Nhà máy điện hạt nhân nổi (Floating Nuclear Power Plant) là một nhà máy điện độc lập, có một hoặc nhiều lò phản ứng hạt nhân được lắp đặt trên một hệ thống nổi có thể di chuyển được trên mặt nước. Đây là một hướng phát triển mới về công nghệ nhà máy điện. Bắt nguồn từ sự phát triển của các lò phản ứng công suất nhỏ được sử dụng trên các tàu sân bay, tàu phá băng hạt nhân và tàu ngầm hạt nhân, các nhà máy điện hạt nhân nổi đã được nghiên cứu và phát triển để có thể cung cấp năng lượng điện, nhiệt và cả khả năng khử muối nước biển một cách nhanh chóng và linh hoạt.

Các chuyên gia nhận định các nhà máy điện hạt nhân nổi có nhiều ưu điểm. Khả năng di chuyển linh hoạt giúp các nhà máy này không chỉ phục vụ cho các địa điểm định sẵn mà còn có thể cung cấp năng lượng cho các khu vực xa, các đảo hay các giàn khoan khai thác mỏ ngoài khơi. Với việc được xây dựng tại các nhà máy hoặc xưởng đóng tàu, việc tìm kiếm và nghiên cứu vị trí, địa điểm đặc biệt cho nhà máy điện hạt nhân sẽ được đơn giản hóa. Tác động đến môi trường khi nhà máy hoạt động cũng là rất thấp và việc tháo dỡ có thể được thực hiện tại một địa điểm chuyên biệt do tính di động của nhà máy. Tuy nhiên, các yếu tố như khả năng tiếp nhiên liệu cũng như ngăn ngừa phóng xạ rò rỉ ra biển cũng cần được tính đến.

Nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên đã có từ 60 năm trước

Nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên là lò phản ứng nước áp lực loại MH-1A được thiết kế cho quân đội Hoa Kỳ vào năm 1961. Lò phản ứng này có công suất 10 MW được đặt trên tàu Sturgis, một con tàu thuộc lớp Liberty có từ Thế chiến lần thứ II. Nhà máy điện hạt nhân nổi này sau đó đã được sử dụng để cung cấp năng lượng cho Khu vực Kênh đào Panama từ năm 1968 đến 1976. Nhà máy điện nổi này sau đó đã dừng hoạt động vào năm 1976 và được tháo dỡ vào năm 2019.

Lò phản ứng hạt nhân nổi đầu tiên trên thế giới MH-1A. (Nguồn: usace.army.mil)

Nga trở thành nước đầu tiên đưa nhà máy điện hạt nhân nổi vào vận hành thương mại

Nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên của Liên bang Nga có tên Akademik Lomonosov đã được nối lưới và đưa vào vận hành chính thức vào ngày 22/05/2020 để cung cấp năng lượng cho thị trấn Pevek, thuộc vùng Chukotka xa xôi và lạnh giá. Nhà máy thuộc sở hữu của Tập đoàn Năng lương Nguyên tử Quốc gia Nga – ROSATOM. Tuy được thiết kế theo ý tưởng giống như của MH-1A khi đặt lò phản ứng trên hệ thống đế nổi, nhưng đây sẽ là nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên được thiết kế để sản xuất hàng loạt. Hiện nay, Akademik Lomonosov là nhà máy điện hạt nhân hoạt động gần cực Bắc nhất trên thế giới.

Akademik Lomonosov rời xưởng đóng tàu tại Saint Petersburg, Nga. (Nguồn: Internet)

Được đặt theo tên Viện sĩ Mikhail Vasilyevich Lomonosov, nhà máy điện hạt nhân nổi này có chiều dài 144m, chiều rộng 30m, cao 10m với trọng tải rẽ nước là 21.500 tấn và thủy thủ đoàn 70 người. Nhà máy được trang bị một tổ máy phát điện gồm hai lò phản ứng hạt nhân nước áp lực KLT-40S có tổng công suất 70MW và hai turbine hơi, cùng các khu vực dự trữ để chứa nhiên liệu hạt nhân sạch cũng như các chất thải phóng xạ dạng rắn và lỏng. Akademik Lomonosov cũng có thể được sử dụng như một nhà máy khử muối bằng phương pháp hồi thẩm thấu (remorse osmosis) hoặc phương pháp chưng cất nhiều lần (multi-stage evaporating) với công suất 240.000 m3 nước ngọt/ngày.

Akademik Lomonosov dự kiến sẽ cung cấp đủ điện năng cho khoảng 200.000 người, giúp tiết kiệm 200.000 tấn than và 100.000 tấn nhiên liệu mỗi năm. Thời gian hoạt động ước tính khoảng 40 năm. Sau khi hết thời hạn hoạt động, thiết bị có thể được mang đi để thay thế và bảo trì lò phản ứng mà không để lại bất kỳ vật liệu nguy hiểm nào cho Bắc Cực.

Akademik Lomonosov khi hoàn thành (Nguồn: RT)

Liên bang Nga đã có 50 năm kinh nghiệm vận hành an toàn các tàu phá băng sử dụng năng lượng hạt nhân – được xây dựng đặc biệt cho khu vực Bắc Cực, và tất cả đều được áp dụng cho nhà máy nổi này. Các kết quả tính toán và thử nghiệm của ROSATOM cho thấy xác suất xảy ra sự cố rò rỉ chất phóng xạ ra môi trường, ảnh hưởng đến con người hầu như không có. Tất cả các yêu cầu chặt chẽ nhất về an toàn và môi trường của IAEA và của Nga đều được đáp ứng đầy đủ khi thiết kế, chế tạo, xây dựng, vận chuyển và vận hành nhà máy điện hạt nhân nổi này.

Trung Quốc dự kiến xây dựng đến 20 nhà máy điện hạt nhân nổi trong tương lai

Sau Nga, Trung Quốc cũng tuyên bố đã bắt đầu xây dựng nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên của nước này. Được xây dựng bởi Tập đoàn Điện hạt nhân Trung Quốc CGN, nhà máy này là phiên bản thử nghiệm và dự kiến sẽ hoàn thành trong năm 2020.

Lò phản ứng được sử dụng trong dự án là lò phản ứng nội địa có tên ACPR50S, thuộc loại lò phản ứng cỡ nhỏ tương tự như nhà máy điện hạt nhân nổi của Nga, có công suất 60 MW điện do CGN tự thiết kế và chế tạo. Nhà máy dự kiến sẽ được sử dụng để cung cấp điện, nhiệt và cả khử muối trong nước biển cho các vùng xa xôi của Trung Quốc. Nước này cũng dự kiến sẽ sản xuất khoảng 20 nhà máy điện hạt nhân nổi loại này trong tương lai.

Ảnh minh họa nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên của Trung Quốc. (Nguồn: CGN)

Công nghệ nhà máy điện hạt nhân nổi đầy hứa hẹn trong tương lai

Các nghiên cứu mới vẫn đang được tiếp tục để phát triển công nghệ cho các nhà máy điện hạt nhân nổi. Trong đó Học viện công nghệ Massachusets (MIT), Hoa Kỳ đang phát triển mô hình các nhà máy điện hạt nhân nhỏ ngoài khơi cách bờ ít nhất 12 km. Các nhà máy điện hạt nhân nổi loại này bao gồm lò phản ứng đặt trên phần đế của các giàn khoan dầu mỏ, nằm ở độ cao cách mặt biển từ 45m đến 75m. Chúng sẽ được đặt tại các vùng nước sâu ngoài khơi và được kết nối với đất liền bằng hệ thống cáp điện ngầm. Việc đặt các nhà máy điện hạt nhân nổi ngoài khơi xa nhằm tránh các ảnh hưởng của động đất, sóng thần so với các nhà máy điện nằm sát bờ biển. Nước biển sẵn có cũng sẽ là nguồn nước làm mát vô tận cho các nhà máy điện hạt nhân loại này trong trường hợp cần thiết.

Mô hình các nhà máy điện hạt nhân nhỏ ngoài khơi đang được Học viện công nghệ Massachusets, Hoa Kỳ nghiên cứu. (Nguồn: MIT)

Một hướng nghiên cứu khác với MIT là nghiên cứu công nghệ mới cho lò phản ứng hạt nhân cỡ nhỏ để lắp đặt trên các nhà máy điện hạt nhân nổi. Hiện tại, Seaborg Technologies đang phát triển Lò phản ứng muối nóng chảy nhỏ gọn (Compact Molten Salt Reactor - CMSR), sử dụng nhiên liệu là hỗn hợp muối nóng chảy, được thiết kế để đáp ứng nhu cầu sử dụng uranium làm giàu thấp có sẵn trên thị trường. An toàn phóng xạ cao là ưu điểm nổi trội của công nghệ lò phản ứng này, khi nguội đi dưới 500 độ C các muối nhiên liệu sẽ đông cứng lại và không gây hại đến môi trường xung quanh. Mỗi lò phản ứng muối nóng chảy với công suất 100 MW điện có thể hoạt động trong vòng 12 năm không cần thay nhiên liệu. Chúng sẽ được thiết kế theo dạng mô đun bao gồm 2 lò phản ứng có tổng công suất điện 200 MW. Các mô-đun lò phản ứng này sau đó sẽ được đặt trên hệ thống nổi (sà lan) do Hyundai sản xuất, với thiết kế số lượng mô-đun tùy thuộc vào nhu cầu năng lượng là 200 – 400 – 600 – 800 MW. Đây hứa hẹn sẽ là công nghệ nhà máy điện nổi của tương lai do tính an toàn và thời gian xây dựng ngắn của chúng.

Mô hình nhà máy điện hạt nhân nổi sử dụng lò CMSR của Seaborg. (Nguồn: seaborg.co)

Rõ ràng, các nhà máy điện hạt nhân nổi là một công nghệ đầy hứa hẹn do những ưu điểm mà chúng mang lại như tính linh hoạt cao, không phát thải khí nhà kính, hạn chế nhu cầu về tài nguyên đất và nhiên liệu hóa thạch. Các nhà máy này vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu, cải tiến để đảm bảo sự hiệu quả và an toàn cho môi trường biển.

                                                                        Thực hiện: Phạm Đức Trung

Tài liệu tham khảo:

1. https://en.wikipedia.org/wiki/MH-1A
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Akademik_Lomonosov
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Molten_salt_reactor
4. Nga hạ thủy nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên ở Bắc Cực. https://baotintuc.vn/the-gioi/nga-ha-thuy-nha-may-dien-hat-nhan-noi-dau-tien-o-bac-cuc-20190823214836227.htm
5. Bên trong nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên thế giới của Nga https://baotintuc.vn/the-gioi/ben-trong-nha-may-dien-hat-nhan-noi-dau-tien-the-gioi-cua-nga-20190824075600616.htm
6. Tạp chí Tia Sáng. Nhà máy điện hạt nhân nổi: Hướng phát triển công nghệ mới của Rosatom. https://tiasang.com.vn/khoa-hoc-cong-nghe/Nha-may-dien-hat-nhan-noi-Huong-phat-trien-cong-nghe-moi-cua-Rosatom-9753
7. Tạp chí Tia Sáng. Nhà máy điện hạt nhân nổi đã tới Cực Bắc. https://tiasang.com.vn/khoa-hoc-cong-nghe/Nha-may-dien-hat-nhan-noi-da-toi-Cuc-Bac--12452
8. Tạp chí Tia Sáng. Nhà máy điện hạt nhân nổi bắt đầu nối lưới điện. https://tiasang.com.vn/khoa-hoc-cong-nghe/Nha-may-dien-hat-nhan-noi-bat-dau-noi-luoi-dien-20827
9. POWER magazine. China Starts Building SMR-Based Floating Nuclear Plant.  https://www.powermag.com/china-starts-building-smr-based-floating-nuclear-plant/
10. Russia connects floating plant to grid. https://world-nuclear-news.org/Articles/Russia-connects-floating-plant-to-grid
11. CGN starts construction of offshore reactor. https://www.world-nuclear-news.org/NN-CGN-starts-construction-of-offshore-reactor-0711164.html
12. What is a floating nuclear power plant? https://www.foronuclear.org/en/updates/in-depth/what-is-a-floating-nuclear-power-plant/
13. Tạp chí Tia Sáng. Trung Quốc và tham vọng đưa điện hạt nhân ra Biển Đông. https://tiasang.com.vn/-quan-ly-khoa-hoc/Trung-Quoc-va-tham-vong--dua-dien-hat-nhan-ra-Bien-Dong-16420
14. Các nhà máy điện hạt nhân nổi sẽ được xây dựng ở Biển Đông. https://vinatom.gov.vn/cac-nha-may-dien-hat-nhan-noi-se-duoc-xay-dung-o-bien-dong/
15. https://www.seaborg.co/
16. http://fnpp.info/