09 می 2008

رنسانس انرژى هسته ای

نیروگاه اتمی کلاورت کلیف در مریلند از خلیج چساپیک قابل مشاهده است.(Photo courtesy of Constellation Energy)

جيمز آ. ليك

تجديد انرژى هسته اى  براى انرژى بخشیدن به توليد الكتريسيته در كل جهان  و كمك به رفع مسائل نگرانی های  نشر گازهاى گلخانه اى مى کند ، گرچه هنوز چالشهائى باقى مانده است . در دراز مّدت انرژى هسته اى ميتواند امن تر و اقتصادى تر گردد ، مقاوم در برابر تكثير باشد و قابل تداوم باشد.

جيمز آ .  ليك معاون مدير آزمايشگاه برنامه هسته اى در دو آزمايشگاه ملى Idaho   است وقبلاً رئيس انجمن هسته اى آمريكا در سال 2001 ـ 2008 بوده است.

كارايى بالاى امنيتى و اقتصادى انرژى هسته اى در ايالات متحده ، نياز رشد يا بنده براى انرژى ، و آگاهى در افزايش درباره منافع انرژى پاك هسته اى پايه ساز يك رنسا نس انرژى هسته اى است كه    مى توان امنيت انرژى ايالات متحده ، ” موفقيت اقتصادى “ و اهداف كيفيت محيط زيست را در قرن بيست ويكم حمايت وتامين نمايد. بااين حال، قبل از آنكه يك چنين رنسا نس بتواند به واقعيت تبديل گردد، سياستگزاران بايد به چا لش هاى اساسى در چنين حوزه هايى مانند هزينه هاى اصلى نسبتاً بالاى نيروگاههاى جديد ، مديريت دائمى سوخت مصرف شده هسته اى ، و ريسك هاى تكثير پلوتونيوم در حّد سلاح هاى هسته اى از چرخه سوخت هسته اى پاسخ دهند.

توسعه انرژى هسته اى در آمريكا

انرژى هسته اى که در ايالات متحده  در دهه هاى 1950 و 1960 به وجود آمد همراه با انتظارا ت نامعقولى بود و گفته مى شد اين انرژى ( ارزانتر ا ز آن است که محاسبه شود ! ) .  به هنگامى كه اولين نيروگاهها ساخته شدند و به كار افتادند ، تجربيات مربوط به اشكالات كار هزينه هاى بالا رونده ساخت و كارايى امنيت ، كه اوج آن حادثه اى بود كه در سال 1979 در نيروگاه  Three mile  Island UNIT II در نزديكى  Middle town در پنسيلوا نيا اتفاق افتاد ، قابل توجه بود . متعاقب آن عمليات تصحيح كننده بعدى توسط ”  كميسيون تنظيمى هسته اى ايالات متحده ( NRC )  “ انجام گرفت تا عمليات ايمنى را كه تكميل نيروگاههاى در حال ساخت را در جريان يك تورم دو رقمى ، كه باعث ورشكستگى تعدادى از اين نيروگاهها شد ، به تاخير انداخت .  و اولين عصر انرژى هسته اى ايالات متحده با اين حوادث و لغو ساخت بسيارى كارخانه هاى هسته اى پايان يافت .

در طول دهه 1980 ، مراكز و موسسات الكتريسيته هسته اى ، بسيارى از نيروگاههاى باقى مانده را تكميل كردند ، آنها را فعال نمودند و توجه خودرا معطوف بالا بردن تاثير قيمتى و بازده عملياتى نمودند ، كه امنيت را نيز هم زمان بهبود مى بخشيد . در اواسط تا اواخر دهه 1990 ، 103 نيروگاه هسته اى در ايالات متحده ساخته شد که 20 درصد برق آمريكا را تامین می کرد ،  با هزينه اى كه آنها را با ذغال سنگ كار ميكردند و يا از سوختهاى ديگر استفاده ميكردند ، قابل رقابت ميكرد یعنی كمتر از 2 سنت براى هر كيلو وات ساعت – علاوه بر اين كارايى امنيتى آنان از يك فاكتور 10 ، به نقطه اى كه در حال حاضر انرژى هسته اى را به مقام رهبرى در كارايى امنيتى صنعتى رسانده است ، ارتقا داد .

در پايان دهه 1990 ، با بالا رفتن قيمتهاى انرژى و خاموشى هاى بزرگ برق در كاليفرنيا توجه محافل اقتصادى به انرژى هسته اى افزايش يا فت .  برخى از مراكز و موسسات بزرگ مانند  Exelon و  Entergy هنگامى كه شرايط ”  تجارت “ براى انرژى هسته اى بهبود يافت دارائى ها و سهام شركت و كارخانه هاى كوچك تر و كم سود را خريدارى كردند .  امروز بيش از نيمى از نيروگاههاى ايالات  متحده ، زمانى كه اعتبار  گواهينامه اوليه شان  تمام  شود  در خواست تمديد می نمايند . چنين  تمديد هايى مى تواند  تضمين  نمايد كه  اين سرمايه گزارى ها همچنان به توليد الكتريسته ادامه دهند و امريكايى ها نيز همچنان از منافع اقتصادى و زيست محيطى آنها بهره مند شوند .

اكنون كه عصر دوم انرژى هسته اى يعنى عصر بازيابى ا قتصادى و امنيتى بپايان ميرسد ، انرژى هسته اى بيش از پيش به تامين نيازهاى ايالات متحده و جهان به انرژى كمك خواهد كرد . اين با زيابى و بهبود وضع از طريق توجه و نگرانى در مورد امنيت انرژى ملى در حال رشد و هزينه هاى در حال افزايش سوختهاى وارداتى فسيلى ، رشد قابل توجه تقاضاى انرژى براى سوخت مورد لزوم كاميابى اقتصادى ، توجه روز افزون به رفع خطرهاى زيست محيطى مربوط به سوزاندن سوختهاى فسيلى و جايگزينى انرژى هسته اى ضد نشر ، و يك بازار الكتريسيته بسيار مطلوب براى انرژى هسته اى ارزان ، پديدار خواهد شد . اعتماد عمومى نسبت به فعاليت نيروگاههاى هسته اى دائما بهبود پيدا كرده است و درك بهترى نسبت به منافع اقتصادى و محيطى و كارائى امنيتى بهينه شده ، بوجود آمده است .

برخى نظر سنجى ها نشان ميدهد كه 70 درصد آمريكائى ها طرفدار تداوم عمليات نيروگاههاى موجود هسته اى هستند و بيش از 50 درصد آنان از ساخت نيروگاههاى جديد حمايت ميكنند .

امروزه ، 440 نيروگاه انرژى هسته اى ، 16 درصد نياز جهان به الكتريسيته را تامين ميكنند . برنامه هاى جدى ساخت نيروگاههاى هسته اى جديد بويژه در كشورهاى آسياى شرقى و روسيه و هند آغاز شده است . در خود ايالات متحده آمريكا از سرگيرى سا خت نيروگاههاى هسته اى جديد شروع شده است ، پروسه اى كه بيش از 25 سال مسكوت بوده است . اين آغاز عصر سوم است ، رنسانس انرژى هسته اى .

براى رسيدن به انتظارات بزرگ ، انرژى هسته اى بايد با چهار چالش اصلى مقابله كند :

-           نخست : انرژى هسته اى بايد از لحاظ اقتصادى در بازار انرژى جهانى قابل رقابت بماند ، بويژه كمپانى هاى انرژى بايد هزينه هاى سرمايه اى را بهتر كنترل نمايند .

-           دوم : براى جلب رضا يت انتظارات عمومى از كارائى استثنائى امنيت ، نيروگاههاى كنونى بايد در نهايت ايمنى عمل كنند و نيروگاههاى آينده بايد بطور متوالی امنيت را در بازارهاى قابل گسترش جهانى بهينه نمايند .

-           سوم : انرژى هسته اى و چرخه سوخت آن را بايد عموم مردم و رهبران كشور قا بل حفظ و تداوم تلقى كنند .  بويژه ، سوخت مصرف شده هسته اى بايد بنحوى مديريت شود كه ا ز لحاظ اقتصادى توجيه پذير باشد و در طول مدتى كه سوخت مصرف شده بصورت راديو اكتيو شديد باقى ميماند كاملا ايمنى داشته باشد ،  و تامين سوخت هسته اى بايد قرن ها در برابر سوخت هاى فسيلى در حال اتمام گسترش يابد .

-           چهارم : مواد هسته اى حاصل از چرخه سوخت بايد در مقابل خطرات تكثير و سوء استفاده در جهت اهداف غير صلح آميز كاملا محافظت شوند .

جهتى نو براى انرژى هسته اى ايالات متحده

در سال 2001 ، دولت ايالات متحده يك سياست انرژى ملى  ( NEP ) جديد را اعلام نمود كه ملت را در مسير گسترش استفاده از انرژى هسته اى در آينده اى نزديك قرار داد تا از طريق كارا نمودن روشهاى اخذ تمديد گواهينامه هاى مربوط به طرز كار نيروگاههاى هسته اى كنونى ، و اخذ گواهى نامه هاى جديد براى ساخت تسهيلات هسته اى در جهتى نو حركت كنند .

آزمایش راکتورهای پیشرفته اتمی آزمایشی در آزمایشگاه ملی آیداهو.(© AP Images)

  NEP  همچنين استفاده از انرژى هسته اى را از طريق توسعه ، نمايش و گسترش تكنولوژى هاى نسل بعدى انرژى هسته اى تشويق و توصيه ميكرد . هدف مهم آن بود كه اين كار از طريق تحقيقات و توسعه چرخه هاى سوخت پيشرفته انجام  و اثبات شود كه اين سوخت ها پاك تر ، كارا تر و با توليد ضايعات كمتر هستند و نيز نسبت به موضوع تكثير در مقايسه با يك سوخت هسته اى يك بار مصرف ،  كه مستلزم دورانداختن مواد آن در كره زمين است ، بسيار مقاوم تر باشند .  چندين برنامه براى اجرائى كردن  NEP انجام شد از آن جمله :

-           برنامه انرژى هسته اى 2010 براى تشويق ساخت نيروگاههاى هسته اى در آينده نزديك .

-           برنامه نسل چهارم براى تكوين رآكتورهای نسل بعد كه اقتصادى تر ، امن تر ، با دوام تر و مقاوم تر در مقابل تكثير پلوتونيوم در سطح ساخت سلاح باشند

-           چرخه سوخت پيشرفته ابتكارى براى بررسى باز پردازش تخصصى و استراتژى هاى بازيافت براى سوخت هاى هسته اى مصرف شده كه انرژى بسيار بيشترى را از منابع اورانيوم ، از طريق سوزاندن سازنده هاى با عمر بالا در سوخت هسته اى مصرف شده در جهتى كه پلوتونيوم را جدا نسازد بدست ميآورد .  چنين تكنولوژى هائى ميتواند ميزان سوخت مصرف شده را كاهش دهد و عمر بالقوه برنامه ريزى شده براى مخازن و انبارهاى كوه  Yucca در مورد سوخت هسته اى ، مصرف شده و ضايعات راديو اكتيو را طولانى تر سازد .

در تاريخ هشتم ا وت سال 2005  پرزيد نت جرج د بيلو بوش ” لايحه سياست انرژى سال 2005 “ را امضاء كرد . اين قانون اجازه ميدهد بودجه هاى طولانى مدت براى اين برنامه ها ، شامل ضمانت هاى وام ها ، اعتبارهاى ماليات توليد و حفاظت براى سرمايه گذارى بخش خصوصى در ساخت چند نيروگاه هسته اى جديد تامين شود .  ( اين نيروگاههاباريسك هايى مربوط به  پروسه صدور گواهينا مه جديد و طراحى ها  و زير ساخت ها مجدد به دستور ايالات  متحده روبرو مى شوند . اين قانون مجوز براى تحقيقات طولانى مد ت انرژى هسته اى و برنامه هاى توسعه اى ، شامل برنامه توسعه رآكتورهاى پيشرفته نسل چهارم و ابتكار چرخه سوخت پيشرفته را كه مجموعا به ( مشاركت جهانى در انرژى هسته اى )  ( GNEP) تبديل شده اند ، تضمين ميكند .

نیروگاههای هسته ای تا سال 2010 :  تمرکز برنامه های هسته ای تا سال  2010 بر روی تست و صحه گذاری فرایند اعطای گواهینامه NCR (Nuclear Regulatory  Commission)  بر اساس اعطای گواهی امنیت طراحی راکتورها ، صدور مجوز برای درخواست سایت راکتور هسته ای و صدور مجوز ترکیبی برای ساختار و عملیات هسته ای بر روی مجوز تاسیس نیروگاه هسته ای قرار گرفته است.

هم اکنون نعداد 4 راکتور پیشرفته طراحی شده توسط شرکتهای وستینگهاوس و جنرال الکتریک گواهینامه NCR را دریافت کرده اند ،  و شش تای دیگر در دست بررسی هستند ، که انتظار می رود حداقل تعداد 2  تای دیگر نیز بین 2008 تا 2010 این گواهینامه را دریافت کنند.اخیرا درخواست صدور مجوز تاسیس سا یت برای بهره برداری از پتانسیل 6 سایت جدید توسط 3  گروه به کمیسیون تسلیم شده است که در دست بررسی هستند .  در نهایت 12 سا یت تاسیسات هسته ای  حدود 23  راکتور جدید خود را به کمیسبون معرفی کرده اند. ا نتظار می رود که اولین مجوز رسمی نیروگاه هسته ای تا ا واخر 2007  یا اوا یل 2008 صادر گردد.

نسل چهارم و نسل آینده نیروگاههای هسته ای :  نقشه راه نسل چهارم راکتورهای پیشرفته جهت ارزیابی و الویت بندی تکنولوژی 6 راکتور نسل جدید که قرار است پتانسیل بسیار بالایی جهت تولید اقتصادی تر، امنیت بالاتر ، مستحکم تر ، مقاوم تر در مقابل تکثیر را دارند توسط 100 متخصص بین المللی هسته ای تهیه شده است . در نهایت راکتورهای very high temperature gas cooled وSodium cooled fast  به عنوان تکنولوژیهای برتر برای توسعه و نما یش در سطح بین المللی برگزیده شدند.

نسل جدید کارخانجات هسته ای که بر اساس تکنولوژی گاز سرد میباشد, می تواند جهت تولید محصول الکتریکی در دمای بین 850  تا 950  درجه سانتیگراد با کارایی حرارتی توسعه یافته عمل نماید ،  به طور قا بل ملاحظه در یک طیف حرارتی امکان تولید هیدروژن با کارایی بالا مهیا می شود.  کارایی بالا ، امواج آزاد محصول هیدروژن از جمله  موارد بحرانی  تلاشهای بوش رئیس جمهور در جایگزینی نفت وارد اتی با قیمت رو به افزایش با هیدروژن به مثابه سوخت برای حمل و نقل های داخلی ، ابتدا برای غنی سازی مازوت سنگین ، ولی متعاقباً برای تولید سوخت مصنوعی و سرانجام برای استفاده در ماشین هائی با سوخت باطری بوده است .

این مهم است ،  بنابرا ین ، نسل آینده کارخانه های هسته ای نه تنها می توانند ا لکتریسیته تولید کنند بلکه می توانند به تولید هیدروژن برای بحش حمل نقل  و تولید گرما برای پروسه های صنعتی بنمایند ، در حالی که وابستگی به واردات نفت  تهدیدی برای شکوفایی اقتصادی آمریکا به حساب می آید . 

ابتکار جدید در چرخه سوخت و GENP:

مبحث GENP برای اولین بار توسط  بوش رئیس جمهور آمریکا در اوایل سال 2006 مطرح شد. این مقوله تلاش دارد اساسا پیشرفت تکنولوژی چرخه سوخت در راکتورهای سریع آمریکا را سرعت ببخشد. اهداف این برنامه به شرح زیر است:

•           کاهش بار ناشی از خطرات مربوط به علت دور انداختن سوخت های هسته ای مصرف شده در نقاط مختلف زمین از لحاظ حجم و بار و گرما از جمله ( زمانی که سوختهای رادیواکتیو تجزیه می شوند ، مقادیر هنگفتی انرژی گرمایی آزاد می سازند), مسمومیت رادیویی (  سطحی از را دیواکتیویته که باعث مسمومیت بافت ها و سلولهای زنده می شود ) ، و انبارهایی که در قرن 21  نیاز است تا بتوان ا نرژی حاصل از این سوختها را در آن ذخیره کرد .

•           افزایش سطح ممانعت از تکثیر و سوء استفاده از فرایند با زیافت چرخه سوخت هسته ای مصرف شده .

برای دستیابی به این اهداف ، 3  تکنولوژی موردآزمایش و استفاده قرار خواهد گرفت. این تکنولوژی ها عبارتند از (1 ) تبدیل مواد مورد استفاده در سوختهای هسته ای در نسل جدید راکتورهای sodium cooled fast spectrum advanced burner جهت استخراج انرژی و ایجاد زباله های اتمی قابل مدیریت و جمع آوری در یک محفظه منفرد ( یک جای واحد ) ,(2) جداسازی عناصر به جا مانده از سوخت های هسته ای مصرف شده  که شامل مواد حاصل از عبور سریع آب سرد راکتورها از روی اورانیوم ، محتویات قا بل بازیا فت سوخت و زباله های حا صل از شکا فت هسته ای در فرا یند استخراج ا ورا  نیوم موسوم به UREX ( فرایندی که پلوتونیوم قابل استفاده در سلاحهای هسته ای را تفکیک نمیکند ) و ( 3 ) تجربه و توسعه تکنولوژیهای چرخه سوخت و تولید سوخت برای راکتورهای advance burner.

چشم انداز

ما در آستانه تحول انرژی هسته ای قرار داریم که این امر بر پایه عملیات پیوسته امن و اقتصادی 103  نیروگاه هسته ای آمریکا و درخواست های متعدد تاسیس و راه اندازی نیروگاههای هسته ای در 10 سال آینده قرار دارد که انتظار می رود در کوتاه مدت انجام پذیرد .

در بلند مدت نیز آزمایشگاههای ملی جهت ارتقاء نسل بعدی سیستم های پیشرفته تولید در حال همکاری با دانشگاههای کشور ، صنا یع آمریکا  و مجامع بین المللی هستند که بتواند انرژی هسته ای را ، اقتصادی تر با امنیت بالاتر و در چرخه های بسته سوخت که اساسا مقادیر بیشتری از سوخت را می سوزاند تا به این ترتیب حداکثر انرژی را استخراج  و حداقل زباله را به جای بگذارد تولید نماید . انرژی هسته ای جایگاه مهمی در آینده انرژی آمریکا ، برای تامین مطمئن برق و سوخت مورد نیاز برای حمل و نقل اقتصادی تمیز و قابل اطمینان دارا می باشد .

نظریاتی که در این مقاله ارائه شد لزوما سیاستهای دولت آمریکا را منعکس نمی کند.