Điện hạt nhân có thể tăng công suất thêm bao nhiêu?

Trong thời đại nhu cầu điện tăng không ngừng, người ta đang cố vắt kiệt từng chút công suất cuối cùng từ mọi nhà máy điện có thể. Vài tuần qua đã chứng kiến những tin tức lớn về việc các nhà máy điện hạt nhân nỗ lực làm đúng điều đó.

Constellation — đơn vị vận hành điện hạt nhân lớn nhất nước Mỹ — công bố kế hoạch bổ sung gần một gigawatt công suất mới trên 11 lò phản ứng hiện hữu tại sáu nhà máy. Và ngày 5/10, Bộ Năng lượng Mỹ đã trao khoản vay 4,2 tỷ USD cho Vistra để nâng cấp ba nhà máy đã được công bố trước đó.

Đẩy các lò phản ứng hiện hữu sản xuất nhiều điện hơn có thể giúp cung cấp thêm nguồn điện sạch cho các trung tâm dữ liệu một cách nhanh chóng. Nhưng chính xác thì chúng ta có thể trông đợi bao nhiêu công suất bổ sung?

Nâng công suất là gì và vì sao nó quay trở lại?

Việc nâng cấp thiết bị tại các nhà máy điện hạt nhân hiện hữu có thể cho phép chúng đạt công suất cao hơn; quá trình này được gọi là nâng công suất (power uprate). Các đơn vị vận hành đã làm điều này từ những năm 1970 tại Mỹ, nhưng ít phổ biến hơn trong những năm gần đây khi nhu cầu điện chững lại và khí đốt tự nhiên giá rẻ gây áp lực tài chính lên các nhà máy điện hạt nhân. Một số nhà máy đóng cửa, và việc rót thêm tiền để sản xuất thêm điện không mấy hợp lý ở những nhà máy khác.

Giữa năm 2001 và 2010, Ủy ban Điều tiết Hạt nhân Mỹ (NRC) đã phê duyệt hơn 80 trường hợp nâng công suất. Giai đoạn 2011–2020, con số này là 33.

Nhưng với sự trỗi dậy của AI và cơn bùng nổ nhu cầu điện kéo theo, tình thế đã thay đổi. Chúng ta đang chứng kiến những nhà máy từng đóng cửa như Palisades và Three Mile Island chạy đua tái khởi động. Và các nhà máy hiện hữu đang tính đến chuyện nâng công suất trở lại.

Một số lần nâng cấp chỉ nhỏ, liên quan đến thay đổi điểm đặt thiết bị đo hoặc tính toán tại nhà máy. Nhưng những đợt đại tu lớn hơn, có thể tăng công suất lò phản ứng tới 20%, đòi hỏi phải thay thế thiết bị của nhà máy.

Kỹ thuật đằng sau việc nâng công suất

Nhìn chung, nâng công suất liên quan đến việc sử dụng nhiên liệu được làm giàu cao hơn, hoặc khối lượng nhiên liệu tươi lớn hơn trong lò phản ứng. Điều đó giúp tạo ra nhiều hơi nước hơn, và hơi nước được dùng để quay tuabin phát điện. Để xử lý nguồn năng lượng tăng thêm đó, các tuabin chính cùng thiết bị như bơm, động cơ, máy phát và máy biến áp cũng được nâng cấp.

Trường hợp nâng công suất lớn gần đây nhất được phê duyệt tại Mỹ là cho ba lò phản ứng tại nhà máy điện hạt nhân Browns Ferry ở Alabama. Dự án trị giá 475 triệu USD đã giúp nhà máy này mở rộng công suất thêm 14% trong giai đoạn 2018–2019.

Tuy nhiên, tình hình có thể sớm khởi sắc. Constellation tuần này công bố kế hoạch chi hơn 4,3 tỷ USD để nâng công suất cho 11 lò phản ứng. Lượng điện bổ sung đủ cấp cho khoảng 700.000 hộ gia đình Mỹ.

Tiền từ Big Tech là động lực phía sau

Đằng sau tất cả là dòng tiền từ các ông lớn công nghệ. Google đã đồng ý mua điện từ các nhà máy này, và thỏa thuận 20 năm là yếu tố then chốt giúp các dự án nâng công suất thành hiện thực.

"Đây là những dự án thâm dụng vốn và thâm dụng lao động, đòi hỏi một mức giá khác với mức thị trường đang giao dịch, thẳng thắn mà nói." — Joe Dominguez, Tổng giám đốc Constellation, trả lời tờ New York Times.

Cũng trong vài tuần qua, Bộ Năng lượng Mỹ cho biết sẽ cam kết hơn 4 tỷ USD để hỗ trợ tài chính cho việc nâng cấp và hiện đại hóa các nhà máy điện hạt nhân của Vistra tại Pennsylvania và Ohio. Những dự án này sẽ bổ sung 433 megawatt công suất, và Meta đã ký thỏa thuận dài hạn để mua điện từ các nhà máy này.

Bài toán chi phí

Một lưu ý về chi phí: tính trên mỗi kilowatt, dự án của Constellation rẻ hơn so với xây một lò phản ứng mới, nhưng vẫn đắt hơn so với xây một trang trại điện mặt trời quy mô tiện ích kèm lưu trữ năng lượng, hoặc một nhà máy điện khí chu trình hỗn hợp.

Ngay cả với chi phí cao như vậy, nhu cầu nâng công suất vẫn rất lớn. Hiện tại, đội lò phản ứng hạt nhân của Mỹ có tổng công suất khoảng 98 gigawatt. Tùy vào người được hỏi, có khoảng ba đến tám gigawatt bổ sung đang nằm trên bàn nhờ nâng công suất. Một phần khá đáng kể tiềm năng nâng công suất ở Mỹ đã được tính đến — NRC đã dự kiến các hồ sơ xin bổ sung 2,4 gigawatt công suất cho các lò phản ứng đến năm 2032.

Đặt trong bối cảnh nhu cầu thực tế

Tuy nhiên, điều quan trọng là phải đặt những kế hoạch này (và tổng tiềm năng nâng công suất ở Mỹ) trong bối cảnh hợp lý. PJM — đơn vị vận hành lưới điện bao phủ phần lớn bờ Đông — dự báo nhu cầu đỉnh bổ sung khoảng 30 gigawatt do AI vào năm 2030. Tất cả các phương án nâng công suất hạt nhân trên toàn quốc cũng chỉ đáp ứng được một phần nhỏ con số đó.

Tận dụng tối đa các lò phản ứng hạt nhân hiện hữu là một thắng lợi tương đối dễ dàng trong thời điểm chúng ta cần mọi nguồn điện không phát thải có thể có. Nhưng nhu cầu vẫn còn rất lớn, và nếu muốn có thêm điện hạt nhân để đáp ứng, cuối cùng chúng ta sẽ phải thực sự xây những lò phản ứng mới.

Ý nghĩa với độc giả Việt Nam

Câu chuyện này đáng chú ý với Việt Nam ở nhiều góc độ. Thứ nhất, làn sóng AI toàn cầu đang đẩy nhu cầu điện lên cao tại mọi quốc gia có trung tâm dữ liệu, bao gồm cả Việt Nam — nơi các ông lớn công nghệ đang mở rộng hạ tầng. Thứ hai, Việt Nam từng có kế hoạch phát triển điện hạt nhân (dự án Ninh Thuận) và đang cân nhắc lại, nên kinh nghiệm nâng công suất các lò hiện hữu của Mỹ là bài học tham khảo về chi phí và hiệu quả. Thứ ba, xu hướng các tập đoàn công nghệ trực tiếp ký hợp đồng mua điện dài hạn với nhà máy điện là mô hình có thể định hình lại cách các dự án năng lượng được tài trợ trong tương lai.