برق هسته ای

برق هسته ای

رشد اقتصاد جهانی٬مهمترین محرک برای رشد تقاضای انرژی در جهان بوده است و از آنجا که کشورها برای رشد اقتصادی خود نیازمند انرژی هستند٬همواره مقادیر بیشتری از آن را مطالبه می کند. در این میان اگر چه نفت در سال های گذشته به عنوان یکی از مهمترین منابع انرژی در جهان مطرح بوده است٬اما محدودیت در منابع و فنا پذیری آن طی سال های آینده٬دولت ها را به سوی استفاده از انرژی های نو رهنمون کرده است.
انرژی هسته ای در شمار یکی از این انرژیهای نو محسوب می شود و ایران بنابردلایل بسیار٬وارد کارزار تأمین انرژی شده است تا سهم مناسبی از منافع حاصل از انواع فعالیت های هسته ای را به دست آورد٬اما در این فرآیند پر فراز و نشیب٬بر اثر جوسازی ایالات متحده در سطح جهان بر ضد ایران و طولانی شدن روند آن دستیابی کشورمان به فناوری هسته ای دغدغه امنیتی را برای کشورهای دیگر فراهم کرده است.به طوری که فضای حاکم بر این فرایندکاملاً سیاسی شده و از برخی نیازهای اساسی به آن غفلت شده است.صاحب نظران اقتصادی بر این باورند که این چنین محدودیت هایی نباید باعث شود تا ایران از دستیابی به فناوری های جدید دنیای امروز غافل بماند.مصرف برق کشور در دو سال گذشته به طور متوسط بیش از 7%در سال رشد کرده است. با توجه به برنامه های توسعه کشور٬کلیه پیش بینی ها حکایت از آن دارد که این روند فزاینده همچنان ادامه خواهد داشت.از سوی دیگر٬به دلیل وضعیت اقلیمی کشور و محدودیت های ظرفیت های برق-آبی٬با وجود توسعه گسترده این منابع٬سهم تولید برق از سدها و منابع آبی کشور ظرف 40 سال گذشته از بیش از 25%به کمتر از 4% کاهش یافته و تولید برق کشور بیش از پیش به نیروگاه های بخاری و گازی و یا سیکل ترکیبی وابسته شده است. این مساًله نیز بسیار با اهمیت است که به دلیل محدودیت منابع غنی ذغال سنگ در کشورمان٬ذغال سنگ نیز سهمی در تولید برق ندارند و در آینده نیز نمی تواند سهم قابل توجهی در این زمینه داشته باشد٬از این رو تولید انرژی برق در نیروگاه های کشوردر قیاس با متوسط جهانی نیز بیش از حد به سوختهای هیدرو کربوری وابسته است.همچنین باید توجه داشت فرایند تبدیل انرژی اولیه هیدروکربوری به برق٬ راندمان نسبتاً پایین و اثار منفی زیست محیطی دارد٬بنابراین برای تأمین نیاز آینده کشور به نیروی برق٬روی آوردن به تولید برق هسته ای اجتناب ناپذیربه نظر می رسد و به همین دلیل حتی در دوران رژیم گذشته٬تولید برق هسته ای در برنامه های بلند مدت تأمین برق٬انرژی مورد نیاز کشور لحاظ شده است و متوقف کردن برنامه های یاد شده به معنای آسیب به فرایند رشد و توسعه اقتصادی کشور خواهد بود.

انرژی های فنا پذیر و آلوده ساز

اگر جامعه جهانی و بویژه دولت صنعتی غرب در ادعاهای خود در مباحث مربوط به جهانی شدن و الزام های آن صداقت دارند٬باید این صداقت را در همه امور نشان دهد. در زمینه منابع انرژی فسیلی٬با توجه به دو ویژگی مهم این منابع٬ نگرش و برنامهریزی یکپارچه اهمیت فراوانی دارد.این دو ویژگی عبارتند از:فنا ناپذیر بودن و آلوده ساز بودن این منابع اگر نگاه واقعاً جهانی باشد٬منابع محدود فسیلی متعلق به کل جامعه بشری است و پیامدهای زیست محیطی ناشی از مصرف بی رویۀ آن نیز گریبان کل جامعه بشری را می گیرد. بنابراین یک برنامه ریزی منطقی با نگرش های محدود ملی لازم است که در انتخاب ترکیب بهینه به استفاده از حامل های مختلف انرژی و منابع کل جامعۀ بشری توجه شود.در این چارچوب آیا منطقی خواهدبود که مثلاً در یک کشور٬بعضی از حامل های انرژی به صورت غیر اقتصادی استفاده شوند و این کشور به هر دلیل یا بهانه ای ٬ از بهینه کردن ترکیب انرژی خود بازداشته شود و یا در جایی که بهینه ملی یا بهینۀ جهانی در تعارض قرار می گیرند٬در فرایند جهانی شدن کدام را باید انتخاب کرد؟کشورهای صنعتی بعد از دهۀ70 تمام تلاش خود را برای به حداقل رساندن سهم نفت و گاز در سبد انرژی مصرفی خود داشته اند٬اما سهم این منابع هرگز به صفر نرسیده است و نخواهد رسید و بنابراین باید از منابع هیدرو کربوری در سطح جامعۀ بین المللی به صورت بهینه استفاده کرد.استفادۀ غیر بهینه یک کشور موجب محرومیت کل جامعه بشری خواهد شد٬بنابراین منطق جهانی ایجاب می کند که جامعه بشری در مقابل وادار کردن یک کشور به استفادۀ غیر بهینه از منابع انرژی خود موضع گیری کند.
با توجه به آنچه گفته شد٬نیاز ایران به برق هسته ای آشکارتر می شود و برای دستیابی ایران به این فناوری باید به هر گونه همکاری ایران با اتحادیه اروپایی در زمینۀ انرژی اتمی در چارچوب همکاری گسترده در زمینۀ کل مقوله انرژی ٬ توجه شود .

دامنۀ کاربرد فناوری هسته ای

یکی از حوزه های کاربرد انرژی هسته ای صنایع غذایی است. پرتو دهی مواد غذایی فرایندی است که طی آن اشعه یونیزان برای تازه نگهداشتن غذا و کشتن میکروب ها مورد استفاده قرار می گیرد. برخی پرتو دهی مواد غذایی را تحت عنوان روش پاستوریزاسیون سرد نامیده اند.زیرا در این روش به جای انرژی گرمایی٬انرژی اشعه برای از بین بردن میکروارگانیزم های بیماری زا به کار می رود. لیستر٬پاستور و دیگران ارتباط بین فساد مواد غذایی را با وسایل و ظروف آلوده که به شیوع بیماری منجر می شود٬مطرح کردند.پس از آن نه تنها تهیۀ غذا در زمان و مکان مورد نیاز بلکه جلوگیری از صدمه زدن به انسان نیز از اهداف مورد نظر بود. به کار گیری فرایند قرار دادن مواد غذایی در معرض انرژی اشعه تازگی ندارد. برای مثال قرن ها از انرژی خورشید برای حفظ گوشت٬میوه و سبزی و ماهی استفاده شده است. اخیراً تشعشع مایکروویو و مادون قرمز برای گرم کردن غذا به کار می روند. فناوری پرتودهی تاریخچۀ طولانی در مورد محصولات غیر غذایی دارد. این فناوری چند دهه برای اتصال متقاطع پلیمرهای مورد استفاده در لاستیک های اتومبیل ها٬عایق دار کردن سیم ها٬جوهرهای چاپ و محافظ های بسته بندی موادغذایی بکار رفته است؛همچنین به منظور استریل کردن حدوداً 50%همه مواد عرضه شده در وسایل پزشکی مانند بانداژها٬نخ بخیه و پارچه های جراحی استفاده می شود و در حال حاضر محصولات مورد مصرفی همچون مواد آرایشی٬پستانک بچه٬حلقه های لاستیکی مخصوص گاز گرفتن کودک و ... همگی با پرتو دهی استریل می شوند. از دیگر حوزه های کاربرد انرژی هسته ای٬صنعت است. رادیو ایزوتوپ ها٬ مواد رادیو اکتیوی که طبیعی اند یا بطور مصنوعی ساخته می شوند٬کاربرد وسیعی در ابزار٬اندازه گیری ها و دستگاه های تصویر برداری دارند. محور همه این کاربرد ها رادیو ایزوتوپ است. گر چه اشعه دیده نمی شود٬اما براحتی می تواند با ابزار نوری صحیح تشخیص داده شود. علوم فضایی نیز از این تکنولوژی بی بهره نمانده است فناوری فوق نقش بسیار مهمی در اکتشافات فضایی دارد. با مطالعه علوم هستهای و بکارگیری این دانش می توانیم ماهوار ها٬ایستگاه فضایی بین المللی و مسافران فضا را تقویت و حفاظت کنیم.از مهمترین کاربردهای انرژی هسته ای٬بکارگیری آن در علم پزشکی است. پزشکی هسته ای و رادیولوژی همگی تکنیک های پزشکی هستند که مستلزم استفاده از پرتودهی یا رادیواکتیویته برای تشخیص٬درمان و جلوگیری از بیماری اند. در حالیکه رادیولوژی تقریباً نزدیک به یک قرض است مورد استفاده قرار گرفته٬پزشکی هسته ای حدوداً 50 سال پیش آغاز شد؛وبالاخره یکی از حوزه های مهم استفاده از انرژی هسته ای تولید الکتریسیته است. انرژی از منابع طبیعی از جمله ذغال٬گاز٬نفت٬آب٬باد٬خورشید و در نهایت از منابع هسته ای ایجاد می شود. بخشی از این انرژی برای تولید برق استفاده می شود (دیگر بخش ها برای مثال شامل حمل ونقل می باشد) کارخانجات تولید برق گرما یا حرکت این منابع طبیعی را برای تولید برق بکار می برند٬ اما یکی از پاکیزه ترین روش ها از لحاظ محیطی برای تولید برق٬استفاده از انرژی هسته ای است؛ با این وصف جایگاه انرژی اتمی با جنبه های وسیع و سودمند کاربردی مشخص بوده و اهمیتی که در بهبود کیفیت زندگی بشر دارد و نقش آن در پیشرفت علمی٬صنعتی و اقتصادی جوامع روشن است.

برق هسته‌ای

مقدمه

از مهمترین منابع استفاده صلح آمیز از انرژی اتمی ، ساخت راکتورهای هسته‌ای جهت تولید برق می‌باشد. راکتور هسته‌ای وسیله‌ای است که در آن فرآیند شکافت هسته‌ای بصورت کنترل شده انجام می‌گیرد. در طی این فرآیند انرژی زیاد آزاد می‌گردد به نحوی که مثلا در اثر شکافت نیم کیلوگرم اورانیوم انرژی معادل بیش از 1500 تن زغال سنگ بدست می‌آید. هم اکنون در سراسر جهان ، راکتورهای متعددی در حال کار وجود دارند که بسیاری از آنها برای تولید قدرت و به منظور تبدیل آن به انرژی الکتریکی ، پاره‌ای برای راندن کشتیها و زیردریائیها ، برخی برای تولید رادیو ایزوتوپوپها و تحقیقات علمی و گونه‌هایی نیز برای مقاصد آزمایشی و آموزشی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در راکتورهای هسته‌ای که برای نیروگاههای اتمی طراحی شده‌اند (راکتورهای قدرت) ، اتمهای اورانیوم و پلوتونیم توسط نوترونها شکافته می‌شوند و انرژی آزاد شده گرمای لازم را برای تولید بخار ایجاد کرده و بخار حاصله برای چرخاندن توربینهای مولد برق بکار گرفته می‌شوند.

انواع راکتور اتمی

راکتورهای اتمی را معمولا برحسب خنک کننده ، کند کننده ، نوع و درجه غنای سوخت در آن طبقه بندی می‌کنند. معروفترین راکتورهای اتمی ، راکتورهایی هستند که از آب سبک به عنوان خنک کننده و کند کننده و اورانیوم غنی شده (2 تا 4 درصد 235U) به عنوان سوخت استفاده می‌کنند. این راکتورها عموما تحت عنوان راکتورهای آب سبک (LWR) شناخته می‌شوند. راکتورهای PWR ، BWR و WWER از این دسته‌اند. نوع دیگر ، راکتورهایی هستند که از گاز به عنوان خنک کننده ، گرافیت به عنوان کند کننده و اورانیوم طبیعی یا کم غنی شده به عنوان سوخت استفاده می‌کنند. این راکتورها به گاز - گرافیت معروفند. راکتورهای GCR ، AGR و HTGR از این نوع می‌باشند.

راکتور PHWR راکتوری است که از آب سنگین به عنوان کند کننده و خنک کننده و از اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت استفاده می‌کند. نوع کانادایی این راکتور به CANDU موسوم بوده و از کارایی خوبی برخوردار می‌باشد. مابقی راکتورها مثل FBR (راکتوری که از مخلوط اورانیوم و پلوتونیوم به عنوان سوخت و سدیم مایع به عنوان خنک کننده استفاده کرده و فاقد کند کننده می‌باشد) LWGR (راکتوری که از آب سبک به عنوان خنک کننده و از گرافیت به عنوان کند کننده استفاده می‌کند) از فراوانی کمتری برخوردار می‌باشند. در حال حاضر ، راکتورهای PWR و پس از آن به ترتیب PHWR ، WWER ، BWR فراوانترین راکتورهای قدرت در حال کار جهان می‌باشند.

تاریخچه

به لحاظ تاریخی اولین راکتور اتمی در آمریکا بوسیله شرکت "وستینگهاوس" و به منظور استفاده در زیر دریائیها ساخته شد. ساخت این راکتور پایه اصلی و استخوان بندی تکنولوژی فعلی نیروگاههای اتمی PWR را تشکیل داد. سپس شرکت جنرال الکتریک موفق به ساخت راکتورهایی از نوع BWR گردید. اما اولین راکتوری که اختصاصا جهت تولید برق طراحی شده ، توسط شوروی و در ژوئن 1954در "آبنینسک" نزدیک مسکو احداث گردید که بیشتر جنبه نمایشی داشت. تولید الکتریسیته از راکتورهای اتمی در مقیاس صنعتی در سال 1956 در انگلستان آغاز گردید.
تا سال 1965 روند ساخت نیروگاههای اتمی از رشد محدودی برخوردار بود، اما طی دو دهه 1966 تا 1985 جهش زیادی در ساخت نیروگاههای اتمی بوجود آمده است. این جهش طی سالهای 1972 تا 1976 که بطور متوسط هر سال 30 نیروگاه شروع به ساخت می‌کردند بسیار زیاد و قابل توجه است. یک دلیل آن شوک نفتی اوایل دهه 1970 می‌باشد که کشورهای مختلف را بر آن داشت تا جهت تأمین انرژی مورد نیاز خود بطور زاید الوصفی به انرژی هسته‌ای روی آورند. پس از دوره جهش فوق یعنی از سال 1986 تا کنون روند ساخت نیروگاهها به شدت کاهش یافته ، بطوریکه بطور متوسط سالیانه 4 راکتور اتمی شروع به ساخت می‌شوند.

سهم برق هسته‌ای در تولید برق کشورها

کشورهای مختلف در تولید برق هسته‌ای روند گوناگونی داشته‌اند. به عنوان مثال کشور انگلستان که تا سال 1965 پیشرو در ساخت نیروگاه اتمی بود، پس از آن تاریخ ، ساخت نیروگاه اتمی در این کشور کاهش یافت، اما برعکس در آمریکا به اوج خود رسید. کشور آمریکا که تا اواخر دهه 1960 تنها 17 نیروگاه اتمی داشت، در طول دهه های 1970و 1980 بیش از 90 نیروگاه اتمی دیگر ساخت. این مسئله نشان دهنده افزایش شدید تقاضای انرژی در آمریکاست. هزینه تولید برق هسته‌ای در مقایسه با تولید برق از منابع دیگر انرژی در آمریکا کاملا قابل رقابت می‌باشد.
هم اکنون فرانسه با داشتن سهم 75 درصدی برق هسته‌ای از کل تولید برق خود در صدر کشورهای جهان قرار دارد. پس از آن به ترتیب لیتوانی (73 درصد) ، بلژیک (57 درصد) ، بلغارستان و اسلواکی (47 درصد) و سوئد (48.6 درصد) می‌باشند. آمریکا نیز حدود 20 درصد از تولید برق خود را به برق هسته‌ای اختصاص داده است. گرچه ساخت نیروگاههای هسته‌ای و تولید برق هسته‌ای در جهان از رشد انفجاری اواخر دهه 1960 تا اواسط 1980 برخوردار نیست، اما کشورهای مختلف همچنان درصدد تأمین انرژی مورد نیاز خود از طریق انرژی هسته‌ای می‌باشند.
طبق پیش بینیهای به عمل آمده روند استفاده از برق هسته‌ای تا دهه‌های آینده همچنان روند صعودی خواهد داشت. در این زمینه ، منطقه آسیا و اروپای شرقی به ترتیب مناطق اصلی جهان در ساخت نیروگاه هسته‌ای خواهند بود. در این راستا ، ژاپن با ساخت نیروگاههای اتمی با ظرفیت بیش از 25000 مگا وات در صدر کشورها قرار دارد. پس از آن چین ، کره جنوبی ، قزاقستان ، رومانی ، هند و روسیه جای دارند. استفاده از انرژی هسته‌ای در کشورهای کاندا ، آرژانتین ، فرانسه ، آلمان ، آفریقای جنوبی ، سوئیس و آمریکا تقریبا روند ثابتی را طی دو دهه آینده طی خواهد کرد.

دیدگاههای اقتصادی و زیست محیطی برق هسته‌ای

جمهوری اسلامی ایران در فرآیند توسعه پایدار خود به تکنولوژی هسته‌ای چه از لحاظ تأمین نیرو و ایجاد جایگزینی مناسب در عرصه انرژی و چه از نظر دیگر بهره برداریهای صلح آمیز آن در زمینه‌های صنعت ، کشاورزی ، پزشکی و خدمات نیاز مبرم دارد که تحقق این رسالت مهم به عهده سازمان انرژی اتمی ایران می‌باشد. بدیهی است در زمینه کاربرد انرژی هسته‌ای به منظور تأمین قسمتی از برق مورد نیاز کشور قیود و فاکتورهای بسیار مهمی از جمله مسایل اقتصادی و زیست محیطی مطرح می‌گردند.

دیدگاه اقتصادی استفاده از برق هسته‌ای

امروزه کشورهای بسیاری بویژه کشورهای اروپایی سهم قابل توجهی از برق مورد نیاز خود را از انرژی هسته‌ای تأمین می‌نمایند. بطوری که آمار نشان می‌دهد از مجموع نیروگاههای هسته‌ای نصب شده جهت تأمین برق در جهان به ترتیب 35 درصد به اروپای غربی ، 33 درصد به آمریکای شمالی ، 16.5 درصد به خاور دور ، 13درصد به اروپای شرقی و نهایتا فقط 0.74 درصد به آسیای میانه اختصاص دارد. بدون شک در توجیه ضرورت ایجاد تنوع در سیستم عرضه انرژی کشورهای مذکور ، انرژی هسته‌ای به عنوان یک گزینه مطمئن اقتصادی مطرح است.
بنابراین ابعاد اقتصادی جایگزینی نیروگاههای هسته‌ای با توجه به تحلیل هزینه تولید (قیمت تمام شده) برق در سیستمهای مختلف نیرو قابل تأمل و بررسی است. از اینرو در اغلب کشورها ، نیروگاههای هسته‌ای با عملکرد مناسب اقتصادی خود از هر لحاظ با نیروگاههای سوخت فسیلی قابل رقابت می‌باشند. بهرحال طی چند دهه گذشته کاهش قیمت سوختهای فسیلی در بازارهای جهانی ، سبب افزایش هزینه‌های ساخت نیروگاههای هسته‌ای به دلیل تشدید مقررات و ضوابط ایمنی ، طولانیتر شدن مدت ساخت و بالاخره باعث ایجاد مشکلات تأمین مالی لازم و بالا رفتن قیمت تمام شده هر واحد الکتریسیته در این نیروگاهها شده است.
از یک طرف مشاهده می‌شود که طی این مدت حدود 40 درصد از هزینه‌های چرخه سوخت هسته‌ای کاهش یافته است و از سویی دیگر با توجه به پیشرفتهای فنی و تکنولوژی حاصل از طرحهای استاندارد و برنامه ریزیهای دقیق به منظور تأمین سرمایه اولیه مورد نیاز مطمئن و به هنگام احداث چند واحد در یک سایت برای صرفه‌ جوییهای ناشی از مقیاس مربوط به تأسیسات و تسهیلات مشترک مورد نیاز در هر نیروگاه ، همچنان مزیت نیروگاههای اتمی از دیدگاه اقتصادی نسبت به نیروگاههای با سوخت فسیلی در اغلب کشورها حفظ شده است.

دیدگاه زیست محیطی استفاده از برق هسته‌ای

افزایش روند روزافزون مصرف سوختهای فسیلی طی دو دهه اخیر و ایجاد انواع آلاینده‌های خطرناک و سمی و انتشار آن در محیط زیست انسان ، نگرانیهای جدی و مهمی برای بشر در حال و آینده به دنبال دارد. بدیهی است که این روند به دلیل اثرات مخرب و مرگبار آن در آینده تداوم چندانی نخواهد داشت. از اینرو به جهت افزایش خطرات و نگرانیها تدریجی در مورد اثرات مخرب انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از کاربرد فرآیند انرژیهای فسیلی ، واضح است که از کاربرد انرژی هسته‌ای بعنوان یکی از رهیافتهای زیست محیطی برای مقابله با افزایش دمای کره زمین و کاهش آلودگی محیط زیست یاد می‌شود. همچنانکه آمار نشان می‌دهد، در حال حاضر نیروگاههای هسته‌ای جهان با ظرفیت نصب شده فعلی توانسته‌اند سالانه از انتشار 8 درصد از گازهای دی اکسید کربن در فضا جلوگیری کنند
منبع: bionuclear.mihanblog.com