Thế giới đang đặt cược vào lò phản ứng hạt nhân nhỏ để đáp ứng nhu cầu năng lượng?

Hiện nay, thế giới đang quan tâm mạnh mẽ đến các lò phản ứng nhỏ và đơn giản hơn để tạo ra điện và nhiệt từ năng lượng hạt nhân. Mối quan tâm này được thúc đẩy bởi mong muốn giảm chi phí về vốn và cung cấp điện không dùng các hệ thống lưới điện lớn.

Lò phản ứng kiểu mô-đun nhỏ - SMR là gì?

Theo Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA), lò phản ứng kiểu mô-đun nhỏ (Small Modular Reactor - SMR) là một loại lò phản ứng hạt nhân tiên tiến, có công suất điện lên đến 300 MWe cho mỗi tổ máy, tương đương khoảng 1/3 công suất phát điện của lò phản ứng điện hạt nhân truyền thống. Về mặt vật lý, SMR chỉ bằng một phần kích thước của lò phản ứng năng lượng hạt nhân thông thường và có dạng mô-đun (modular), giúp các hệ thống và bộ phận có thể lắp ráp tại nhà máy và vận chuyển từng đơn vị đến vị trí lắp đặt.

Nhà máy điện hạt nhân nổi Akademik Lomonosov với hai mô-đun lò phản ứng KLT-40S đã được kết nối với lưới điện và bắt đầu vận hành thương mại vào tháng 5/2020. Ảnh: europeanceo.com

Lò SMR có lợi thế là phát điện linh hoạt và giá cả phải chăng. Do đó, sự quan tâm toàn cầu đối với các lò phản ứng mô-đun hoặc cỡ vừa và nhỏ ngày càng tăng, bởi khả năng đáp ứng nhu cầu phát điện linh hoạt cho nhiều người dùng và ứng dụng đa dạng hơn để thay thế các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch lỗi thời. Chúng cũng đặt ra vấn đề an toàn cao hơn thông qua tính năng an toàn thụ động bắt buộc.

Ngoài ra, SMR cung cấp tùy chọn cho các vùng sâu, xa, có cơ sở hạ tầng kém phát triển hơn và khả năng kết hợp các nguồn năng lượng hạt nhân và năng lượng thay thế (bao gồm cả năng lượng tái tạo).

Về nhu cầu nhiên liệu, các nhà máy điện dựa trên SMR phải tiếp nhiên liệu ít thường xuyên hơn, khoảng từ 3 đến 7 năm (so với từ 1 đến 2 năm đối với các nhà máy thông thường). Một số SMR được thiết kế để hoạt động tới 30 năm mà không cần tiếp nhiên liệu.

Một lợi thế quan trọng khác của điện hạt nhân là giúp nhân loại hướng tới tương lai không carbon và bền vững. Hiện năng lượng hạt nhân cung cấp 10% tổng sản lượng điện năng trên toàn cầu, nhưng để ngăn chặn biến đổi khí hậu, cần phải có nhiều nguồn năng lượng sạch và đáng tin cậy hơn. Hiện có 30 quốc gia đang vận hành các nhà máy điện hạt nhân và 20 quốc gia khác đang xem xét năng lượng hạt nhân để đáp ứng nhu cầu năng lượng và thách thức về khí hậu.

Đặt cược vào SMR

Tại miền Tây Hoa Kỳ, hơn 30 thị trấn và thành phố đang hướng tới tương lai không carbon và đặt cược vào lò phản ứng kiểu mô-đun nhỏ (Small Modular Reactor - SMR) để đạt được mục tiêu này. SMR và nhà máy điện hạt nhân cung cấp các thuộc tính độc đáo về hiệu quả, tính kinh tế và tính linh hoạt. Các lò phản ứng hạt nhân cho phép điều chỉnh sản lượng năng lượng phù hợp với nhu cầu điện năng và không phụ thuộc vào thời tiết, cũng như thời gian trong ngày như năng lượng gió và mặt trời.

Những đặc điểm này đã giúp SMR trở thành ứng viên sáng giá cho việc chuyển đổi sang năng lượng sạch và giúp các quốc gia đạt được mục tiêu phát triển bền vững. Hiện IAEA đang hợp tác với các quốc gia thành viên để phát triển các loại SMR khác nhau, nhằm đạt được mục tiêu về cạnh tranh, an toàn và hiệu quả.

Cả các tổ chức công và tư đang tích cực tham gia vào việc biến công nghệ SMR thành hiện thực trong thập kỷ này. Như nhà máy điện hạt nhân Akademik Lomonosov của Nga đã bắt đầu vận hành thương mại từ tháng 5/2020, sử dụng hai lò SMR với công suất 35 MW(e). Ngoài ra, có nhiều dự án SMR khác đang được xây dựng hoặc trong giai đoạn cấp phép tại Argentina, Canada, Trung Quốc, Nga, Hàn Quốc và Hoa Kỳ.

Theo số liệu của IAEA năm 2020, có hơn 70 thiết kế SMR đang được phát triển trên toàn cầu, với các ứng dụng khác nhau như điện, hệ thống năng lượng lai, sưởi ấm, khử muối trong nước và hơi nước cho các ứng dụng công nghiệp. Mặc dù SMR có chi phí vốn ban đầu thấp hơn trên mỗi đơn vị, nhưng khả năng cạnh tranh kinh tế của chúng vẫn cần được chứng minh trong thực tế sau khi triển khai.

Hầu hết các dự án SMR hiện đang ở giai đoạn phát triển và một số được cho là tiến triển nhanh chóng. Hiện có 4 dự án SMR đang trong giai đoạn xây dựng nước rút tại Argentina, Trung Quốc, Nga và một số quốc gia khác.

Hàn Quốc đang dẫn đầu xu hướng

Theo trang tin Keia.org của Hàn Quốc, quốc gia này đang “hợp lý hóa” phát triển lĩnh vực năng lượng hạt nhân dựa trên cơ sở kinh tế và môi trường của năng lượng hạt nhân.

Vào đầu tháng 7/2022, Tổng thống Yoon Suk Yeol tuyên bố rằng Hàn Quốc sẽ mở rộng sản xuất năng lượng hạt nhân lên trên 30% tổng sản lượng điện vào năm 2030 (so với mức 27,4% hiện nay). Đây là một phần của kế hoạch sử dụng các nguồn năng lượng hạt nhân, hydro và tái tạo để giảm tỷ lệ sử dụng nhiên liệu hóa thạch từ 82% xuống còn khoảng 60%. Hàn Quốc cũng dự định thêm 4 lò phản ứng hạt nhân mới vào 24 lò phản ứng hiện có và đầu tư nguồn lực cho các dự án liên quan.

Trong bối cảnh lạm phát đạt mức cao nhất trong 24 năm và tỷ lệ thất nghiệp tăng, chính phủ Tổng thống Yoon đặt ưu tiên vào việc thúc đẩy năng suất kinh tế. Đối với các doanh nghiệp và ngành công nghiệp tiêu thụ năng lượng tại Hàn Quốc, điện hạt nhân có giá khá rẻ, chỉ khoảng 61,5 Won (KRW)/kWh (tương đương 1.100 VNĐ/kWh), so với 149,9 KRW/kWh (tương đương 2.700 VNĐ/kWh) của năng lượng mặt trời.

Các dự án liên quan đến năng lượng hạt nhân theo kế hoạch mới dự kiến sẽ tạo ra hơn 100.000 việc làm mới trong nước. Đồng thời, việc phát triển năng lực hạt nhân trong nước cũng mở ra cơ hội xuất khẩu. Chính phủ Hàn Quốc đã đề ra kế hoạch xuất khẩu 10 lò phản ứng hạt nhân và khuyến khích các quốc gia khác quan tâm đến công nghệ điện hạt nhân của họ.

Từ góc độ giảm thiểu biến đổi khí hậu, năng lượng hạt nhân cũng có thể là một con đường tiết kiệm chi phí hơn để đạt được các mục tiêu xanh. Mặc dù năng lượng tái tạo vẫn là trọng tâm trong nỗ lực giải quyết biến đổi khí hậu và ổn định thị trường năng lượng toàn cầu, nhưng hiện tại nó cung cấp công suất thấp hơn với chi phí cao hơn.

Nhiều "đại gia" công nghệ lớn nhập cuộc

Ngay từ năm 2022, tại Hội nghị Thượng đỉnh Hàn - Mỹ diễn ra tại Seoul, hai quốc gia này đã có cam kết phát triển nguồn năng lượng rẻ hơn và ổn định, đồng thời tăng cường hợp tác trong sản xuất chất bán dẫn và pin.

Nhiều công ty lớn của Hàn Quốc đã tham gia vào các dự án điện hạt nhân. Hyundai Engineering đã thành lập một tổ chức để thúc đẩy các dự án này. Tập đoàn SK Inc. đã ký biên bản ghi nhớ với TerraPower, công ty thiết kế lò phản ứng làm mát nhanh bằng natri (SFR) của Mỹ, để phát triển và ứng dụng công nghệ này. Công ty Samsung Heavy Industries cũng đã ký biên bản ghi nhớ với Seaborg, nhà phát triển lò phản ứng hạt nhân thế hệ tiếp theo của Đan Mạch.

Doosan Enerbility, công ty chuyên về năng lượng của Tập đoàn Doosan (Hàn Quốc), đã cam kết đầu tư 5.000 tỷ Won (3,9 tỷ USD) vào các dự án lò phản ứng kiểu mô-đun nhỏ (SMR), tua bin khí, hydro và pin nhiên liệu hydro trong 5 năm tới. Hãng tư nhân GS Energy cũng đã ký biên bản ghi nhớ với quận Uljin ở tỉnh Bắc Gyeongsang để xem xét việc sử dụng công nghệ lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR) của NuScale Power, với kế hoạch bắt đầu vào năm 2028 và hoàn thành vào năm 2030.

Dự án Năng lượng Không Carbon (CFPP) của UAMPS sử dụng dự án SMR đầu tiên của NuScale Power tại Hoa Kỳ sẽ xây dựng một nhà máy điện ở Idaho với tổng cộng 6 mô-đun lò phản ứng, công suất mỗi lò là 77 MW.

Doosan Enerbility cũng đã hợp tác với X-energy để thảo luận về việc sản xuất hydro bằng cách sử dụng SMR. Công ty này đã tham gia thiết kế SMR với khí nhiệt độ cao được thúc đẩy bởi X-energy và tăng cường hợp tác bằng việc đầu tư vào X-energy và cung cấp thiết bị cốt lõi cho họ.