Chiến lược năng lượng toàn cầu hiện nay đang đối mặt với một thách thức kép mang tính lịch sử: làm thế nào để đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng không (Net Zero) trong khi vẫn đảm bảo an ninh nguồn cung và ổn định kinh tế. Điện hạt nhân, với tư cách là nguồn năng lượng carbon thấp, ổn định và có mật độ năng lượng cao, nổi lên như một giải pháp không thể thiếu để dung hòa hai mục tiêu này.
Việc chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang các nguồn năng lượng carbon thấp là bắt buộc để kiềm chế biến đổi khí hậu. Điện hạt nhân đã và đang là một trong những đóng góp lớn nhất vào việc này. Hiện tại, điện hạt nhân chiếm gần 10% tổng sản lượng điện toàn cầu và con số này tăng lên gần 20% tại các nền kinh tế tiên tiến. Điện hạt nhân là nguồn điện phát thải carbon thấp lớn thứ hai trên thế giới, chỉ sau thủy điện. Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) và Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) đều nhấn mạnh vai trò tiềm năng đáng kể của điện hạt nhân trong việc tạo ra một hệ thống năng lượng toàn cầu vừa được khử carbon vừa đảm bảo an ninh. Sự hiện diện của điện hạt nhân không chỉ giúp giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch như điện than mà còn góp phần giảm đáng kể phát thải khí nhà kính.
Sự cần thiết của điện hạt nhân càng trở nên rõ ràng khi nhìn vào tương lai của năng lượng tái tạo biến đổi (VRE) như điện gió và điện mặt trời. Khi tỷ trọng VRE tăng, nhu cầu về các dịch vụ ổn định lưới điện càng lớn. Nếu thiếu các nguồn điện nền ổn định và có khả năng điều chỉnh (như hạt nhân), việc quản lý lưới điện sẽ trở nên phức tạp và tốn kém hơn. IEA cảnh báo rằng, nếu điện hạt nhân không được duy trì hoặc mở rộng thông qua các chính sách và đầu tư rõ ràng, sẽ có thể dẫn đến hàng tỷ tấn carbon được phát thải thêm trên toàn cầu. Điện hạt nhân, với khả năng điều chỉnh sản lượng ở một mức độ nhất định, hoạt động như một “chất keo” giữ lưới điện ổn định trong khi vẫn đảm bảo các mục tiêu khí hậu.
Vị thế Chiến lược và Khung pháp lý quốc tế
Trong những năm gần đây, điện hạt nhân đã nhận được sự công nhận chính thức từ các khối kinh tế lớn. Cụ thể, vào năm 2022, Châu Âu đã đạt được sự đồng thuận để xếp năng lượng hạt nhân vào danh sách các nguồn năng lượng tái tạo theo Khung Phân loại (Taxonomy). Quyết định này mang lại ý nghĩa sâu sắc, không chỉ là sự công nhận về mặt kỹ thuật rằng điện hạt nhân là một nguồn phát thải carbon thấp, mà còn là một đòn bẩy tài chính chiến lược. Việc đưa hạt nhân vào danh sách xanh mở ra cơ hội tiếp cận nguồn vốn ESG (Môi trường, Xã hội, Quản trị) với chi phí thấp hơn, trực tiếp giúp ngành này giải quyết thách thức lịch sử về chi phí vốn trả trước (CAPEX) cao. Sự hỗ trợ về chính sách và thị trường tài chính là cực kỳ quan trọng để đảm bảo thành công trong việc giải quyết thách thức về khí hậu và an ninh năng lượng. Ngoài ra, ngành công nghiệp hạt nhân cũng đang tập trung vào khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu. Nhận thấy rằng tất cả cơ sở hạ tầng năng lượng đều sẽ đối mặt với rủi ro trong một khí hậu ngày càng bất ổn, IAEA đã theo dõi và phân tích các sự cố liên quan đến khí hậu ảnh hưởng đến các cơ sở hạt nhân từ năm 2000. Điều này cho thấy các nhà vận hành hạt nhân đang thực hiện các biện pháp giảm thiểu rủi ro, đồng thời thúc đẩy các tiêu chuẩn thiết kế mới để đảm bảo an toàn vận hành trước các hiện tượng thời tiết cực đoan như lũ lụt hay sóng nhiệt.
Một trong những ưu điểm cốt lõi và không thể thay thế của điện hạt nhân là khả năng cung cấp điện năng ổn định, liên tục và có thể dự đoán được, đóng vai trò sống còn trong việc duy trì an ninh lưới điện. Các nhà máy điện hạt nhân được sử dụng rộng rãi như là nguồn cung cấp điện nền (Baseload). Đây là chế độ vận hành đơn giản và kinh tế nhất. Trong chế độ này, việc thay đổi công suất chỉ giới hạn trong việc điều chỉnh tần số để duy trì sự ổn định của lưới điện hoặc dừng máy vì mục đích an toàn.
Sự ổn định này được định lượng rõ ràng qua hệ số công suất trung bình (Capacity Factor – CF). Hệ số công suất phản ánh tỷ lệ sản lượng điện thực tế so với sản lượng tối đa mà một nhà máy có thể tạo ra. Theo dữ liệu chính thức của Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ (EIA), máy phát điện hạt nhân đạt hệ số công suất trung bình rất cao, thể hiện độ tin cậy vận hành gần như tuyệt đối. Năm 2021, hệ số công suất trung bình của máy phát điện hạt nhân tại Mỹ là 92.8%. Con số này được duy trì ổn định, đạt 92.7% vào năm 2022 và 93.0% vào năm 2023. Ngược lại, điện gió, do tính chất biến đổi, có hệ số công suất trung bình thấp hơn nhiều, chỉ đạt 34.4% vào năm 2021 và 33.2% vào năm 2023.
Chỉ số 93% chứng minh rằng, về mặt kỹ thuật, 1 GW công suất lắp đặt hạt nhân mang lại giá trị sản lượng điện tương đương với xấp xỉ 2.8 GW điện gió (tính theo số liệu năm 2023). Điều này làm giảm nhu cầu đầu tư vào hệ thống lưu trữ năng lượng và mở rộng đường truyền tải đắt tiền để đạt được cùng một lượng điện năng sản xuất được. Mặc dù tổng công suất lắp đặt điện gió tại Mỹ đã vượt qua hạt nhân vào tháng 9 năm 2019, điện gió vẫn tạo ra ít điện năng hơn hạt nhân do sự khác biệt cơ bản về hệ số công suất này. Điều này xác nhận rằng điện hạt nhân cung cấp năng lượng đảm bảo, trong khi các nguồn biến đổi chỉ cung cấp công suất phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên.
| Nguồn Điện (Mỹ) | Hệ số Công suất Trung bình 2021 | Hệ số Công suất Trung bình 2023 | Tính chất Vận hành | Tỷ lệ so với Gió (2023) |
| Điện Hạt nhân | 92.8% | 93.0% | Nguồn điện nền (Baseload) ổn định | 2.8 lần |
| Điện Gió | 34.4% | 33.2% | Nguồn biến đổi phụ thuộc thời tiết | 1.0 lần |
Mặc dù điện hạt nhân truyền thống được vận hành ở chế độ điện nền, trong bối cảnh tỷ trọng năng lượng tái tạo biến đổi (VRE) tăng cao, điện hạt nhân cần phải có khả năng bám tải (Load Following) để duy trì sự cân bằng của lưới điện. Báo cáo của Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế – Cơ quan Năng lượng Hạt nhân (OECD-NEA) đã phân tích chi tiết khả năng này. Đối với các quốc gia có tỷ trọng hạt nhân cao hoặc mong muốn tăng đáng kể VRE, khả năng các nhà máy hạt nhân điều chỉnh công suất theo nhu cầu điện năng hàng ngày là một vấn đề cấp bách. Khả năng bám tải cho thấy điện hạt nhân không chỉ là một nguồn điện nền cứng nhắc mà còn là một tài sản linh hoạt, có thể hoàn thiện hệ thống VRE. Báo cáo của OECD-NEA đã cung cấp phân tích chi tiết về các khía cạnh kỹ thuật và kinh tế của việc vận hành bám tải, bao gồm ảnh hưởng của nó lên chế độ vận hành, hiệu suất nhiên liệu, và tuổi thọ của các linh kiện thiết bị lớn của nhà máy. Điều này đòi hỏi các nhà vận hành phải cân đối giữa chi phí bảo trì tăng lên do chu trình nhiệt/cơ học thay đổi với lợi ích ổn định lưới điện.
Ưu thế vật lý cơ bản của điện hạt nhân là mật độ năng lượng cực kỳ cao. Điều này không chỉ là một điểm khác biệt về mặt khoa học mà còn có ý nghĩa kinh tế và hậu cần sâu sắc. Theo Hiệp hội Hạt nhân Châu Âu (ENS), 1 kg than đá chỉ có thể tạo ra khoảng 8 kWh nhiệt, và 1 kg dầu khoáng tạo ra khoảng 12 kWh. Tuy nhiên, 1 kg Uranium-235 có thể tạo ra khoảng 24,000,000 kWh nhiệt. Điều này có nghĩa là, tính theo trọng lượng, Uranium-235 chứa năng lượng gấp hai đến ba triệu lần so với than đá.
Thống kê về sức khỏe công cộng cho thấy điện hạt nhân và năng lượng tái tạo an toàn hơn nhiên liệu hóa thạch rất nhiều. Khi so sánh số ca tử vong ước tính trên mỗi terawatt-giờ (TWh) điện năng sản xuất (bao gồm cả tử vong do ô nhiễm không khí và tai nạn trong chuỗi cung ứng), nhiên liệu hóa thạch gây ra cái chết của hàng triệu người mỗi năm. Cụ thể, điện hạt nhân làm giảm 99.8% số ca tử vong so với than đá và 97.6% so với khí đốt trên mỗi TWh. Tỷ lệ tử vong của điện hạt nhân là cực kỳ thấp và tương đương với các công nghệ năng lượng tái tạo hiện đại như điện gió và mặt trời. Các nghiên cứu khoa học, như phân tích của Kharecha và Hansen (2013), đã định lượng rằng việc thay thế nhiên liệu hóa thạch bằng điện hạt nhân trong giai đoạn lịch sử (1971–2009) đã ngăn chặn hàng triệu ca tử vong.
| Nguồn Điện | Tỷ lệ Tử vong (Tử vong/TWh) | Giảm Tử vong so với Than đá (Ước tính) | Mối quan hệ Chính |
| Than đá | Cao (Ước tính 93–224/TWh) | 0% (Cơ sở) | Chủ yếu do ô nhiễm không khí và tai nạn |
| Khí đốt | Trung bình | Giảm 97.6% | Ô nhiễm không khí |
| Điện Hạt nhân | Rất Thấp (Tương đương VRE) | > 99.8% | Nguồn điện carbon thấp an toàn nhất |
| Điện Gió/Mặt trời | Rất Thấp (Tương đương Hạt nhân) | > 99.8% | Nguồn điện carbon thấp an toàn nhất |
Ghi chú: Số liệu than đá là ước tính trung bình toàn cầu, có thể bị đánh giá thấp theo nghiên cứu của Our World in Data.
Đối với các quốc gia đang phát triển như Việt Nam, điện hạt nhân đóng vai trò chiến lược trong việc đáp ứng nhu cầu tăng trưởng điện năng cao và thực hiện cam kết Net Zero. Sự cần thiết của điện hạt nhân đã được tái khẳng định rõ ràng trong Quy hoạch Phát triển Điện lực Quốc gia (Quy hoạch Điện VIII). Quy hoạch Điện VIII điều chỉnh của Việt Nam đã dự kiến đưa Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 và 2 vào vận hành trong giai đoạn 2030-2035 với tổng công suất đạt 4.000-6.400 MW. Đây là một động thái chiến lược nhằm giảm sự phụ thuộc vào các nguồn hóa thạch như điện than và tăng cường an ninh năng lượng.
Sự gia tăng công suất điện hạt nhân này là nền tảng không thể thiếu để hỗ trợ mục tiêu tăng trưởng công suất điện tái tạo. Trong Quy hoạch Điện VIII điều chỉnh, tổng công suất điện gió trên bờ dự kiến đạt 27.791-28.058 MW. 6.400 MW điện hạt nhân, với hệ số công suất xấp xỉ 93%, sẽ đóng vai trò là xương sống ổn định, cung cấp công suất đảm bảo để hấp thụ và cân bằng nguồn VRE biến đổi này. Điều này đảm bảo rằng hệ thống điện quốc gia có thể duy trì sự ổn định, đáp ứng được sự tăng trưởng mạnh mẽ của nhu cầu năng lượng. Việc dự kiến bổ sung công suất hạt nhân tại miền Bắc và miền Trung sau năm 2035 còn cho thấy chiến lược phân bố nguồn điện lớn và ổn định để phục vụ các trung tâm công nghiệp mới và đảm bảo an ninh năng lượng cục bộ, giảm thiểu áp lực truyền tải liên miền.
Từ khóa: điện hạt nhân;
– CMD –
