Các nhà máy điện hạt nhân truyền thống thường chiếm rất nhiều diện tích, hơn thế nữa, chi phí xây dựng là cả một vấn đề. Các công ty năng lượng và các kỹ sư trong ngành đang nổ lực để khắc phục các trở ngại trong ngành năng lượng này theo hướng thu nhỏ thiết kế của các lò phản ứng, đáp ứng tiêu chí nhỏ gọn, an toàn, và tiết kiệm.

TIN BÀI LIÊN QUAN
Giải pháp cho năng lượng hạt nhân trong tương lai

Dưới đây là so sánh các ưu/nhược của kiểu lò truyền thống so với kiểu lò theo xu hướng mới.
Lò phản ứng nước sôi truyền thống và mô hình lò phản ứng mini cho tương lai. Ảnh: NPR.

1. Tổng quan

Lò phản ứng truyền thống: Kiểu lò phản ứng nước sôi (BWR) được phòng thí nghiệm quốc gia Hoa Kỳ Idaho và công ty General Electric phát triển vào giữa thập niên 1950. Nhà sản xuất chính của kiểu lò này hiện nay là GE Hitachi Nuclear Energy. Thiết kế BWR được ứng dụng ở nhà máy điện hạt nhân Fukushima I (như hình trên). BWR sử dụng nước đã khử khoáng để làm lạnh và điều khiển nơtron. Nhiệt được tạo ra từ phản ứng phân hạch trong lõi lò phản ứng, nung sôi nước để tạo ra hơi nước. Hơi nước được sử dụng trực tiếp để quay turbine, sau đó hơi nước được làm lạnh ở bộ phân ngưng tụ và trở về dạng lỏng. Nước sau khi được ngưng tụ tiếp tục quay trở về lõi của lò phản ứng và tiếp tục chu trình tuần hoàn của nó.

Hiện nay trên thế giới có hơn 90 lò BWR đang hoạt động, 35 lò trong số đó nằm ở Mỹ.

Lò mini kiểu mới: Tương tự như kiểu lò BWR, kiểu lò mini cũng đun sôi nước bằng năng lượng của phản ứng phân hạch trong lõi lò phản ứng để tạo ra điện năng. Tuy nhiên kiểu lò này đơn giản hơn về mặt thiết kế, nhỏ hơn về kích cỡ, và sử dụng ít nhiên liệu hạt nhân hơn (như hình trên). Hiện tại, một vài công ty chuyên thiết kế và xây dựng lò phản ứng hạt nhân đã trình mô hình thiết kế này lên Ủy ban Điều tiết Hạt Nhân (Mỹ) để xin giấy phép, nhưng hiện tại chưa có lò phản ứng nào thuộc loại này đang hoạt động sản xuất điện tại Mỹ. Mẫu lò phản ứng phía trên là thiết kế của công ty NuScale Power.

2. Kích thước

Lò phản ứng truyền thống: Kiểu lò phản ứng truyền thống có kích thước rất lớn, vì thế, việc xây dựng chiếm rất nhiều diện tích mặt đất. Chỉ tính riêng bể chứa bằng thép dùng để chứa nhiên liệu đã có kích thước đường kính đến gần 8m, và công ty duy nhất có đủ công nghệ để xây dựng loại bể này lại nằm ở Nhật Bản.

Lò mini kiểu mới: Các mẫu thiết kế lò phản ứng kiểu nhỏ có kích thước toàn hệ thống chỉ xê dịch trong khoảng 18m chiều cao – 4m chiều rộng, cho đến 2,4m chiều cao – 1,5m chiều rộng. Nhiều công ty thiết kế còn dự định “đóng gói” sẵn nhiên liệu hạt nhân bên trong lò, và nếu có đơn đặt hàng họ chỉ việc đóng gói nguyên kiện hoàn chỉnh gửi đến nơi khách hàng yêu cầu.

3. Chi phí xây dựng và sản lượng điện

Lò phản ứng truyền thống:

Sản lượng điện: ~ 400 – 1.500 Megawatts
Chi phí xây dựng trung bình: ~ 5 tỷ USD – 15 tỷ USD

Lò mini kiểu mới:

Sản lượng điện: ~ 20 - 45 Megawatts
Chi phí xây dựng trung bình: ~ $25 triệu USD – $200 triệu USD/ 1 đơn vị

4. Hệ thống làm mát

Lò phản ứng truyền thống: Làm mát chủ động — Hệ thống bơm và van chạy bằng 1 nguồn năng lượng bên ngoài có nhiệm vụ luân chuyển nước đến lõi lò để làm mát. Nếu hệ thống bơm này bị trục trặc và ngừng hoạt động khiến nước không thể lưu thông được thì sẽ có nguy cơ xảy ra một vụ tương tự như sự cố Fukushima.

Lò mini kiểu mới: Làm mát bị động — Nhiều mẫu lò phản ứng mini ứng dụng hiện tượng đối lưu tự nhiên của nước để làm mát nhiên liệu; kiểu làm mát này không cần tới nguồn năng lượng bên ngoài. Ví dụ như mẫu lò của công ty NuScale (hình trên) nằm gọn trong một bể chứa hơn 15 triệu lít nước nằm hoàn toàn dưới mặt đất, có nhiệm vụ làm mát toàn bộ hệ thống trong trường hợp có sự cố xảy ra.

5. Độ an toàn

Lò phản ứng truyền thống: Kiểu lò BWR có hệ thống làm mát chạy bằng nguồn năng lượng ngoài trong trường hợp có sự cố xảy ra. Hơn nữa, vì chúng được xây dựng trên mặt đất nên khá nhạy cảm với các thảm họa thiên nhiên.

Lò mini kiểu mới: Ngoài lợi thế là có hệ thống làm mát không cần tới nguồn năng lượng bên ngoài, các lò kiểu mới này thường được thiết kế nằm dưới mặt đất để tránh thiên tai, ngoài ra chúng còn có các hành lanh chắn an toàn để phòng sự rò rỉ phóng xạ ra bên ngoài.

  • Cao Nguyên (Theo npr.com)