Các công nghệ điện hạt nhân trên thế giới hiện nay

Nội dung chính

Hiện nay, điện hạt nhân chủ yếu được sản xuất từ quá trình phân hạch, với 415 lò phản ứng đang hoạt động khắp thế giới, phần lớn sử dụng nước làm chất làm mát.

Rafael Mariano Grossi, Tổng Giám đốc IAEA, tại Diễn đàn Kinh tế Thế giới năm 2024 tại Davos, Thụy Sĩ, đã nhận định: “Năng lượng hạt nhân là một trong những nguồn năng lượng an toàn nhất, sạch nhất, ít gây hại đến môi trường và có chi phí thấp nếu xét trong toàn bộ vòng đời của nhà máy điện.” Những lợi ích này ngày càng được giới chuyên gia và các nhà lãnh đạo công nhận.

Tại COP28 ở Dubai, lãnh đạo từ 22 quốc gia đã đồng ý tăng gấp ba lần công suất điện hạt nhân toàn cầu vào năm 2050, nhằm đáp ứng các mục tiêu về khí hậu và nhu cầu năng lượng ngày càng tăng.

Zion Lights, cựu phát ngôn viên của phong trào bảo vệ môi trường Extinction Rebellion, chia sẻ: “Sau một thời gian dài bị lãng quên, năng lượng hạt nhân đã được chú ý tại các hội nghị về biến đổi khí hậu. Tôi từng phản đối hạt nhân nhưng giờ đây rất vui khi thấy thái độ của công chúng đối với nguồn năng lượng này thay đổi rõ rệt.”

Quá trình sản xuất điện hạt nhân

Điện hạt nhân được tạo ra từ năng lượng giải phóng trong hạt nhân nguyên tử, bao gồm proton và neutron. Hiện nay, điện hạt nhân được sản xuất chủ yếu qua phân hạch hạt nhân, trong khi công nghệ nhiệt hạch vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu.

Trong phân hạch, hạt nhân nguyên tử, chẳng hạn như uranium-235, bị phân tách khi va chạm với neutron, tạo ra hai hạt nhân nhỏ hơn và thêm các neutron khác. Quá trình này tạo ra phản ứng dây chuyền liên tục, giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt và bức xạ. Nhiệt sinh ra được sử dụng để đun sôi nước, tạo ra hơi nước quay turbine và phát điện.

Các loại lò phản ứng phổ biến

Tính đến tháng 11/2024, theo IAEA, thế giới có 440 lò phản ứng hạt nhân, trong đó 415 lò đang hoạt động tại 30 quốc gia. Các nước đứng đầu về số lượng lò phản ứng bao gồm Mỹ (94 lò), Pháp (56 lò), Trung Quốc (56 lò), Nga (36 lò) và Hàn Quốc (26 lò).

1. Lò phản ứng nước áp suất (PWR)

Chiếm gần 70% tổng số lò phản ứng toàn cầu, PWR là loại lò phổ biến nhất. PWR sử dụng nước làm chất làm mát và chất điều tiết, với hai mạch làm mát: mạch chính và mạch phụ. Nước trong mạch chính được giữ ở áp suất cao để ngăn sôi, trong khi mạch phụ sử dụng hơi nước để quay turbine phát điện.

Ưu điểm của PWR là khả năng vận hành ổn định và tính an toàn cao. Tuy nhiên, việc xây dựng PWR đòi hỏi các thiết bị chịu áp lực lớn, làm tăng chi phí. Lò cần phải dừng hoạt động định kỳ để tiếp nhiên liệu.

2. Lò phản ứng nước sôi (BWR)

Đây là loại lò phổ biến thứ hai, chiếm 15% với khoảng 60 lò hoạt động. Khác với PWR, BWR chỉ có một mạch làm mát, nơi nước được giữ ở áp suất thấp hơn, cho phép sôi và tạo ra hơi nước trực tiếp để quay turbine.

Thiết kế của BWR đơn giản hơn, dễ vận hành, và ít tốn kém hơn PWR. Tuy nhiên, vì hơi nước có tính phóng xạ nhẹ nên cần thiết kế hệ thống che chắn đặc biệt cho turbine và đường ống dẫn hơi.

3. Lò phản ứng nước nặng áp suất (PHWR)

Chiếm 11% số lượng lò phản ứng toàn cầu với gần 50 lò, loại lò này sử dụng nước nặng để làm mát và điều tiết phản ứng. PHWR có thể sử dụng uranium tự nhiên làm nhiên liệu, giúp giảm chi phí nhiên liệu. Một lợi thế lớn của PHWR là khả năng tiếp nhiên liệu trong khi lò đang hoạt động, tăng tính liên tục của quá trình phát điện.

Dù có chi phí nhiên liệu thấp hơn, PHWR cần đầu tư vào sản xuất nước nặng, và do sử dụng uranium tự nhiên, lượng nhiên liệu thay thế phải được thực hiện thường xuyên hơn.

Những công nghệ mới hơn

Ngoài các loại lò phản ứng dùng nước, các công nghệ lò phản ứng tiên tiến như lò phản ứng nhanh kim loại lỏng (LMFR) cũng đang được nghiên cứu. LMFR sử dụng kim loại lỏng như natri hoặc chì làm chất làm mát, giúp tăng hiệu quả làm mát và khả năng tái chế chất thải hạt nhân. Hiện nay, các lò LMFR đang hoạt động thử nghiệm, tiêu biểu là BN-600 và BN-800 ở Nga.

Trong tương lai, các lò phản ứng thế hệ mới với chất làm mát như muối nóng chảy hoặc khí hứa hẹn mang lại hiệu quả cao hơn và tính ứng dụng đa dạng, mở ra tiềm năng lớn cho ngành năng lượng hạt nhân toàn cầu.