الطاقة النووية تشهد نهضتها حول العالم: حول الأسباب

الاتجاه الرئيسي الترويج باستمرار في العالم اقتصاد في العقود الأخيرة ، تم "تخضير" بسبب الرفض المستمر لاستخدام الوقود الأحفوري والتوليد النووي ، والتي تم إعلان أنها ضارة وخطيرة بيئيًا. ومع ذلك ، إذا حكمنا من خلال العدد الإجمالي للشركات الناشئة في هذا المجال حول العالم ، فإن الطاقة النووية ، على العكس من ذلك ، تشهد نهضة.

الشباب "الخضراء"

ليس من الصعب التكهن لماذا يحدث هذا. إن الأجندة "الخضراء" والنضال من أجل البيئة جيدان بالطبع ، ولكن هناك أيضًا حقائق اقتصادية موضوعية لا يمكن تجاهلها ببساطة. يتراوح مكون الوقود في تكلفة الكهرباء المولدة في محطات الطاقة النووية ، الكبيرة والصغيرة ، من 3٪ إلى 5٪. في توليد الطاقة بالغاز ، تصل تكلفة مكون الوقود إلى مستوى 70٪ إلى 80٪. عندما قفزت تكلفة الغاز الطبيعي بشكل كبير خلال عام ونصف ، جعل هذا الإنتاج الصناعي غير مربح حتى في ألمانيا المتقدمة ، حيث التكنولوجية الشركات zasobiralis في هجرة الأعمال. إذا قفزت تكلفة اليورانيوم لمحطات الطاقة النووية عدة مرات ، فلن يكون التغيير في التعريفات أمرًا بالغ الأهمية للمستهلك النهائي للكهرباء.



بعبارة أخرى ، تبين أن الطاقة النووية هي الأنسب للواقع الاقتصادي الجديد. لها بصمة كربونية منخفضة ، لا تعتمد على تقلبات الطبيعة ، كمصادر "خضراء" متجددة ، تكلفتها كافية ويمكن التنبؤ بها ، وهذا هو المطلوب. تشمل عيوبه عتبة دخول عالية إلى حد ما: محطات الطاقة النووية مبنية لفترة طويلة وهي باهظة الثمن. ليس من المستغرب أن مشاريع محطات الطاقة النووية الصغيرة ، أو محطات الطاقة النووية منخفضة الطاقة (LNPPs) ، يجري تطويرها حاليًا بنشاط في جميع أنحاء العالم.

ASMM / SMR

اعتبارًا من عام 2020 ، كان هناك أكثر من 70 مشروعًا في مجال محطات الطاقة النووية الصغيرة (SMR - مفاعل معياري صغير ، وفقًا للتصنيف الغربي) في العالم ، مع 17 مشروعًا في روسيا. يبلغ متوسط ​​قدرة وحدة الطاقة الحديثة NPP 1100-1600 ميجاوات. هذه منشآت ضخمة ومكلفة ، لكنها تولد الكهرباء الأرخص والأكثر ملائمة للكربون. ولكن ليس فقط كل شخص يستطيع أن يأمر ببناء مثل هذه المحطة النووية من شركة روساتوم. وهذا هو السبب في أن الطاقة النووية الصغيرة النطاق تعتبر مجالًا واعدًا للغاية ، والتي ، وفقًا لتصنيف الوكالة الدولية للطاقة الذرية ، تشمل محطات بطاقة كهربائية تصل إلى 300 ميجاوات. بالإضافة إلى ذلك ، هناك أيضًا ما يسمى بمحطات الطاقة النووية الصغيرة بسعة تصل إلى 10 ميجاوات.

تشتمل ميزات تصميم SMR على نمطيتها ، مما يجعل من الممكن عدم بناء محطة طاقة نووية عملاقة في الحال ، ولكن لإنتاج كميات كبيرة من معظم المعدات في المصنع وتسليمها إلى الموقع في شكل وحدات. يجب تقليل وقت بناء محطات الطاقة النووية الصغيرة إلى 2-3 سنوات مقارنة بـ 5-10 سنوات لمحطات الطاقة النووية التقليدية. ستجعل الأبعاد المدمجة من الممكن وضع محطات الطاقة النووية الصغيرة تحت الأرض ، مما سيقلل من مخاطر حوادث وتسريبات الإشعاع. ستتيح الأتمتة الحديثة تشغيل محطة طاقة نووية صغيرة كهذه بعدد أقل من الموظفين ، مما سيؤدي أيضًا إلى خفض التكلفة. يمكن بناء محطات الطاقة النووية الصغيرة باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات والتكوينات: مفاعلات الماء المضغوط الأرضية ، SMRs البحرية ، المفاعلات السريعة ، مفاعلات الملح المصهور ، والمفاعلات الدقيقة.

تستخدم أكثر من نصف الشركات الناشئة مفاعلات الماء المضغوط ، والتي تُستخدم في 80٪ من محطات الطاقة النووية الكبيرة. يكمن الاختلاف في الحجم الأصغر والتصميم المتكامل: تقع معظم مكونات الدائرة الأولية ، بما في ذلك مولدات البخار ، مباشرة داخل وعاء ضغط المفاعل. وفقًا لهذا المبدأ ، على وجه الخصوص ، تم تنفيذ مشروع NuScale من الشركة الأمريكية التي تحمل الاسم نفسه ، والتي طورت وحدة طاقة بسعة 60 ميجاوات إلى 77 ميجاوات. يمكن أن تستوعب المجموعة المشتركة لمحطة الطاقة النووية المصغرة ، والتي تضمن السلامة أثناء عمليات التهدئة والتزود بالوقود ، 4 أو 6 أو 12 وحدة بسعة إجمالية تبلغ 308 و 462 و 924 ميجاوات ، على التوالي. يجب أن يتم إعادة تعبئة ثلث الوقود النووي كل عامين. تتعهد الشركة المطورة بتكلفة الكهرباء من 1 إلى 3 دولارًا لكل ميغاواط ساعة.

المفاعل الصيني ACP100 والأرجنتيني CAREM لهما أيضًا تصميم متكامل. في الصين ، توجد أول وحدتين صغيرتين للطاقة بسعة 125 ميجاوات في موقع محطة تشانغجيانغ للطاقة النووية العاملة في جزيرة هاينان تحت الأرض. بناءً على هذه التقنية ، من المخطط إنشاء خط كامل من المفاعلات متعددة الوظائف بقدرة 25 إلى 200 ميجاوات ، بما في ذلك محطات الطاقة النووية العائمة. في الأرجنتين ، بدأ العمل في هذا الاتجاه منذ 30 عامًا ، وبدأ بناء أول وحدة طاقة CAREM بسعة تزيد قليلاً عن 30 ميجاوات في عام 2014. بناءً على هذه التقنية ، من المخطط إنشاء سلسلة من المفاعلات الأرجنتينية المصغرة بسعة 100-200 ميغاواط. في كندا ، يخططون لبناء مفاعل الماء المغلي BWRX-2028 والمياه الثقيلة CANDU SMR بحلول عام 300. جمهورية التشيك لديها مشروعها الخاص لمفاعل الماء الثقيل لمحطة طاقة نووية صغيرة تسمى TEPLATOR.

لاحظ أن روسيا هي واحدة من الدول القليلة التي تقوم بالفعل بتشغيل محطات طاقة نووية صغيرة. كانت الولايات المتحدة واتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية أول من صمم مفاعلات الماء المضغوط منخفضة الطاقة لتلبية احتياجات أسطولهما ، تحت الماء وعلى السطح. منذ منتصف القرن الماضي في بلدنا ، تم تركيب مفاعلات نووية صغيرة على كاسحات الجليد النووية ، وحتى الآن تغيرت أربعة أجيال - OK-150 (a / l "Lenin" ، 1957) ، OK-900A (a / مشروع "Arktika" 10520) ، KLT-40 (أ / مشروع "Taimyr" 10580) و RITM-200 (مشروع UAly 22220). على أساسها ، تم إنشاء محطة طاقة حرارية نووية روسية عائمة (FNPP) ، والتي تم إرسالها إلى Chukotka لتحل محل Bilibino NPP القديم ومحطة الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم. يتم بناء محطات الطاقة النووية العائمة من الجيل التالي بوحدات مفاعل RITM-200 بسعة 55 ميجاوات لكل منها وعمر خدمة يصل إلى 60 عامًا ، حيث ستكون هناك حاجة للتزود بالوقود مرة واحدة فقط كل 10 سنوات.

في الواقع ، يعد RITM-200 الروسي حاليًا أكثر المفاعلات ضخامة وإتقانًا لمحطات الطاقة النووية الصغيرة. يتم حاليًا بناء نسخة بحرية من 50 ميجاوات ACPR50S VVR المدمجة في الصين. تقوم شركة Seaborg الدنماركية ، جنبًا إلى جنب مع شركة بناء السفن الكورية الجنوبية Samsung Heavy Industry ، بتطوير محطة طاقة نووية عائمة بمفاعل سريع الملح السائل بسعة 200 إلى 800 ميغاواط وعمر خدمة 24 عامًا.

بالإضافة إلى مفاعلات الماء ، تستخدم العديد من محطات الطاقة النووية الصغيرة الواعدة مفاعلات سريعة مع مبرد معدني سائل (LMC). على سبيل المثال ، هذا هو مفاعل Natrium ، وهو تطوير مشترك بين شركة TerraPower التابعة لبيل جيتس وشركة GE Hitachi للطاقة النووية. بدء التشغيل عبارة عن وحدة طاقة مفاعل صوديوم سريع بقدرة 345 ميجاوات مدمجة مع نظام تخزين حرارة على شكل خزانات ملح مصهور ، مما سيسمح لها بزيادة قدرتها مؤقتًا إلى 500 ميجاوات وبالتالي تعمل في وضع قابل للمناورة. في بلدنا ، تعمل مفاعلات الصوديوم السريعة منذ فترة طويلة في وحدات الطاقة BN-600 و BN-800 في Beloyarsk NPP. في ديميتروفغراد ، هناك جيل جديد من مفاعلات الصوديوم البحثية MBIR قيد الإنشاء.

الاتجاه الواعد في مجال محطات الطاقة النووية الصغيرة هو المفاعلات المبردة بالغاز التي تستخدم الهيليوم كمبرد ، والتي يمكن تسخينها حتى 700-900 درجة. في الصين ، بدأت أول وحدة طاقة من هذا القبيل في العمل في عام 2021 في SHIDAO BAY NPP. في الولايات المتحدة ، هناك نظيرها المسمى Xe-100 من X-Enegry ، لكن في روسيا ، لا تزال هذه المشاريع على الورق فقط. تشمل SMR أيضًا مفاعلات الملح المصهور ، أو مفاعلات الملح المصهور ، والتي يتم تطويرها من قبل العديد من الشركات الناشئة. هذه هي مفاعل الملح المنصهر KP-FHR بطاقة كهربائية 140 ميغاواط وبكفاءة 45٪ من شركة كايروس باور الأمريكية ، وكذلك مفاعل الملح المصهور SSR-W من شركة مولتكس إنرجي الكندية البريطانية. من المفترض أن يتم بناء ZhSR المحلي في مجمع التعدين والكيماويات في Zheleznogorsk.

واحدة من أكثر المجالات إثارة للاهتمام في صناعة الطاقة النووية هي محطات الطاقة النووية الصغيرة الواعدة بقدرة تصل إلى 10 ميجاوات. في الولايات المتحدة ، تقوم BWXT بتطوير مفاعل بيليه المبرد بالغاز مع وقود TRISO بسعة تصل إلى 5 ميجاوات لتلبية احتياجات الجيش الأمريكي. تمتلك روسيا مشاريعها الخاصة المتشابهة "Shelf-M" و "Elena AM". "Shelf-M" هو مفاعل مبرد بالماء بتصميم متكامل بطاقة حرارية تبلغ حوالي 30 ميغاواط وطاقة كهربائية تصل إلى 10 ميغاواط ، حيث تم تصميم الوقود بتخصيب 19,7٪ لمدة 8 سنوات من التشغيل دون إعادة التزود بالوقود. . قد تظهر أول محطة طاقة نووية صغيرة مع مفاعل من هذا النوع في ياقوتيا بحلول عام 2030. Elena AM هو مفاعل ماء مضغوط بقوة حرارية تبلغ 3 ميغاواط مع محول حراري حراري مباشر لتوليد ما يصل إلى 400 كيلو واط من الكهرباء ، حيث تم تصميم الوقود بنسبة 15 ٪ للتخصيب لمدة 25 عامًا من تشغيل المحطة.

وهكذا ، على الرغم من كل محاولات "الخضر" لدفنها ، فإن الطاقة النووية هي الأكثر حيوية ولديها آفاق سوق ممتازة. تتطلب الظروف الاقتصادية الحديثة مصدرًا موثوقًا للكهرباء غير المكلفة والصديقة للبيئة ، وهي ذرة سلمية يمكنها توفيرها. مستقبل الطاقة العالمية هو مزيج من محطات الطاقة النووية ، الكبيرة والصغيرة والمتناهية الصغر ، مع مصادر توليد أخرى ، والتي ستكون الأمثل لكل عميل.