phân tích ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân thể hiện ý tưởng và quan điểm cá nhân về các loại công nghệ này

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (806.06 KB, 17 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

NĂNG LƯỢNG CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG

Chủ đề : Phân tích ưu và nhược điểm của các côngnghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân. Thể hiện ý tưởng và quan điểm cá nhân về các loại công nghệ này.

Giáo viên hướng dẫn: Ths. Cù Thị SángSinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Đăng KhoaMã sinh viên: 23810620058

Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ điên tửLớp: D18CODT2

Khoa: Cơ khí và Động lực

Hà Nội, tháng 12 năm 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰCKHOA CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

1. Khái niệm năng lượng hạt nhân………62. Ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng

hạt nhân……….103. Ý tưởng và quan điểm cá nhân………..14

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Lời mở đầu

Trong bối cảnh sự thay đổi khí hậu đang diễn ra từng ngày, con người ngày càng ý thức hơn được sự hữu hạn của các nguồn tài nguyên. Vấn đề và anh ninh năng lượng cũng dang nóng lên từng ngày do các nguồn năng lượng truyền thốngdang dần cạn kiệt mà nhu cầu sử dụng năng lượng lại ngày càng tăng cao địi hỏi con người phải nhanh chóng tìm ra những nguồn năng lượng sạch, mới để thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống, nhưng trước khi khám phá ra những nguồn năng lượng mới và sạch đó, con người cần phải hiểu sâu về năng lượng, các loại năng lượng cũng như tác động của nó tới đời sống kinh tế - xã hội, tới môi trường trên Trái đất và các biện pháp cần làm để tiết kiệm được năng lượng, phục vụ cho sự phát triển bền vững. Là một sinh viên của Trường Đại Học Điện Lực và hiện đang học bộ Môn Năng lượng cho phát triển bền vững, em cảng nhận thức được tầm quan trọng của các vấn đề đã nêu, chính vì thế, em đã chọn "Chủ đề : Phân tích ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân. Thể hiện ý tưởng và quan điểm cá nhân về các loại công nghệ này" để viết bài báo cáo chuyên đề này.

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên/Nhóm Sinh viên Khoa

Nguyễn Thế Đăng Khoa Hà Nội 29/12/2023

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Tìm hiểu về các loại cơng nghệ sản xuất điện từ nănglượng hạt nhân

Nhiệm vụ cụ thể

Chủ đề: Phân tích ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân. Thể hiện ý tưởng và quan điểm cá nhân về các loại công nghệ này.

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Chủ đề: Phân tích ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân. Thể hiện ý tưởng và quan điểm cá nhân về các loại công nghệ này.

I. Khái niệm năng lượng hạt nhân

A. Năng lượng hạt nhân:

Là một loại công nghệ hạt nhân được thiết kế để tách năng lượng hữu ích từ hạt nhân ngun tử thơng qua các lị phản ứng hạt nhân có kiểm soát. Phương pháp duy nhất được sử dụng hiện nay là phân hạch hạt nhân, mặc dù các phương pháp khác có thể bao gồm tổng hợp hạt nhân và phân rã phóng xạ

Chúng được tạo ra khi các nguyên tử bị tách ra trong q trình phân hạch hạt nhân để giải phóng năng lượng. Nhiên liệu phổ biến nhất được dùng để phân hạch hạt nhân trong các nhà máy điện hạt nhân là uranium. Tuy nhiên, chỉ một loại uranium nhất định (U-235) là phù hợp và trong một số nhà máy, plutonium được sử dụng để thay thế.

B. Cách thức hoạt động:

Phân hạch hạt nhân diễn ra khi một neutron va chạm với một nguyên tử nhiên liệu. Như vậy làm cho nguyên tử tách ra, giải phóng nhiệt và năng lượng bức xạ, nhiều nơtron hơn sẽ tiếp tục va chạm với nhiều nguyên tử nhiên liệu hơn,do đó chu kỳ tiếp tục. Chu kỳ được gọi là một chuỗi phản ứng hạt nhân. Một phản ứng dây chuyền hạt nhân có thể được kiểm sốt trong các lò phản ứng của nhà máy hạt nhân để tạo ra nhiệt, từ đó làm nóng chất làm mát để tạo ra hơi nước. Hơi nước làm quay tua-bin hoặc bánh xe dẫn động máy phát điện để tạo ra điện.

C. Nguyên lý hoạt động

1. Nguyên liệu hạt nhân: Nhà máy điện hạt nhân sử dụng một nguyên liệu

hạt nhân như uranium-235 (U-235) hoặc plutonium-239 (Pu-239) làmnhiên liệu. Những hạt nhân này có khả năng phân hạt nhân, tức là chúngcó thể chia thành các hạt nhân nhỏ hơn khi bị bắn bởi một neutron.

2 Phản ứng phân hạt nhân: Trong lò phản ứng hạt nhân, các hạt neutron

được bắn vào hạt nhân nhiên liệu. Khi neutron va chạm với hạt nhân 235 hoặc Pu-239, nó có thể gây ra phản ứng phân hạt nhân, trong đó hạtnhân chia thành hai hạt nhân nhỏ hơn, giải phóng nhiệt và một số neutronkhác.

U-3 Nhiệt động năng lượng: Phản ứng phân hạt nhân tạo ra một lượng lớn

nhiệt động năng lượng do năng lượng được giải phóng từ phân hạt nhân.Nhiệt động năng lượng này được sử dụng để làm sơi nước trong một hệthống lị đặc biệt, gọi là lò phản ứng.

4 Tạo hơi nước: Hệ thống lò phản ứng chứa nước. Nhiệt động năng lượng

tạo ra từ phản ứng phân hạt nhân làm cho nước trong lò phản ứng biếnthành hơi nước.

5 Turbine và máy phát điện: Hơi nước được dùng để làm xoay một

turbine. Khi turbine quay, nó làm cho một máy phát điện hoạt động,

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

chuyển đổi năng lượng cơ học từ turbine thành năng lượng điện. Điệnnăng sau đó được dẫn ra khỏi nhà máy và cung cấp cho lưới điện quốc gia.

6 Làm mát: Sau khi hơi nước đã đi qua turbine và làm việc, nó cần được

làm nguội lại trở thành nước và tái sử dụng trong q trình lị phản ứng.Điều này thường được thực hiện thông qua hệ thống làm mát bằng nước,gọi là làm mát bằng nước.

Nhà máy điện hạt nhân hoạt động dựa trên sự kiểm soát cẩn thận của các quátrình này để đảm bảo rằng phản ứng phân hạt nhân diễn ra ổn định và an toàn, vàđể sản xuất năng lượng điện một cách hiệu quả.

D. Ứng dụng

Việc sử dụng năng lượng hạt nhân được biết đến rộng rãi nhất chỉ đơn giảnlà sản xuất điện để cung cấp năng lượng. Tuy nhiên, cũng có những ứng dụngquan trọng khác của năng lượng hạt nhân có thể kể đến

 Kiểm sốt cơn trùng: trong nơng nghiệp có thể sử dụng bức xạ để ngăncơn trùng sinh sản nếu chúng gây ra mối đe dọa cho mùa màng. Việc bảovệ mùa màng này là rất quan trọng vì nó đảm bảo việc cung cấp lươngthực cho đời sống

 Làm cho thực phẩm an toàn: Chiếu xạ cũng được sử dụng để tiêu diệt vikhuẩn và các mầm bệnh khác trong thực phẩm thơng qua q trình tiệttrùng. Mặc dù q trình này có thể khiến bạn cảm thấy khó chịu, nhưngchiếu xạ thực sự là cách duy nhất để tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn trên thựcphẩm sống hoặc đơng lạnh

 Chẩn đốn và điều trị y tế: Chúng được sử dụng để cung cấp hình ảnh bêntrong cơ thể con người giúp chẩn đốn chính xác hơn và thậm chí cịngiúp điều trị một số bệnh. Các bác sĩ đã có thể dự đốn chính xác lượngbức xạ cần thiết để tiêu diệt khối u ung thư mà không làm tổn hại đến cáctế bào khỏe mạnh..Và, cũng giống như trong ngành nông nghiệp, tiagamma khử trùng thiết bị y tế với giá rẻ và an toàn trong các bệnh việntrên

 Khử trùng nước: ở nhiều nơi vẫn chưa có được nguồn nước sạch đáng tincậy. Để làm cho nước sạch có thể uống, có thể sử dụng một q trình gọilà khử muối, địi hỏi một lượng năng lượng rất lớn. Các cơ sở năng lượnghạt nhân có thể cung cấp năng lượng này cho các nhà máy khử muối cungcấp nước sạch với chi phí thấp.

E

. Sơ đồ bố trí của nhà máy điện hạt nhân

Sơ đồ bố trí của một nhà máy điện hạt nhân thường bao gồm các thành phần vàkhu vực quan trọng sau đây. Lưu ý rằng bố trí cụ thể có thể thay đổi tùy thuộcvào loại thiết bị và công nghệ sử dụng. Dưới đây là một sơ đồ tổng quan:

1. Lò phản ứng hạt nhân (Reactor Core):

o Khu vực chứa nhiên liệu hạt nhân, ví dụ như uranium hoặcplutonium.

o Hệ thống điều khiển để điều chỉnh quá trình phản ứng hạt nhân.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

2. Hệ thống làm mát (Cooling System):

o Hệ thống làm mát bằng nước hoặc khí để duy trì nhiệt độ ổn địnhtrong lò phản ứng.

o Bao gồm bơm, tủ nhiệt độ và bộ làm mát.

3. Hệ thống làm sạch và lọc (Purification and Filtration):

o Loại bỏ các chất cặn bã nhờn và tạp chất từ hệ thống làm mát vànhiên liệu.

4. Hệ thống kiểm soát (Control System):

o Hệ thống kiểm sốt tự động để duy trì an tồn và ổn định của lòphản ứng.

5. Hệ thống bảo vệ (Safety Systems):

o Bao gồm hệ thống bảo vệ để ngăn chặn các tình huống nguy hiểmnhư quá nhiệt độ, áp suất cao, hoặc sự cố phát ra khỏi lò phản ứng.

6. Lị đậy (Containment Building):

o Tồ nhà chịu lực đựng lị phản ứng, được thiết kế để chứa bất kỳ sựcố nào trong lò phản ứng và ngăn chặn xảy ra rị rỉ chất bức xạ.

7. Hệ thống làm nước nóng (Steam Generator):

o Tạo hơi nước từ nhiệt động năng lượng của lị phản ứng.o Hơi nước này sau đó được dùng để làm xoay turbine.

8. Turbine và máy phát điện (Turbine and Generator):

o Turbine chuyển đổi năng lượng cơ học từ hơi nước thành nănglượng điện.

o Máy phát điện tạo ra điện từ năng lượng cơ học.

9. Hệ thống làm mát lại (Cooling System):

o Hệ thống làm mát lại để làm nguội nước sau khi nó đã làm việctrong turbine và máy phát điện.

10. Hệ thống lưu trữ chất thải hạt nhân (Nuclear Waste Storage):

o Khu vực để lưu trữ an toàn chất thải hạt nhân.

11. Hệ thống vận chuyển chất thải hạt nhân (Nuclear Waste Transport):

o Hệ thống vận chuyển để chuyển chất thải hạt nhân đến nơi lưu trữcuối cùng.

12. Cơ sở kiểm tra và quản lý (Control and Management Facilities):

o Các toà nhà và trạm kiểm tra để theo dõi và quản lý hoạt động củanhà máy .

13. Hệ thống điện (Electrical System):

o Hệ thống điện để phân phối điện năng được sản xuất đến lưới điệnquốc gia.

Sơ đồ này chỉ là một phần của bố trí tổng thể của một nhà máy và mục tiêuchính là duy trì an tồn và hiệu quả trong việc sản xuất năng lượng điện từ phảnứng hạt nhân.

F. Nhà máy điện hạt nhân

* Dùng phản ứng phân rã hạt nhân Uranium 235 (U92235) để sinh ra nhiệt, > sinh

-* Đặc điểm:

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

• Cơng nghệ rất cao, địi hỏi cao về an tồn trong vận hành, thường có Cơng suất lớn

• Cơng suất lớn, Thời gian khởi động, ít linh hoạt trong điều chỉnh cơng suất

cẩn thận, ( xa khu dân cư)

• Nhiên liệu: 1. Uranium:

bạc, có ký hiệu U, số thứ tự 92 trong bảng tuần hoàn

đồng vị khác nhau 99,3% U238 và 0,7% U235

ứng hạt nhân.

• Nhiên liệu: 2 Plutoium :

thành một lớp phủ mờ khi bị oxi hóa

phản ứng của Uranium.

1/3 năng lượng được tạo thành từ Pu239

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

f. Một số nhà máy điện hạt nhân trên thế giới

• Một số thiết bị chính:

• Các tịa tháp (ví dụ như tháp làm lạnh, tháp chứa nhiên liệu)

• Lị phản ứng (nơi diễn ra phản ứng hạt nhân, chịu được chịu áp lực nước)• Hệ thống nhiên liệu: gồm các thanh chứa nhiên liệu dạng viên, hệ thống

điều áp máy bơm • Máy sinh hơi nước

• Tua-bin chạy bằng hơi nước• Máy phát điện (đồng bộ, cực ẩn)

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Nhìn chung năng lượng hạt nhân khơng có tác động q lớn tới khí quyển mặc dù một số khí nhà kính vẫn giải phóng ra trong q trình vận chuyển ngun liệu nhưng nó khơng ảnh hưởng đáng kể đến khơng khí và nước.

2. Năng lượng hạt nhân là một nguồn cung cấp điện ổn định

Con người hiện nay đang dựa chủ yếu vào nhiệt điện, thủy điện. Ngoài ra, chúng ta còn sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời và điện gió. Mặc dù vậy đây là những hình thức sản xuất năng lượng phụ thuộc khá nhiều vào thiên nhiên, do đó sản lượng điện không ổn định.

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Tuy nhiên việc sản xuất điện hạt nhân lại hiếm khi chịu tác động của các yếu tố khách quan. Ngoài ra, các nhà máy điện hạt nhân cũng hoạt động với công suất cao hơn nhiều các nguồn điện tái tạo khác.

3. Lợi ích kinh tế về lâu dài

Chi phí ban đầu để xây dựng một nhà máy hạt nhân là khá cao. Nhưng nếu chúngta tính xa hơn, năng lượng hạt nhân sẽ đem lại hiệu quả kinh tế đáng kể. Lý do bởi sự sẵn có của uranium, nguyên tố quan trọng để sản xuất năng lượng hạt nhân. Đặc biệt xét về lợi ích kinh tế, năng lượng hạt nhân tốt hơn rất nhiều so vớithan, dầu, khí đốt,…Bên cạnh đó, nhà máy điện hạt nhân có thể chạy trơn tru trong thời gian dài. Chi phí nhiên liệu thấp và quá trình sản xuất điện cũng rẻ hơncác hình thức khác.

4. Năng lượng bền vững

Hiện nay năng lượng hạt nhân được coi là một nguồn năng lượng bền vững. Uranium có sẵn rất nhiều trong tự nhiên và năng lượng hạt nhân không ảnh hưởng quá lớn tới môi trường. Tuy nhiên các nhà khoa học đang tìm kiếm một giải pháp thay thế tốt hơn cho uranium, nhằm biến năng lượng hạt nhân trở thànhmột nguồn năng lượng tái tạo.

Ước tính trữ lượng uranium của Trái Đất đủ dùng trong vòng 80 năm tới. Tuy nhiên con người đã tìm ra được nguồn nguyên liệu thay thế nếu hết uranium, đó là thorium. Khơng giống như uranium, thorium không cần phải xử lý trong điều kiện nhiệt độ cao. Thêm vào đó, nó cũng giải phóng ít chất thải hơn. Các quốc gia như Nhật Bản, Ấn Độ đang lên kế hoạch sử dụng thorium trong các nhà máy điện hạt nhân của họ.

* Nhược điểm của năng lượng hạt nhân1. Chất thải nguy hại cho mơi trường

Chất thải phóng xạ từ lâu đã trở thành một chủ đề gây tranh cãi. Sản phẩm phụ của quá trình phân hạch tuy chưa làm hại tới chúng ta nhưng ai biết trong tương lai sẽ ra sao nếu số phụ phẩm này bị trào ra ngoài môi trường. Hiện tại lượng chất thải từ khoảng 449 nhà máy điện hạt nhân trên thế giới đang rất lớn nên con người khó có thể lưu trữ trong dài hạn.

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Điều này đặt ra những rủi ro lớn. Nếu không được bảo quản đúng cách, chất thải từ hoạt động sản xuất điện hạt nhân có thể gây ơ nhiễm mơi trường. Ngày nay đáy biển đang trở thành bãi thải cho các con tàu ngầm hạt nhân và container chứachất thải hạt nhân. Vì vậy việc xử lý chất thải triệt để đang là mối quan tâm hàng đầu của các nhà nghiên cứu nhằm cứu sống đại dương đang bị ô nhiễm từng ngày.

2. Khả năng rủi ro và gặp sự cố khá cao

Ngay cả khi được bảo vệ kỹ càng và tính tốn chi tiết, vẫn có xác suất xảy ra các sự cố nguy hiểm như rị rỉ phóng xạ. Một khi để xảy ra sự cố, sức tàn phá của năng lượng hạt nhân sẽ rất lớn. Vì là một nguồn năng lượng vô cùng mạnh nên cả khi bị rị rỉ một lượng nhỏ ra mơi trường, nó cũng sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng.

Trong quá khứ những bài học như thảm họa nhà máy Chernobyl ở Ukraina bị nổ dẫn tới hàng chục người chết và sau này là các di chứng khiến hàng trăm ngàn người chết vì bệnh tật, ung thư. Hay vào năm 2011 khi Nhật Bản phải hứng chịu cơn sóng thần khủng khiếp, nhà máy điện hạt nhân Fukushima khi đó đã gặp sự cố do tác động của động đất và sóng thần. Sự cố ảnh hưởng đến các lị phản ứng và làm rị rỉ chất phóng xạ.

3. Tốn kém chi phí xây dựng

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Ngay cả khi đem tới rất nhiều lợi ích nhưng khó có thể phủ nhận rằng, năng lượng hạt nhân là một hình thức sản xuất điện hiện đại và đắt đỏ. Hạn chế của phương pháp này là tốn thời gian và tiền bạc để xây dựng nhà máy trong nhiều năm. Ngồi ra khơng dễ dĩ để có được một mặt bằng đủ lớn để xây dựng nhà máy.

Thông thường phải mất từ 20-30 năm để lập kế hoạch và xây dựng thành công một nhà máy điện hạt nhân mới.

4. An ninh hạt nhân

An ninh luôn là mối quan tâm hàng đầu của chúng ta khi xem xét tới năng lượnghạt nhân. Vì là một nguồn năng lượng cực mạnh và tiềm ẩn nguy cơ rị rỉ nên nócó thể bị các đối tượng xấu hoặc các tổ chức khủng bổ sử dụng để uy hiếp, thậmchí xóa sổ văn minh nhân loại. Do đó, cơng tác bảo vệ an ninh cho các nhà máysản xuất điện hạt nhân là rất quan trọng. Chưa kể việc hạn chế các sai sót trongq trình vận hành cũng cần được lưu tâm.

5. Vũ khí hạt nhân

Việc sản xuất năng lượng hạt nhân khơng tạo ra q nhiều khí thải nhà kính nhưcác hình thức khác. Do đó nó là một sự thay thế an tồn. Tuy nhiên chất thảiphóng xạ từ hoạt động sản xuất điện hạt nhân lại có thể sử dụng để chế tạo vũ khíhạt nhân. Plutonium là một chất như vậy. Nó là một chất quan trọng để chế tạobom hạt nhân.

Ngay cả khi năng lượng hạt nhân đem tới rất nhiều lợi ích nhưng nó đang dấy lênmối quan ngại về an ninh quốc gia nếu được dùng cho mục đích chính trị và quânsự.Giống như một đồng xu hai mặt, mọi thứ đều có ưu và nhược điểm. Bởi vậydù ủng hộ sự tồn tại của năng lượng hạt nhân nhưng thế giới nói chung và cácnước nói riêng cần có một bộ quy tắc chung, nhằm hạn chế nguy cơ chế tạo vũkhí hạt nhân và đe dọa xóa sổ văn minh nhân loại. Trên hết việc ký kết các hiệpđịnh và hiệp ước sẽ giúp cả thế giới giám sát các quốc gia có ý định biến nănglượng hạt nhân trở thành vũ khí đe dọa nước khác

</div>