1

AREVA VÀ MITSUBISHI LIÊN DOANH

PHÁT TRIỂN LÒ ATMEA1Copyright @ 2014 by the American Nuclear Society ANDREAS GOEBEL, CHỦ TỊCH – GIÁM ĐỐC ĐIỀU HÀNH ATMEA - THÁNG 12 NĂM 2014

Lò ATMEA1 là lò phản ứng công suất 1100-Mwe kiểu lò phản ứng nước áp lực (PWR) do ATMEA thiết kế. ATMEA là liên doanh giữa AREVA (Pháp) và Mitsubishi Heavy Industries Ltd. (MHI)(Nhật Bản). Quá trình thiết kế kiểu lò này dựa trên 40 năm kinh nghiệm trên toàn thế giới trong lĩnh vực lò PWR của AREVA và MHI. Hai Tập đoàn này đã thiết kế và xây dựng hơn 130 lò phản ứng. Ngay từ đầu,lò ATMEA1 đã hướng tới việc đáp ứng các quy định an toàn rất chặt chẽ của Hoa Kỳ và, như sau đó cho thấy, lò đã được xem xét và thỏa mãn các cơ quan an toàn ở mọi nơi bao gồm cả Pháp và Canada. Lò ATMEA1 đã được tuyển chọn sơ bộ ở Brasil, Argentina và Việt Nam, hiện nay được xem xét cho các dự án nhà máy điện được đề xuất ở Kazakhstan và Thổ Nhĩ Kỳ, và đang có triển vọng rất lớn về thương mại trên toàn thế giới.

Ảnh kỹ thuật số chụp từ trên cao của hai cụm lò phản ứng ATMEA1

Hình mặt cắt của lò phản ứng ATMEA1 cùng với các tòa nhà liền kề

2

Cấu hình hệ thống chính của lò phản ứng ATMEA1 (máy bơm chất làm mát của lò phản ứng thứ ba không trông thấy do bộ điều áp che khuất) Lò ATMEA1 đáp ứng yêu cầu của hệ thống cung cấp hơi nước cho máy phát 3150-MWt với ba vòng làm mát. Hệ thống chính bao gồm thùng lò chứa các bó thanh nhiên liệu, bộ điều áp, và trong mỗi vòng đều có máy bơm chất làm mát lò và một bộ sinh hơi. Ngoài ra, hệ thống chính có tất cả các hệ thống điều khiển và bảo vệ liên quan. Trong mỗi vòng, chất làm mát, sau khi ra khỏi vỏ lò, sẽ được hướng tới bộ sinh hơi và sau đó tới máy bơm chất làm mát lò, trước khi quay trở lại thùng lò. Bộ điều áp, được kết nối với một trong số ba vòng này, sẽ duy trì áp suất không đổi trong hệ thống chính. Thiết kế của hệ thống chính,có cấu hình và các bộ phận chính đều tương tự như trong các lò PWR hiện đang hoạt động. Tuy nhiên, ở bên trong, các bộ phận chính của lò ATMEA1 lớn hơn so với các bộ phận kiểu ba vòng hiện thời nhằm hỗ trợ vận hành ổn định và tăng giới hạn an toàn. Phần vùng hoạt bao gồm 157 bó thanh nhiên liệu, mỗi bó chứa các thanh nhiên liệu được bố trí trong khung hình vuông 17X17, cùng với 24 ống điều khiển thanh nhiên liệu. Các thanh nhiên liệu chứa các viên nhiên liệu được làm từ oxit urani đã được làm giầu hoặc hỗn hợp các oxit. Lò ATMEA1 có thể vận hành với mọi chế độ nhiên liệu urani cho tới 1/3 nhiên liệu là nhiên liệu hỗn hợp trong thiết kế tiêu chuẩn, hoặc hoàn toàn dùng nhiên liệu hỗn hợp mà không cần có điều chỉnh thiết kế

đáng kể nào. Chu trình nhiên liệu có thể được thiết lập kéo dài từ 12 tới 24 tháng. Thùng lò của lò ATMEA1 có nhiều cải tiến dựa trên cơ sở các thùng lò trong các lò phản ứng hiện có. Đường thâm nhập lắp từ dưới lên cho các thiết bị đo bố trí trong lò đã được loại trừ và hiện nay lò ATMEA1 sử dụng đường thâm nhập từ trên đỉnh lò. Số lượng mối hàn cũng giảm và dạng hình học của các chi tiết hàn cũng đã được cải tiến, và nhờ đó quá trình chế tạo đã được đơn giản, kể cả việc kiểm tra không phá hủy và thanh sát khi vận hành. Ngoài ra, thùng lò được làm từ các vật liệu với các đặc tính như có khả năng chống gãy giòn. Bộ sinh hơi của lò ATMEA1 được bố trí thẳng đứng và do đó cho phép hơi lưu thông một cách tự nhiên. Kèm theo đó là các bộ trao đổi nhiệt ống hình chữ U, cũng như thiết bị tách ẩm đồng bộ dẫn đến hiệu suất nhiệt được cải thiện. Vật liệu làm ống là hợp kim 690 TT được sử dụng rộng rãi trong các bộ sinh hơi trên toàn thế giới và có khả năng chống ăn mòn cao ứng suất ?. So với các nhà máy đang vận hành, phần thứ cấp của bộ sinh hơi của lò ATMEA1 có hệ thống thiết bị ? nước lớn hơn cho phép có nhiều hơn thời gian hơn để triển khai can thiệp trong trường hợp giả định mất hoàn toàn hệ thống nước thứ cấp. Hệ thống chủ động Trong thiết kế lò ATMEA1, độ an toàn đạt được thông qua các hệ thống chủ động rất mạnh cùng với các hệ thống thụ động được huy động chỉ khi cần có các hành động chuyên biệt. Lò ATMEA1 đạt được sự cân bằng tối ưu giữa tính đa dạng và tính dự phòng của hệ thống, và các hệ thống quản lý tai nạn nghiêm trọng đã được phê duyệt đưa vào áp dụng trên cơ sở phương thức tiếp cận tất định cho các tình huống vượt ra ngoài cơ sở thiết kế; tất cả đều nhằm bảo đảm rằng nhà máy luôn an toàn và luôn được kiểm soát. Lò phản ứng được thiết kế theo tiêu chuẩn tần số trục trặc của vùng hoạt nhỏ hơn 10-5 lò-năm và tần số rò thoát rộng nhỏ hơn 10-6 lò-năm. Lò ATMEA1 đáp ứng các quy định và các chuẩn được đồng thuận trong công nghiệp của Hoa Kỳ, các khuyến cáo Ủy hội Quốc tế về Phòng chống Phóng xạ và các chuẩn an toàn của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA). Trên cơ sở tổng hợp các kinh nghiệm thu được trong việc phát triển lò EPR của AREVA và lò APWR của MHI, thiết kế an toàn của lò ATMEA1 chủ yếu dựa trên các phân tích tất định (trong đó áp dụng chặt chẽ khái niệm bảo vệ theo chiều sâu) được bổ sung thêm bằng các phân tích dựa trên xác suất. Cách tiếp cận này dẫn tới các kết quả sau:

3

� Lò đáp ứng nhanh gọn và thuận lợi cho nhà máy điện do có nguồn sinh hơi và dung tích hơi lớn trong bộ điều áp. � Các hệ thống an toàn được đơn giản hóa và các chức năng được chia tách. � Giảm các trục trặc thông thường nhờ có sự chia tách và có các chức năng hỗ trợ đa dạng. � Có độ nhạy thấp đối với các trục trặc, kể cả các sai sót do con người, nhờ có biên thiết kế phù hợp. � Người vận hành có nhiều thời gian hơn để triển khai hành động. � Có độ nhạy thấp hơn đối với các sai sót do con người nhờ có các thiết bị đo kỹ thuật số và hệ thống điều khiển được tối ưu hóa. � Nhà lò vững chắc. Trong mọi phân tích bảo đảm an toàn, trạng thái an toàn trong dài hạn được duy trì như là trạng thái đóng lò an toàn. Các sự cố với xác suất thấp cùng với các trục trặc lặp lại và các tình huống trùng hợp ngẫu nhiên, ngay cả khi mất hoàn toàn các hệ thống phục vụ an toàn, đều đã được xem xét bổ sung cho cơ sở thiết kế tất định. Phương pháp tiếp cận dựa trên xác suất đã được áp dụng để xác định các sự việc này, và cả hai phương pháp tiếp cận tất định và dựa trên xác suất đều được sử dụng để xem xét các biện pháp chuyên biệt được áp dụng cho việc kiểm soát các tình huống này. Kết quả là, xác suất các tai nạn nghiêm trọng đã được giảm rất nhiều trong thiết kế lò ATMEA1, và nhiều đặc điểm mang tính mới và sáng tạo đã được áp dụng trong thiết kế để loại trừ sớm các trục trặc nhà lò. Ngoài ra, các dự kiến trong thiết kế đã được tiếp nhận để giảm hơn nữa các rủi ro có thể còn lại, giảm nguy cơ tan chảy vùng hoạt và loại trừ rò thoát rộng ra ngoài. Như vậy, lò ATMEA1 đã tích hợp các yếu tố an toàn ở cấp cao nhất để bảo vệ, làm mát và khoanh kín lò trong mọi tình huống bao gồm cả các điều kiện cực đoan. Bảo vệ Theo thiết kế, khu nhà máy của lò ATMEA1 bao gồm nhà lò, nhà hệ thống bảo vệ (bao gồm phòng điều khiển nhà máy), nhà nhiên liệu và nhà cung cấp điện dự phòng được bảo vệ đề phòng một loạt các rủi ro từ bên ngoài, bao gồm: � Các hiện tượng địa chấn cấp độ cao, trong đó việc đóng lò an toàn khi có động đất cường độ 0,3g đã được đưa vào chuẩn thiết kế, và các biên độ thiết kế phù hợp khác đã được áp dụng. � Đối với ngập lụt bên ngoài, các tòa nhà, trong đó có chứa các hệ thống an toàn cũng như các thiết bị, đều kín khít. � Các vụ nổ, tên lửa, bão kèm vòi rồng và hỏa hoạn. Lò ATMEA1 cũng được thiết kế có khả năng chịu được sự va đập của các máy bay quân sự cũng như các máy bay dân dụng cỡ lớn, bảo đảm phòng chống mọi tác động môi trường trong dài hạn, và duy trì tổng thể cấu trúc của nhà lò, nhà bảo vệ, nhà nguồn điện dự phòng

và nhà nhiên liệu; phòng chống sự thâm nhập của nhiên liệu máy bay vào chính các tòa nhà này, phòng chống cháy nổ bên trong; bảo đảm khả năng đóng lò an toàn; bảo đảm sự hoạt động trong dài hạn của các hệ thống làm mát vùng hoạt và hệ thống thoát nhiệt tồn dư trong trường hợp khẩn cấp. Làm mát Chiến lược được áp dụng cho lò ATMEA1 yêu cầu sử dụng các thiết bị vững chắc, được bảo vệ và lắp đặt cố định, và có các nguồn duy trì hoặc phục hồi việc làm mát vùng hoạt, làm mát nhà lò và làm mát nhiên liệu đã sử dụng trong khoảng thời gian dài và trong mọi trạng thái của lò. Việc làm mát cần được duy trì trong các tình huống cực đoan bên ngoài như động đất, ngập lụt bên ngoài, vượt quá các tình huống đã được tính đến trong cơ sở thiết kế. Thiết kế lò ATMEA1 tích hợp 3 nhánh an toàn độc lập và lắp cho từng vòng trong số 3 vòng của lò. Các nhánh này đều được bảo vệ pḥng chống các rủi ro bên ngoài. Có thêm một ṿng thứ tư bổ sung, có tên là Division X, được lắp đặt cho các hệ thống chuỗi làm mát. Division X cũng có thể được sử dụng khi có các hoạt động bảo dưỡng dự phòng hoặc điều chỉnh được tiến hành trên bất kỳ nhánh nào khác. Mỗi nhánh an toàn này đều có các bộ phận cấu thành sau đây: � Hệ thống phun an toàn — Hệ thống này phun và điều hướng nguồn nước làm mát dự phòng để duy trì nguồn chất làm mát cho vùng hoạt sau khi có tai nạn mất chất làm mát (LOCA). Các bộ tích nạp tiên tiến sẽ cung cấp nước có axit boric trong giai đoạn thổi xuống và giai đoạn tái nạp thùng lò với lưu lượng phun cao cũng như trong giai đoạn tái ngập vùng hoạt với lưu lượng thấp hơn. Kết quả là không còn cần các máy bơm phun đầu thấp. Trong trường hợp các vòng chính không hoạt động hoặc trục trặc các vòng sẽ được tái nạp nước rất nhanh. Các bộ tích nạp tiên tiến này sẽ cung cấp nước và bảo đảm cấp nước trong vài giây đầu tiên, trước khi các bơm phun an toàn (đầu giữa) bắt đầu hoạt động, ban đầu phun với lưu lượng lớn và sau đó giảm bớt. Bộ tích nạp này là một hệ thống thụ động sẽ tự khởi động và nước được phun bằng khí nén và do đó không cần bất kỳ hệ thống điện khởi động nào. � Hệ thống phun tỏa nhà lò và hệ thống tản nhiệt tồn dư — Hệ thống này thực hiện việc làm mát khi đóng lò thông thường cũng như phun tỏa trong nhà lò để duy trì các điều kiện nhà lò trong giới hạn thiết kế, trong tình huống như LOCA chẳng hạn. Do hệ thống này được đặt trong khu vực hoặc bộ phận riêng của mình nên mỗi nhánh của hệ thống an toàn đều được bảo vệ chống lại các rủi ro lan truyền bên trong (thí dụ như cháy, vỡ đường ống năng lượng cao hoặc ngập), từ nhánh này sang nhánh khác.

4

Ba nhánh an toàn chính của lò phản ứng ATMEA1 � Nguồn cấp điện dự phòng — Mỗi bộ phận trong 3 bộ phận bảo vệ và cả nhánh hỗ trợ Division X đều có nguồn cấp điện dự phòng. Ngoài ra, có một nguồn cấp điện khác nữa, đủ đa dạng để bảo đảm rằng các hệ thống chính yếu (bao gồm hệ thống làm mát) luôn được cấp điện, thậm chí cả trong trường hợp ngắt điện từ trạm cấp. � Hầm trữ nước trong nhà lò dùng cho tái nạp nhiên liệu — Hầm này được bố trí ở phía dưới nhà lò và dưới hầm lò, và cung cấp nước để phun an toàn, phun tỏa nhà lò và các hệ thống tản nhiệt tồn dư. Hầm này cũng cung cấp nước để làm mát khối vật liệu chứa nhiên liệu trong trường hợp tan chảy vùng hoạt. � Làm mát bể nhiên liệu — Bể chứa nhiên liệu đã qua sử dụng được bố trí bên ngoài nhà lò và trong một kết cấu dành riêng nhằm đơn giản hóa việc tiếp cận xử lý nhiên liệu trong khi nhà máy vận hành và sử dụng các thùng chứa nhiên liệu. Việc làm mát bể chứa được bảo đảm bằng 2 nhánh làm mát dự phòng bảo đảm an toàn, và trong trường hợp tai nạn ngoài dự kiến thiết kế, một hệ thống tản nhiệt bổ sung có thể được sử dụng. .

Bảo đảm khoanh kín trong nhà máy Các đặc tính và các hệ thống giảm thiểu tai nạn nghiêm trọng đã được đưa vào ngay từ các giai đoạn đầu thiết kế lò ATMEA1 đẻ bảo đảm rằng, ngay cả trong trường hợp rất khó xảy ra khi có tai nạn nghiêm trọng, các tác động được khoanh kín trong nhà máy. Các hệ thống này được thiết kế nhằm đạt được các mục tiêu an toàn chính sau đây: � Phòng chống tan chảy vùng hoạt áp suất cao trên cơ sở sử dụng các hệ thống tản nhiệt phân rã, được bổ sung bằng bảo vệ đặc biệt chống vượt áp trong hệ thống chính. � Hệ thống chính được xả vào nhà lò trong trường hợp mất hoàn toàn khả năng làm mát ở phía thứ cấp. � Dàn rộng và làm mát vùng hoạt tan chảy trên một vùng rộng (bẫy vùng hoạt tương tự như kiểu dùng cho lò EPR của AREVA) được phủ bằng vật liệu bảo vệ và có hệ thống làm mát để bảo vệ mặt nền. � Phòng chống kích nổ hydro trên cơ sở sử dụng các bộ tái hợp xúc tác thụ động để giảm hàm lượng hydro trong nhà lò. � Thu thập tất cả sản phẩm từ mọi rò thoát và ngăn vượt ra ngoài vành đai giới hạn nhà lò

5

Các hệ thống tối ưu của lò phản ứng Phát điện với hiệu suất cao Lò ATMEA1 được thiết kế để đạt được hiệu suất nhiệt 37% (nhờ đó tiết kiệm nhiên liệu và giảm chất thải), tuổi thọ phục vụ 60 năm và độ khả dụng hơn 92% trong toàn bộ vòng đời của nhà máy (nhờ chu trình nhiên liệu lên đến 2 năm, thời gian dừng lò tái nạp nhiên liệu ngắn do có thể tiếp cận nhà lò và thực hiện hoạt động bảo dưỡng trong khi vận hành). Lò ATMEA1 cũng bảo đảm các khả năng vận hành theo tải và điều khiển tần số, điều này cho phép lò ATMEA1 tương thích với các đòi hỏi của các lưới điện khác nhau, cụ thể là 50 Hz hoặc 60Hz, và qua đó bảo đảm cho các nhà máy điện có khả năng linh hoạt vượt bậc trong vận hành. Sẵn sàng đưa vào xây dựng Năm 2008, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) đã hoàn tất việc xem xét các đặc điểm an toàn trong thiết kế nguyên tắc của lò ATMEA1 và đã kết luận rằng thiết kế nguyên tắc của lò ATMEA1 phù hợp với các nguyên tắc an toàn cơ bản, các đòi hỏi về xử lý an toàn và thiết kế then chốt của IAEA. Cơ quan An toàn Hạt nhân của Pháp (Autorité Sûreté Nucléaire - ASN) đã hoàn tất việc xem xét lò ATMEA1 đã được các bộ phận thương mại của AREVA và MHI đệ trình tháng 1 năm 2012. Cơ quan này đã kết luận rằng các phương án an toàn then chốt và các lựa chọn thiết kế tổng thể của ATMEA đáp ứng thỏa mãn các quy định pháp quy và các biện pháp có hiệu lực như pháp quy của Pháp, cũng như các chỉ dẫn kỹ thuật năm 2004 về thiết kế và xây dựng các lò PWR thế hệ mới. Cơ quan ASN cũng khen ngợi các nỗ lực đưa vào áp dụng các bài học sớm thu được từ tai nạn của nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi.

Tháng 6 năm 2013, Ủy ban An toàn Hạt nhân Canada (Canadian Nuclear Safety Commission - CNSC) đã hoàn tất Giai đoạn 1 – Đánh giá trước khi cấp giấy phép về việc tuân thủ các quy định pháp quy của CNSC và các chuẩn của Canada – xem xét thiết kế thương mại trước khi cấp phép của lò ATMEA1. Đã xác định rằng ý đồ thiết kế lò ATMEA1 đáp ứng các đòi hỏi thiết kế mới nhất của CNSC và các kỳ vọng về nhà máy điện hạt nhân mới ở Canada. Lò ATMEA1 đã được tuyển chọn sơ bộ ở Brasil, Argentina và Việt Nam, hiện nay được xem xét cho các dự án nhà máy điện được đề xuất ở Kazakhstan và Thổ Nhĩ Kỳ, và đang có triển vọng thương mại rất lớn trên toàn thế giới. Để có thêm thông tin về ATMEA1, xin truy cập trang Web của ATMEA tại địa chỉ <www.atmea-sas.com>.