Sau khi báo Quân đội nhân dân điện tử ngày 21-5-2009 đăng bài báo “Điện hạt nhân và chuyện “cái cày”, “con trâu”, thời gian qua, vấn đề xây dựng nhà máy điện hạt nhân tiếp tục được sự quan tâm của dư luận và bạn đọc, nhất là sau sự kiện ngày 3-6-2009, Quốc hội đã qua Luật Năng lượng Nguyên tử, tạo hành lang pháp lý quan trọng cho việc xây dựng các nhà máy điện nguyên tử theo chiến lược đã được Chính phủ đề ra. Để giúp bạn đọc có thêm thông tin về vấn đề này, chúng tôi xin giới thiệu bài viết của TS Đinh Đức Hữu, một chuyên gia đã nhiều năm hoạt động trong lĩnh vực điện hạt nhân ở Hoa Kỳ và đang là cố vấn cao cấp kiêm Giám đốc chương trình đào tạo chuyên gia điện hạt nhân của Viện năng lượng nguyên tử thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ.

Trữ lượng các nguồn năng lượng trên thế giới (theo tài liệu của PGS.TS Nguyễn Lân Tráng – ĐHBK Hà Nội)

Nhu cầu năng lượng trên thế giới

Hiện nay trên thế giới, nguồn dầu khí đang ngày càng cạn kiệt do mức tiêu dùng ngày càng nhiều, nguồn dự trữ dầu khí ước tính còn khoảng 50 đến 100 năm. Số lượng dầu khí dự trữ không còn nhiều, nên giá cả ngày một tăng, việc sử dụng dầu khí để sản xuất ra điện không còn tính khả thi vì quá đắt. Bên cạnh đó, lượng dầu khí còn lại phải sử dụng vào các lĩnh vực quan trọng khác như kỹ nghệ xe hơi, máy bay, hóa chất, chế tạo vật liệu mới và kỹ nghệ dược phẩm.

Than đá đã được sử dụng rất nhiều để chạy nhà máy phát điện, 80% tại Trung Quốc, 45% tại Hoa Kỳ, Châu Âu là 40% và cả thế giới bình quân khoảng 40%. Nhược điểm là nhà máy nhiệt điện than thải ra lượng khí độc CO2 nhiều gây hiệu ứng nhà kính, làm tan băng tại Bắc và Nam bán cầu khiến cho mực nước biển dâng lên cao, xâm lấn vào đất liền, phá hoại môi trường, hủy diệt các thảm thực vật vốn là hành lang bảo vệ con người chống lại bão tố. Khí hậu nóng lên còn tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ và là nguyên nhân hình thành các cơn bão lớn. Tại Việt Nam, Viện nghiên cứu về hậu quả thay đổi khí hậu đã cảnh báo và báo cáo Chính phủ khi mực nước biển có thể dâng lên 1m và nhấn chìm gần một nửa tỉnh Bến Tre và diện tích trồng trọt miền Tây sẽ giảm đi đáng kể, đe dọa một số quận huyện của thành phố Hồ Chí Minh. Hiểm họa đó ảnh hưởng khí hậu rất rõ ràng và đặt chúng ta cần có các giải pháp kịp thời để hạn chế hậu quả xấu cho sự sống của chúng ta.

Hiện nguồn thủy điện của ta khai thác gần như cạn kiệt, làm thay đổi môi trường sinh thái. Các đập thủy điện thượng nguồn sông Mê Kông đã ảnh hưởng làm thay đổi môi trường sinh thực vật dưới hạ lưu đồng bằng sông Cửu Long Việt . Ngoài ra, thủy điện phụ thuộc quá nhiều vào khí hậu và thời tiết từng ngày và không ổn định để đảm bảo sản xuất ra điện năng phát triển công nghiệp bền vững, hiện đại hóa đất nước. Công suất nhà máy thủy điện sử dụng ở mức thấp vì không phải lúc nào cũng đủ lượng nước để chạy hết công suất của nhà máy.

Điện gió không cho công suất lớn và công nghệ này phải cần thời gian để hoàn chỉnh và sản xuất điện năng ổn định.

Năng lượng mặt trời đã có những tiến bộ vượt bậc về công nghệ ứng dụng, tuy nhiên cần thêm thời gian để sản xuất  quy mô lớn.

Điện hạt nhân là một trong các giải pháp tốt cho nhân loại để tiếp tục có nguồn năng lượng sạch, ổn định, không phá hoại môi trường, giá cả cạnh tranh và an toàn.

Câu hỏi được nhắc đến là mấy chục năm nay không thấy nhiều người nói tới nhà máy điện hạt nhân, thậm chí có nhiều nước còn tẩy chay. Lý do là giá dầu khí 20 năm trước còn ở mức thấp từ 25 đến 30 USD/thùng. Do giá dầu rẻ, mặt khác trữ lượng dầu còn lớn nên dẫn đến tâm lý chủ quan. Ngoài ra, yếu tố quan trọng là chúng ta đã thấy rõ ảnh hưởng tai hại quá lớn của khí thải CO2 làm phá hủy tầng Ozon và hiệu ứng nhà kính. Trong nhiều năm qua, con người đã cải tiến về kỹ thuật, quản lý xây dựng nhà máy điện hạt nhân với bước tiến bộ vượt bậc, mức độ an toàn đã tăng lên nhiều lần so với trước đây. Giá cả xây dựng nhà máy cũng giảm gần một nửa, thời gian xây dựng từ 10 năm xuống còn 4 năm.

Nhà máy điện hạt nhân (NMĐHN) được chế tạo và xây dựng bằng nguyên vật liệu bền và tốt nhất nên có tuổi thọ 60 năm và có thể kéo dài thêm 20 năm, tổng cộng là 80 năm. So với các nhà máy điện khác như thủy điện, nhiệt điện là 30 năm. Nhà máy điện hạt nhân chạy với công suất 100 % và rất ít hư hỏng, hiệu xuất sản xuất điện cao, ở Hoa Kỳ là 95%, Hàn Quốc là 94 % so với các nhà máy nhiệt điện chỉ đạt trung bình 65%. Vì nguyên liệu rẻ lại ít hư hỏng nên chi phí vận hành thấp. Sản xuất điện ổn định nên chất lượng phục vụ khách hàng được đảm bảo và chỉ số an toàn rất tốt.

NMĐHN là trung tâm kỹ thuật cao, hội tụ nhiều ngành kỹ nghệ như điện toán, xây dựng, cơ khí, hóa học, bảo vệ môi trường, quản trị công nghệ cao, nguyên tử… Các trung tâm công nghệ cao này đóng vai trò như các vì sao tỏa sáng trên các vùng miền đất nước. Cũng là nơi hội tụ từ các nhân tài để mở rộng ra các tiến bộ về kỹ thuật và ứng dụng khoa học cho các ngành nghề khác.

Với đà phát triển kinh tế tăng trưởng trên 8% như hiện nay, Việt cần một khối lượng điện rất lớn. Dân số Hàn Quốc chỉ bằng nửa nước ta nhưng trong 20 năm qua họ đã xây dựng 20 nhà máy điện hạt nhân và đang tiếp tục xây dựng thêm 10 nhà máy nữa, việc này cũng mới chỉ đáp ứng được 40 – 50% nhu cầu. Vậy Việt chắc chắn 20 năm tới phải cần ít nhất là 20 nhà máy điện hạt nhân mới đảm bảo được đủ điện năng cho sự phát triển kinh tế làm yên tâm các nhà đầu tư về điểm then chốt này.

Cốt lõi của vấn đề an toàn

Phải nói tới nguyên lý cơ bản về thiết kế lò phản ứng là nó có khả năng tự kiềm chế khi có sự cố, nếu vì bất cứ lý do gì khi lò phản ứng gia tăng công suất thì tức khắc phản ứng tự kìm chế được sẽ khởi động để ngăn chặn sự gia tăng công suất và kiểm soát độ an toàn trong mọi thời điểm. Ngoài ra, nguyên tắc phòng bị từ xa được áp dụng khi thiết kế, chế tạo, xây dựng và vận hành nhà máy. Mục tiêu cao nhất là dù tai nạn có làm cháy lò phản ứng thì chất phóng xạ vẫn không thoát ra ngoài làm ảnh hưởng đến môi trường sống của con người. Để làm được việc tối quan trọng này cần có ba hàng rào phòng ngự: thứ nhất là các thỏi nguyên liệu Uranium khi tạo ra phản ứng không được vượt qua giới hạn cho phép và không bị hư hại như nứt vỡ hay vượt ngưỡng nhiệt độ đã được ấn định.Thứ hai là hệ thống cung cấp hơi nước nhiệt hạch, hệ thống này là hệ thống chính của NMĐHN bao gồm lò phản ứng hạt nhân, hệ thống bơm, ống dẫn nước và hơi nước và toàn bộ hệ thống điều khiển điện tử và các hệ thống kiểm tra vận hành của lò hạt nhân, hệ thống này không thể và không bao giờ được mất khả năng giải nhiệt. Thứ ba là Containment gọi là nhà bảo vệ lò hạt nhân, nhà bảo vệ này gồm: bên trong có vỏ bọc thép dày, chắc và bền, ngoài là vỏ bọc bằng bêtông cốt thép  bao bọc, nhà bảo vệ này đủ sức duy trì độ an toàn không cho chất phóng xạ thoát ra ngoài môi trường và thậm chí là khí có máy bay đâm vào.

Tai nạn nặng nề nhất cho loại nhà máy thuộc đời thứ hai do Hoa Kỳ chế tạo đã xảy ra vào năm 1979 tại Three Mile Island ở bang Pensyvania - Hoa Kỳ, mặc dù chỉ huy nhà máy vào thời đó chưa được đào tạo bài bản và đã phạm các lỗi nghiêm trọng nhưng hệ thống phòng ngự hoạt động tốt và phát huy được chức năng như thiết kế yêu cầu. Mặc dù lò bị cháy nhưng chất phóng xạ không bị phát tán ra ngoài môi trường, không có tai nạn và thương vong cho con người.

Nhà máy điện hạt nhân Chernobyl xảy ra thảm họa vì đây là nhà máy được Nga thiết kế, chế tạo, xây dựng và vận hành, vừa sản xuất điện vừa đảm nhiệm việc làm giàu Uranium. Nhà máy được thiết kế theo kỹ thuật Positive Void Coficiency (không có hệ thống tự kìm chế). Thứ hai, là nhà máy không có nhà chắn an toàn, khi xảy ra sự cố chất phóng xạ tự phát tán ra môi trường. Hệ thống an toàn và giải nhiệt thô sơ. Các nhà máy điện hạt nhân loại này hiện nay đã ngừng hoạt động hoặc được nâng cấp để đảm bảo độ an toàn.

Sau 50 năm, đúc kết nhiều kinh nghiệm từ các sự cố lớn tới nhỏ và đặc biệt là khi vận hành, bảo dưỡng các kỹ sư và nhà chuyên môn đã rút ra nhiều bài học quý giá để cải thiện và làm mới NMĐHN với độ an toàn gấp nhiều lần. Đặc biệt Công ty Westinghouse của Hoa Kỳ chuyên thiết kế và chế tạo NMĐHN đã thành công với thế hệ lò thứ III+ có tên gọi là AP1000, đây là Model rất đáng được khen ngợi vì tính an toàn rất cao và đơn giản hóa về phương diện cấu trúc hệ thống. Đây là một phát minh sáng chói của ngành điện hạt nhân.

Các lò phản ứng hạt nhân ngày nay đã được cải tiến và mang lại các kết quả rất đáng kinh ngạc sau đây:Tuổi thọ tăng từ 40 lên 60 năm, lò được thiết kế chắc chắn và bền hơn; các hệ thống bảo vệ phục vụ an toàn được thiết kế đơn giản và đảm bảo hơn; thời gian xây dựng nhà máy được rút ngắn chỉ còn từ 3 đến 5 năm. So với trước đây bình quân phải mất 10 năm.

Cùng với sự tiến bộ của khoa học công nghệ các NMĐHN của các nước Pháp, Hàn Quốc, Nhật Bản, Đức, Anh và Nga ngày càng được cải tiến tốt hơn. Riêng ở Hoa Kỳ, công nghệ AP1000 của Westinghouse đã mở ra một kỷ nguyên mới cho NMĐHN, vì có nhiều ưu điểm hơn so với các công nghệ khác về tính an toàn và giá thành cạnh tranh do tiết kiệm được nhiều chi phí xây dựng, vận hành.

Kinh nghiệm từ nhiều nước đi trước

Kinh nghiệm từ Hàn Quốc: đặt trọng tâm chọn đối tác và chuyển giao công nghệ.

Việt Nam có lò nghiên cứu hạt nhân tại Đà Lạt trước Hàn Quốc trong khi Hàn Quốc chỉ mới làm quen và có nhà máy điện hạt nhân vào giữa thập niên 70, nhưng Chính phủ Hàn Quốc đặt chương trình này thành chương trình năng lượng trọng điểm của quốc gia nên họ quyết tâm đầu tư lâu dài và có chính sách nhất quán, bền bỉ và chọn Hoa Kỳ làm đối tác chiến lược ngay từ đầu và không hề thay đổi chính sách hợp tác. Chính sách hợp tác của họ có các điểm cốt lõi như sau: Hàn Quốc ký hợp đồng với  Westinghouse và họ sẵn sàng nhượng bộ một phần về tài chính nhưng đổi lại Hoa Kỳ chuyển giao công nghệ và đào tạo chuyên gia cho họ. Huy động các Công ty lớn của Hàn Quốc cùng sát cánh làm việc với các Công ty Hoa Kỳ để học kinh nghiệm. (Nội địa hóa nhà máy điện hạt nhân mang nhãn mác Hàn Quốc)...

Hàn Quốc ngày nay là một quốc gia hạt nhân đáng khâm phục. Họ đã có khả năng chế tạo và xây dựng nhà máy điện hạt nhân không thua kém các cường quốc khác. Hàn Quốc đã trúng thầu xây dựng nhà máy điện hạt nhân cho Nam Dương nhằm cung cấp các thiết bị cho Hoa Kỳ, Trung Quốc. Hiện nay, Hàn Quốc có 20 nhà máy điện hạt nhân và hoạt động hiệu quả rất cao, chiếm 45% tổng sản lượng điện cho cả nước.

Trung Quốc: Tập trung vào chuyển giao công nghệ và nội địa hoá.

Trung Quốc khởi động chương trình NMĐHN sau Hàn Quốc, nhưng họ là nước có nguồn nhân lực lớn, vật lực rất có tiềm năng nên họ đã đạt được những thành quả vượt bậc. Trung Quốc có thể mời tất cả các nước có kỹ thuật điện hạt nhân đến và tạo “sân chơi bình đẳng” cho các đối tác. Trung Quốc cho các nước đua tài và đứng ra chấm điểm và tự do rút ra bí quyết công nghệ và chủ trương thực hiện kế hoạch nội địa hóa toàn bộ các khâu chính của NMĐHN. Chính phủ Trung Quốc ban hành chính sách năng lượng nguyên tử tầm quốc gia và đang vượt lên để hợp tác với nhiều nước như Hoa Kỳ về chế tạo lò phản ứng thế hệ thứ IV. Trung Quốc xem chương trình NMĐHN là lẽ sống còn về năng lượng để phát triển quốc gia và đầu tư rất sâu rộng vào chương trình này. Trung Quốc mới mua 4 lò thuộc loại nhà máy điện hạt nhân AP1000 của Công ty Westinghouse - Hoa Kỳ.

Bài toán quản lý và đào tạo ở Việt Nam

Mô hình nhà máy điện hạt nhân theo công nghệ AP 1000 của Westinghouse.

Việc vận hành Nhà máy điện hạt nhân (NMĐHN) đòi hỏi an toàn công cộng đến mức tuyệt đối nên tổ chức bộ máy để xây dựng, vận hành và giám sát an toàn cần được hình thành sớm. Tổ chức năng lượng nguyên tử quốc gia gồm hai cơ quan chính:

Cơ quan giám sát an toàn quốc gia: Mục tiêu chính là kiểm soát, thanh tra các hoạt động của các cơ sở hạt nhân nhằm đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công chúng.

Cơ quan chủ quản có cơ sở hạt nhân: Nhiệm vụ chính là làm chủ các cơ sở hạt nhân.

Hai đơn vị này hoàn toàn độc lập với nhau, vì mục tiêu an toàn quốc gia nên cơ quan thanh tra trực thuộc Thủ tướng và có quyền hạn rất rộng và không chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố lợi ích kinh tế khi cần phải ra quyết định đóng cửa các nhà máy điện nguyên tử. Ủy ban này gồm một chủ tịch và các hội đồng thành viên. Các thành viên trong ủy ban là những chuyên gia kỹ thuật có nhiều năm kinh nghiệm về quản trị và có nhiều cống hiến cho quốc gia được Thủ tướng tiến cử và Quốc hội chấp thuận. Giúp việc cho ủy ban là các ban chuyên môn và các văn phòng vùng miền để trực tiếp giám sát các hoạt động, các chủ đầu tư và các cơ sở hạt nhân.

Chủ đầu tư NMĐHN tương tự như các nhà máy công nghiệp lớn, có khác là phải đặc biệt tuân thủ luật an toàn.

Về công tác đào tạo: Hầu hết các sự cố xảy ra cho NMĐNT là do con người tạo ra. Việc đầu tư tài chính thỏa đáng, xây dựng chiến lược đào tạo và tuyển chọn nghiêm ngặt là việc cần làm ngay. Thời gian đào tạo một chuyên gia vận hành nhà máy đầu tiên cần từ 6 đến 8 năm vừa học lý thuyết và thực hành. Chúng ta có một số chuyên gia hạt nhân đang làm việc tại các cơ sở nghiên cứu nhưng chưa thực hiện công việc tại các NMĐHN do vậy cần được đào tạo thêm để làm cán bộ nòng cốt.

Ngoài ra, chúng ta có hàng ngàn công nhân và kỹ sư nhiều lãnh vực có thể hỗ trợ cho điện hạt nhân, gần đây Chính phủ đã giao nhiệm vụ cho Bộ Khoa học và Công nghệ phối hợp các Bộ để xây dựng chương trình đào tạo cấp quốc gia về điện hạt nhân. Hiện nay, các trường đại học đã có chương trình đào tạo kỹ sư nguyên tử, Tập đoàn Điện lực Việt Nam EVN và Viện Năng lượng cũng đã tổ chức nhiều khóa học trong và ngoài nước cho các học viên. Mới đây, Viện Năng lượng nguyên tử đã tổ chức chương trình đào tạo chuyên gia điện nguyên tử kéo dài một năm cho các chuyên gia có kinh nghiệm và hai năm cho các kỹ sư trẻ. Mục tiêu của khóa học nhằm gấp rút đào tạo các bộ chủ chốt để có thể nắm giữ các nhiệm vụ quan trọng trong những thời gian tới. Khi Chính phủ chọn lựa được công nghệ và nhà thầu, việc đào tạo sẽ thực hiện thuận lợi hơn.

Về chuyển giao công nghệ: Chính phủ đã có kế hoạch phát triển điện nguyên tử để đóng góp 25% tổng sản lượng điện. Kế hoạch này sẽ đòi hỏi Việt phải xây dựng hàng chục NMĐHN. Do vậy, ban đầu chúng ta phải chọn đối tác giỏi và có thành tích chuyển giao công nghệ để chúng ta vừa làm vừa học tập hướng đến tự làm chủ được công nghệ.

Hoa Kỳ và Nga là hai nước dẫn đầu về công nghệ NMĐHN. Hoa Kỳ đã thành công trong việc chuyển giao công nghệ cho Pháp, các nước Châu Âu, Nhật, Hàn Quốc, mới đây là Trung Quốc và kế tiếp là Ấn Độ. Westinghouse chủ trương chuyển giao công nghệ và giúp nước bạn nội địa hóa công nghệ của Westinghouse. Pháp, Nhật Bản và Hàn Quốc đã thành công rực rỡ và các quốc gia này là các quốc gia hàng đầu xuất khẩu công nghệ điện hạt nhân cho các nước khác. Trung Quốc, Pháp và Nhật Bản là các cường quốc về kỹ thuật và kinh tế nhưng họ vẫn nhờ Hoa Kỳ giúp họ để đạt độ an toàn cao và tránh rủi ro ban đầu.

Về vấn đề nguyên liệu: Nguyên liệu để vận hành nhà máy là Uranium-235 với 4% làm giàu. Để được các thanh uranium này công nghệ chế biến từ quặng uranium, lắp nhà máy chế biến rất tốn kém và phức tạp. Hiện nay, có rất nhiều nước như Canada, Pháp, Autralia, Nhật, Trung Quốc, Hoa Kỳ, Nga chuyên sản xuất các thanh uranium sẵn sàng để sử dụng cho NMĐHN. Luật lệ của các cơ quan nguyên tử quốc tế sẽ giám sát việc mua bán trên thị trường và không có trở ngại tùy theo giá cả và quan hệ người bán người mua. Việt không sợ thiếu nguồn nguyên liệu này…

Về xử lý rác thải: Khi vận hành nhà máy thải ra ba loại rác thải chính: các thanh uranium đã được đốt trong lò và được lấy ra khỏi lò, một lượng nước thải có chất phóng xạ và một lượng rác thải nhiễm phóng xạ.

Các thanh uranium thải ra sẽ được các công ty chuyên chế biến nguyên liệu sẽ tiến hành tái chế từ uranium-238 thành đồng vị Pu-239 và đưa vào lò để sử dụng lại. Quy trình tái chế này đang được nhiều nước áp dụng nên chất thải không có lượng lớn. Riêng Hoa Kỳ không tái chế vì muốn giới hạn đồng vị Pu-239 đã được làm giầu lọt vào tay các tổ chức khủng bố có thể tạo ra bom nguyên tử. Nước thải nhiễm phóng xạ: nước được chưng cất và tách rời các phần từ phóng xạ, lượng nước sạch đủ tiêu chuẩn an toàn để không gây hại cho môi trường. còn lại một lượng rất nhỏ chất phóng xạ cần được xử lý tiếp. Rác thải phóng xạ: rác thải phóng xạ thường là công cụ nhỏ, một số vật liệu phụ như khăn lau, nhựa… công nghệ nén sẽ giúp ép các chất thải này thành thể tích rất nhỏ.

Cuối cùng số lượng rác thải cần cất giữ có số lượng rất nhỏ và tùy theo mức độ độc hại, thời gian có thể được chứa trong các thùng hợp kim và thủy tinh có tuổi thọ hàng ngàn năm và có sức bền đặc biệt và được lưu giữ ở một nơi an toàn.

TS Đinh Đức Hữu (Còn nữa)