Nhật Bản – Hoa Kỳ: Hợp tác xây dựng lò phản ứng hạt nhân quy mô nhỏ

97

Sự kiện hợp tác giữa Tập đoàn kỹ thuật JGC (Nhật Bản) và Công ty NuScale Power (Hoa Kỳ) được dự đoán là dấu hiệu hồi phục của ngành công nghiệp điện hạt nhân ở Nhật Bản.

 

Nhà máy điện hạt nhân NuScale được xây dựng bằng cách kết hợp các lò phản ứng mô-đun nhỏ. Ảnh: Fluor Corporation

 

TOKYO – Tập đoàn kỹ thuật JGC đã công bố kế hoạch đầu tư vào công ty NuScale Power – nhà thiết kế của các lò phản ứng hạt nhân mô-đun nhỏ hàng đầu tại Hoa Kỳ. Thông báo được đưa ra như báo hiệu tham vọng tái hoạt động cũng như hiện đại hóa ngành công nghiệp điện hạt nhân vốn đang đình trệ của Nhật Bản.

 

Theo định nghĩa của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR) là những lò phản ứng hạt nhân quy mô nhỏ với công suất phát điện lên đến 300 megawatt (MW) mỗi mô-đun.

 

Theo Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ, công suất phát điện của các nhà máy điện hạt nhân hiện có ở quốc gia này nằm trong khoảng từ 520MW đến gần 3,94 gigawatt.

 

Đúng như tên gọi, SMR có kích thước nhỏ hơn do đó dễ bố trí hơn so với những nhà máy điện hạt nhân lớn hiện đang hoạt động và có thể được mở rộng theo mục đích bằng cách thay đổi số lượng mô-đun.

 

Các lò phản ứng này cũng có ưu điểm hơn trong việc tiết kiệm chi phí đồng thời dễ dàng lắp đặt và vận hành. Như IAEA chỉ ra, SMR “được thiết kế để xây dựng trong các nhà máy và có thể lắp đặt thêm khi nhu cầu tăng cao”.

 

Các lò phản ứng mô-đun cũng được đánh giá an toàn hơn. Trên thực tế, các lò phản ứng này được thiết kế để vận hành mà không cần nhân viên phải giám sát hay điều khiển như ở một nhà máy điện hạt nhân lớn. Điều này được thực hiện thông qua các tính năng an toàn thụ động như làm mát bằng phương pháp tuần hoàn nước tự nhiên và van tự động. Do đó, giảm thiểu hoàn toàn những rủi ro do lỗi của nhân viên vận hành.

 

Theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE):

 

Các SMR tiên tiến hiện đang được phát triển ở Hoa Kỳ với nhiều thiết kế phù hợp với những quy mô khác nhau, tùy theo công nghệ, khả năng và kịch bản triển khai. Những lò phản ứng tiên tiến này với kích thước khác nhau từ hàng chục đến vài trăm megawatt có thể được sử dụng để sản xuất điện, xử lý nhiệt, khử muối hoặc ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác. Thiết kế SMR có thể sử dụng nước nhẹ như chất làm mát hoặc sử các chất làm mát khác như khí, kim loại lỏng hoặc muối nóng chảy.

 

Các SMR được coi là “một phần quan trọng trong kế hoạch của DOE nhằm phát triển điện hạt nhân một cách an toàn, sạch với giá cả phải chăng”.

 

Sơ đồ mô-đun lò phản ứng NuScale. Ảnh: Fluor

 

Công nghệ lò phản ứng nước nhẹ của NuScale tạo ra 77MW điện trên mỗi mô-đun. Nhà máy điện có 12 mô-đun với tổng công suất 924MW, ngang bằng với các nhà máy điện hạt nhân hiện có. Công ty cũng cung cấp các phiên bản 4 mô-đun và 6 mô-đun để tạo ra 308MW và 462MW tương ứng.

 

Theo thông tin trang web của công ty, thiết kế của NuScale bao gồm tính năng dập lò an toàn và tự làm mát mà không cần thao tác của người vận hành, không cần nguồn điện AC hoặc DC và không cần thêm nước. Đây là ứng cử viên đầu tiên cho nhà máy điện hạt nhân thương mại. Với các sự cố trong thiết kế thì lượng nhiệt phân rã sinh ra là nhỏ, với độ ổn định nội tại thì không gây hư hỏng thanh nhiên liệu, kể cả những sự cố không đưa được tất cả các thanh điều khiển vào trong lò. Đối với các sự cố ngoài thiết kế, lượng bức xạ tỏa ra do hư hỏng nhiên liệu thấp hơn nhiều so với mức quy định.

 

Tuyên bố này được đưa ra bởi Ủy ban Pháp Quy Hạt nhân Hoa Kỳ (NRC). Theo đó, Ủy ban đã hoàn thành việc xem xét đơn đăng ký chứng nhận thiết kế của NuScale vào tháng 8 năm 2020 và sẽ phê duyệt lần cuối trong thời gian tới. NuScale là công ty thiết kế SMR đầu tiên được cấp chứng chỉ của NRC.

 

Công ty Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS) đang có kế hoạch xây dựng nhà máy điện NuScale với các lò SMR thương mại đầu tiên tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Nếu mọi việc suôn sẻ, NuScale có thể nhận các đơn đặt hàng đầu tiên cho các mô-đun SMR vào năm tới.

 

Công ty NuScale được thành lập vào năm 2007 thông qua một thỏa thuận chuyển giao công nghệ giữa trường Đại học Bang Oregon và các nhà khoa học tại trường đại học, những người đã cùng nghiên cứu công nghệ SMR. NuScale hiện có trụ sở chính tại Portland, Oregon, và đã trở thành công ty thành viên của Tập đoàn Fluor vào năm 2011. Tập đoàn Fluor là công ty xây dựng – kỹ thuật lớn của Hoa Kỳ, hiện đang hoạt động ở nhiều nước trên toàn thế giới.

 

Tập đoàn JGC sẽ đầu tư 40 triệu đô la vào NuScale để cung cấp các dịch vụ kỹ thuật, mua sắm và xây dựng cho các nhà máy SMR hợp tác với Fluor. JGC và Fluor đã cùng làm việc trong các dự án LNG quy mô lớn và các dự án khác trong hơn 10 năm qua.

 

Khi khoản đầu tư của JGC được công bố, chủ tịch của Fluor, ông Alan Boeckmann cho biết: “Sở hữu vốn đầu tư và quan hệ đối tác với JGC là chiến lược dài hạn của Fluor nhằm thu hút các nhà đầu tư khác đến với NuScale khi Hoa Kỳ và các quốc gia đều có nhu cầu về các nhà máy mới không phát thải carbon với điện tải nền được cải thiện”.

 

Điều này cũng phù hợp với “Chiến lược tăng trưởng xanh thông qua đạt được mức trung hòa carbon vào năm 2050” của chính phủ Nhật Bản. Năm ngoái, Thủ tướng Yoshihide Suga và Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp xây dựng đã công nhận SMR trong sản xuất hydro là một lĩnh vực tăng trưởng.

 

Theo ghi nhận của chủ tịch kiêm giám đốc điều hành của JGC, ông Tadashi Ishizuka: “Chúng tôi đầu tư vào NuScale với các tính năng an toàn đã được cải tiến sẽ cho phép JGC mở rộng hoạt động kinh doanh EPC (Engineering Procurement and Construction), đồng thời cung cấp nguồn năng lượng không cacbon phục vụ nhu cầu ngày càng tăng của thị trường năng lượng toàn cầu”.

 

Logo của công ty xây dựng JGC tại trụ sở chính ở Yokohama, ngoại ô Tokyo, Nhật Bản ngày 18 tháng 1 năm 2013. Ảnh: AFP / Toru Yamanaka

 

Theo IAEA, hiện có khoảng 50 dự án SMR đang được triển khai trên toàn thế giới và các nhà máy đang được xây dựng ở Argentina, Chile và Nga. Các quốc gia khác như Trung Quốc, Ấn Độ, Hàn Quốc, Nam Phi, Canada, Pháp, Đan Mạch, Thụy Điển và Anh cũng tham gia. Tại Anh, Rolls-Royce đã hợp tác với NuScale từ năm 2013.

 

Các công ty xây dựng nhà máy điện hạt nhân ở Nhật Bản như Hitachi, Toshiba và Mitsubishi Heavy Industries đều đã và đang cố gắng phát triển SMR. Vào tháng 3 năm 2021, công ty năng lượng hạt nhân GE Hitachi và công ty năng lượng Fermi Energia của Estonia đã đồng ý hợp tác “triển khai tiềm năng của lò phản ứng mô-đun nhỏ *BWRX-300 (SMR) ở Estonia”.

 

Công ty Fermi Energia đã làm việc với NuScale, Rolls-Royce, Moltex (Anh), và Terrestrial Energy (Canada). Vào tháng 3 vừa qua, công ty này đã ký một biên bản ghi nhớ với Rolls-Royce để nghiên cứu tiềm năng triển khai các SMR ở Estonia.

 

Tính phù hợp với lưới điện, khả năng làm mát, kế hoạch ứng phó khẩn cấp, nguồn nhân lực, tính khả thi của giấy phép, kinh tế và chuỗi cung ứng, nghiên cứu tiền khả thi là những yếu tố cốt lõi nhằm hỗ trợ chính phủ Anh trong việc biến SMR thành một ngành kinh doanh vào cuối thập kỷ này.

 

Theo NuScale, nếu mọi việc diễn ra theo đúng kế hoạch thì SMR có thể so sánh “sạch như gió và năng lượng mặt trời, và sạch hơn bất kỳ loại nhiên liệu hóa thạch nào… đồng thời là lựa chọn lý tưởng khi SMR vận hành là nguồn điện tải nền kết hợp với điện từ năng lượng tái tạo, lưới vi mô có độ tin cậy cao, xử lý nhiệt hoặc hơi nước để sưởi ấm, khử muối cũng như sử dụng trong các ngành công nghiệp khác”.

 

Câu hỏi liệu SMR có thể khắc phục những thiếu xót về quy mô và tính không liên tục của năng lượng tái tạo hay không sẽ được chứng minh trong vài năm tới. Hiện tại, NuScale và UAMPS dự kiến ​​sẽ nộp đơn đăng ký cấp phép cho NRC vào năm 2023. Trong trường hợp nhận được đánh giá tích cực, việc xây dựng nhà máy ở Idaho sẽ bắt đầu vào cuối năm 2025 hoặc 2026.

 

Cuộc tranh luận về vần đề liệu các lò phản ứng mô – đun nhỏ có thể là giải pháp ứng phó với sự nóng lên toàn cầu hay không vẫn tiếp tục nóng lên, trong khi các SMR có khả năng sẽ trở thành trung tâm của các cuộc cạnh tranh địa chính trị.

 

*BWRX-300 là viết tắt của lò phản ứng nước sôi thế hệ thứ 10 với công suất 300MW.

 

Biên dịch: Trần Thiện Phương Anh, Ban KH&QLKH