محطة الطاقة النووية: الجهاز وتأثير بيئي

NPP: من الماضي إلى الحاضر

محطة الطاقة النووية هي مؤسسة عبارة عن مجموعة من المعدات والمرافق لتوليد الطاقة الكهربائية. خصوصية هذا التثبيت تكمن في طريقة الحصول على الحرارة. وتنشأ درجة الحرارة اللازمة لتوليد الكهرباء في عملية تحلل الذرات.

يتم تنفيذ دور الوقود لمحطات الطاقة النووية في معظم الأحيان بواسطة اليورانيوم مع عدد كبير من 235 (235U). ولأن هذا العنصر الإشعاعي قادر على دعم تفاعل السلسلة النووية ، فهو يستخدم في محطات الطاقة النووية ويستخدم أيضًا في الأسلحة النووية.

البلدان التي لديها أكبر عدد من محطات الطاقة النووية

أكبر محطات الطاقة النووية في العالم

اليوم ، هناك 192 محطة للطاقة النووية تعمل في 31 دولة في العالم ، باستخدام 451 مفاعل للطاقة النووية بطاقة إجمالية تبلغ 394 جيجاوات. تقع الغالبية العظمى من محطات الطاقة النووية في أوروبا وأمريكا الشمالية والشرق الأقصى وإقليم الاتحاد السوفييتي السابق ، في حين لا يوجد في أفريقيا تقريبا أي منها ، ولا يوجد في أستراليا وأوقيانوسيا أي شيء على الإطلاق. لم ينتج 41 مفاعلا آخر الكهرباء من 1.5 إلى 20 سنة ، و 40 منها في اليابان.

على مدى السنوات العشر الماضية ، تم تشغيل 47 وحدة طاقة في العالم ، وتقع جميعها تقريبًا إما في آسيا (26 في الصين) أو في أوروبا الشرقية. ثلثي المفاعلات قيد الإنشاء حالياً في الصين والهند وروسيا. تقوم الصين بتنفيذ أكثر البرامج طموحاً لبناء خطط وطنية جديدة ، حيث يقوم حوالي 12 بلداً حول العالم ببناء خطط وطنية مناسبة أو تقوم بتطوير مشاريع لإنشائها.

بالإضافة إلى الولايات المتحدة ، تتضمن قائمة الدول الأكثر تقدمًا في مجال الطاقة النووية:

• فرنسا.
• اليابان.
• روسيا؛
• كوريا الجنوبية.

في عام 2007 ، بدأت روسيا في بناء أول محطة طاقة نووية عائمة في العالم ، مما سمح لها بحل مشكلة نقص الطاقة في المناطق الساحلية النائية من البلاد.^[12]. واجهت تأخر البناء. ووفقًا لتقديرات مختلفة ، فإن أول محطة طاقة نووية عائمة ستعمل في 2018-2019.

تقوم العديد من الدول ، بما فيها الولايات المتحدة واليابان وكوريا الجنوبية وروسيا والأرجنتين ، بتطوير محطات طاقة نووية صغيرة بسعة تتراوح من 10 إلى 20 ميجاوات لأغراض التدفئة وتوفير الطاقة للصناعات الفردية والمجمعات السكنية وفي المستقبل - المنازل الفردية. من المفترض أن المفاعلات صغيرة الحجم (انظر ، على سبيل المثال ، Hyperion NPP) يمكن إنشاؤها باستخدام تقنيات آمنة تقلل بشكل متكرر من إمكانية تسرب المادة النووية^[13]. يجري بناء مفاعل واحد صغير الحجم من طراز CAREM25 في الأرجنتين. أول تجربة لاستخدام محطات الطاقة النووية الصغيرة اكتسبها الاتحاد السوفياتي (Bilibino NPP).

مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية

يعتمد مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية على تشغيل مفاعل نووي (يسمى في بعض الأحيان مفاعلًا ذريًا) - وهو تصميم ضخم خاص يتم فيه تقسيم الذرات مع إطلاق الطاقة.

هناك أنواع مختلفة من المفاعلات النووية:

1. يستخدم PHWR (المعروف أيضا باسم "مفاعل الماء الثقيل المضغوط") في المقام الأول في كندا وفي المدن الهندية. ويستند إلى الماء ، وصيغة D2O. ينفذ وظيفة كل من سائل التبريد والنايترون. الكفاءة تقترب من 29 ٪.
2. VVER (مفاعل الطاقة المبرد بالماء). في الوقت الحاضر ، يتم تشغيل WWERs فقط في رابطة الدول المستقلة ، على وجه الخصوص ، نموذج VVER-100. يمتلك المفاعل كفاءة بنسبة 33٪.
3. GCR ، AGR (ماء الجرافيت). السائل الموجود في مثل هذا المفاعل يعمل كمبرد. في هذا التصميم ، يكون منسق النيوترون هو الجرافيت ، ومن هنا جاء الاسم. الكفاءة حوالي 40 ٪.

وفقًا لمبدأ الجهاز ، يتم تقسيم المفاعلات أيضًا إلى:

• تم تصميم PWR (مفاعل الماء المضغوط) بحيث تعمل المياه تحت ضغط معين على إبطاء التفاعل وتزويد الحرارة.
• BWR (مصمم بطريقة تجعل البخار والماء في الجزء الرئيسي من الجهاز بدون دائرة مياه) ؛
• RBMK (مفاعل قناة ذو سعة كبيرة بشكل خاص) ؛
• BN (يعمل النظام بسبب التبادل السريع للنيوترونات).

هيكل وهيكل محطة الطاقة النووية. كيف تعمل محطة الطاقة النووية؟

جهاز NPP

محطة توليد الطاقة النووية النموذجية تتكون من كتل ، في كل منها يتم وضع أجهزة تقنية مختلفة. وأهم هذه الوحدات هو المجمع الذي يحتوي على قاعة مفاعلات ، مما يضمن قابلية تشغيل NPP بالكامل. تتكون من الأجهزة التالية:

• مفاعل.
• حوض (يتم تخزينها في ذلك الوقود النووي) ؛
• آلات تحميل الوقود
• غرفة التحكم (لوحة التحكم في كتل ، مع مساعدة من المشغلين يمكن أن يلاحظوا عملية الانشطار النووي).

هذا المبنى يتبعه قاعة. وهي مجهزة بمولدات البخار وهي التوربين الرئيسي. مباشرة وراءها هي المكثفات ، فضلا عن خطوط نقل الكهرباء التي تمتد خارج حدود الإقليم.

من بين أشياء أخرى ، هناك وحدة مع حمامات للوقود المستهلك والوحدات الخاصة المصممة للتبريد (تسمى بأبراج التبريد). بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام برك الرذاذ والخزانات الطبيعية للتبريد.

مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية

في جميع NPPs دون استثناء ، هناك 3 مراحل لتحويل الطاقة الكهربائية:

• النووية مع الانتقال إلى الحرارة.
• الحرارية ، تتحول إلى ميكانيكية.
• الميكانيكية ، تحويلها إلى الكهربائية.

يتخلص اليورانيوم من النيوترونات ، مما يؤدي إلى إطلاق الحرارة بكميات كبيرة. يتم ضخ الماء الساخن من المفاعل من خلال المضخات من خلال مولد البخار ، حيث يعطي بعض الحرارة ، ويعود إلى المفاعل مرة أخرى. بما أن هذا الماء تحت ضغط مرتفع ، فإنه يظل في حالة سائلة (في مفاعلات VVER الحديثة حوالي 160 من الأجواء عند درجة حرارة تصل إلى 330 درجة مئوية).^[7]). في مولد البخار ، يتم نقل هذه الحرارة إلى مياه الدائرة الثانية ، التي تخضع لضغط أقل بكثير (نصف ضغط الدائرة الأولية وأقل) ، وبالتالي تغلي. يدخل البخار الناتج التوربينة البخارية ، التي تدور المولد ، ثم إلى المكثف ، حيث يتم تبريد البخار ، فإنه يتكثف ويدخل مولد البخار مرة أخرى. يتم تبريد المكثف بالماء من مصدر خارجي مفتوح للماء (على سبيل المثال ، بركة تبريد).

كلتا الدورتين الأولى والثانية مغلقة ، مما يقلل من احتمال تسرب الإشعاع. يتم تقليل أبعاد هياكل الدوائر الابتدائية ، مما يقلل أيضًا من مخاطر الإشعاع. لا تتفاعل التوربينات البخارية والمكثف مع مياه الدائرة الابتدائية ، مما يسهل عمليات الإصلاح ويقلل من كمية النفايات المشعة أثناء تفكيك المحطة.

الآليات الوقائية NPP

جميع محطات الطاقة النووية مجهزة بالضرورة بأنظمة أمان متكاملة ، على سبيل المثال:

• التعريب - الحد من انتشار المواد الضارة في حالة وقوع حادث مما أدى إلى إطلاق إشعاع ؛
• تقديم - يخدم كمية معينة من الطاقة للتشغيل المستقر للأنظمة ؛
• المديرين - تعمل على ضمان أن جميع أنظمة الحماية تعمل بشكل طبيعي.

بالإضافة إلى ذلك ، قد يتلف المفاعل في حالة الطوارئ. في هذه الحالة ، ستقوم الحماية التلقائية بمقاطعة تفاعلات السلسلة إذا استمرت درجة الحرارة في المفاعل في الارتفاع. وسيتطلب هذا الإجراء فيما بعد إجراء أعمال ترميم جدية لإعادة تشغيل المفاعل.

بعد وقوع الحادث الخطير في محطة تشيرنوبيل للوقاية الوطنية ، والذي تبين أن السبب في ذلك هو تصميم مفاعل غير كامل ، بدأوا في إيلاء المزيد من الاهتمام إلى التدابير الوقائية ، وقاموا أيضًا بأعمال تصميم لضمان موثوقية أكبر للمفاعلات.

كارثة القرن الحادي والعشرين وعواقبه

"فوكوشيما 1"

في آذار / مارس 2011 ، ضرب شمال شرق اليابان زلزال تسبب في تسونامي ، مما أدى في النهاية إلى تدمير 4 من أصل 6 مفاعلات في محطة الطاقة النووية فوكوشيما 1.

بعد أقل من عامين من وقوع المأساة ، تجاوز عدد القتلى الرسمي في الحادث 1500 ، بينما لا يزال هناك 20000 شخص في عداد المفقودين ، واضطر 300000 شخص آخر إلى مغادرة منازلهم.

كان هناك ضحايا لم يتمكنوا من مغادرة المكان بسبب جرعة الإشعاع الضخمة. تم تنظيم إجلاء فوري لهم ، استمر لمدة يومين.

ومع ذلك ، فإن أساليب منع الحوادث في محطات الطاقة النووية ، فضلاً عن تحييد الحالات الطارئة ، تتحسن كل عام - فالعلم يتقدم باطراد. ومع ذلك ، فإن المستقبل سيصبح بوضوح ذروة السبل البديلة لتوليد الكهرباء - وبشكل خاص ، من المنطقي أن نتوقع ظهور خلايا شمسية عملاقة ذات حجم عملاق في السنوات العشر القادمة ، والتي يمكن تحقيقها في ظروف انعدام الوزن ، وكذلك التقنيات الأخرى ، بما في ذلك تكنولوجيات الطاقة الثورية.

شاهد الفيديو: أول محطة لتوليد الطاقة الكهربائية من خلال فكرة التناضح (شهر نوفمبر 2024).