE) đề ra sáng kiến thành lập “Diễn đàn quốc tế thế hệ IV” (Generation IV International Forum) để cùng nhau nghiên cứu chế tạo lò phản ứng hạt nhân thế hệ thứ tư. Diễn đàn này hiện có 13 nước thành viên: Mỹ, Canađa, Nga, Pháp, Nhật, Hàn Quốc, Anh, Braxin, Achentina, Trung Quốc, Nam Phi, Thuỵ Sĩ và Euratom (Cơ quan Năng lượng Nguyên tử châu Âu).

Ngày 25.2.2005, một hiệp ước liên Chính phủ (accord intergouvernemental) đã được ký kết để chính thức hoá sự cam kết giữa các bên tham gia Diễn đàn. Tiếp theo đấy, một cuộc họp của Diễn đàn đã đề ra 6 hướng nghiên cứu và phân công cho các nước thành viên. Những phương hướng ấy bao gồm nghiên cứu lò phản ứng nơtron nhanh làm lạnh bằng khí (Gas Fast Reactor – GFR), hoặc bằng natri lỏng (Sodium Fast Reactor – SFR) hay bằng chì lỏng (Lead Fast Reactor – LFR) cho phép sử dụng toàn bộ urani chứ không phải chỉ sử dụng urani – 235 (chỉ chiếm 0,7% trong urani tự nhiên) như các lò phản ứng nơtron nhiệt thông dụng hiện nay, nhờ vậy có thể nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu hạt nhân lên gấp hơn một trăm lần, hay nghiên cứu lò phản ứng nhiệt độ rất cao (Very High Temperature Reactor – VHTR) trong ấy nhiệt độ trong vòng nước sơ cấp lên đến trên 1000oC (chứ không phải chỉ có 320oC như hiện nay), nhờ vậy có thể nâng cao hiệu suất biến đổi nhiệt năng ra điện năng và có thể dùng để chế tạo ra khí hyđrô là thứ nhiên liệu sẽ thay thế cho dầu xăng (chỉ khoảng 50 năm sau sẽ cạn kiệt)... Hiện nay các lò phản ứng thế hệ thứ tư đang ở giai đoạn nghiên cứu thí nghiệm. Dự kiến những nhà máy điện hạt nhân dùng lò phản ứng thế hệ thứ tư có thể sẽ được thương mại hoá vào khoảng những năm 2030 – 2040.

Những nhà máy điện hạt nhân thế hệ thứ nhất ra đời ở Anh và Pháp vào giữa những năm 50 của thế kỷ XX dùng nhiên liệu là urani tự nhiên, chất làm chậm nơtron là graphit, chất làm lạnh và tải nhiệt là khí CO2. Loại lò phản ứng thuộc thế hệ thứ nhất này được ký hiệu là GCR ( Gas cooled reactor – lò phản ứng làm lạnh bằng khí).

Từ năm 1956 đến 1969, Pháp đã xây dựng 5 lò phản ứng hạt nhân thế hệ thứ nhất, công suất từ 70 MW đến 515 MW. Năm 1969 lúc đang xây dựng lò phản ứng GCR thứ 6 công suất 650 MW thì xảy ra sự cố kỹ thuật nghiêm trọng. Ngày 13.11. 1969, sau một cuộc họp nội các, Tổng thống Pháp Georges Pompidou chính thức tuyên bố ngừng việc xây dựng tiếp các lò phản ứng thế hệ thứ nhất (GCR) và chuyển sang giai đoạn hoàn toàn xây dựng các lò phản ứng thế hệ thứ hai kiểu nước áp lực (PWR – Pressurized Water Reactor) của Mỹ.

Lò phản ứng thế hệ thứ hai PWR dùng nhiên liệu là urani giàu 3% urani – 235, chất làm chậm và chất tải nhiệt đều là nước thường (H2O). Nước tải nhiệt được nén tới áp suất 130 – 150 kg/cm2 nên tuy sau khi đã qua các thanh nhiên liệu trong lò phản ứng nhiệt độ lên đến 320oC những vẫn không sôi (nước dưới áp suất bình thường thì sôi ở 100oC). Qua bộ phận trao đổi nhiệt, nước trong một vòng nước thứ hai sôi và tạo ra hơi nước làm quay tuabin và khởi động máy phát điện. Sau khi đi qua bộ phận trao đổi nhiệt, chất tải nhiệt nguội đến 280oC, sau đấy được bơm trở lại vào lò phản ứng để tiếp tục tải nhiệt.

Lò phản ứng nước áp lực PWR là loại lò được dùng nhiều nhất trên thế giới hiện nay do độ an toàn cao, thể tích gọn, giá thành điện năng thấp. Theo tài liệu của Hiệp hội hạt nhân thế giới (World Nuclear Association), tính đến ngày 1.10.2009, trên thế giới có 436 lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động ở 30 nước với tổng công suất 373 triệu kW, điện hạt nhân chiếm 15% toàn bộ sản lượng điện. Trong số 436 lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động có khoảng hơn 60% là lò thế hệ thứ hai PWR, khoảng 30% là lò nước sôi BWR (Boiling Water Reactor) trong ấy nước sôi và bốc hơi ngay trong tâm lò phản ứng.

Ở Pháp, toàn bộ các lò phản ứng đang hoạt động đều thuộc thế hệ thứ hai PWR, trong ấy có 34 lò PWR – 900 (công suất mỗi lò xấp xỉ 900 – 1.000 MW), 20 lò phản ứng PWR – 1.300 (công suất mỗi lò 1.300 MW) và 4 lò phản ứng PWR – 1.500 (công suất mỗi lò  1.450 - 1.500MW). Tháng 3.2008, tôi có dịp đến thăm nhà máy điện hạt nhân Nogent trên bờ sông Seine, cách thủ đô Paris khoảng 150km. Nhà máy có hai lò phản ứng PWR – 1300, công suất mỗi lò là 1300 MW, tổng cộng là 2.600MW, gần gấp rưỡi công suất nhà máy thủy điện Hoà Bình, nhưng diện tích chỉ chiếm khoảng 100 hecta. Bên kia bờ sông là một khu bảo tồn thiên nhiên, dưới lòng sông Seine, nước trong xanh, từng đàn vịt trời tung tăng bơi lội.

Năm 2007, Pháp khởi công xây dựng lò phản ứng thế hệ  thứ ba đầu tiên ở Flamanville trên bờ biển miền Bắc nước Pháp. Lò phản ứng thế hệ thứ ba này được ký hiệu là lò EPR (European Pressurized Water Reactor – Lò phản ứng nước áp lực châu Âu) do Pháp và Đức hợp tác thiết kế, công suất của lò phản ứng là 1.600MW. Lò phản ứng thế hệ thứ ba này dự kiến sẽ được đưa vào hoạt động vào năm 2012, sau đó nước Pháp sẽ ngừng xây dựng nhà máy điện hạt nhân trong vòng 3 năm để rút kinh nghiệm vận hành và trưng cầu ý kiến công chúng. Nếu mọi việc thuận lợi thì từ sau năm 2015, Pháp sẽ xây dựng hàng loạt lò phản ứng thế hệ thứ ba EPR thay thế cho các lò phản ứng thế hệ thứ hai PWR sẽ lần lượt hết thời gian sử dụng.

Phần Lan là một nước nhỏ ở Bắc Âu, dân số chỉ có 5 triệu người, diện tích là 338.000 km2, lớn hơn Việt Nam một ít (332.000km2). Trước đây Phần Lan đã từng có hai nhà máy điện hạt nhân. Nhà máy điện hạt nhân thứ nhất có 2 lò phản ứng nước áp lực VVER – 440 (công suất mỗi lò là 440MW) do Liên Xô (cũ) chế tạo bắt đầu vận hành từ năm 1977 và 1981. Nhà máy thứ hai có 2 lò phản ứng nước sôi (Boiling Water Reactor) theo thiết kế của Thuỵ Điển, bắt đầu vận hành từ 1979 và 1982. Tháng 5 năm 2000, Quốc hội Phần Lan bỏ phiếu tán thành chủ trương xây dựng lò phản ứng hạt nhân thứ 5. Tháng 9.2000, Chính phủ Phần Lan tổ chức đấu thầu quốc tế. Tham gia đấu thầu có 2 công ty của Mỹ, một công ty của Nga và một công ty của Pháp. Kết quả công ty của Pháp thắng thầu với lò phản ứng thế hệ thứ ba EPR. Công việc xây dựng đã bắt đầu từ năm 2005 và dự kiến sẽ hoàn thành vào cuối năm 2009 hay đầu năm 2010. Đây sẽ là lò phản ứng thế hệ thứ ba đầu tiên trên thế giới được đưa vào vận hành, với công suất lớn nhất là 1.600 MW.

Trong những cuộc hội thảo ở trong nước cũng như khi đến thăm Uỷ ban năng lượng nguyên tử Pháp đầu năm 2008, tôi đã được nghe các bạn Pháp giới thiệu những ưu điểm của loại lò phản ứng thế hệ thứ ba EPR, đặc biệt là về mặt an toàn như ngăn chặn được tai nạn nóng chảy tâm lò (core melting) và có biện pháp xử lý khi xảy ra tai nạn, chịu đựng được các biến cố bên ngoài (external hazard) như động đất, lụt lội, hoả hoạn, máy bay rơi, v.v... Nhưng khi tôi hỏi ở Việt Nam đối với nhà máy điện hạt nhân đầu tiên có nên dùng loại lò phản ứng thế hệ thứ ba EPR không thì các bạn Pháp đều trả lời là chưa nên vì đây là kỹ thuật quá mới, ngay ở nước Pháp cho đến ngày hôm nay vẫn chưa có lò phản ứng thế hệ thứ ba nào hoạt động, Việt Nam nên bắt đầu bằng lò phản ứng PWR thế hệ thứ hai được cải tiến là loại lò đã qua nhiều thử thách, nhiều năm hoạt động an toàn. Đấy cũng là ý kiến của những anh em Việt kiều làm việc cho các cơ quan trong ngành hạt nhân của Pháp mà tôi đã gặp.

Ở Indonesia, Chính phủ đã khẳng định về nguyên tắc xây dựng 4 lò phản ứng hạt nhân, công suất mỗi lò 1.000 kW tại bán đảo Muria, cách thủ đô Jakarta 450km về phía Đông, dự kiến sẽ đưa lò đầu tiên vào vận hành vào năm 2016. Công ty điện lực Hàn Quốc đã ký với Công ty điện lực Indonesia thoả thuận về việc làm thiết kế khả thi và dự kiến sẽ chọn loại lò phản ứng OPR – 1.000 là lò phản ứng thế hệ thứ hai công suất mỗi lò là 1.000MW do Hàn Quốc thiết kế và chế tạo.

Ở Trung Quốc hiện đang xây dựng gần hai chục lò phản ứng hạt nhân thế hệ thứ hai CPR- 1.000 do Trung Quốc thiết kế và chế tạo, dựa trên sự chuyển giao công nghệ của Pháp từ gần 20 năm nay. Ngoài ra Trung Quốc cũng đã ký kết mua của Pháp 2 lò phản ứng thế hệ thứ ba EPR và mua của Mỹ 4 lò phản ứng thế hệ thứ ba AP – 1000.

Tôi nghĩ rằng ở nước ta sau khi Quốc hội đã chấp thuận về nguyên tắc chủ trương xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên ở Ninh Thuận, Chính phủ sẽ cho mở thầu quốc tế và qua cuộc đấu thầu sẽ quyết định việc lựa chọn giữa các thế hệ lò phản ứng hạt nhân (thứ 2 + hay thứ 3).