Nghiên cứu về năng lượng hạt nhân

Các nhà máy điện hạt nhân cung cấp hơn 11% sản lượng điện năng của thế giới một cách liên tục, nguồn phụ tải đáy đáng tin cậy, không gây phát thải khí CO2.. Tình trạng sử dụng năng lượng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

-o0o -

Đề tài:

NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN VÀ

PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG

Tiểu luận cuối kỳ môn học:

NĂNG LƯỢNG BỀN VỮNG VÀ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU

Giảng viên: A Học viên: B Lớp: C

Hà Nội, tháng 8 năm 2016

N Ụ Ữ

NLHN : Năng lượng hạt nhân

PTBV : Phát triển bền vững

1.1: Hệ thống lò điều áp (Pressurized Water Reactor) 2

1.2: Mô hình phát triển bền vững …2

MỤC LỤC

Đ 1

C ƯƠNG 1 NG N TÀI LIỆ À LĨN ỰC NGHIÊN CỨU 2

1.1 Ơ S LÝ LUẬN 2

1.1.1 Các khái niệm 2

1.1.2 Phát triển bền vững 2

C ƯƠNG 2 NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN VÀ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 3

2.1 NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN VÀ TÍNH BỀN VỮNG 3

2.2 Ư Đ ỂM VÀ HẠN CH CỦ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN 6

2.2.1 Ưu điểm của năng lượng hạt nhân 6

2.2.2 Nhược điểm của năng lượng hạt nhân 7

2.3 GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG ĐỐI VỚI NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN 7

L ẬN À N NG 9

TÀI LIỆU THAM KHẢO 10

1

Đ

Ngày nay, khi mà các nguồn năng lượng hóa thạch như than đá, dầu mỏ, khí gas… đang ngày càng cạn kệt con người đứng trước những thách thức phải tìm ra những nguồn năng lượng mới để thay thế Theo Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), hiện

có hơn 400 lò phản ứng năng lượng hạt nhân thương mại đang hoạt động ở 31 nước, với công suất trên 370.000 MW Bên cạnh dó, khoảng 70 lò phản ứng đang trong quá trình xây dựng

Các nhà máy điện hạt nhân cung cấp hơn 11% sản lượng điện năng của thế giới một cách liên tục, nguồn phụ tải đáy đáng tin cậy, không gây phát thải khí CO2 Năm mươi sáu nước đang vận hành khoảng 240 lò phản ứng nghiên cứu và hơn 180 lò phản ứng hạt nhân cung cấp năng lượng cho khoảng 150 tàu và tàu ngầm

Tình trạng sử dụng năng lượng hạt nhân trên thế giới hiện nay vẫn nhận được các

ý kiến trái chiều, nhiều người ủng hộ việc sản xuất năng lượng hạt nhân trong khi một số khác lại không đồng tình vì nguy cơ tiềm ẩn đối với môi trường và sức khỏe con người

Tiểu luận cuối môn học với chủ đề: “NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN VÀ PHÁT

TRIỂN BỀN VỮNG” sẽ phân tích tính bền vững; những ưu điểm và hạn chế của năng

lượng hạt nhân… từ đó đề xuất những biện pháp để phát triển bền vững năng lượng này

Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lưu Đức Hải đã hướng dẫn, giúp đỡ hoàn thành tiểu luận này

C ƯƠNG 1 NG N VỀ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN

1.1 Ơ S LÝ LUẬN

1.1.1 Các khái niệm

• Nă g lượng hạt nhân: là năng lượng hữu ích từ hạt nhân nguyên tử thu được nhờ các lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát

• Tự phân hạch: là quá trình hạt nhân của các nguyên tử phóng xạ có số khối lớn

Ví dụ uranium tự vỡ ra thành các mảnh hạt nhân kèm theo sự thoát ra nơtron và

một số hạt cơ bản khác, cũng là một dạng của sự phân rã hạt nhân

• P ả ứ g tổ g ợp ạt â : Là loại phản ứng khác để tạo năng lượng hạt nhân

Một ví dụ thông dụng là tritium và deuterium được kết hợp để tạo ra helium và một nơtron

• Lò phản ứng hạt nhân: là lò phản ứng, dùng nước được nung nóng bằng năng

lượng của phản ứng phân hạch để tạo ra hơi nước, và sau đó được chuyển thành cơ năng để phát điện hoặc tạo lực đẩy

Hình 1.1: Hệ thống lò điều áp (Pressurized Water Reactor)

 Phóng xạ: là hiện tượng một số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi và phát

ra các bức xạ hạt nhân (thường được gọi là các tia phóng xạ)

(Nguồn:https://vi.wikipedia.org/wiki/N%C4%83ng_l%C6%B0%E1%BB%A3ng_h%E1% BA%A1t_nh%C3%A2n)

1.1.2 Phát triển bền vững

 Phát triển bền vững: là một khái niệm mới nhằm định nghĩa một sự phát triển về

mọi mặt trong xã hội hiện tại mà vẫn phải bảo đảm sự tiếp tục phát triển của thế hệ

tương lai (Nguồn: https://vi.wikipedia.org/wiki/ Phát_triển_bền_vững)

Hình 1.2: Mô hình phát triển bền vững

3

ƯƠNG 2 NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN VÀ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 2.1 TÍNH BỀN VỮNG CỦA NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN

Năng lượng hạt nhân đóng một vai trò không thể thiếu trong việc cung cấp năng lượng sạch cho phát triển bền vững toàn cầu Hội đồng Doanh nghiệp Thế giới về Phát triển bền vững công nhận đóng góp của năng lượng hạt nhân để làm sạch không khí và phát triển trong "Hướng dẫn chính sách đến năm 2050" có nhấn mạnh: Ba công nghệ chủ chốt sẽ được yêu cầu để cung cấp đủ quy mô sản xuất điện và giảm khí nhà kính: năng

lượng tái tạo, năng lượng hạt nhân và công nghệ than sạch

(Nguồn:http://www.nei.org/Issues-Policy/Protecting-the-Environment/Sustainable-Development)

a) Năng lượng hạt nhân là một giải pháp kinh tế, an toàn và là nguồn năng lượng sạch đảm bảo sự phát triển bền vững trong việc thỏa mãn nhu cầu điện năng đang tăng mạnh trên toàn cầu

 Vào năm 2030, tiêu thụ năng lượng của thế giới sẽ gấp đôi và nhu cầu điện năng

sẽ gấp ba Mức tiêu thụ lớn từ các nước đang phát triển, không thể cung cấp được nhờ “năng lượng mới” như gió, mặt trời…

 Rất hiện thực, năng lượng hạt nhân là một công nghệ sạch, có khả năng mở rộng trên quy mô lớn để cung cấp nguồn điện ổn định liên tục

 Trong cuộc vật lộn đáp ứng nhu cầu năng lượng của mình, một số nước đang phát triển đông dân có thể làm tăng phát thải CO2 ở tầm toàn cầu

 Uranium là nguyên tố tự nhiên và phóng xạ tự nhiên của nó vẫn ở quanh chúng ta trong cuộc sống hàng ngày Nguồn tài nguyên uranium còn phong phú và triển vọng cung cấp nhiên liệu với giá ổn định rất sáng sủa

 Nhiều nước có chính sách năng lượng gắn chặt với năng lượng hạt nhân, Trung Quốc, Ấn Độ, Hoa Kỳ, Nga, Nhật Bản, Hàn Quốc với tổng số dân chiếm một nửa dân số toàn cầu Hiện có 440 tổ máy điện hạt nhân đang hoạt động ở 31 quốc gia tạo sản lượng chiếm 16% tổng điện năng thế giới và 30 tổ máy đang xây dựng

b) Lò phản ứng hạt nhân thực sự không phát thải, sử dụng năng lượng hạt nhân

có thể giúp kiềm chế được mối nguy hiểm nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu

 Carbon dioxide (CO2) là chất chính yếu gây lên hiệu ứng nhà kính và hiện tượng nóng lên toàn cầu Nhiên liệu hoá thạch (than, dầu, khí đốt) dùng để sản xuất điện sẽ phát tán khí CO2 Năng lượng hạt nhân hầu như không thải khí CO2 hay bất kỳ khí gây hiệu ứng nhà kính nào

 Các nhà máy điện hạt nhân hàng năm giúp tránh thải 2,5 tỷ tấn CO2 một lượng tương đương một nửa số khí thải của ngành vận tải thế giới Mở rộng công suất hạt nhân đồng nghĩa giảm thải chất gây hiệu ứng nhà kính được nhiều hơn

 Năng lượng hạt nhân còn giúp giảm bớt ô nhiễm không khí và bề mặt trái đất

Lò phản ứng hạt nhân không thải ra khói (nguyên nhân gây ra sương mù và các bệnh về đường hô hấp) và các chất khí tạo nên mưa a xit (huỷ hoại rừng và ao hồ)

 Khi đánh giá tác động sinh thái của toàn bộ chu trình bằng các trọng số sử dụng tài nguyên, ảnh hưởng đến sức khỏe, hậu quả của chất thải thì năng lượng hạt

nhân vượt lên trên các phương án năng lượng thông thường khác và ngang bằng với năng lượng mới

c) Chất thải phóng xạ là đặc thù của năng lượng hạt nhân So với lượng thải khổng lồ của năng lượng hóa thạch vào khí quyển, lượng chất thải hạt nhân nhỏ, được quản lý tốt và có thể cất giữ mà không gây nguy hại cho con người mà môi trường

 Chất thải phóng xạ được kiểm soát theo cách ngăn không để chúng bị đánh cắp hay làm ô nhiễm môi trường xung quanh Phần lớn nhiên liệu đã qua sử dụng được giữ tại nhà máy Chất thải mức cao được xếp trong thùng thép dày chống

ăn mòn và đặt sâu trong lòng đất nơi có kiến tạo ổn định và được theo dõi cẩn

thận Các nhà khoa học đánh giá rằng các khu chôn đó giữ được an toàn trong hàng thiên niên kỷ

 Chất thải phóng xạ mức cao của nhà máy tái chế nhiên liệu được gốm hoá hay thuỷ tinh hoá Hiện nay Hoa Kỳ, Phần Lan, Thụy Điển đang đi đầu về kỹ thuật chôn ngầm

 Đã có hơn 100 lò phản ứng năng lượng chấm dứt hoạt động và đang trong giai đoạn thanh lý 9 lò đã xong phần tháo dỡ hạt nhân

 Tất cả các nước có sản xuất điện hạt nhân chịu hoàn toàn trách nhiệm quản lý

an toàn chất thải sinh ra trong hoạt động hạt nhân của họ

 Ở những nước sử dụng kỹ thuật hạt nhân, lượng chất thải phóng xạ không quá 1% chất thải công nghiệp độc hại khác Có điểm khác biệt là tính phóng xạ của chất thải hạt nhân giảm dần theo thời gian do phân rã tự nhiên còn tính độc của các chất thải công nghiệp khác hầu như vĩnh viễn

 Công nghiệp hạt nhân cam kết công khai minh bạch khi ra quyết định, tạo sự đồng thuận với cộng đồng dân cư trong quản lý chất thải

d) Điện hạt nhân có thành tích an toàn xuất sắc hơn hẳn so với các công nghiệp năng lượng khác trong quãng kinh nghiệm vận hành trên 110.000 lò

 Tại nạn Chernobyl năm 1986 tại Ukraine sử dụng loại thiếu hẳn cấu trúc tường ngăn có tác dụng chặn chất phóng xạ không cho rò thoát ra ngoài trong trường

hợp khẩn cấp Ngày nay nó sẽ không bao giờ được cấp giấy phép hoạt động

 Vụ Chernobyl thúc đẩy thành lập Liên đoàn các nhà vận hành hạt nhân thế giới, chủ các công ty điện lực áp dụng những tiêu chuẩn thực tiễn tốt nhất như một phần văn hoá an toàn hạt nhân toàn cầu

 Trong bất cứ hoàn cảnh nào, một lò phản ứng hạt nhân không bao giờ xảy ra nổ như bom nguyên tử

 Điện hạt nhân thương mại an toàn hơn rất nhiều so với các hệ thống dùng nhiên liệu hoá thạch cả về mặt rủi ro cho con người, ảnh hưởng sức khoẻ và môi trường Những tai nạn chết người xảy ra thường xuyên trong các vụ vỡ đập thuỷ điện, nổ mỏ than hay cháy ống dẫn dầu

 Chế độ quy phạm hạt nhân nghiêm ngặt cả ở tầm quốc gia và quốc tế đảm bảo

an toàn cho người lao động, công chúng và môi trường

5

 Mỗi nhà máy điện hạt nhân được yêu cầu dành ưu tiên hàng đầu cho các biện pháp an ninh và những kế hoạch cứu hộ nhằm bảo vệ công chúng trong tình huống xấu

 Ngày nay, các lò phản ứng hạt nhân áp dụng nhiều lớp bảo vệ vững chắc và các

hệ an toàn dự phòng - để ngăn chặn rò rỉ phóng xạ thậm chí trong điều kiện tai nạn xấu nhất

e) Vận chuyển vật liệu hạt nhân, đặc biệt là nhiên liệu mới, nhiên liệu đã qua sử dụng và chất thải, trong suốt bốn thập kỷ qua hiếm khi gây rò thoát phóng xạ, thậm chí cả khi có tai nạn

 Những quy định quốc gia và quốc gia khắt khe đòi hỏi việc vận chuyển phải sử dụng những thùng chứa được thiết kế đặc biệt có lớp vỏ thép dày, chịu được những va chạm mạnh và chống được đập phá

 Do có năng lượng khổng lồ trong khối lượng nhiên liệu uranium nhỏ nên năng lượng hạt nhân cần chuyển rất ít Trái lại những chuyến hàng nhiên liệu hoá thạch là một gánh nặng của hệ thống chuyên chở quốc tế với mối đe doạ môi trường, nhất là hiểm họa ô nhiễm dầu

f) Nhà máy điện hạt nhân là thiết bị công nghiệp vững chắc, an toàn và được bảo

vệ tốt nhất trên thế giới

 Ngày nay giới chức chính phủ trên khắp thế giới đã xem xét vấn đề an ninh và

đã nâng cấp hệ thống an ninh nhà máy điện hạt nhân

 Nhà máy điện hạt nhân ở Hoa Kỳ sẽ không là hiểm họa đối với cư dân địa phương, thậm chí cả khi một máy bay cố tình đâm vào Lớp vỏ thép và lớp bê tông được gia cố cùng cấu trúc bên trong hạn chế tối thiểu khả năng rò thoát phóng xạ trong trường hợp như vậy

g) Phát điện bằng năng lượng hạt nhân không làm tăng nguy cơ phổ biến vũ khí hạt nhân

 Chế độ thanh sát quốc tế mà Liên hiệp quốc được uỷ quyền thi hành và được hỗ trợ bởi hoạt động thanh tra đột xuất có thể phát hiện được mọi ý đồ muốn chuyển thiết bị và nhiên liệu hạt nhân dân sự sang mục đích quân sự

 Việc phát hiện ra chương trình vũ khí hạt nhân ngầm của I Rắc vào đầu những năm 1990 cho thấy hệ thống giám sát phòng ngừa các chương trình hạt nhân bí

mật vẫn còn khiếm khuyết Ngày nay, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) tăng cường năng lực kỹ thuật và mở rộng quyền lực thanh tra để lật tẩy những chương trình hạt nhân bất hợp pháp

 Nhiên liệu hạt nhân chủ yếu là uranium có độ giàu thấp không thể dùng chế tạo

vũ khí hạt nhân Còn plutonium trong nhiên liệu đã cháy không đủ để làm vũ khí

 Nhà máy điện hạt nhân có thể giúp loại trừ đầu đạn hạt nhân quân sự bằng cách đốt vật liệu phân hạch tháo ra từ các đầu đạn trong các lò phản ứng hạt nhân thông thường

h) Điện hạt nhân có thể cạnh tranh bằng kinh tế và sẽ cạnh tranh hơn khi tính đến chi phí môi trường liên quan đến những tổn hại do phát thải Carbon

 Ở bất kỳ đâu, khi được sử dụng, năng lượng hạt nhân giúp đảm bảo sự tin cậy

và an ninh năng lượng, đó lại là cơ sở cho kinh tế ổn định và tăng trưởng

 Năng lượng hạt nhân cần sự ủng hộ của chính phủ nhưng không dựa vào trợ cấp của chính phủ Trong khi đó, nhiên liệu hoá thạch được lợi nhờ những chi phí

xử lý ô nhiễm mà chính phủ phải gánh nhưng không được tính vào kinh tế của năng lượng hoá thạch

 Hạt nhân là ngành công nghiệp năng lượng duy nhất có trách nhiệm về tất cả chất thải của mình và tính đủ những chi phí đó trong giá bán điện Năng lượng hạt nhân thậm chí còn cạnh tranh hơn nếu như tất cả các nguồn năng lượng đều chịu các loại chi phí chôn giữ chất thải và chi phí xã hội một cách bình đẳng

 Trong 50 năm phục vụ, điện hạt nhân là nguồn “tải đáy” quan trọng nhất của thế giới Ở Liên Minh Châu Âu (EU) tỷ trọng hạt nhân là 35%; Ở Nhật Bản là 30% Tỷ lệ này là 75% ở Pháp và 20% ở Hoa Kỳ

 Thông qua cải tiến công nghệ và quy trình, hiệu suất làm việc của lò hạt nhân ngày càng cao Năm 1980, nhà máy hạt nhân ở Hoa Kỳ chỉ sử dụng 54% công suất thiết kế này thì nay đạt hơn 90%

 Một khi được xây dựng, nhà máy điện hạt nhân vận hành với hiệu quả kinh tế cao Chi phí nhiên liệu ổn định và chiếm phần nhỏ trong chi phí vận hành Ngược lại, điện sản xuất bằng khí đốt có chi phí nhiên liệu cao và do đó giá thành trong tương lai khá bất định

i) Công nghệ năng lượng hạt nhân tiên tiến và đa dạng tạo điều kiện phát triển tương lai bền vững cả ở nước công nghiệp và nước đang phát triển

 Ngoài sản xuất điện, lò phản ứng hạt nhân còn được dùng để khử mặn nước

biển nhằm đáp ứng nhu cầu nước sạch ngày càng tăng trên thế giới Những thế

hệ lò phản ứng hạt nhân mới đang được kỳ vọng để sản xuất hydro với lượng lớn cung cấp nhiên liệu cho ô tô năng lượng sạch

 Một số thiết kế lò phản ứng mới áp dụng nguyên lý an toàn “thụ động”, thậm chí với trục trặc tồi tệ nhất và không có người vận hành, lò vẫn tự động nguội

 Trong tự nhiên, hydro không tồn tại ở dạng có thể dùng cho mục đích năng lượng nhưng khi được tách ra, nó trở thành nguồn nhiên liệu cho vận tải rất sạch đối với môi trường Chỉ có năng lượng hạt nhân tỏ ra có thể sản xuất hydro trên quy mô lớn nhờ quá trình hóa nhiệt Ở Hoa Kỳ, nhu cầu hydro dành cho vận tải khoảng 230.000 tấn một ngày!

j) Thái độ tích cực của công chúng đối với năng lượng hạt nhân là rất lạc quan

Điều tra cho thấy: 1/2 người Mỹ ủng hộ sử dụng năng lượng hạt nhân; Người Thụy Điển, nổi tiếng có ý thức về môi trường thì có đến 80% muốn duy trì hoặc mở rộng điện hạt nhân; gần 3/4 dân Nhật Bản nhận thức được giá trị năng lượng hạt nhân

Nguồn: Hiệp hội Hạt nhân Thế giới và http://www.varans.vn/tin-tuc/113/Tai-sao-the-gioi-chung-ta-can-hat-nhan.html#sthash.3Srq6HhL.dpuf

2.2 Ư Đ ỂM VÀ HẠN CH CỦ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN

2.2.1 Ư Đ ỂM CỦ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN

 Tạo ra một số lượng lớ ă g lượng: Phản ứng hạt nhân giải phóng nhiều hơn một triệu lần năng lượng so với thủy điện hoặc năng lượng gió 1kg uranium-235 có thể sản xuất ra một lượng năng lượng điện tương đương 1.500 tấn than

7

 Nguồ ă g lượng xanh: Ưu điểm lớn nhất của nguồn năng lượng này là không tạo ra các khí thải nhà kính (như carbon dioxide, methane, ozone, chlorofluorocarbon) trong phản ứng hạt nhân Phản ứng hạt nhân không tạo ra các khí thải, nên có rất ít ảnh

hưởng đến môi trường

 Không làm ô nhiễm không khí: Sản xuất năng lượng hạt nhân không thải ra

khói Vì thế, nó không gây ô nhiễm không khí trực tiếp

 Nhiên liệu độc lập: Hiện nay, nguồn dự trữ uranium được tìm thấy trên Trái đất

dự kiến sẽ đáp ứng được nhu cầu trong 100 năm nữa Sử dụng năng lượng này có thể làm cho nhiều quốc gia có thể độc lập về năng lượng và không phụ thuộc vào việc khai thác

những nhiên liệu như than đá

 Rủi ro tai nạn thấp: Nếu không có các lỗi của con người hay tai nạn và thiên tai, các lò phản ứng hạt nhân sẽ hoạt động rất hiệu quả trong một thời gian dài Thêm vào đó,

sau khi xây dựng, việc vận hành nhà máy đòi hỏi rất ít lao động

2.2.2 HẠN CH CỦ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN

 Bức xạ: Sự giải phóng ngẫu nhiên các bức xạ có hại là một trong những hạn chế lớn nhất của năng lượng hạt nhân Quá trình phân hạch giải phóng bức xạ, nhưng chúng được kiểm soát trong một lò phản ứng hạt nhân

 Không thể tái tạo: Uranium – nguyên liệu chính cho lò phản ứng hạt nhân là

nhiên liệu có thể bị cạn kiệt Các lò phản ứng sẽ phải ngừng hoạt động

 Phát triể vũ k í ạt nhân: Năng lượng này có thể được sử dụng cho sản xuất và

phổ biến vũ khí hạt nhân Đó là một mối đe dọa lớn đối với thế giới

 Chi phí xây dựng khổng lồ: Tuy một lượng lớn năng lượng có thể được sản xuất

từ một nhà máy điện hạt nhân, nhưng nó đòi hỏi chi phí đầu tư lớn Cần đến khoảng

10-15 năm để xây dựng xong một nhà máy điện hạt nhân Việc xây dựng một nhà máy điện

hạt nhân có thể không khả thi

 Chất thải hạt nhân: Các chất thải được tạo ra sau phản ứng phân hạch chứa các nguyên tố không ổn định và phóng xạ cao Nó rất nguy hiểm đối với môi trường cũng như sức khỏe con người và sẽ tồn tại trong một khoảng thời gian dài Nó cần được xử lý

cẩn thận và phải cách biệt với môi trường sống

 Tai nạn nhà máy:

 Năm 1986: Thảm họa Chernobyl xảy ra tại nhà máy điện hạt nhân Chernobyl

 Năm 2011: Thảm họa hạt nhân Fukushima Daiichi tại Nhật Bản

 Vận chuyển nhiên liệu và chất thải: Việc vận chuyển nhiên liệu uranium và các chất thải phóng xạ là rất khó khăn Uranium phát ra một số bức xạ, do đó, nó cần phải được xử lý cẩn thận

2.3 GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG ĐỐI VỚ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN

 Giải pháp xã hội