20/11/2016

Điện hạt nhân: nhiều nhược điểm chưa có giải pháp

TS. Đinh Văn Nguyên, Cộng hòa Ireland

Tác giả viết bài này để tưởng nhớ 30 năm thảm họa hạt nhân Chernobyl (Liên Xô cũ) và 5 năm thảm họa hạt nhân Fukushima (Nhật Bản). Ngoài những nhược điểm của bản thân công nghệ như chưa có hệ thống làm nguội tối ưu, chưa có giải pháp bền vững cho chất thải phóng xạ và nhiễm xạ, bài viết này sẽ trình bày nhiều nhược điểm khác chưa có giải pháp của điện hạt nhân. Một số kết luận và kiến nghị được đưa ra ở cuối bài viết.

1. Nguy cơ gây thảm họa cao và ảnh hưởng nghiêm trọng, lâu dài khi có sự cố

Nhà máy điện hạt nhân Chernobyl (Liên Xô cũ) phát nổ vào rạng sáng ngày 26/04/1986 đã gây ra các đám mây phóng xạ lan rộng tới Nga, Belarus và Ukraina, và nhiều nước châu Âu như Thổ Nhĩ Kỳ, Moldova, Litva, Phần Lan, Na Uy, Thụy Điển, Áo, Séc, Slovakia, Slovenia, Thụy Sĩ, Đức, Italia, Pháp và Anh. Thậm chí ngày 27/04/1986 các công nhân làm việc tại Forsmark (Thụy Điển) cách Chernobyl gần 1.100 km đã phát hiện thấy các hạt phóng xạ từ Chernobyl trên quần áo của họ. Đến năm 2006, Bộ Y tế Ukraina cho rằng hơn 2,4 triệu người Ukraina, trong đó có 428.000 trẻ em, gặp phải các vấn đề sức khỏe liên quan tới thảm hoạ Chernobyl [1]. Tổ chức Green Peace cũng đã báo cáo rằng sẽ có thêm 270 nghìn ca ung thư có liên quan tới vụ Chernobyl và rằng 93 nghìn người trong số đó sẽ ở mức nguy hiểm, và chỉ riêng tại Belarus và Ukraina thảm họa có thể gây ra khoảng 200 nghìn cái chết nữa trong giai đoạn 1990 và 2004.

Nhà máy điện hạt nhân Fukushima (Nhật Bản) đã có ít nhất bốn tổ máy phát nổ trong các ngày 11 đến 15/03/2011 do tác động của trận động đất Tōhoku ngày 11/03/2011, nghiêm trọng nhất là lò phản ứng của tổ máy số 3 đã nổ tung. Có hơn 9 triệu m3 chất thải hạt nhân đã bị phát tán. Lượng chất phóng xạ tăng cao ở các lá cây non và phấn hoa của nhiều khu vực lân cận. Nhiều loài sâu bọ, giun đã phát hiện bị nhiễm phóng xạ và bị đột biến gen. Hàm lượng phóng xạ cao trong nhiều thủy hải sản ở các khu nuôi trồng thương mại [2]. Hàng trăm ngàn người Nhật đã không thể trở về nhà trong vùng bị nhiễm phóng xạ nặng. Tại ở bờ biển Canada ở phía bên kia Thái Bình Dương, các nhà nghiên cứu từ tổ chức Woods Hole Oceanographic đã tìm thấy chất phóng xạ Cesium-137 của thảm họa Fukushima. Theo nghiên cứu do Trung tâm Nansen Environmental and Remote Sensing (Na-uy) tiến hành năm 2013, phần lớn hơi phóng xạ từ các vụ nổ Fukushima năm 2011 sẽ tới bờ biển Bắc Mỹ vào năm 2017 với lượng cực đại năm 2018. Trung tâm này cũng cảnh báo rằng các chất phóng xạ này vẫn còn di chuyển tới Bắc Mỹ ít nhất đến năm 2026. Trong khi đó, Công ty điện lực Tokyo (TEPCO, chủ quản nhà máy Fukushima) lại tiếp tục cho xả các chất nhiễm phóng xạ ra biển nhằm giảm lượng nước nhiễm phóng xạ cao trong vùng Fukushima [3].

2 . Chưa có phương pháp dự báo động đất chính xác

Trên thế giới, động đất đến nay vẫn (bị) coi hiện tượng ngẫu nhiên (do chưa rút ra được quy luật định tính), nên việc dự báo động đất chỉ ở mức quy luật xác suất thống kê với một số giả định, nhất là dự báo dài hạn. Các nhà khoa học vẫn tiếp tục nghiên cứu tìm hiểu về động đất và các phương pháp dự báo. Bởi vậy, các đặc tính của động đất liên quan đến an toàn cho nhà máy điện hạt nhân như cường độ, dải tần số và sự lệch pha dao động nền, và chuỗi dư chấn chưa thể dự báo rõ được. Vì thế, tất cả các công trình dù được thiết kế chống động đất theo tiêu chuẩn, nhưng vẫn có thể bị hư hỏng hay sụp đổ vì trận động đất thực tế sẽ lớn hơn, ở dải tần số khác, hay có độ lệch pha khác. Rất tiên tiến trong việc dự báo, phòng và chống động đất như Nhật Bản, nhưng gần đây, trong động đất Kobe (Great Hansin) năm 1995, có hơn 5500 người thiệt mạng, hơn 36800 người bị thương, cùng với thiệt hại lớn về cơ sở hạ tầng, v.v. Và nặng nề hơn là trận động đât ngày 11/3/2011 ở Nhật làm hơn 15 ngàn người chết kèm theo thảm họa hạt nhân Fukushima.

Lãnh thổ Việt Nam nhiều vùng có nguy hiểm đáng kể về động đất và nhiều đứt gãy kiến tạo có thể phát sinh động đất như Hình 1a, theo Giáo sư Nguyễn Đình Xuyên từ Viện vật lý Địa cầu [4]. Gần đây nhất, từ năm 1990 tới nay, cũng có hai trận động đất cấp 8  ở Điện Biên (năm 1935) và Tuần Giáo (năm 1983), 17 trận động đất cấp 7 và 115 trận cấp 6-7 ở nhiều vùng miền. Các trận động đất trên đã gây nhiều hậu quả nghiêm trọng. Thủ đô Hà Nội nằm trong vùng đứt gãy sông Hồng- sông Chảy, nơi đã xảy ra các trận động đất mạnh  5,1-5,5 độ Richter và chu kỳ lặp lại động đất mạnh 5,4 độ Richter ở Hà Nội là 1100 năm. Hiện nay, nhiều vùng đang trong thời kỳ yên tĩnh nhưng trong tương lai hoạt động động đất có thể tăng lên và động đất mạnh có thể xảy ra. Hơn nữa, các vùng phát sinh động đất mạnh ở Việt Nam nói trên [4] mới là kết quả khảo sát dựa trên số liệu với chu kỳ ngắn, trong đó động đất mạnh 5,5 độ Richter gây chấn động cấp 7, làm hư hại nhẹ nhà cửa, động đất 6,0 độ Richter gây chấn động cấp 8, làm hư hại nặng nhà cửa.

clip_image002

clip_image004

clip_image006

(a) Đứt gãy chính (màu đỏ) [4]

(b) PGA, chu kỳ 500 năm [5]

(c) PGA, chu kỳ 10 nghìn năm [5]

Hình 1: Bản đồ các đứt gãy chính (a) và phân bố dao động nền cực đại (PGA) (b, c) ở Việt Nam.

Nếu theo chu kỳ dài hơn (10 nghìn – 100 nghìn năm hoặc hơn, cần cho thiết kế nhà máy điện hạt nhân) thì cường độ động đất cực đại sẽ cao hơn nhiều. Sự khác nhau này thể hiện rõ ở các bản đồ phân bố dao động nền cực đại (PGA) ở Hình 1b và 1c, với chu kỳ 500 năm thì trên lãnh thổ Việt Nam đa số động đất nhỏ hơn cấp VII, nhưng với chu kỳ 10 nghìn năm thì có rất nhiều động đất cấp VII và một số động đất cấp VIII. Chu kỳ hoàn toàn không phải là từ lúc xây dựng công trình, mà tính từ các trận động đất đã xảy ra trước đó. Ví dụ, tại khu vực nhà máy Ninh Thuận 1, đã có một trận động đất cường độ 9.0 Richter (tương đương với Fukushima 2011) đã xẩy ra năm 970 TCN (trước Công nguyên) và chu kỳ là 3000 năm, thì đến năm 2030 (15 năm nữa) sẽ xẩy ra. Vậy với chu kỳ 10 nghìn hay 100 nghìn năm thì cường độ cực đại cao hơn nhiều.

Nguyên nhân chủ yếu do các mảng kiến tạo của vỏ Trái đất (Hình 1a) dịch chuyển và tích lũy năng lượng đến một mức nào đó sẽ giải phóng gây ra động đất. Tích lũy năng lượng trong 300 – 500 năm có thể gây động đất 5.5 – 6.0 độ Richter. Khi tích lũy trong 10 nghìn – 100 nghìn năm thì năng lượng giải phóng ra sẽ cao hơn nhiều, nhưng các thiết bị và phương pháp dự báo hiện nay chưa đạt đến chu kỳ dài đó, nên mới xẩy ra thiệt hại khủng khiếp trong các trận động đất ở Indonesia (2004), Nhật (2011) và ở Nepal gần đây.

Hơn nữa, trong cường độ động đất theo thang Richter, là thang logarit cơ số 10, nên trận động đất 7,0 độ Richter sẽ có biên độ dao động nền lớn hơn 10 lần, và năng lượng giải phóng ra lớn gấp 31,6 lần so với động đất 6,0 độ. Sự khác nhau này làm thay đổi giá thành xây dựng công trình hàng chục lần.

3. Giá thành điện hạt nhân sẽ cao hơn các dạng năng lượng sạch

Giá thành điện hạt nhân sẽ cao hơn nhiều dạng năng lượng sạch mà Việt Nam có thể phát triển được. Theo báo cáo vào tháng 6/2015 của U.S. Energy Information Administration (tạm dịch: Cục thông tin năng lượng Liên bang Hoa Kỳ) [6] thì vào năm 2020, tổng giá thành của điện hạt nhân sẽ cao hơn điện gió, địa nhiệt và hydroelectric, xấp xỉ khí thiên nhiên tiên tiến có thu và lưu giữ các-bon, và xấp xỉ Biomass, như Bảng 1. Nguyên nhân bởi điện hạt nhân ngày càng tăng giá do đầu tư ban đầu cao và giá thành nhiên liệu khá cao. Trong khi đó các dạng năng lượng sạch như gió, địa nhiệt, biomass và solar PV có giá thành giảm dần nhờ công nghệ phát triển và lắp dựng hàng loạt. Hình 2 cho thấy giá thành lắp dựng 100kW điện mặt trời ở Đức giảm từ €4000 (tháng 1/2009) xuống đến €1200 (tháng 10/2014), theo Cục năng lượng Vương quốc Anh [7].

clip_image008

Hình 2: Giá thành lắp dựng 100kW điện mặt trời ở Đức, từ 1/2009 (€4000) đến 10/2014 (€1200) [7].

Bảng 1: Dự báo giá thành (levelized costs) của các dạng điện năng năm 2020, US$/MWh [US EIA, 6]

Nguồn năng lượng

Xây dựng

Fixed O & M

Variable O & M (cả nhiên liệu)

Truyền dẫn

Tổng giá thành

Than, thông thường

60,4

4,2

29,4

1,2

95,1

Than, tiên tiến

76,9

6,9

30,7

1,2

115,7

Than, tiên tiến có thu giữ các-bon

97,3

9,8

36,1

1,2

144,4

Khí thiên nhiên, tiên tiến có thu giữ các-bon

30,1

4,2

64,7

1,2

100,2

Hạt nhân, tiên tiến

70,1

11,8

12,2

1,1

95,2

Địa nhiệt (Geothermal)

34,1

12,3

0,0

1,4

47,8

Điện sinh khối (Biomass)

47,1

14,5

37,8

1,2

100,5

Gió (trên bờ)

57,7

12,8

0,0

3,1

73,6

Điện mặt trời (Solar PV)

109,8

11,4

0,0

4,1

125.3

Thủy điện

70,7

3,9

7,0

2,0

83,5

Vì vậy, kể cả mặt kinh tế, điện hạt nhân cũng kém hiệu quả hơn nhiều dạng năng lượng khác. Chính nhiều chuyên gia điện hạt nhân trên thế giới cũng đã chỉ ra các nhược điểm của điện hạt nhân. Giáo sư Nguyễn Khắc Nhẫn – chuyên gia hàng đầu về điện và năng lượng hạt nhân ở Đại học Grenoble (Pháp), nguyên cố vấn chiến lược Tập đoàn Điện quốc gia Pháp – EDF đã nói rằng: “Các nước trên thế giới, năm 2013, đã đầu tư 250 tỷ đô-la vào lĩnh vực năng lượng tái tạo nhất là điện gió và mặt trời. Đan Mạch đến 2050 sẽ sử dụng 100% điện tái tạo, Đức đang dẫn đầu về điện gió và điện mặt trời. Thử hỏi tại sao Đức đã hy sinh hàng trăm tỷ đô-la, can đảm từ bỏ điện hạt nhân năm 2022 tới? Việc đề cao điện hạt nhân đã lỗi thời thay vì khuyến khích việc khai thác triệt để năng lượng tái tạo. Hiện nay ở Pháp và ở Âu Châu, điện gió trên đất liền đã cạnh tranh được với điện cổ điển và hạt nhân."

4. Nhiều sự thật của điện hạt nhân và thảm họa bị che dấu

Một tờ báo Anh [8] vừa công bố "sự thật bất ngờ" về cuộc khủng hoảng hạt nhân tại Nhật Bản, theo đó, phía Nhật đã che dấu sự thật về nguyên nhận chính. Sự thật là “trận động đất hôm 11/03/2011 là thủ phạm gây ra cuộc khủng hoảng chứ không phải sóng thần”. TEPCO (Công ty điện lực Tokyo) – chủ sở hữu nhà máy Fukushima – từng tuyên bố rằng hệ thống làm nguội lò phản ứng không bị thiệt hại bởi trận động đất hôm 11/03/2011. Nhưng trận sóng thần sau đó làm hỏng các máy phát điện dự phòng khiến hệ thống làm nguội tê liệt. Nếu sự thật trận động đất là thủ phạm gây nên cuộc khủng hoảng hạt nhân tại Nhật Bản, thì khả năng chống chịu động đất của các nhà máy điện hạt nhân khác sẽ là câu hỏi lớn, và việc thiết kế an toàn nhà máy điện hạt nhân vẫn là một thách thức hiện nay trên thế giới.

Điện hạt nhân thải ra nhiều CO2 hơn các dạng năng lượng sạch. Trong viết trên báo Nature [9], Kurt Kleiner đã chỉ ra rằng điện hạt nhân cũng thải ra 66 gCO2e/kWh, cao gấp đôi solar PV (32 gCO2e/kWh) và gấp sáu lần điện gió trên bờ (10 gCO2e/kWh). Hơn nữa, nhà máy điện hạt nhân có quy mô lớn và thời gian xây dựng lâu, nên cũng làm tăng lượng CO2 thải ra trong quá trình xây dựng. Giáo sư Nguyễn Khắc Nhẫn (Đại học Grenoble) cũng đã khẳng định: "Lượng khí CO2 thải ra trong toàn bộ quá trình của điện hạt nhân từ khai thác mỏ, chế biến và vận tải Urannium và các chất phóng xạ khác là cao”.

Một số tờ báo chính thống ở Việt Nam cũng đã đưa tin rằng phía Nga đề nghị hỗ trợ xây dựng nhà máy Ninh Thuận 1 nhưng báo cáo của Nga đánh giá dao động nền (do động đất) ở mức độ an toàn và cũng không đề cập xác định tuổi của thềm biển (Tạp chí Tài chính ngày 11/04/2015, VNExpress số ngày 08/04/2015). Với vùng Ninh Thuận có nguy cơ động đất cao, báo cáo của Nga là thiếu an toàn nghiêm trọng dù gia thành có thấp hơn (như đã phân tích ở mục 2).

5. Thực tế năng lượng và phát triển kinh tế ở Việt Nam

Tỷ lệ giữa tăng tiêu thụ điện năng và tăng trưởng GDP ở Việt Nam là rất cao, hơn Trung Quốc 90% và hơn Thái Lan và Indonexia 80% như ở Hình 2, theo số liệu của Quỹ tiền tệ quốc tế - IMF [10]. Các nguyên nhân chính, theo báo cáo năm 2015 của Ngân hàng Phát triển Châu Á - ADB [11] là ở Việt Nam, sử dụng năng lượng và nhiên liệu trong các ngành công nghiệp, nhà ở, giao thông và dịch vụ đều có hiệu quả thấp, đồng thời nhiều ngành công nghiệp tiêu tốn nhiều năng lượng như Hình 3 nên tổng nhu cầu về năng lượng tăng nhanh hơn GDP.

clip_image010

Hình 2: Tỷ lệ giữa tăng tiêu thụ điện năng và tăng trưởng GDP ở một số nước (2003 – 2012), theo IMF [10].

clip_image012

Hình 3: Tiêu thụ năng lượng ở Việt Nam (1990–2012), đơn vị: MTOE (triệu tấn dầu quy đổi), theo IEA [11].

Cũng theo số liệu của ADB và Ngân hàng thế giới – WB [11], ở nước ta, do phát triển thủy điện đã đạt tới hạn, nhiệt điện than tăng nhanh sau 2010, và trong giai đoạn 1990 – 2013 mức tăng trung bình của sản xuất điện hàng năm là 12.5%, cao hơn nhiều so với tăng trưởng GDP (6.9%) như Hình 4.

clip_image014

Hình 4: Sản xuất điện năng và GDP ở Việt Nam (1990 – 2012), theo ADB và WB [11].

6. Kết luận và kiến nghị

Như vậy, xét trên tất cả các mặt, từ kinh tế, môi trường (rác thải và biến đổi khí hậu), đến nguy cơ gây thảm họa thì điện hạt nhân đều kém hơn các dạng năng lượng sạch mà Việt Nam có thể phát triển được. Vì vậy, tác giả có một số kiến nghị sau:

a. Đẩy mạnh và tạo cơ chế khuyến khích phát triển các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả, phát triển các ngành công nghiệp tiêu thụ ít năng lượng, các giải pháp tiết kiệm điện năng và nhiên liệu một cách toàn diện ở các ngành và các đối tượng tham gia (nhà nước, tư nhân, cơ quan quản lý, phần mềm và thiết bị) để cải thiện tình hình đã nói ở Mục 5, các Hình 2, 3 và 4.

b. Đẩy mạnh và tạo cơ chế khuyến khích phát triển năng lượng tái tạo và sạch có tiềm năng lớn ở nước ta như điện gió trên bờ và ngoài khơi [12], mặt trời, khí sinh học, địa nhiệt, v.v.

c. Dừng tất cả các hoạt động chuẩn bị xây dựng nhà máy điện hạt nhân như khảo sát, đấu thầu, đào tạo nhân lực vận hành, v.v. để nghiên cứu kỹ về tính khả thi của điện hạt nhân và để tập trung nguồn vốn và nhân lực cho các giải pháp (a) và (b) nói trên.

Tài liệu tham khảo:

[1] Chernobyl, https://vi.wikipedia.org,

[2] Greenpeace (2016). Fukushima nuclear disaster will impact forests, rivers and estuaries for hundreds of years. Report. www.greenpeace.org/international/en/press/releases/2016/

[3] Gutierrez D (2015). Radioactive Cesium-137 from Fukushima now detected off coast of Canada. Centre of Research on Globalisation, Canada. www.globalresearch.ca/radioactive-cesium-137-from-fukushima-now-detected-off-coast-of-canada

[4] Nguyễn DX (2005). Nghiên cứu dự báo động đất và dao động nền ở Việt Nam. Đề tài NCKH cấp Nhà nước. Viện Vật lý Địa cầu, Hà Nội, Việt Nam

[5] Nguyen DX, Nguyen LM, Nguyen QC, Nguyen TH, Tran TMT (2014). Seismic zonning maps of vietnam for the building code. www.j-shis.bosai.go.jp/intl/tem/doc/workshop/2nd/poster/2B-P8.pdf.

[6] U.S. Energy Information Administration (2015). Levelized cost and levelized avoided cost of new generation resources in the annual energy outlook 2015. www.eia.gov/forecasts/aeo/electricity_generation.cfm

[7] Energy UK (2016). Pathways for the GB Electricity Sector to 2030. www.energy-uk.org.uk.

[8] McNeill D, Adelstein J (2011). The explosive truth behind Fukushima's meltdown. www.independent.co.uk/news/world/asia/the-explosive-truth-behind-fukushimas-meltdown-2338819.html

[9] Kleiner K (2008). Nuclear energy: assessing the emissions. Nature Reports Climate Change. www.nature.com/climate/2008/0810/full/climate.2008.99.html

[10] Solidiance & IMF (2015). Vietnam’s power sector: Opening the way towards a greener future?

[11] Asian Development Bank (2015). Assessment of power sector reforms in Viet nam, Country Report.

[12] Đinh VN (2015). Tổng quan về công trình tua-bin điện gió nổi ngoài khơi. VNReview. http://vnreview.vn/tin-tuc-khoa-hoc-cong-nghe/-/view_content/content/1643518/tong-quan-ve-cong-trinh-tua-bin-dien-gio-noi-ngoai-khoi

Lời cảm ơn: Tác giả bài viết cảm ơn ý kiến đóng góp, phản biện và động viên quý giá của TS Tô Văn Trường, bà Phạm Lê Hạnh và một số nhà khoa học người Việt tại Châu Âu và Việt Nam.

Giới thiệu về tác giả:

TS Đinh Văn Nguyên là chuyên gia về công trình và giải pháp năng lượng, đang làm việc tại Cộng hoà Ireland. Trước đó, TS Nguyên chủ trì xây dựng mô-đun mô phỏng động đất nhiều pha cho phần mềm thông dụng Plaxis (Hà Lan) và giảng dạy tại Đại học Konkuk, Hàn Quốc ngay sau khi luận văn tiến sỹ về đường sắt cao tốc của anh được giải thưởng nghiên cứu của Mitsui-Sumitomo Insurance Welfare Foundation (Nhật Bản). TS Nguyên hai lần được nhận học bổng Marie-Curie của Cộng đồng châu Âu cho các nghiên cứu Sau Tiến sỹ về tính toán chống động đất cho các công trình lớn, về công nghệ điện gió, điện sóng biển và và tối ưu sử dụng năng lượng. Năm 2012, anh đã được Học viện Công nghệ Tokyo mời sang báo cáo về kỹ thuật động đất trong Hội thảo tưởng nhớ Thảm họa Fukushima.

***

TS Tô Văn Trường gửi BVN