نیروگاه‌های هسته‌ای کوچک؛ راهکاری برای تحول در اقتصاد و انرژی

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا، یکی از دلایل گرمایش زمین وجود گازهای گلخانه‌ای و آلاینده است که از سوی صنایع مختلف تولید می‌شود در حالی که نیروگاه‌های اتمی به دلیل اینکه با ترکیب اکسیژن محصول احتراقی تولید نمی‌کنند و نوع تامین انرژی در این مراکز نیازی به اکسیژن ندارند، تولیدکننده این گازهای آلاینده‌ نیستند؛ بنابراین نیروگاه‌های اتمی نقش مهمی در کاهش گرمایش زمین دارند.

در همین ارتباط نیروگاه اتمی بوشهر با تولید هزار مگاوات برق در سال از انتشار هفت میلیون تن گاز آلاینده جلوگیری می‌کند و بر این اساس تاکنون مانع از انتشار ۵۰ میلیون تن گاز آلاینده و ورود آن به اتمسفر شده است.

دغدغه کاهش سوخت‌های فسیلی و به دنبال آن کاهش چاه‌های نفت و مخازن گاز همواره وجود داشته است. با توجه به اینکه سوخت‌های فسیلی محدود و به سادگی تجدید نمی‌شوند و مواد آلاینده مانند مونوکسیدکربن و دی اکسیدکربن تولید می‌کنند و از طرفی با توجه به کاهش چشمگیر ظرفیت سوخت‌های فسیلی باید طی یک برنامه به دنبال منابع جایگزین و استفاده از سوخت‌های تجدیدپذیر حرکت کرد.

استفاده از انرژی هسته‌ای در کنار سایر انرژی‌ها تنها راه‌حل برای روشن نگه داشتن چراغ خانه‌ها و تامین به موقع انرژی برای صنعت در آینده است چرا که باد همیشه نمی‌وزد و خورشید همیشه نمی‌تابد و باید در کنار این‌ها یک انرژی ۲۴ ساعته وجود داشته باشد تا بتواند انرژی را تامین کند.

امروزه بیش از ۷۰ درصد برق بسیاری از کشورها به وسیله نیروگاه هسته‌ای تولید می‌شود. تامین برق توسط سوخت هسته‌ای و نیروگاه‌های اتمی از جمله برنامه‌هایی است که بسیاری از کشورهای دنیا دنبال کرده و در همین راستا بیش از ۵۵ نیروگاه هسته‌ای در آسیا در حال احداث است. تولید برق به وسیله نیروگاه‌های هسته‌ای برنامه‌ای زمان‌بر است، ایران در اول راه قرار دارد و باید با برنامه‌ای اصولی این مسیر را طی کند.

در این رابطه موضوعی که بیشتر مورد تاکید و بررسی است، ایجاد نیروگاه های با ظرفیت پایین است؛ نیروگاه هایی که رهبر معظم انقلاب نیز بر توجه مسئولان برای راه اندازی و استفاده از آنها در بخش های مختلف تاکید کرده و خواستار پیگیری جدی این مساله شده اند.

حضرت آیت‌الله خامنه‌ای روز ۲۱ خرداد ماه در دیدار دانشمندان، متخصصان، کارشناسان و مسئولان صنعت هسته‌ای کشور تاکید کردند: موضوع تولید ۲۰ هزار مگاوات برق هسته‌ای را که چند سال قبل اعلام کردیم، جدی بگیرید و این هدف‌گذاری را به صورت برنامه‌ریزی شده دنبال کنید. ایشان در این زمینه کار بر روی ایجاد نیروگاه‌های با ظرفیت پایین و رایج در دنیا را ضروری دانستند و گفتند: کشور در بخش‌های مختلف به اینگونه نیروگاه‌ها نیاز دارد.

رآکتورهای مدولار کوچک (SMR)، کلاس یا نوعی جدید از رآکتورهای شکاف اتمی کوچکتر از رآکتورهای هسته‌ای متعارف هستند که امکان ساخت آنها در یک مکان و سپس انتقال و بهره‌برداری از آنها در محلی دیگر وجود دارد. این نیروگاه‌ها به طور معمول توان تولید برق کمتر از ۳۰۰ مگاوات را دارند که حدود یک سوم ظرفیت تولیدی رآکتورهای سنتی است.

بسیاری از مزایای رآکتورهای SMR در ماهیت طراحی یعنی طراحی کوچک و قطعه‌ای (مدولار) آنها است. مقیاس‌پذیری یکی از ویژگی‌های این نیروگاه‌های با ظرفیت پایین است به طوری که یک نیروگاه هسته‌ای استفاده کننده از رآکتورهای کوچک می‌تواند کار خود را با یک رآکتور شروع کند و سپس با افزایش تقاضا ظرفیت خود را بالا ببرد. این امر موجب کاهش هزینه‌های راه‌اندازی مرتبط با نیروگاه‌های معمولی می‌شود.

یکی از چالش‌ها برای دسترسی به انرژی در بسیاری از کشورها، محدودیت در ظرفیت شبکه انتقال و توزیع برق در مناطق روستایی است. یک نیروگاه واحد نباید بیش از ۱۰ درصد مجموع ظرفیت نصب شده شبکه برق را داشته باشد. در مناطقی که فاقد خطوط کافی انتقال نیرو هستند، رآکتورهای کوچک می‌توانند روی شبکه موجود نصب شوند و برق تولیدی با انتشار پایین کربن (کم‌آلاینده) را در اختیار صنایع و مردم قرار دهند. این ویژگی به خصوص درباره رآکتورهای بسیار کوچک «میکرو-رآکتور» صادق است که از زیرمجموعه‌های رآکتورهای کوچک هستند و برای تولید برق تا حد ۱۰ مگاوات طراحی می‌شوند. میکرو-رآکتورها همچنین می‌توانند به عنوان تامین کننده پشتیبان (بک‌آپ) برق در شرایط اضطراری برای جایگزینی ژنراتورهای معمولی به کار روند.

رآکتورهای کوچک همچنین به زمین بسیار کمتری برای استقرار و راه‌اندازی نیاز دارند. رآکتورهای کوچک قابلیت نصب و راه‌اندازی در مکان‌هایی را دارند که برای نیروگاه‌های هسته‌ای بزرگتر مناسب نیستند.

این رآکتورها همچنین به علت انعطاف‌پذیری طراحی مدولار خود، مزیت‌های مهم دیگری در قیاس با رآکتورهای متعارف دارند که شامل مواردی از جمله قابلیت انطباق‌پذیری با سایت‌های موجود نیروگاهی‌ هسته‌ای، بهره‌برداری برای کاربردهای صنعتی و بهبود زمان بهره‌برداری می‌شود. همچنین گزارش‌های تخصصی حاکی از این است که رآکتورهای هسته‌ای کوچک ایمنی بالاتری هم خواهند داشت.

رآکتورهای کوچک به سوخت کمتری هم نیاز دارند. نیروگاه های هسته‌ای مبتنی بر رآکتورهای کوچک به سوخت‌گیری مجدد کمتری نیاز دارند و باید در فاصله هر سه تا هفت سال سوخت‌گیری کنند. این درحالی است که نیروگاه‌های هسته‌ای بزرگ معمولی باید هر یک تا دو سال سوخت گیری کنند. برخی از رآکتورهای کوچک طوری طراحی می‌شوند که با سوخت‌گیری اول تا حد ۳۰ سال کار می‌کنند و نیازی به بارگذاری مجدد سوخت نخواهند داشت.

نیروگاه‌های هسته‌ای کوچک و توسعه پایدار

بنا به گزارش آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، در کشورهای مختلف جهان بخش‌های دولتی و خصوصی به طور فعال درگیر تلاش‌هایی برای به نتیجه رساندن فناوری رآکتورهای کوچک در دهه جاری هستند. نیروگاه «آکادمیک لومونوسوف» روسیه به عنوان اولین نیروگاه هسته‌ای شناور جهان که بهره‌برداری تجاری خود را در ماه مه ۲۰۲۰ شروع کرد، با دو رآکتور کوچک ۳۵ مگاواتی برق تولید می‌کند.

تا سال جاری میلادی بیش از ۷۰ طرح نیروگاه هسته‌ای با ظرفیت پایین در ۱۹ کشور جهان در دست احداث است و اولین واحدهای چنین نیروگاه‌هایی در کشورهای روسیه و چین در دو سال گذشته به بهره‌برداری رسیده‌اند. چنین نیروگاه‌هایی در کشورهای آرژانتین، کانادا،‌ چین، روسیه، کره جنوبی و آمریکا نیز در مراحل صدور مجوز یا احداث قرار دارند. این نیروگاه‌های کوچک کاربری‌های مختلفی از تولید برق تا گرمایش و تصفیه‌ آب و تولید بخار برای کاربردهای صنعتی دارند.

رآکتورهای کوچک همچنین ویژگی‌های منحصر به فردی از لحاظ بهره‌وری، اقتصاد و انعطاف‌پذیری دارند؛ در حالی که برخی منابع تجدیدپذیر انرژی مانند انرژی های بادی و خورشیدی بستگی به شرایط آب و هوایی دارند، رآکتورهای کوچک می‌توانند با آنها جفت و ترکیب شوند و در قالب سیستم‌های انرژی ترکیبی، بهره‌وری منابع تجدیدپذیر را ارتقا دهند. این ویژگی‌ها موجب می‌شود که رآکتورهای کوچک نقش مهمی در گذار به انرژی‌های پاک و کمک به کشورهای جهان در تحقق هدف‌های توسعه‌ پایدار (SDGs)‌ داشته باشند.

رآکتورهای کوچک؛ پیام‌آور رنسانس انرژی هسته‌ای‌

در همین ارتباط نشریه آمریکایی «نشنال اینترست» به تازگی در گزارشی اعلام کرد که رآکتورهای هسته‌ای کوچک می‌توانند در شرایط گوناگونی مورد بهره‌برداری قرار گیرند و مزایای زیادی برای محیط زیست خواهند داشت. این نشریه خاطرنشان کرد که بدون رنسانس هسته‌ای جهانی، هیچ مسیری برای کاهش شدید انتشار گازهای آلاینده کربنی یا به اصطلاح «کربن‌زدایی» از اقتصاد وجود ندارد.

بر اساس این گزارش، اوایل ماه مارس سال جاری میلادی شرکت «ایکس انرژی» که از سازندگان اصلی رآکتورهای هسته‌ای است و شرکت چندملیتی «دو» (Dow) به توافقی در زمینه ساخت رآکتورهای کوچک رسیده‌اند. بر اساس این توافق، شرکت «دو» موافقت کرده است که رآکتور کوچک Xe-۱۰۰ شرکت «ایکس انرژی» را در سایت تولیدی خود در «تگزاس» نصب کند. هدف از این کار کاهش انتشار گازهای آلاینده از سایت تولیدی شرکت «دو» به میزان تقریبی ۴۴۰ هزار مگاتن دی‌اکسید کربن در سال عنوان شده است.

رآکتور کوچک Xe-۱۰۰ یک رآکتور ۸۰ مگاواتی است که قابلیت تبدیل به یک نیروگاه ۳۲۰ مگاواتی با نصب چهار رآکتور را دارد.