Một nhóm nghiên cứu Trung Quốc thiết kế nhà máy đầu tiên trên thế giới có thể biến năng lượng nhiệt hạch thành điện mà không làm sập mạng lưới điện.
Khi hoàn thành vào năm 2035, Lò phản ứng thử nghiệm kỹ thuật nhiệt hạch Trung Quốc (CFETR) sẽ sản sinh một lượng nhiệt khổng lồ với công suất cực đại 2 gigawatt. Nhưng biến đổi nhiệt thành điện rất khó khăn bởi cứ 2 giờ lò phản ứng lại cần tạm dừng hoạt động 20 phút, theo Xiang Kui, kỹ sư trưởng hệ thống nhiệt của Viện thiết kế năng lượng điện Quảng Đông thuộc Tập đoàn kỹ thuật năng lượng Trung Quốc. Tình trạng gián đoạn thường xuyên này có thể tạo ra xung điện đe dọa gây thiệt hại lớn cho mạng lưới điện, nhóm nghiên cứu cho biết trong bài báo công bố hôm 18/5 trên tạp chí Southern Energy Construction.
Thiết kế của lò CFETR. (Ảnh: SCMP)
Trung Quốc lên kế hoạch bắt đầu sản xuất điện nhiệt hạch thương mại vào khoảng năm 2050, nhưng nhà máy điện nhiệt hạch cần thiết kế riêng biệt với vùng đệm rộng để bảo vệ cơ sở hạ tầng năng lượng hiện nay trước xung điện. CFETR là thiết bị tokamak được chế tạo để khai thác năng lượng nhiệt hạch, có thể sản sinh từ trường cực mạnh nhằm kiểm soát khí hydro nóng gấp 10 lần lõi Mặt trời.
Khi phản ứng nhiệt hạch bắt đầu, hai nguyên tử hydro sẽ sáp nhập thành một và giải phóng năng lượng khổng lồ. Tuy nhiên, plasma nóng rất khó điều khiển. Lần vận hành dài nhất từ trước tới nay đối với lò phản ứng loại này không vượt quá 2 phút. Dựa trên tốc độ phát triển nhanh chóng của công nghệ nhiệt hạch trong những năm gần đây, các nhà khoa học Trung Quốc ước tính trong vòng một thập kỷ, họ có thể tăng thời gian duy trì plasma ổn định lên vài giờ. Nhưng nếu plasma trở nên kém ổn định, lò phản ứng sẽ cần tạm dừng hoạt động và hạ nhiệt trước khi tái khởi động.
Giải pháp của Xiang và cộng sự là dùng bể nhiệt. Theo thiết kế của họ, khí heli sẽ dẫn nhiệt từ lò phản ứng tới bể chứa đầy muối nóng chảy. Do tổng năng lượng trong bể tích tụ dần, nhiệt độ của muối sẽ tăng lên 600 độ C. Muối nóng chảy sau đó sẽ được bơm vào một thiết bị trao đổi nhiệt để đun sôi nước và vận hành turbine giúp sản xuất điện. Quá trình này phức tạp hơn so với phần lớn nhà máy điện hiện nay và một phần năng lượng sẽ bị thất thoát trong thiết bị trao đổi nhiệt. Nhưng giải pháp này có thể loại bỏ hiệu quả xung điện và giúp kết nối lò phản ứng nhiệt hạch với cơ sở hạ tầng điện hiện nay.
Một lò phản ứng nhiệt hạch lý tưởng cần hoạt động liên tục trong nhiều tháng hoặc nhiều năm. Thông qua kết nối CFETR với mạng lưới điện, Trung Quốc sẽ trở thành nước đầu tiên sử dụng "Mặt trời nhân tạo" để sản xuất năng lượng hữu ích.
Trung Quốc giới thiệu CFETR vào năm 2017 như dự án tiếp nối Lò phản ứng Thử nghiệm Nhiệt hạt nhân Quốc tế (ITER), lò phản ứng nhiệt hạch đầu tiên trên thế giới đang được xây dựng tại Pháp. Bắt đầu vận hành vào năm 2015, ITER sẽ hoạt động trong 10 phút để chứng minh quá trình nhiệt hạch có thể sản sinh nhiều năng lượng hơn mức tiêu hao. Lò CFETR sẽ tiến xa hơn bằng cách thương mại hóa nguồn nhiệt do lò nhiệt hạch tạo ra.