Nhật Bản: Các giải pháp chống thảm họa sóng thần, sớm vận hành trở lại của các nhà máy điện hạt nhân

Tính đến tháng 3 năm 2013, 2 năm sau thảm họa động đất sóng thần, dẫn đến sự cố nhà máy điện hạt nhân (NMĐHN) Fukushima Daichi, nước Nhật đang khẩn trương đưa ra các giải pháp phòng tránh thảm họa sóng thần, nỗ lực sớm vận hành trở lại các nhà máy điện hạt nhân.

Vài nét “nhật ký” và nguyên nhân sự cố nhà máy ĐHN Fukushima.

Sau khi xảy ra sóng thần, rất nhiều công trình, nhà cửa tại khu vực bờ biển đã bị phá hủy. Các tòa nhà bao bọc các tổ máy 1, 3, 4 của nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi bị hư hỏng nặng sau khi khí hydro bị nổ. Sau sự kiện này, người ta suy nghĩ nhiều về vấn đề “có nên đặt nhiều tổ máy trên cùng một địa điểm?”.

So với những sự cố nhà máy điện hạt nhân khác đã từng xảy ra trên thế giới, sự cố tại nhà máy Fukushima (Mỹ) có những đặc điểm riêng. Sự cố tại Three Mile Island có nguyên nhân chủ yếu do sự hoạt động sai của hệ thống cơ khí, do lỗi vận hành, sự cố của hệ thống làm mát. Một lượng nhỏ chất phóng xạ I-131 bị rò rỉ ra ngoài.

Sự cố tại Chernobyl là do độ phản ứng dương của bản thân thiết kế (positive feedback designing), do lỗi vận hành, sự di chuyển của các hoạt chất phóng xạ, nổ lò hơi, than chì bị cháy. Ô nhiễm phóng xạ bị gây ra bởi I-131 với nồng độ 1,8 X 106 TBq và bởi Cs 137 8,5 X 104. Sự cố tại Fukushima xảy ra có nguyên nhân từ hiện tượng khách quan bên ngoài, từ sự cố với hệ thống làm mát, nổ khí hydro. Ô nhiễm phóng xạ gây ra bởi I131 với nồng độ 1,3 x 105 TBq; Cs 137 với nồng độ 1,1 x 104 TBq. Người Nhật cũng đánh giá còn có một nguyên nhân nữa là do sự sai lầm từ những người làm công tác quản lý.

Thiệt hại về kinh tế, xã hội

Sự cố Nhà máy Điện hạt nhân Fukushima không trực tiếp gây ra thiệt hại về người. Nhưng hơn 110 ngàn người đã phải sơ tán khỏi nơi cư trú. Đến nay, còn  khoảng 80 ngàn người chưa thể trở về nơi ở cũ vì nồng độ các chất phóng xạ vẫn lớn hơn 20 µSV/h. Một trong những thiệt hại lớn nhất không phải về mặt kinh tế mà là sự mất niềm  tin của cộng đồng về hoạt động của các nhà máy điện hạt nhân. Vì  vậy, từ tháng 5/2012 tất cả các nhà máy điện hạt nhân tại Nhật Bản phải ngừng hoạt động. Đến nay, chỉ có hai tổ máy số 3 và 4 của Nhà máy điện Ohi được phép tái hoạt động  trở lại từ tháng 6/2012.

Quyết định dừng phần lớn các tổ máy phát điện hạt nhân đã làm suy giảm trầm trọng nguồn cung cấp điện của Nhật Bản. Việc nhập một lượng lớn nhiên liệu hóa thạch để bù vào phần nguồn điện đã mất đã gây ra những tác động lớn đến kinh tế của đất  nước “Mặt trời mọc”.

Bảng1: Tóm tắt diễn biến sự cố sau thời điểm động đất xuất hiện

Việc gia tăng sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã làm tăng 3,9% lượng khí phát thải nhà kính năm 2011. Trong năm 2011, 2012, Nhật Bản đã bị thiếu điện tương đối trầm trọng. Khu vực cấp điện thuộc Công ty Điện lực Kansai bị thiếu điện nhiều nhất, lên đến 25% trong tháng 11/2011 và 15% trong tháng 5 năm 2012. Bức tranh tài chính của các công ty Điện lực Nhật Bản vẫn rất  ảm đạm do mất nhiều tiền mua nhiên liệu hóa thạch thay thế.

Giai đoạn này, Nhật Bản đã trở thành khách hàng thượng hạng của các nhà cung cấp khí hóa lỏng. Khí hóa lỏng bán tại thị trường Nhật có giá từ 9 - 10 USD/MMBTu (tháng 1/2011) tăng lên 15,42 USD/MMBTu (tháng 12/2012). Trong đó, ở thị trường Mỹ giá chỉ khoảng 3,5 USD và ở Anh là 10,5 MMBTu (tháng 11/2012). Công nghiệp Nhật Bản mất hẳn tính cạnh tranh trên thị trường quốc tế, dẫn đến nền kinh tế Nhật Bản bị suy yếu. Sau khi tổ máy số 3 của Nhà máy Điện hạt nhân Ohi hoạt động trở lại, giá khí hóa lỏng giảm từ khoảng 18 USD xuống 16 USD  và tiếp tục giảm xuống khoảng 13 USD/MMBTu.

Năng lượng hạt nhân như là một yếu tố giúp “mặc cả” trong mua bán nhiên liệu hóa thạch. So với năm 2010, năm 2011, số tiền tăng thêm để mua khí hóa lỏng là 2,4 tỷ Yên, năm 2012 là 3.6 tỷ Yên, chiếm khoảng 0,7% GDP của Nhật Bản.

Sự gia tăng chi phí mua khí hóa lỏng đã làm giá bán điện tăng cao. Công ty Điện lực Tokyo (Tepco) tăng 17% giá bán điện cho các hộ sử dụng điện lớn, bắt đầu từ tháng 4/2012; Đối với các hộ gia đình, giá bán điện tăng 2,4 Yên/kWh (tương đương với tăng 10%), bắt đầu từ tháng 9/2012. Công ty Điện lực Kansai sẽ tăng giá bán điện tháng 4/2013 thêm 11,88% cho các hộ gia đình; 19,23% cho các hộ sử dụng điện kinh doanh. Công ty Tohoku, Shikoku, Hokaido sẽ tăng khoảng 10% đối với các hộ gia đình và tăng nhiều hơn đối với các hộ sử dụng điện cho mục đích kinh doanh.

Những giải pháp phòng tránh ảnh hưởng của sóng thần

Sau khi động đất và sóng thần xảy ra, không phải tất cả các nhà máy điện hạt nhân của Nhật Bản đồng loạt ngừng hoạt động ngay lập tức mà ngừng theo trình tự được thiết lập. Các áp lực từ phía các đảng phái trong xã hội Nhật Bản cùng với dư luận cộng đồng xã hội đã làm cho việc khởi động lại các nhà máy điện hạt nhân khó có thể thực hiện trong tương lai gần.

Tổ máy số 3 của Nhà máy Điện hạt nhân Tomari là tổ máy được dừng cuối cùng vào tháng 5/2012. Thời điểm này là thời điểm sau hàng chục năm, Nhật Bản không có một tổ máy điện hạt nhân nào hoạt động. Từ đó đến nay mới chỉ có hai tổ máy số 3 và số 4 của Nhà máy Ohi được hoạt động trở lại (tháng 7/2012). Những nhà máy được “đồn đoán” sẽ được hoạt động trở lại tiếp sau đó, cho đến nay vẫn chưa được khởi động lại.

Người ta vẫn luôn đặt câu hỏi rằng: ”Khi nào thì những nhà máy điện hạt nhân ở Nhật Bản sẽ được phép hoạt động?” hoặc “Chủ các nhà máy điện hạt nhân phải làm gì để được Chính phủ cho phép hoạt động trở lại?”. Để trả lời câu hỏi này chúng ta có thể tìm hiểu những gì đang diễn ra tại Nhà máy điện Hamaoka của Công ty Điện lực Chubu.

Vào tháng 6/2011, dựa trên những bài học rút ra sau sự cố tại Nhà máy điện Fukushima Daichi, Công ty Điện lực Chubu đã công bố những giải pháp sẽ thực hiện để phòng tránh thiên tai sóng thần tại Nhà máy Điện Hamaoka. Các giải pháp này bao gồm: Phòng tránh ngập lụt do sóng thần và các giải pháp ứng phó trong trường hợp sự cố.

Giải pháp phòng chống ngập lụt thứ nhất:

- Nhà máy điện Hamaoka tiến hành xây dựng tường bảo vệ suốt 1,6 km chiều dài bờ biển trước nhà máy. Bức tường chắn sóng này sẽ cao hơn mực nước biển 22 m. Chiều cao này được lựa chọn sau khi xem xét, tính toán các số liệu thống kê về động đất và sóng thần trong khu vực. Khác với những bức tường chắn sóng truyền thống trước đây, bức tường hiện nay được gia cố đặc biệt bằng móng liên kết đến tận tầng đá gốc, có hình chữ L, được gia cố bằng thép bền với động đất và sóng thần.

- Khu vực phía Đông và Tây của Nhà máy được bảo vệ bằng lớp đê có kết cấu xi măng trộn với đất. Hệ thống đê này cao từ 22- 24 m so với mực nước biển.

- Nhà máy Hamaoka xây dựng bức tường cao 3 m tại gian đặt máy bơm nước làm nguội các thiết bị, giúp cho khu vực này không bị ngập trong trường hợp sự cố.

Giải pháp phòng chống ngập lụt thứ hai: Trong trường hợp vì một lý do nào đó mà sóng thần vẫn vượt qua được bức tường chắn sóng và gây ngập lụt trong khu vực Nhà máy, những giải pháp sau đây  được thực hiện sẽ bảo vệ các thiết bị liên quan đến an toàn như, máy phát điện chạy bằng diesel đặt trong khu vực tòa nhà chứa lò phản ứng.
- Gia cố để những cánh cửa của tòa nhà bao quanh lò phản ứng chịu được áp suất cao, cũng như ngăn không cho nước lọt qua. Các lớp cửa này bây giờ được làm thành cửa đúp (có 2 lớp cửa): lớp cửa trong kín, không cho phép nước lọt qua; lớp cửa ngoài là lớp bảo vệ, chịu được các tác động của sóng.
- Cấu hình của các vị trí lấy không khí để thông gió, điều hòa sẽ được thay đổi hình dạng an toàn khi hiện tượng ngập lụt xảy ra.
- Gia cố thêm các lớp đệm, nguyên vật liệu chèn gia tăng độ kín và không cho nước lọt qua tại những khu vực các đường ống kỹ thuật đi xuyên tường.
- Gia tăng độ kín nước tại khu vực chứa các thiết bị liên quan đến an toàn.
- Lắp thêm các máy bơm có chức năng bơm nước biển ra ngoài, nhưng đặt bên trong gian máy. Thông thường các máy bơm này vẫn để ở khu vực ngoài trời nên trong trường hợp bị ngập lụt chúng sẽ không sử dụng được.
- Lắp thêm các bồn chứa nước ở độ sâu từ 25- 28 m dùng làm mát các tổ máy trong trường hợp sự cố. Các bồn chứa nước này được nối với các tuyến kênh, với phòng chứa máy bơm, và kênh dẫn nước đến từng tổ máy. Điều này có nghĩa là có nhiều cách để đưa nước làm mát vào các tổ máy.

Bảng 2. Sự mất cân đối về tài chính của các công ty điện lực do chi phí mua nhiên liệu hóa thạch gia tăng
(Đơn vị tính: 100 triệu Yên Nhật)

Gia tăng các giải pháp ứng phó sự cố: Tại nhà máy Điện Fukushima Daichi, sau khi mất tất cả các nguồn điện một chiều, sử dụng kiệt các ắc quy để bơm nước thì chức năng làm mát bị vô hiệu hóa hoàn toàn. Để khắc phục tình trạng này Nhà máy Hamaoka đã:
- Cung cấp các nguồn điện di động (các tổ máy phát điện bằng khí), đặt ở độ cao 40 m so với mực nước biển. Với hoạt động của các tổ máy cấp điện này thì chức năng làm mát cho tổ máy số 3 đến số 5 hoàn toàn được duy trì (Các tổ máy số 1 và 2 hoạt động từ những năm 1970, đã dừng hoạt động từ năm 2009 và hiện nay đang trong thời kỳ tháo dỡ).
- Gia tăng dung lượng các ắc quy để có thể cung cấp được đủ điện trong vòng 24 h. Cung cấp thêm các bình ắc quy dự phòng để còn có thể cấp điện từ ắc quy lâu hơn 24 h.
- Lắp đặt thêm các nguồn phát khẩn cấp khác, lắp trên nóc các tòa nhà chứa lò phản ứng. Đây là một nguồn dự phòng tiếp theo để ứng phó với sự cố.

Tại Nhà máy Điện Fukushima Daichi, khi hệ thống làm mát ngừng hoạt động, nước trong lò phản ứng bốc hơi. Khi mức nước giảm xuống đến một giới hạn nhất định, các thanh nhiên liệu nóng dần lên và tan chảy.

Để ngăn ngừa sự cố này Nhà máy Hamaoka đã:
- Cung cấp hệ thống máy bơm, nguồn nước làm mát dự phòng như đã trình bày ở trên.
- Bố trí hai hệ thống bơm nước trực tiếp vào các lò phản ứng trong trường hợp nhiệt độ và áp lực gia tăng quá cao. Một trong số đó là hệ thống bơm nước cao áp.
- Bố trí hệ thống trao đổi nhiệt, làm mát bằng không khí để làm mát các mô tơ máy bơm nước khi hệ thống làm mát các thiết bị của Nhà máy bị ngừng hoạt động do sự cố.
- Cung cấp hệ thống cấp nước, hệ thống bơm linh hoạt để bơm nước vào lò phản ứng, vào bể chứa các thanh nhiên liệu, ngăn chặn sự tan chảy các thanh nhiên liệu.
- Đa dạng hóa các nguồn cấp nước làm mát, sử dụng trong trường hợp sự cố.

Với các giải pháp chính nêu trên, các tổ máy của Nhà máy Điện hạt nhân Hamaoka sẽ được làm nguội và ngừng hoạt động trong vòng khoảng 1 tuần. Tương tự như Nhà máy điện Hamaoka, các nhà máy khác như Kashiwazaki-Kariwa (thuộc Công ty Điện lực Tokyo) cũng đang hoàn thiện các giải pháp kỹ thuật ngăn ngừa sự cố hạt nhân, sự  hủy hoại nhà máy nếu xuất hiện sóng thần.

Tương lai của các nhà máy điện hạt nhân ở Nhật Bản

Sau sự cố hạt nhân tại Fukishima, không chỉ ở Nhật Bản, mà ở nhiều nước khác, người ta nhắc nhiều đến việc “Bảo vệ cuộc sống của con người”. Nội dung bảo vệ cuộc sống của con người được hiểu theo hai khía cạnh: Thứ nhất, bảo vệ cuộc sống tránh khỏi những rủi ro từ phóng xạ hạt nhân; thứ hai, bảo vệ cuộc sống bằng việc đảm bảo phải cung cấp đủ năng lượng, có một nền kinh tế thực sự ổn định để cuộc sống con người trở nên có chất lượng. Để hướng tới 2 mục tiêu này, người Nhật Bản xác định phải có:
- Công nghệ với độ an toàn cao;
- Phải đảm bảo có và cân bằng đủ 3 yếu tố: Năng lượng, kinh tế và môi trường;
- Phải có một khoảng thời gian đủ dài để có được tỷ trọng về năng lượng hợp lý giữa hạt nhân với các nguồn điện khác.

Sự quay trở lại của năng lượng hạt nhân trong hệ thống điện của Nhật Bản sẽ chỉ được thực hiện khi đạt được sự tích hợp của các giải pháp vật lý bảo vệ nhà máy, kế hoạch ứng phó trong trường hợp sự cố, hệ thống văn bản pháp quy chặt chẽ, sự phân biện rạch ròi giữa công tác quản lý và lợi ích của doanh nghiệp. Tuy vậy, Nhật Bản luôn ý thức đầy đủ rằng, việc loại bỏ năng lượng hạt nhân có thể sẽ làm nước Nhật mất đi nhiều vị thế, thậm chí bị suy yếu.

• 25/04/2013 03:20
• Theo TCĐL chuyên đề QLHN tháng 3.2013
• 7911