Nghiên cứu công nghệ điện hạt nhân được đề xuất cho dự án nhà máy Điện hạt nhân Ninh Thuận 1 và dự án nhà máy Điện hạt nhân Ninh Thuận 2 nhằm hỗ trợ thẩm định thiết kế cơ sở cho hai dự án
Đề tài nghiên cứu khoa học mã số
KC.05.26/11-15 được triển khai trong 2 năm
2014-2015, ngay sau khi Nghiên cứu khả thi (FS)
của nhà máy điện hạt nhân (NM ĐHN) Ninh
Thuận 1 và Ninh Thuận 2 được hoàn thành và
các Tư vấn E4 (Nga) và JAPC (Nhật Bản) đã nộp
báo cáo cho Tập đoàn Điện lực Việt Nam - EVN
(JAPC nộp báo cáo lần thứ nhất tháng 5/2013,
sau đó đã nhiều lần nộp cho EVN các báo cáo
chỉnh sửa trong thời gian từ giữa 2013 đến nay,
E4 nộp báo cáo lần thứ nhất tháng 12/2013, lần
thứ hai - phiên bản sửa đổi vào tháng 10/2014).
Việc tiến hành nghiên cứu đánh giá về thiết kế
điện hạt nhân (ĐHN), về phân tích an toàn, đề
xuất các thay đổi cần thiết đối với thiết kế ngoài
việc nâng cao hiểu biết về công nghệ ĐHN, tính
toán đánh giá phân tích an toàn, còn nâng cao
năng lực tư vấn, thẩm định của đội ngũ cán bộ
Việt Nam. Đặc biệt, việc đề xuất thay đổi (nếu
có) trong thiết kế nhằm đáp ứng yêu cầu an toàn
hậu Fukushima, yêu cầu đặc thù của Việt Nam
cần phải được thực hiện trước khi ký hợp đồng
EPC với các đối tác và thực hiện thiết kế kỹ thuật
(Technical Design - TD) của các dự án.
Trang 1
Trang 2
Trang 3
Trang 4
Trang 5
Trang 6
Trang 7
Trang 8
Trang 9
Trang 10
Tải về để xem bản đầy đủ
Tóm tắt nội dung tài liệu: Nghiên cứu công nghệ điện hạt nhân được đề xuất cho dự án nhà máy Điện hạt nhân Ninh Thuận 1 và dự án nhà máy Điện hạt nhân Ninh Thuận 2 nhằm hỗ trợ thẩm định thiết kế cơ sở cho hai dự án
từ bên ngoài bằng nước để giữ nhiên vật liệu nóng chảy nhiệt độ cao bên trong. Đây là biện pháp mong muốn (để giảm thiểu hậu quả diễn biến sự cố) được áp dụng trong các thiết kế ĐHN như VVER-440, AP600/AP1000 [9]. Một số lò như APR1400 cũng đã thực hiện tính toán áp dụng IVR, tuy nhiên do công suất lò cao nên không giữ được nhiên vật liệu nóng chảy bên trong. Đối với bẫy nhiên liệu cũng tương tự, các tính toán mô phỏng cần thực hiện để chứng minh khả năng IVR của thiết kế. IVR là một hướng nghiên cứu cho đến nay đã có nhiều kết quả, tuy nhiên do sự phức tạp của diễn biến sự cố nên vẫn còn nhiều vấn đề cần nghiên cứu. - Nổ hơi (Steam Explosion - SE): Hiện tượng nổ lớn xảy (có thể làm hỏng tòa nhà lò - Containment) ra do nhiên vật liệu nóng chảy đổ vào nước. Xảy ra trong lò nếu bể nhiên vật liệu nóng chảy hình thành trong vùng hoạt, sau đó bị phá vỡ và chất nóng chảy (Melt) rơi xuống nước ở đáy thùng lò. Xảy ra ngoài lò nếu thùng lò thủng do tương tác nhiệt của nhiên vật liệu nóng chảy, rơi xuống một thể tích nước bên dưới [10]. SE cho đến nay vẫn là một hiện tượng chưa được hiểu kỹ, đặc biệt mô phỏng về SE là một thách thức lớn của khoa học đương đại, từ mô hình đến phương pháp tính và tốc độ máy tính. Nổ hơi phân tầng (Stratified SE = SSE) là hiện tượng mới được phát hiện gần đây ở Châu Âu khi làm các thí nghiệm đổ Melt kim loại xuống nước. - Tương tác nhiên liệu nóng chảy với bê tông (MCCI = Molten Core Concrete Interaction): Khi nhiên vật liệu nóng chảy do lò thủng phóng ra ngoài, nếu không có nước bên dưới, sẽ rơi xuống và tương tác với sàn bê tông. Quá trình tương tác sẽ tạo ra các loại khí, và quá trình này phức tạp do nếu không có làm mát thích hợp, Melt sẽ tiếp tục nóng chảy, thâm nhập sâu xuống dưới, và làm hỏng cấu trúc tòa nhà lò. MCCI thách thức ở khả năng làm mát [11]. Nếu có 1 lớp Melt dày 10 mm - 20 mm, việc đổ nước lên trên sẽ không làm mát được lớp Melt. Do đó trong các thiết kế hiện đại hiện nay, để tránh MCCI, các nhà thiết kế ĐHN phải thiết kế bẫy nhiên liệu, để ngăn ngừa tương tác MCCI. Ví dụ VVER1200, hay ESBWR, APR1400 (APR+), ATMEA-1, hay một số VVER1000 (AES91, AES92) xây ở Trung Quốc và Ấn Độ đều có bẫy nhiên liệu. Các thiết kế thế hệ III như ABWRs hay APWRs đều không có bẫy nhiên liệu, nên vấn đề MCCI đối với các thiết kế này là chưa giải quyết được. Đây là điểm yếu của các thiết kế này (thế hệ III) mà hiện nay các công ty ĐHN đang tiếp tục nghiên cứu, nâng cấp các thiết kế. Kết luận Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước, mã số KC.05.26/11-15 “Nghiên cứu công nghệ ĐHN được đề xuất cho dự án nhà máy ĐHN Ninh Thuận 1 và dự án nhà máy ĐHN Ninh Thuận 2 nhằm hỗ trợ thẩm định thiết kế cơ sở cho hai dự án” đã thực hiện nghiên cứu, tổng kết các yêu cầu thiết kế mới hậu Fukushima của IAEA THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 13Số 49 - Tháng 12/2016 và các nước, các yêu cầu đặc thù của Việt Nam, trên cơ sở đó đánh giá công nghệ ĐHN được lựa chọn cho dự án NM ĐHN Ninh Thuận 1 và Ninh Thuận 2. Một số tính toán mô phỏng thực hiện bằng chương trình MELCOR đã được triển khai để hỗ trợ cho các đánh giá, đề xuất thay đổi liên quan đến thiết kế cơ sở ĐHN. Bên cạnh đó, nghiên cứu này cũng hướng đến nâng cao hiểu biết, năng lực đánh giá, tính toán phục vụ công tác thẩm định các thiết kế ĐHN được lựa chọn. Hai công nghệ ĐHN là VVER1200 phiên bản AES2006/ V491 của Viện Thiết kế năng lượng nguyên tử Sankt Peterburg (SPbAEP), thuộc Tập đoàn Nhà nước về năng lượng nguyên tử (ROSATOM), Liên bang Nga và AP1000 của Công ty Điện lực Westinghouse (WEC), Mỹ đã được nghiên cứu, đánh giá trong đề tài. Một số kết quả nghiên cứu đạt được qua quá trình thực hiện đề tài cho phép đề xuất một số thay đổi và góp ý, kiến nghị chính liên quan đến báo cáo Nghiên cứu khả thi (FS) và Báo cáo phân tích an toàn (SAR) như sau. Dự án ĐHN Ninh Thuận 1: - Về thiết kế tổng thể bố trí nhà máy, giải pháp kỹ thuật, đề xuất xem xét phương án lấy nước làm mát kênh hở (xây dựng kè), để tránh tốn kém cũng như các vấn đề liên quan đến thời tiết khí hậu cực đoan như siêu bão, đảm bảo hiệu quả làm mát liên quan đến đặc thù khí hậu và hệ sinh thái biển khu vực Ninh Thuận. - Về thiết kế hệ thống sản xuất điện năng, đề xuất sử dụng tuốc-bin tốc độ thấp 1500 vòng/phút (hiện nay Nga đang liên doanh với Công ty ALSTOM của Pháp để chế tạo tuốc-bin ARABELLA). - Về thiết kế hệ thống đảm bảo an toàn, thiết kế AES2006/V491 hiện nay là thiết kế tốt, có khả năng đảm bảo an toàn ở mức độ cao, đối phó với các sự kiện cực đoan kiểu Fukushima, cũng như đối phó với diễn biến sự cố nặng. Tuy nhiên trong khả năng ứng phó với sự cố nặng, do chỉ có hệ thống bình tích nước cao áp giai đoạn 1 là HA1 (có 4 bình 50 m3), nên thời gian giữ nhiên liệu trong vùng hoạt khỏi nóng chảy và sau đó là thời gian thùng lò thủng quá ngắn, chỉ khoảng hơn 2,5 h, có thể không đủ thời gian để đưa ra các giải pháp ứng phó sự cố nặng. Do đó, nhóm thực hiện đề tài đề xuất ngoài hệ thống HA1, bổ sung hệ thống bình tích nước cao áp giai đoạn 2 là HA2 cho thiết kế V491, giống như hệ thống HA2 của thiết kế AES2006/V392M của Viện Thiết kế năng lượng nguyên tử Moscow (MAEP), bao gồm 8 bình tích nước cao áp thể tích 120 m3. - Cần bổ sung hệ thống nước làm mát dự phòng, dài hạn để làm mát lâu dài, có nghĩa là cần có 1 bể nước dự phòng cho nhà máy được đặt cao hơn so với mức của lò hạt nhân và tòa nhà lò. - Về FS và SAR, nhiều góp ý bổ sung liên quan đến các báo cáo cũng như bổ sung thông tin liên quan, làm rõ các vấn đề vào báo cáo. Chi tiết của các góp ý bổ sung chủ yếu liên quan đến yêu cầu an toàn hậu Fukushima, và khả năng đối phó với diễn biến sự cố nặng. - Trong báo cáo SAR hiện nay, các chương trình tính toán (Codes) là chương trình của Nga, từ tính toán vật lý lò đến tính toán nhiên liệu, an toàn thủy nhiệt dòng 2 pha, sự cố thiết kế cơ bản, cơ học dòng chảy, quá trình vận chuyển trong tòa nhà lò và diễn biến sự cố nặng. Đội ngũ cán bộ Việt Nam hiện nay chưa được làm quen và sử dụng các chương trình của Nga. Trong khuôn khổ đề tài này, một số tìm hiểu và nghiên cứu về tính kiểm chứng các chương trình tính toán đã được thực hiện, tuy nhiên chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu các bài báo tạp chí, báo cáo hội nghị, các bài trình bày do phía Nga cung cấp và tìm kiếm được từ IAEA, Internet... Đặc biệt, trong thời gian khoảng 10 năm lại nay, Nga đã làm rất nhiều thí nghiệm để kiểm chứng các mô hình (kiểm tra các hiệu ứng riêng rẽ), các chương trình tính toán THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 14 Số 49 - Tháng 12/2016 (kiểm tra các hiệu ứng tích hợp), mặc dù vậy, các thông tin liên quan đều không thể có được để đánh giá tính kiểm chứng của các mô hình và chương trình. Việt Nam cần đề xuất với Nga (ROSATOM và các Viện Thiết kế hạt nhân) để có thông tin liên quan đến kiểm chứng các chương trình tính toán sử dụng cho NM ĐHN Ninh Thuận 1. Việc nghiên cứu về tính kiểm chứng các chương trình tính toán là việc rất cần thiết và bổ ích cho đội ngũ cán bộ Việt Nam, đặc biệt là đội ngũ cán bộ của Cơ quan pháp quy hạt nhân. - Một số tổng kết thực tiễn từ việc thiết kế, xây dựng các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam đã được thực hiện trong đề tài, liên quan đến phương án, giải pháp kỹ thuật, vật liệu xây dựng Vật liệu thép hợp kim cũng đã bắt đầu được tìm hiểu để có thể định hướng nghiên cứu trong thời gian thiếp theo, vì vật liệu thép hợp kim, hóa nước, ăn mòn, lão hóa là các vấn đề trực tiếp liên quan đến đánh giá an toàn NM ĐHN . - Về đo lường và điều khiển (C&I), các bài học gần đây cho thấy cần thiết kế hệ thống đo và điều khiển, thiết bị để có thể vận hành được trong điều kiện diễn biến sự cố nặng, mặc dù xác suất là vô cùng nhỏ. Dự án ĐHN Ninh Thuận 2: - Về thiết kế hệ thống đảm bảo an toàn, cần bổ sung hệ thống cấp nước làm mát dài hạn trong diễn biến sự cố nặng (tương tự như yêu cầu đối với NM ĐHN Ninh Thuận 1). Các tính toán phân tích cho thấy, khi không đủ nước làm mát lâu dài để tưới lên vỏ thép tòa nhà lò, nhiệt độ và áp suất trong tòa nhà lò sẽ tăng cao và có thể vượt quá giới hạn, tòa nhà lò sẽ bị hỏng, chất phóng xạ có thể phát tán ra môi trường. - Do AP1000 là thiết kế mới, mang tính cách mạng, chủ yếu dựa trên an toàn thụ động, do đó tính kiểm chứng là vấn đề quan trọng cần tập trung nghiên cứu, đặc biệt đối với các hiện tượng đối lưu tự nhiên, ngưng hơi trong tòa nhà lò... Trong báo cáo SAR của NM ĐHN Ninh Thuận 2, vấn đề kiểm chứng các mô hình, chương trình tính toán chưa được đề cập. Chỉ có một số thông tin sơ bộ, khái quát từ một số nguồn trên Internet. Các chương trình tính toán do các công ty điện lực sử dụng để thực hiện tính toán phân tích an toàn hầu như không được phổ biến rộng với lý do bản quyền thương mại, vì thế Việt Nam hầu không có khả năng tiếp cận. Do đó, cần đưa ra các yêu cầu để có số liệu, thông tin cần thiết, đầy đủ hơn để có thể kiểm tra đánh giá toàn bộ tính kiểm chứng của các chương trình tính toán sử dụng trong phân tích an toàn NM ĐHN Ninh Thuận 2. - Đề nghị bổ sung các thông tin liên quan đến hệ thống thiết bị đảm bảo ứng phó với diễn biến sự cố nặng, đặc biệt là hệ thống cung cấp điện dự phòng, hệ thống ắc quy theo các yêu cầu tăng cường an toàn hậu Fukushima đã được các nước Châu Âu nghiên cứu và áp dụng hiện nay. - Vấn đề liên quan đến thiết kế các hệ thống, thiết bị C&I đáp ứng yêu cầu vận hành trong điều kiện diễn biến sự cố nặng (tương tự như đề xuất đối với NM ĐHN Ninh Thuận 1). Trên đây là một số đề xuất thay đổi, góp ý chính cho FS và SAR của NM ĐHN Ninh Thuận 1 và Ninh Thuận 2. Như vậy, có thể thấy rằng để hỗ trợ tốt và thực hiện tốt các nhiệm vụ liên quan đến phát triển ĐHN tại Việt Nam, cần chú trọng xây dựng năng lực, đào tạo đội ngũ cán bộ, trước mắt nên tập trung một vài định hướng như sau: - Đối với nâng cao hiểu biết, xây dựng năng lực R&D hỗ trợ ĐHN: Viện NLNTVN là đơn vị nghiên cứu chính, phối hợp với một số đơn vị, nhóm nghiên cứu khác ở Bách Khoa Hà Nội (HUST), Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam (VAST), tập trung tìm hiểu về các hệ thống đảm THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 15Số 49 - Tháng 12/2016 ảo an toàn của các thiết kế ĐHN, vận hành của các hệ thống an toàn, đối lưu tự nhiên, dòng 2 pha, diễn biến sự cố nặng, sử dụng thành thạo các chương trình tính toán (RELAP, MELCOR, MAAP cũng như bắt đầu tìm kiếm và nghiên cứu các chương trình tính toán của Nga), xây dựng Input Decks cho thiết kế NM ĐHN Ninh Thuận 1 và Ninh Thuận 2, và xây dựng các hệ thí nghiệm thủy nhiệt về các vấn đề liên quan này (năng lực thí nghiệm). Năng lực tính toán, năng lực thực nghiệm, cũng như các kiến thức về toán cao cấp để hiểu rõ mô hình là cần thiết đối với các nhóm triển khai nghiên cứu (R&D). Nghiên cứu về nhiên liệu, vật liệu, hóa nước cũng là nhiệm vụ cần thiết, tuy nhiên giai đoạn này do chưa có nhiều cán bộ chuyên môn, và mới bắt đầu, nên tập trung tìm hiểu về lý thuyết (mô hình, mô phỏng). - Đối với cán bộ Cơ quan pháp quy hạt nhân, cần tập trung vào tìm hiểu các yêu cầu thiết kế, yêu cầu an toàn, đặc biệt yêu cầu nâng cao hậu Fukushima, và tập trung nghiên cứu về tính kiểm chứng của các chương trình tính toán (của Phương Tây, đặc biệt của Nga). Hướng đến nhiệm vụ cấp phép cho NM ĐHN . Cần có 2 nhóm, một nhóm nghiên cứu thiết kế của Nga, một nhóm nghiên cứu thiết kế của Nhật Bản, Mỹ. Qua việc triển khai thực hiện đề tài, ngoài việc hoàn thành các nhiệm vụ đặt ra, nâng cao năng lực nghiên cứu, đào tạo cán bộ, một số nhóm nghiên cứu mới về các vấn đề liên quan nêu trên đã được hình thành. Đề tài nghiên cứu đã thực sự góp phần nâng cao năng lực của Viện NLNTVN và các đơn vị liên quan (HUST) và đào tạo cán bộ một cách hiệu quả./. Hoàng Sỹ Thân và Trần Chí Thành Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Chí Thành và cộng sự, “Nghiên cứu tính toán truyền nhiệt và diễn biến sự cố nặng xảy ra trong lò phản ứng hạt nhân VVER-1000 của Nga”, Đề tài nghiên cứu Bộ Công thương, Viện Năng lượng, 2011. [2] Lê Văn Hồng và cộng sự, , “Nghiên cứu, phân tích, đánh giá và so sánh các hệ thống công nghệ phần (đảo) hạt nhân của lò áp lực VVER so với lò PWR của phương Tây”, Đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước 2012-2014, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, 2014. [3] Trần Chí Thành và cộng sự, “Nghiên cứu đánh giá, lựa chọn công nghệ đề xuất cho dự án ĐHN Ninh Thuận 2”, Đề tài nghiên cứu Bộ Khoa học và Công nghệ, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, 2013. [4] IAEA, “Regional Distribution of Nuclear Power Plants”, Power Reactor Information System (PRIS), May 2016. [5] F.J. Valdes-Parada, H. Romeo - Paredes, G. Espinosa-Paredes, “Numerical analysis of hydrogen generation in a BWR during a severe accident”, J. Chemical Engineering Research and Design, Vol. 91 (4), pp. 614-624, April 2013. [6] L.L. Tong, “Hydrogen risk for advanced PWR under typical severe accidents induced by DVI line break”, J. Annals of Nuclear Energy, Vol. 94, pp. 325-331, August 2016. [7] J.L. Binder, B.W. Spencer, “Investigations into the physical phenomena and mechanisms that effect direct containment heating loads”, J. Nuclear Engineering and Design, Vol. 164 (1-3), pp. 175-199, August 1996. [8] L. Meyer, G. Albrecht, C. Caroli, I. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 16 Số 49 - Tháng 12/2016 Ivanov, “Direct containment heating integral effects tests in geometries of European nuclear power plants”, J. Nuclear Engineering and Design, Vol. 239 (10), pp. 2070-2084, October 2009. [9] T.G. Theofanous, C. Liu, S. Additon, S. Angelini, O. Kymalainen, T. Salmassi, “In- vessel Coolability and Retention of a Core Melt”, DOE/ID-1046, November 1994. [10] R.C. Hansson, “An Experimental Study on the Dynamics of a Single Droplet Vapor Explosion”, PhD Thesis, Division of Nuclear Power Safety (NPS), Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, 2010. [11] J.-P. Van Dorsselaere, A. Auvinen, D. Beraha, P. Chatelard, L.E. Herranz, C. Journeau, W. Klein-Hessling, I. Kljenak, A. Miassoedov, S. Paci, R. Zeyen, “Recent severe accident research synthesis of the major outcomes from the SARNET network”, J. Nuclear Engineering and Design, Vol. 291, pp. 19-34, September 2015.
File đính kèm:
- nghien_cuu_cong_nghe_dien_hat_nhan_duoc_de_xuat_cho_du_an_nh.pdf