đề tài NĂNG LƯỢNG hạt NHÂN và vấn đề môi TRƯỜNG

NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN
VÀ VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG
Lê Đại Diễn
VIỆN KHOA HỌC KỸ THUẬT HẠT NHÂN
179-HOÀNG QUỐC VIỆT, HÀ NỘI
TRÌNH BÀY CHO SINH VIÊN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG
ĐH PHƯƠNG ĐÔNG - 29-01-2010
1.Năng lượng hạt nhân ? Nhà máy điện và
nhà máy điện hạt nhân ?
2.Chu trình nhiên liệu hạt nhân ?
3.Chất thải hạt nhân ?
4.Tác động môi trường của nhà máy điện
hạt nhân ?
5.An toàn và xu hướng phát triển điện hạt
nhân ?
NHÀ MÁY ĐIỆN ?
• Nguyên lý chung của đa số các nhà máy phát
điện:
1) Cần có nguồn nhiệt
2) Đun sôi nước (tạo hơi)
3) Dùng hơi làm quay tuôc bin
4) Tuôc bin làm quay máy phát (điện)
5) Cung cấp điện (hòa lưới)
• Một số công nghệ sản xuất điện năng khác có thể
làm việc theo nguyên lý khác ( như thủy điện,
điện gió, mặt trời, sóng biển, …)
I. KHÁI QUÁT VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN
1. NGUỒN NHIỆT
• Nguồn nhiệt có thể tạo ra
từ :
– Đốt than

– Đốt dầu
– Các dạng cháy khác (khí
…)
– Phân hạch hạt nhân
– Tổng hợp hạt nhân
1) oil, coal or gas
2) heat
3) steam
4) turbine
5) generator
6) electricity
7) cold water
8) waste heat water
9) condenser
2. ĐUN SÔI NƯỚC (SINH HƠI)
3. TUỐC BIN – MÁY PHÁT
PHÂN HẠCH HẠT NHÂN GIẢI PHÓNG NĂNG LƯỢNG
Năng lượng từ
các sản phẩm
phân hạch đốt
nóng thanh
nhiên liệu
+ Để tiếp tục phản ứng phân hạch (dây chuyền), cần làm chậm các n
nhanh nhờ chất làm chậm (H2O).
+ Để các thanh nhiên liệu không bị nóng chảy cần lấy nhiệt ra khỏi lò
phản ứng nhờ hệ thống chất tải nhiệt (H2O).
U-235
n
n
ĐIỀU KHIỂN PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH

TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
Bình
sinh hơi
(Bộ trao
đổi nhiệt)
Bơm
hơi
H2O
Thanh nhiên liệu
Thanh điều khiển
Chất tải nhiệt và làm chậm
Thùng lò phản ứng và HT che chắn phóng xạ
NMĐHN LÒ NƯỚC ÁP LỰC (PWR)
TAI NẠN NMĐHN CHERNOBYL
THẾ HỆ CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN
LÒ PHẢN ỨNG ĐỆM CUỘI
(Pebble Bed Reactor)
• Không cần thanh điều
khiển.
• Làm nguội bằng He
• Áp dụng chu trình
nhiên liệu Th
CHU TRÌNH NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN
• Khai thác và xử lý
quặng urani
• Chuyển đổi thành UF
6
• Làm giàu

• Chế tạo nhiên liệu
• Sử dụng trong lò
phản ứng
• Xử lý và chôn cất thải
phóng xạ
WPUI – Advances in Nuclear 2008
CHU TRÌNH NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN
[1000 MWe-yr – (A) Once Thru (B) U-Pu recycle]
Mining/Milling
Convert/Enrichment
Fuel Fabrication
Reactor (1000MWe)
Reprocessing Plant
Milling waste stream
Conv/Enrich Waste Tails
Fuel Fabrication Waste
Spent Fuel as Waste
Reprocessing Waste (FP)
U3O8 &daughters
(A)10 mt (B) 6mt
UF
6 &daughters
(A) 167mt(B) 0.5mt
(A) 205mt (B)120mt
(A) 37mt (B)11.5mt
(A) 36.8mt (B) 36.4mt (U-Pu)
(A) 35.7 mt U, 0.32mt Pu
(B) 35mt U, 0.5mt Pu
(B) 1.1 mt U, 5kg Pu
UO

2 & daughters
(A) 0.2mt (B) 0.16mt
BÓ NHIÊN LIỆU LÒ PWR
Tái chế nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng (SNF - Spent Nuclear
Fuel) có nhiều ưu điểm về mặt kỹ thuật:
• Hầu hết U và Pu có thể được tái chế và dùng lại
• Hầu hết độc tố phóng xạ đều là các sản phẩm phân hạch thời
gian sống dài có thể chuyển hóa (thành các nguyên tố khác) và /
hoặc do đó thể tích chất thải cần chôn cất nhỏ đi nhiều lần
1 metric tonne
of SNF* contains:
955.4 kg U
8.5 kg Pu (5.1 kg
239
Pu)
Minor actinides (MAs):
0.5 kg
237
Np
0.6 kg Am
0.02 kg Cm
Long-lived fission products
(LLFPs):
0.2 kg
129
I
0.8 kg
99
Tc
0.7 kg

93
Zr
0.3 kg
135
Cs
Short-lived fission products
(SLFPs):
1.0 kg
137
Cs
0.7 kg
90
Sr
*33,000 MWD/MT, 10 yr cooling
Other
Plutonium 0.9 %
Minor Actinides 0.1%
Other Long-Lived
Fission Products 0.1 %
Long-lived I and Tc 0.1%
Short-lived
Cs and Sr 0.2%
Stable Fission Products 3.1%
Uranium 95.5%
HLW Composition*
THÔNG TIN CHUNG
• Dân số tiếp tục tăng nhanh
(US/Europe: <1%/năm; Asia: > 2%/năm)
• Nhu cầu sử dụng năng lượng tăng gấp nhiều lần

(US/Europe: ~1%/ năm; Asia: >8%/ năm)
• Nhu cầu sử dụng điện năng cũng tăng
(US/Europe: ~2%/ năm; Asia: >5%/ năm)
•Sản xuất điện bằng nhiên liệu hóa thạch với hơn 40%
tổng lượng phát thải khí nhà kính trong lúc nguồn dự
trữ đang cạn kiệt.
• Theo nghiên cứu của MIT thì điện hạt nhân sẽ phải
tăng gấp ba lần vào năm 2050 để đáp ứng nhu cầu
Mike Corradini, Nuclear Engr. & Engr. Physics
Wisconsin Institute of Nuclear Systems
II. MÔI TRƯỜNG VÀ PHÁT TRIỂN NGUỒN ĐIỆN TRONG
TƯƠNG LAI
Sources: EIA, International Energy Outlook 2000
US Bureau of the Census, International Database
Thực tế Dự báo
Energy
Consumption
Developing
Countries
Developed
Countries
DỰ BÁO TĂNG DÂN SỐ VÀ TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG
(1970 – 2025)
PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG MÔI TRƯỜNG VÀ NGUỒN
CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG
Các điều kiện đảm bảo tính bền vững:
– Đảm bảo cung cấp hợp lý nguồn năng lượng (đa
dạng)
– Sử dụng đất cho chu trình nhiên liệu và năng lượng
một cách thích hợp (môi trường tự nhiên)

– Tối thiểu các sản phẩm phụ (tác động môi trường)
– Công nghệ khả thi về mặt kinh tế (khả thi)
– Đảm bảo tính độc lập (công nghệ hoặc nguồn nhiên
liệu chỉ được cung cấp bởi một / một vài quốc gia)
Wind
0.79
PV
0.12
Solar
Thermal
0.08
Hydro
0.07-0.37
NHU CẦU SỬ DỤNG ĐẤT CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN(km
2
/ MW)
Nuclear
0.001/0.01
Biomass
5.2
Geothermal
0.003
Coal
0.01/0.04
1000 MW POWER
PLANTS RUNNING
AT 100 % CAPACITY
(8766 GWh/year)
(Photovoltaics)
Coal Gas Nuclear

ôxit lưu huỳnh~ 1000 mt
ôxit nitơ ~ 5000 mt 400 mt
Các chất hạt ~ 1400 mt
Các nguyên tố
vi lượng ~ 5-50 mt** <1 mt
Tro ~ 1million mt
CO2 > 7million mt 3.5mill. mt
** TRACE: e.g., Mercury, Lead, Cadmium, Arsenic
Spent Fuel 20-35 mt
Fission Products ~ 1 mt
*Source: EIA (2004), mt = metric ton = 1000kg
PHÁT THẢI CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN CÔNG SUẤT 1000 MWe-NĂM
Emissions Produced by 1 Kilowatt-hour of Electricity
Based on Life-Cycle Analysis
Generation
Option
Greenhouse gas
emissions gram
equiv. (in
CO2/kWh)
Sulfur dioxide
emissions (in
milligrams/kWh)
Nitrogen oxide
emissions (in
milligrams/kWh)
NMVOC (in
milligrams
/kWh**)
Particulate

matter (in
milligrams
/kWh)
Hydropower 2 – 48 5 – 60 3 – 42 0 5
Nuclear 2 – 59 3 – 50 2 – 100 0 2
Wind 7 – 124 21 – 87 14 – 50 0 5 – 35
Solar
photovoltaic
13 – 731 24 – 490 16 – 340 70 12 – 190
Biomass forestry
waste
combustion
15 – 101 12 – 140 701 – 1,950 0 217 – 320
Natural gas
(combined cycle)
389 – 511 4 – 15,000 13 – 1,500 72 – 164 1 – 10
Coal – modern
plant
790 – 1,182 700 – 32,321 700 – 5,273 18 – 29 30 – 663
** NMVOC means non-methane volatile organic compounds.
Source: “Hydropower-Internalized Costs and Externalized Benefits,” Frans H. Koch, International Energy Agency
(IEA)-Implementing Agreement for Hydropower Technologies and Programs, Ottawa, Canada, 2000.