نگاهی به آینده انرژی هستهای در انگلیس
نسل جدید راکتورها
تونی گدارد / استاد ایمنی زیستمحیطی در امپریال کالج در انگلیس است
مترجم: رضا محتشم
20سال قبل در تاریخ اول اردیبهشت، کارکنان نیروگاه هستهای چرنوبیل در اتحاد شوروی سابق آزمایش را با توان کم با یکی از دو راکتورRBMK نیروگاه انجام دادند، اما نمیدانستند کارشان راکتور را به شکل خطرناکی بیثبات میکند. قدرت آن به شدت افزایش یافت و باعث تخریب هسته و انفجار شیمیایی بزرگی شد. براساس برآورد سازمان بهداشت جهانی، بین40 تا50 نفر از کارکنان نیروگاه و اورژانس بر اثر پرتوزایی از بین رفتند. آلودگی و پرتوزایی گسترده از تبعات این حادثه بود.
فاجعه چرنوبیل مقطع مهمی در روند تولید انرژی هستهای محسوب میشود، به خصوص از نظر نگرش مردم به این نوع از انرژی. به علاوه این حادثه نشان داده صنعت هستهای شوروی با قوانین نامناسب اداره میشد، تربیت نیروی انسانی آن مناسب نبود و طراحی راکتورهای آن ضعیف بود. در حال حاضر یک نروگاه در لیتوانی و سه نیروگاه در روسیه هنوز از راکتورهای استفاده میکنندRBMK استفاده میکنند، اما پس از چرنوبیل نقص طراحی اصلاح شد. با این حال، نیروگاه لیتوانی قرار است در سال 2009 به درخواست اتحادیه اروپا تعطیل شود.
اما حالا به نظر میرسد ورق به نفع انرژی هستهای برگشته است. کشورها با مشکلاتی مانند تبخیر آب و هوا، افزایش بهای انرژی و نزدیک شدن دوره کاری بسیاری از نیروگاههای هستهای روبرو هستند. مثلاً در انگلیس پنج نیروگاه از نه نیروگاه نسل اول ماگنوکس در پی حوادثی که پس از پایان عمر آنها رخ داد، تعطیل شدهاند. این نیروگاهها در دهه1960ساخته شدند. بقیه 23 نیروگاه هستهای که عمدتاً از راکتورهای پیشرفت هنسل دومAGR (خنک شونده با گاز) استفاده میکنند، تا سال 2023 تعطیل خواهند شد. از سال1990که تنها راکتور آبی فشاریPWR انگلیس وارد مدار شد، نیروگاه هستهای دیگی در این کشور افتتاح نشده است. با توجه به آنکه نیروگاههای هستهای 20 درصد کل نیاز کشور را تأمین میکند، با تعطیلی این تاسیسات چه اتفاقی رخ خواهد داد؟ آیا انگلیس میتواند تولیدات دی اکسید کربن را کاهش دهد و منابع عرضه برق بدون استفاده از انرژی هستهای را متنوع کند؟ آیا مهم است که انگلیس تا سال 2020 حدود 75 درصد از انرژی اولیه خود را وارد خواهد کرد. دولت انگلیس اخیراً گزارشی در مورد نیازهای این کشور به انرژی منتشر کرد.
در این گزارش چهار هدف معین شده است: کاهش تولید دی اکسید کربن، حصول اطمینان از عرضه انرژی، تحقق رشد اقتصادی پایدار و حصول اطمینان از اینکه تمام خانهها به اندازه کافی و با قیمت مناسب گرمایش میشود. قرار است بررسی جامعتری در تابستان به نخستوزیر ارائه شود.
طراحیهای جدید
در این حال چندین کشور دیگر دست به اقدام زدهاند. فنلاند سفارش ساخت راکتور اروپایی فشاری آبی EPR را داده است که قرار است در اولکیلوتو نصب شود. این راکتور توسط شرکت دولتی فرانسوی آروا و زیمنس آلمان در دست ساخت است. بر اساس برنامه، این راکتور در سال 2009 افتتاح خواهد شد. سه شرکت در آمریکا اعلام کردهاند هر کدام قصد دارند برای ساخت دو نیروگاه پیشرفته غیر فعال 1000- AP تقاضا بدهند. فرانسه، تایوان و چین نیز نیروگاههای جدیدی را طراحی کردهاند و یا در دست ساخت دارند.
یک امتیاز نیروگاههای نسل سوم مانند1000- AP و EPR آن است که دارای ویژگیهای ایمنی غیرفعال بیشتری به نسبت نیروگاههای نسل اول و دوم هستند. منظور از این ویژگیها سامانههایی است که بیشتر از نیروهای طبیعی مانند جاذبه، گردش طبیعی و گاز نیتروژن فشرده استفاده میکنند نه انواع پمپ و شیر. در نتیجه این قبیل نیروگاهها بسیار سادهتر از نیروگاه PWR متعارف است. به اعتقاد من، محتملترین نامزد برای نیروگاههای هستهای جدید در انگلیس - در صورت تصویب- راکتورهایEPR یا 1000- AP ساخت وستینگهاوس است. هر دو نوع بر اساس فناوری PWR است. راکتور 1 Ø6 EPR گیگاوات برق تولید میکند. تولید 1000-AP حدود 15/1 گیگاوات است. گزینه دیگر راکتور پیشرفته کاندو ACR است که در کانادا و چند کشور دیگر مورد استفاده است.
نسل آینده
دورنمای آینده هیجان انگیزتر است. در سال 2000، وزارت انرژی آمریکا طرحی بین المللی را با عنوان نسل چهارم آغاز کرد که هدف از آن طراحی نیروگاههای هستهای جدید برای ساخت از سال 2030 است.
این طرح شامل نه کشور آرژانتین، برزیل، کانادا، فرانسه، ژاپن، کره شمالی، کره جنوبی، آفریقای جنوبی و سوئیس به علاوه انگلیس است که پارسال به آن ملحق شد. هدف از تحقیقات در زمینه نسل چهارم ساخت راکتورهایی است که از لحاظ اقتصادی، توان رقابتی دارد، ایمن و با اصول محیط زیست سازگار است. هدف دیگر آن است که این راکتورها کاربرد نظامی نداشته است. این کار مثلاً با بازیافت فرمان پلوتونیم و زبالههای متمادی صورت میگیرد تا هر دو راکتور از بین برود.
حاصل ابتکار نسل چهارم تا به حال تدوین نقشه راه فناوری بوده است که شش مفهوم سودمند راکتور را تدوین کرده باست. از این شش مورد، صنایع و دولت انگلیس تصمیم گرفتهاند بر سه نوع متمرکز شوند، یعنی راکتور دمای بسیار بالای فرانسه (VHTR)، راکتور سریع خنک شونده با گاز آمریکا (GFR) و راکتور سریع خنک شونده با سدیم ژاپن (SFR).
هر کدام از این مفاهیم مزیت خاص خود را دارد، اما به نظر میرسد در این مقطع امیدوار کنندهترین نوع راکتور نسل چهارم، انواع مختلف راکتور دمای بالاست که با هلیم خنک میشود و حاوی هسته گرافیک است. قرار است نیروگاههای نمایشی با این راکتور در آفریقای جنوبی و آمریکا ساخته شود. راکتورهای آزمایشی از این دست در ژاپن HTTR و چین 1-HTR در حال فعالیت است.
انرژی هستهای در انگلیس
در انگلیس هنوز دوازده نیروگاه هستهای دایر است و این کشور با استفاده از راکتور PWR زیردریایی هستهای میسازد، اما ساخت نیروگاههای جدید مستلزم استفاده از دانش فنی شرکتهای خارجی مانند آروایاوستینگهاوس است که اوایل سال جاری میلادی به توشیبا فروخته شد. برخی از اجزای اصلی مانند شناور فشار فولادی، توربین بخار بزرگ و ژنراتورهای بخاری باید در خارج از این کشور ساخته شود. به هر حال بخش بیشتر ساخت نیروگاه هستهای، به مهندسی عمران مربوط میشود که در آن انگلیس نسبت به سایر کشورها برتری دارد. برآورد شده است این کشور میتواند 50 درصد اجزای نیروگاههای جدید را بسازد.
مقامات انگلیس میدانند حفظ بنیان مهارتی هستهای کشور بسیار با اهمیت است. به همین علت طرحی با عنوان گزینه باز هستهای را به اجرا درآوردهاند. در ان برنامه که با همکاری دانشگاههای بریستول، کاردیف، لیدز، منچستر و شفیلد و امپریال کالج به اجرا درآمده است، هزینه تحقیقات در مورد راکتورهای جدید تأمین میشود و دانشجویان دوره دکتری و بعد از آن آموزش میبینند. تحقیقات در مورد سامانههای نسل چهارم راکتورهای پیشرفتهPWR در این چارچوب قرار دارد. در صورت ساخت نیروگاههای جدید، موضوع مدیریت زبالهها باید مورد بررسی قرار بگیرد. در حال حاضر سازمان برچیدن هستهای مسئول رسیدگی به زبالههای پرتوزا از برنامههای هستهای نظامی و غیر نظامی است. در سال2003 دولت کمیته مدیریت زبالههای پرتوزا را برای مشورت در مورد زبالههای هستهای در بلند مدت تشکیل داد.
اگر ما خواهان آمیزهای از عرضه برق ایمن، مطمئن و پاکیزه از نظر زیست محیطی هستیم، ساخت نیروگاههای جدید ضروری است، اما تا زمانی که مردم از ساخت نیروگاههای جدید حمایت و شرکتها سرمایه لازم را برای آن فراهم نکند، این کار محقق نخواهد شد. از حرف تا عمل فاصله زیادی است.
فیزیک راکتورهای هستهای
بیشتر نیروگاههای هستهای موجود از راکتورهای آبی فشاری استفاده میکنند. در این نوع از رکاتور، آب، حرارت را از هسته راکتور منتقل میکند و باعث انجام شدن واکنشش چرخهای میشود. دستگاهی در این راکتور تعبیه شده است که فشار را قدری بالاتر از حد اشباع حفظ میکند تا آب به صورت مایع باقی بماند. هسته که در داخل شناور فشاری فولادی قرار دارد، شامل محفظههای اکسید اورانیوم با درجه غنی سازی پایین است که در میلههای با آلیاژ زیرکونیم نگهداری شود.
چندین چرخ به شناور متصل است که آب داغ اولیه را به ژنراتور میبرد و در این قسمت آب جوش ثانوی بخار تولید میکند. آن گاه آب اولیه با چرخ به شناور فشار منتقل میشود. سازهای به مانند «جزیره راکتور» شناور و لولههای پیرامون و سامانههای ایمنی آن را احاطه کرده است. دستگاههای بیرون از جزیره مانند ژنراتور توربینهای بخاری تا حد زیادی شبیه سوخت فسیلی است.
این توصیف مربوط به راکتور حرارتی است، اما در راکتورهای سریع مانند راکتور سریع خنک شونده با گاز GFR و راکتور سریع خنک شونده با پتاسیم SFR سرع نوترونها کاهش نمییابد و نوترونها میتوانند زباله دارای عمر طولانی را در سوخت از بین ببرد.
نسل چهارم
نسل چهارم عنوان یک برنامه تحقیقاتی بینالمللی در مورد انواع جدید راکتور هستهای است که ممکن است تا سال 2030 یا 2040 وارد مدار شود. انگلیس در حال حاضر در سه طرح عمده در حال تحقیق مشارکت دارد.
* راکتور حرارتی دمای بسیار بالا بسیار ایمن است و برق و حرارت بسیار بالا را برای تولید هیدروژن فراهم میکند. این طرح از جانب فرانسه هدایت میشود.
* راکتور سریع خنک کننده یا گاز GFR که از جانب آمریکا هدایت میشود مزیت این طرح آن است که میتواند زباله آکتینید را بازیافت و عرضه انرژی را در دراز مدت از طریق طولانی کردن مدت استفاده از ذخایر اورانیوم تأمین کند.
* راکتور سریع خنک شونده با سدیم که توسط ژاپن هدایت میشود دارای سه مزیت است: امکان پذیری فنی یک مدل از آن ثابت شده است، این راکتور میتواند زباله اکتینید را بازیافت و انرژی را در دراز مدت عرضه کند.
نظرات بینندگان
پربیننده ترین
ارسال خبرنامه
برای عضویت در خبرنامه سایت ایمیل خود را وارد نمایید.
