Nhà máy điện hạt nhân là gì? CÔNG TY TNHH CHẾ TẠO MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC HÀ NỘI

Chu Văn An

1. Khái niệm nhà máy điện hạt nhân là gì?

Nhà máy điện hạt nhân hay nhà máy điện nguyên tử là hệ thống thiết bị điều khiển điều khiển các phản ứng dây chuyền hạt nhân ở trạng thái dừng để sản sinh ra năng lượng dưới dạng nhiệt, sau đó năng lượng nhiệt này được truyền qua các chất mang nhiệt trong lò (nước, nước nặng, khí đốt, kim loại lỏng…) đến các thiết bị phát điện như tua-bin để sản xuất điện.

Hình ảnh nhà máy điện hạt nhân

2. Lịch sử phát triển của ngành điện hạt nhân

Điện lần đầu tiên được tạo ra bởi lò phản ứng hạt nhân vào ngày 3 tháng 9 năm 1948 tại Lò phản ứng than chì X-10 ở Oak Ridge, Tennessee, Hoa Kỳ.

Nửa cuối thập niên 1940, trước khi quả bom hạt nhân đầu tiên của Liên Xô ra đời (thử nghiệm diễn ra ngày 29/8/1949), các nhà khoa học Liên Xô bắt đầu xây dựng dự án đầu tiên khai thác năng lượng hạt nhân vì mục đích hòa bình. Đây là những hướng đi quan trọng nhằm giải quyết bài toán năng lượng cực kỳ cấp bách trong tương lai.

Năm 1948, theo gợi ý của IV Kurchatov – người tiên phong trong lĩnh vực hạt nhân của Liên Xô – ông đã lãnh đạo nhóm nghiên cứu của mình bắt đầu những nghiên cứu đầu tiên về ứng dụng thực tế của năng lượng hạt nhân để thu được năng lượng điện.

Vào tháng 5 năm 1950, gần làng Obninsk thuộc tỉnh Kaluga (Liên Xô cũ), công việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên được bắt đầu.

Nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới có công suất 5 MW được hòa vào lưới điện quốc gia vào ngày 27/6/1954 tại Liên Xô, tại thành phố Obninsk, tỉnh Kaluga. Đến năm 1958, các nhà máy khác lần lượt đi vào hoạt động, đầu tiên là tổ máy số 1 của nhà máy điện hạt nhân Sibirskaya có công suất 100 MW, sau đó khi toàn bộ dự án hoàn thành, công suất đạt tới 600 MW. Cùng năm đó, nhà máy điện hạt nhân Beloyarskaya cũng được xây dựng nhưng phải đến ngày 26/4/1964 tổ máy phát điện đầu tiên mới đi vào hoạt động. Đến tháng 8 năm 1964, khối 1 của nhà máy điện hạt nhân Novovoronezhskaya có công suất 210 MW được khởi công. Lô 2 có công suất 365 MW được khởi công vào tháng 12/1969. Tiếp theo, năm 1973, nhà máy điện hạt nhân Leningradskaya được khởi công xây dựng.

Sau Liên Xô, các nhà máy điện hạt nhân khác cũng được xây dựng, với nhà máy điện hạt nhân Calder Hall ban đầu chỉ có công suất 46 MW và được đưa vào vận hành ngày 27/8/1956 tại Anh. Một năm sau, tại Mỹ, nhà máy điện hạt nhân Beaver Valley có công suất 60 MW cũng được khởi công xây dựng tại Shippingport, Pennsylvania.

Năm 1979, ở Mỹ xảy ra sự cố nghiêm trọng tại nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island. Sau sự kiện đó, Mỹ đã ngừng xây dựng các lò phản ứng và dự kiến ​​đến năm 2017, hai lò phản ứng mới sẽ được xây dựng tại khu vực nhà máy cũ.

Năm 1986, một thảm họa hạt nhân rất nghiêm trọng xảy ra, vụ nổ nhà máy điện hạt nhân Chernobyl. Ngoài những hậu quả trực tiếp như ô nhiễm phóng xạ ở khu vực xung quanh, nó còn ảnh hưởng tới sự phát triển của năng lượng hạt nhân. Điều này khiến tất cả các chuyên gia trên thế giới phải xem xét lại vấn đề an toàn hạt nhân và suy nghĩ về hợp tác quốc tế nhằm nâng cao tính an toàn trong khai thác và sử dụng năng lượng hạt nhân.

Ngày 15/5/1989, tại Hội nghị thành lập tổ chức ở Mátxcơva, Hiệp hội Vận hành Nhà máy Điện Hạt nhân Thế giới (WANO) đã được thành lập, một hiệp hội nghề nghiệp quốc tế liên kết các tổ chức vận hành nhà máy điện hạt nhân trên toàn thế giới. Hiệp hội đã đặt ra nhiệm vụ soạn thảo và đưa ra kế hoạch phát triển và vận hành an toàn ngành điện hạt nhân trên toàn thế giới.

Nhà máy điện hạt nhân lớn nhất châu Âu – Nhà máy điện hạt nhân Zaporizhskaya ở thành phố Enerhodar (tỉnh Zaporizhia, Ukraine), được khởi công vào năm 1980, đến năm 1996 bắt đầu hoạt động với 6 tổ máy với tổng công suất 6 GW.

Nhà máy điện hạt nhân lớn nhất thế giới – Nhà máy điện Kashiwazaki-Kariwa (hoạt động từ năm 2008) tại Nhật Bản, được xây dựng tại thành phố Kashiwazaki, tỉnh Niigata. Năm lò phản ứng nước sôi (BWR) và hai lò phản ứng nước sôi tiên tiến (ABWR) được đưa vào vận hành, với tổng công suất 8.212 GW.

Sự cố nhà máy điện hạt nhân gần đây nhất là nhà máy điện Fukushima 1 của Nhật Bản. Vụ việc xảy ra vào tháng 3/2011. Sự cố nhà máy điện Fukushima 1 xảy ra dưới tác động lớn của một trận động đất. Trận động đất đã phá hủy cấu trúc lò, hệ thống làm mát bị gián đoạn và các thanh nhiên liệu tan chảy. Sự việc trên gây ảnh hưởng rất nghiêm trọng về người và tài sản[4]. Đặc biệt là khu vực rộng lớn bị nhiễm phóng xạ. Bức xạ được gió lan truyền tới các khu vực khác. Tại Việt Nam, bụi phóng xạ cũng được đo sau vụ nổ nhà máy điện Fukushima.

3. Nguyên lý vận hành nhà máy điện hạt nhân

Nguyên lý vận hành nhà máy điện hạt nhân

Nguyên lý làm việc của lò phản ứng nước điều áp (ВВЭР/PWR)Hình ảnh cho chúng ta thấy nguyên lý làm việc của nhà máy điện hạt nhân có 2 chu trình tuần hoàn. Năng lượng nhiệt được tạo ra trong lõi lò phản ứng (nơi xảy ra quá trình phân hạch Uranium-235). Nhiệt được cung cấp cho chất lỏng truyền nhiệt (chất mang nhiệt), được lưu thông bởi máy bơm đang lưu thông. Tiếp theo, tản nhiệt (mang nhiệt) sẽ đi đến bộ trao đổi nhiệt (trong nồi hơi). Tại đây sẽ diễn ra quá trình trao đổi nhiệt, nhiệt lượng từ chất mang nhiệt sẽ được truyền sang nước ở vòng tuần hoàn thứ hai thông qua thiết bị trao đổi nhiệt. Nước trong nồi hơi được đun nóng và đun sôi. Hơi nước hình thành trong quá trình đun sôi sẽ được dẫn vào tuabin. Hơi nước làm cho tuabin quay, khiến rôto quay và tạo ra điện.

Sau khi đi qua tuabin, hơi nước sẽ tiếp tục đi vào bình ngưng, tại đây hơi nước được làm lạnh và ngưng tụ thành nước. Nước ngưng được máy bơm bơm trở lại lò hơi và tiếp tục một chu trình mới.[8][9]

Tản nhiệt ở tuần hoàn 1 sau khi vào bộ trao đổi nhiệt sẽ mất đi một phần nhiệt lượng, được bơm trở lại lò phản ứng và tiếp tục một chu trình mới.

Bộ bù áp là bộ phận rất quan trọng và phức tạp, có nhiệm vụ đảm bảo áp suất ổn định cho lò phản ứng. Khi chênh lệch nhiệt độ của tản nhiệt sẽ dẫn đến sự thay đổi áp suất lò phản ứng. Và bộ phận này phải chịu trách nhiệm thay đổi một cách suôn sẻ và nhanh chóng. Khi sự thay đổi nhiệt độ xảy ra rất nhanh, khoảng 10−15 s đến 10−13 s (thời gian để phản ứng phân hạch xảy ra). Đối với chất làm mát là nước, bộ bù áp có nhiệm vụ rất quan trọng, là duy trì áp suất cao ổn định (lò PWR là 160 atm), giúp nước trong tuần hoàn đầu tiên không bị sôi.

Ngoài nước được sử dụng làm tản nhiệt, các loại tản nhiệt khác như CO2 được sử dụng ở Anh, nước nặng, các kim loại lỏng như Natri, Chì, Thủy ngân… cũng được sử dụng. Natri được sử dụng trong lò phản ứng neutron nhanh ở Nga với ba vòng tuần hoàn. Vòng một và vòng hai là natri và vòng ba là nước nhẹ (nước từ máy tạo hơi nước – tua bin – bình ngưng). Việc sử dụng kim loại lỏng sẽ tạo điều kiện cho việc đơn giản hóa lò phản ứng, do đó bộ bù áp vốn phức tạp sẽ không còn cần thiết nữa.

Số chu kỳ lò phản ứng thay đổi tùy theo loại lò phản ứng khác nhau (Trong hình là lò phản ứng Water-Water PWR). Ngoài ra, ở Nga lò RBMK cũng được phát triển. Đây là lò đốt một chu kỳ, nước được đun sôi ngay trên thanh nhiên liệu, tạo ra hơi nước sau đó đi vào tuabin. Trong trường hợp không thể cung cấp lượng nước lớn để làm mát hơi nước trong quá trình ngưng tụ, một bể chứa nước và tháp ngưng tụ được xây dựng tại nhà máy điện. Tháp có nhiệm vụ tăng cường quá trình đối lưu, ngưng tụ ở phần ngưng tụ của lò. Tháp ngưng tụ đã trở thành một phần nổi bật của mỗi nhà máy điện hạt nhân.

4. Ưu điểm của nhà máy điện hạt nhân

Một điểm hay đáng chú ý của năng lượng hạt nhân là không thải ra các loại khí như CO2 hay SOx,… gây hại cho không khí vì năng lượng này là nguồn năng lượng sạch. Các nước như Canada và Austrailia là những nước có thể cung cấp năng lượng Uranium – nhiên liệu cho điện hạt nhân, bởi cả hai nước đều có nền kinh tế ổn định và có thể cung cấp nguồn năng lượng này một cách ổn định. Tại sao lại sử dụng Uranium? Bởi vì Uranium có thể tạo ra điện dù chỉ với một lượng rất nhỏ nếu chúng ta so sánh nó với dầu, nên ưu điểm của nó là rất dễ vận chuyển. Đồng thời, lượng chất thải phóng xạ thải ra trong nhà máy điện rất nhỏ so với lượng chất thải công nghiệp thông thường nên năng lượng có thể được quản lý chặt chẽ và an toàn.

5. Phân loại nhà máy điện hạt nhân

Phân loại nhà máy điện hạt nhân theo các cách sau:

• Phân loại theo mục đích sử dụng (lò phản ứng hạt nhân thử nghiệm, lò phản ứng hạt nhân thương mại).
• Phân loại theo môi trường truyền nhiệt (lò gas, lò nước, lò kim loại……).
• Phân loại theo năng lượng của neutron (lò phản ứng neutron nhiệt, lò phản ứng neutron nhanh).
• Sắp xếp theo công suất.
• Phân loại theo thế hệ lò.

6. Một số link bài viết tham khảo:

Nhà máy nhiệt điện là gì?

Năng lượng tái tạo là gì?

Nhà máy điện hạt nhân là gì?​​​​