Chương 6: Giới thiệu tóm lược về nhà máy điện hạt nhân

Chương 6 GIỚI THIỆU TĨM LƯỢC VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN 1 Nội dung 1. Thơng tin về Điện hạt nhân 2. Các công nghệ lị phản ứng: nước áp lực, nước sôi, Candu, tải nhiệt bằng khí và lò tái sinh 3. Một số vấn đề về an toàn hạt nhân 4. Nhà máy ĐHN đầu tiên của Việt Nam 2 3+ HiƯn nay cã 32 n­íc cã nhµ m¸y ®iƯn h¹t nh©n víi tỉng sè 435 tỉ m¸y ®ang vËn hµnh vµ 63 tỉ m¸y ®ang x©y dùng trong 15 nước. + Tỉng ®iƯn h¹t nh©n kho¶ng 368.000 MWe, chiÕm 14% l­ỵng ®iƯn thÕ giíi. + C¸c n­íc cã nhiỊu tỉ m¸y ®iƯn h¹t nh©n gåm: - Hoa kú: 104 - Ph¸p: 58 - NhËt B¶n : 48 (2 tổ máy ở Sendai sắp đưa vào vận hành) - Nga: 33 vận hành, 10 đang xây dựng - Hµn Quèc: 23 vận hành, 5 đang xây dựng - Ấn ®é: 20 vận hành, 5 đang xây dựng - Anh: 19 - Canada: 18 - Trung QuẤc 22 vận hành, 26 đang xây dựng - Ukraine: 15 - §øc: 9 th«ng tin vỊ ®iƯn h¹t nh©n (1) 4th«ng tin vỊ ®iƯn h¹t nh©n (2) 5th«ng tin vỊ ®iƯn h¹t nh©n (3) Các loại nhà máy điện nguyên tử • Lò phản ứng sử dụng neutron nhiệt: Nước thường (H2O) Nước nặng (D2O) Graphite Chất làm chậm - Lò áp lực PWR - Lò nước sôi BWR Lò Candu - Lò RBMK - Lò nhiệt độ cao tải nhiệt bằng khí • Lò phản ứng sử dụng neutron nhanh: Lò phản ứng tái sinh 6 Phân biệt LPỨ nghiên cứu và LPỨ năng lượng °LPỨ nghiên cứu: Tạo ra trường thông lượng neutron cao cho các mục đích nghiên cứu (1014-1015n/cm2/s), năng lượng nhiệt không cao và không được sử dụng. Độ giàu nhiên liệu từ 20- 90%, thể tích vùng hoạt nhỏ. Hiện nay có gần 300 LPỨ nghiên cứu trên thế giới. °LPỨ năng lượng: Trường thông lượng neutron không cao (~1013n/cm2/s), thể tích vùng hoạt lớn (đường kính 4-6m, chiều cao ~4m). Công suất nhiệt từ vài chục cho đến vài nghìn MW). Độ giàu nhiên liệu ở mức vài phần trăm. 7 Lò nước áp lực Công suất điện : 325, 650, 975, 1300, 1540 MWe Chất làm chậm : Nước thường. Chất tải nhiệt : Nước thường Độ giàu : ~4%. Điều khiển : Bằng thanh điều khiển và nồng độ B-10. Aùp suất vòng I: 155 bars 8 9Nhµ m¸y ®hn víi lß pwr 10 c«ng nghƯ lß n­íc ¸p lùc - PWR thiÕt bÞ sinh h¬i Lò nước sôi Công suất : 600, 670, 1350, 1500MWe. Nhiên liệu: Oxit uran độ giàu 2.5% Chất làm chậm: Nước thường. Chất tải nhiệt : Nước thường Điều khiển: Thanh điều khiển, lưu lượng bơm tuần hoàn. Aùp suất: 71 bar11 12 Nhµ m¸y ®hn víi lß bwr 13 Thïng lß vµ c¸c thiÕt bÞ bªn trong c«ng nghƯ lß n­íc s«i - bWR Lò Candu Công suất : 633, 900 MWe. Chất làm chậm: Nước nặng Chất tải nhiệt: Nước thường. Nhiên liệu: oxit uran độ giàu 0.73% Điều khiển: Thanh điều khiển, mức nước, B10 trong chất làm chậm. Aùp suất: 100bars 14 15 c«ng nghƯ lß n­íc nỈng - candu s¬ ®å nguyªn lý Lß n­íc nỈng §­êng h¬i §­êng n­íc Lß ph¶n øng Nhiªn liƯu (uranium) ThiÕt bÞ thay nhiªn liƯu M¸y ph¸t Turbine B¬m M¸y biÕn thÕ N­íc lµm m¸t ThiÕt bÞ sinh h¬i N­íc nỈng (chÊt t¶i nhiƯt) Lò tải nhiệt bằng khí, nhiệt độ cao Công suất: Từ vài chục đến vài trăm MWe Chất làm chậm: Graphite. Chất tải nhiệt: Khí (Helium, CO2..) Nhiên liệu: Oxit uran độ giàu 10% Điều khiển: Thanh điều khiển. Aùp suất: 30-60 bar Nhiệt độ khí lối ra vùng hoạt: 700oC 16 Lò nhanh Công suất: 100-1500MWe. Chất tải nhiệt : Na lỏng. Nhiên liệu: PuO2 độ giàu 15% Điều khiển: Thanh điều khiển. Aùp suất: Áp suất khí quyển 17 ° Để cạnh tranh được với các nhà máy phát điện dùng nhiên liệu hoá thạch, công suất LPU phải tương đối lớn >1000MWe. ° Sự an toàn của LPU (phần lớn) vẫn dựa trên các hệ thống bảo vệ sự cố làm việc theo nguyên tắc active (phải cần tới năng lượng điện). ° Hiệu suất chuyển đổi nhiệt - điện (khoảng 33%) là tương đối thấp so với sự tiến bộ gần đây trong các nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu hoá thạch. Các lò phản ứng thế hệ mới ° An toàn hơn ° Đơn giản hơn ° Tin cậy hơn ° Vận hành dễ dàng hơn 18 AP- 600, AP-1000 (Westinghouse): - Đơn giản trong xây dựng và bảo dưỡng - Làm nguội sự cố vùng hoạt bằng cơ chế passive - Thể tích bình điều áp lớn hơn 60% - Giảm 50% số van, giảm 70% cáp điện, giảm 35%số bơm, giảm 45% diện tích, công trình cần phải chống động đất, giảm 80% độ dài đường ống Các lò phản ứng thế hệ mới 19 20 CÁ C THẤ HẤ NHÀ MÁ Y ẤIẤN HẤT NH N  Các lị đang vận hành trên thế giới chủ yếu thuộc loại thế hệ thứ II.  Một số nước đã xây dựng hoặc đang cĩ kế hoạch thay thế các lị hết hạn sử dụng bằng loại lị thế hệ thứ III.  Các nước đang hợp tác nghiên cứu để cho ra đời loại lị thế hệ thứ IV với nhiều ưu việt: an tồn hơn, lượng chất thải phĩng xạ ít hơn, kinh tế hơn, giảm thiểu nguy cơ phổ biến vũ khí hạt nhân.  Cho những năm sau 2030! AP-1000 21 CÁ C THẤ HẤ NHÀ MÁ Y ẤIẤN HẤT NH N An tồn thụ động: EPR 1500MWe (Framatom) ° Hệ thống cấp nước và làm nguội khẩn cấp cho vùng hoạït : 4 hệ độc lập ( MHSI, LHSI, Accumulator) ° Hệ thống cấp nước dự phòng cho SG (Steam Generator): 2 hệ độc lập ° Hệ thống giảm áp vòng 1, qua thiết bị điều áp (pressurizer) nhằm giảm nguy cơ nóng chảy vùng hoạt trong điều kiện áp suất cao ° 2 hệ thống phun nước giảm áp độc lập cho toà nhà lò ° Hệø thống (Catalytic recombiner) được lắp đặt trong toà nhà lò nhằm mục đích loại trừ khả năng nổ hydrogen ° Toà nhà lò 2 lớp, lớp bêton bên trong có thể chịu được áp suất ngay cả khi xảy ra tình huống nổ hydrogen, lớp bên ngoài có thể chịu được va đập của máy bay ° Hệø thống hút và lọc khí giữa 2 lớp vỏ của tòa nhà lò ° Bể nước dự trữ để làm nguội vùng hoạt được đặt ngay trong toà nhà lò, khi cần thiết có thể làm ngập khối chất nóng chảy nhiên liệu và vật liệu cấu trúc (Corium) ° Có một kết cấu đáy đặc biệt (Corium spreading zone) trong tòa nhà lò, cho phép tải nhiệt và cầm giữ an toàn trạng thái Corium, khi tai nạn nóng chảy vùng hoạt xảy ra 22 °Lò PWR: là loại phổ biến nhất ° Lò BWR: được cải tiến kỹ thuật rất nhiều trong thời gian gần đây, dễ điều khiển. ° Lò nhiệt độ cao: Hiệu suất biến đổi nhiệt- điện cao, hệ số tái sinh lớn, ít chất thải. ° Lò nhanh : Khá phức tạp, hệ số tái sinh rất lớn, có khả năng chuyển đổi hạt nhân. Lò phản ứng tương lai - Lò nhanh - Lò nhiệt độ cao - Máy khuếch đại năng lượng 23 Quặng Uran Tinh chế Chuyển hoá U3O8 Chuyển hoá UO2 Chuyển hoá UF6 Làm giàu U 235 Chế tạo bó nhiên liệu Đốt cháy trong LPU Cất giữ tạm thời Xử lý Phân loại Cất giữ lâu dài • Một lò phản ứng 1000 MWe, một năm cho 21 tấn chất thải trong đó: 20 tấn Uran (U235 0.9%), 200kg Pu, 21kg actinide (Neptune, Amerixi), 760kg Sản phẩm phân hạch (Xesi 135, Tecnixi 99, Ziriconi 93, Paladi 107, Iode 129). Chu trình nhiên liệu hạt nhân 24 Các yếu tố đảm bảo an toàn • Tính năng an toàn nội tại của bản thân vùng hoạt LPƯ. Thiết kế đảm bảo cơ chế phản hồi âm ∂P/∂ρ<0 • Hệ thống bảo vệ sự cố gồm nhiều tầng (Protection in deepth). • Chất lượng cao của vật liệu, độ tin cậy cao của thiết bị. • Qui định nghiêm ngặt trong vận hành, kiểm tra, sửa chữa bảo dưỡng. • Trình độ nhân viên vận hành. • Hệ thống quản lý an toàn hạt nhân hoàn chỉnh cơ sở, địa phương và quốc gia. 25 Các yếu tố được tính đến trong thiết kế • Động đất • Yếu tố thời tiết • Cháy, nổ, máy bay, phá hoại • Sức bền vật liệu • Yếu tố con nguời • Tai nạn hạt nhân nghiêm trọng 26 Một số kết quả của đánh giá an toàn • Loại bỏ hoàn toàn tai nạn nổ hạt nhân. • Xác suất xảy tai nạn nóng chảy vùng hoạt P< 10-5/lò phản ứng/năm (nói chung). • Xác suất xảy ra tai nạn nóng chảy vùng hoạt do yếu tố bên trong lò phản ứng P<10-6/lò phản ứng/năm. • Xác suất xảy ra tai nạn nóng chảy vùng hoạt do yếu tố bên ngoài lò phản ứng P<10-6/lò phản ứng. • Ngay cả với tai nạn nghiêm trọng (nóng chảy vùng hoạt), không có sự thất thoát nghiêm trọng chất phóng xạ ra môi trường, không phải di tản dân chúng. 27 28 + QuẤc hẤi thơng qua ngẤy 25/11/2009 + SẤ xây dẤng 2 nhẤ máy, mẤi nhẤ máy gẤm 2 tẤ máy, cơng suẤt mẤi tẤ khoẤng 1000 MWe  TẤng cơng suẤt 4000 MWe + ẤẤa ẤiẤm: Ninh ThuẤn 1. Xã PhẤẤc Dinh, HuyẤn ThuẤn Nam Ninh ThuẤn 2. Xã VẤnh HẤi, HuyẤn Ninh HẤi DẤ Á N NHÀ MÁ Y ẤIẤN HẤT NH N ẤẤU TIÊ N Vĩnh HẤi PhẤẤc Dinh 29 DẤ Á N NHÀ MÁ Y ẤIẤN HẤT NH N ẤẤU TIÊ N PGS.TS Nguyễn Hồng Phương, Phĩ giám đốc trung tâm báo tin động đất và cảnh báo sĩng thần (thuộc viện Vật lý địa cầu) khẳng định, chưa cĩ tâm chấn tâm động đất nào từng ghi nhận. Từ đĩ, cĩ thể thấy rằng, khu vực này cĩ nền địa chất khá ổn định. Nếu tính theo thang chấn động, thì Ninh Thuận nằm ở cấp 6 tức là người dân chỉ cảm thấy động đất nhà cửa bị rung nhẹ. 30 TẤ MÁ Y ẤIẤN HẤT NH N ẤẤU TIÊ N TẤI NINH THUẤN 31 + Cơng nghẤ: ChẤn cơng nghẤhiẤn ẤẤi. NhẤmáy ẤẤu tiên do LB Nga thiẤt kẤvẤchẤtẤo (loẤi VVER-1000 hoẤc VVER-1200). + ChẤẤẤu tẤvẤvẤn hẤnh nhẤmáy: TẤp ẤoẤn ẤiẤn lẤc ViẤt Nam. + ThẤi gian xây dẤng: khoẤng 6 nẤm. KhẤi cơng nẤm 2018 ? . + TẤmáy ẤẤu tiên ẤẤa vẤo hoẤt ẤẤng nẤm 2025 ? . + TẤmáy thẤ2 dẤkiẤn ẤẤa vẤo hoẤt ẤẤng nẤm 2026 ? . DẤ Á N NHÀ MÁ Y ẤIẤN HẤT NH N ẤẤU TIÊ N Lị VVER-1200 Nhà lị - vỏ bảo vệ kép 32 AN TỒ N THIẤT KẤ CẤA NHÀ MÁ Y ẤHN CẤA NGA Lị VVER-1000/1200 Hệ thống cơ lập nĩng chảy (bẫy nĩng chảy) - Bảo vệ hầm lị phản ứng khỏi các tác động cơ nhiệt của chất nĩng chảy; - Tiếp nhận và phân tán các chất nĩng chảy rắn và lỏng; - Thốt nhiệt từ chất nĩng chảy tới hệ thống nước làm mát; - Duy trì trạng thái dưới ngưỡng nguy hiểm; - Giảm thiểu rị rỉ hydro và các nuclid phĩng xạ ra tới vỏ bảo vệ; - Bẫy nĩng chảy cĩ nhiệm vụ cơ lập nĩng chảy và ngăn ngừa rị rỉ thốt ra khỏi vỏ bảo vệ trong mọi tình huống 33 Cấp nước cho bẫy nĩng chảy từ các bể thu gom bố trí bên trong các lớp vỏ bảo vệ 1. Lị phản ứng 2. Cơ chế cơ lập nĩng chảy 3. Bể chứa nhiên liệu 4. Giếng kiểm tra các thiết bị bên trong vỏ lị 5. Các bể thu gom 6. Đường ống dẫn nước làm mát bề mặt nĩng chảy 7. Đường ống cấp nước cho thiết bị trao đổi nhiệt của bẫy nĩng chảy 34 35 NHÀ LỊ 2 LẤP, CƠ NG NGHẤ MẤI NHẤT