إمكانية إعادة تصنيع أجهزة الاتصال الصغيرة النطاق في المجتمعات المحلية النائية والخارجة عن نطاقها

Understanding the Energy Challenge in Remote Communities

إن المجتمعات المحلية النائية والخارجة عن نطاق العالم تواجه مفارقة مستمرة في الطاقة، وكثيرا ما تكون غنية بالموارد الطبيعية، ولكنها تضيء جوعا من الكهرباء المستقرة التي تقوم عليها الرعاية الصحية الحديثة والتعليم والتنمية الاقتصادية، حيث أن مولدات الديزل كانت فترة طويلة من الفشل، ولكن سلاسل الإمداد بالوقود فيها هشة، وإن انبعاثاتها مرتفعة، وتكاليف تشغيلها يمكن أن تبتلع ميزانيات البلديات.

والانتقال من الإدمان على الديزل ليس مجرد حساب اقتصادي، بل هو مسألة قدرة على الصمود، وتواجه المجتمعات المحلية في القطب الشمالي طرقا جليدية قريبة من أشهر، وتتنافس الدول الجزرية مع الموانئ التي تدمرها العاصفة، وتشهد عمليات التعدين ارتفاعا في تكاليف الوقود عندما تقفز أسعار النفط العالمية، كما أن مصدر طاقة مستقر ومتحكم فيه محليا يمكن أن يعمل 24/7 دون إعادة الإمداد لسنوات يغير إمكانيات التنمية.

كيف تعمل تكنولوجيا "الصغيرة الحجم"

أما مصطلح " كندا " فهو عبارة عن اليورانيوم الديوتارييوم الكندي، الذي يصف خط المفاعلات التي تعتمد على المياه الثقيلة كمدير ومبرد، واليورانيوم الطبيعي كوقود، وخلافا لمفاعلات المياه الخفيفة التي تتطلب اليورانيوم المثرى، يمكن لمفاعلات الاتحاد أن تعمل على اليورانيوم غير المثرى، وهو سمة تقلل من تعقيد دورة الوقود وتفتح نطاق مرونة في سلسلة الإمداد بالطاقة الكهربائية.

ولا تزال الفيزياء الأساسية دون تغيير: فالأنهار الجليدية السريعة تتباطأ بفعل المياه الثقيلة في سفينة كلاندريا كبيرة، مما يؤدي إلى حدوث تفاعل متسلسل في أرباع اليورانيوم الطبيعي التي ترتدى بأواع ضغط ذات منحى أفقي، كما أن إعادة الإمداد بالوقود - وهي علامة مميزة لتكنولوجيا البرمجيات الكندية - تتيح للمشغلين استبدال صمامات الوقود دون إغلاق المفاعل، مما يؤدي إلى عوامل عطلة في الطاقة الكهربائية تبلغ 90 في المائة.

مرونة دورة الوقود

ومن السمات المحددة لتصميمات وحدة مكافحة التصحر الصغيرة قدرة هذه المفاعلات على حرق أنواع متنوعة من أنواع الوقود، وفي حين أن اليورانيوم الطبيعي هو خط الأساس، فإن هذه المفاعلات يمكن أن تقبل اليورانيوم العالي التخصيب، واليورانيوم المعاد تدويره من الوقود المستهلك في مفاعل الماء الخفيف، أو الوقود الموجود على أساس الهرمونات، وهذه المرونة هي أصول استراتيجية للمناطق النائية التي يصعب فيها إنشاء سلاسل الإمداد بالوقود، كما أن استخدام الوقود المستهلك من المفاعلات القائمة يتيح وسيلة لنقل النفايات النووية

لماذا تتطلب الطاقة الخارجية نهجا جديدا

إن المجتمعات المحلية غير الحائزة، سواء كانت مستوطنات من الشعوب الأصلية في الشمال الأقصى في كندا، أو الدول الجزرية في المحيط الهادئ، أو عمليات التعدين في عمق الأنديز، تتقاسم عدة تحديات في مجال الطاقة، وتجعل التفكك من الشبكات المركزية خطوط النقل امتدادا باهظ التكلفة، ويعرضها الاعتماد على الطاقة الديزلية المستوردة أو الغاز الطبيعي المسيل للديزل، على أسعار الوقود العالمية المتقلبة، وعلى انقطاع الإمداد، لا سيما عندما تكون الطرق الجليدية الموسمية أو الممرات المتحركة ذات التكلفة.

ويمكن أن تشحن مفاعلات الساندو الصغيرة الحجم، على نحو خاص، إلى هذه الأماكن، لأنها يمكن تصميمها من أجل النقل السهل - أي وحدات يمكن شحنها عبر البرج أو السكك الحديدية أو طائرات النقل الثقيل - ولأنها يمكن أن تُعاد تزويدها بالوقود بصورة متكافئة، كما أن بعض التصميمات تستهدف إعادة تزويدها بالوقود على فترات تتراوح بين خمس وعشر سنوات، مما يؤدي إلى تبسيط كبير في عملية توفير الوقود وإدارة الوقود المستعملة.

المزايا المتعلقة بالطوائف النائية والخارجة عن القانون

غير متقطعة، قوة تحميل القاعدة

أما أكثر المنافع إلحاحا فهي توفير إمدادات ثابتة من الكهرباء لا تتوقف على الطقس أو وقت النهار أو شحنات الوقود الموسمي، وبالنسبة للعيادات الصحية التي تدير سلاسل التلقيح الباردة، والمدارس التي تقدم التعلم على الإنترنت، ومصانع معالجة المياه التي يجب أن تعمل باستمرار، فإن هذه الموثوقية هي ضرورة أساسية للصحة العامة والسلامة، كما أن وحدات البرمجيات الصغيرة يمكن أن تكون " بداية " بعد انقطاع، وتوفر قدرة على الاستعادة الحيوية دون مصادر طاقة خارجية(30).

مطبوعات أرضية صغيرة وتدخلات عشوائية

فبالمقارنة مع تجمّع المزارع الشمسية أو صفائف التربينات الريحية - التي يمكن أن تتطلب آلاف الهكتارات - لا يشغل مجمع مفاعل مدمج سوى بضعة هكتارات، بما في ذلك مناطق الاستبعاد، مما يحفظ النظم الإيكولوجية المحلية ويحترم الاستخدامات التقليدية للأراضي، ويمكن أن يكون مبنى المفاعل نفسه تحت الأرض جزئيا أو كليا، ويقلل من الأثر البصري ويضيف طبقة إضافية من الحماية المادية، وبالنسبة للمجتمع المحلي المعني باستخدام الأراضي، فإن موقعا نوويا يتراوح بين ٥ و ٥٠٠ مزرعة قاهرة.

الاستقلالية في مجال الطاقة والاستقرار الاقتصادي

ومن المتوقع أن يؤدي التحول من الديزل المستوردة إلى الطاقة النووية المزودة بالوقود المحلي إلى حرق المجتمعات المحلية من تقلبات أسعار النفط العالمية، وأن يؤدي ارتفاع تكلفة الكهرباء من معدلات الخصوبة، بمجرد استهلاك التكاليف الرأسمالية، إلى التنافس مع الديزل عن بعد، ولا سيما في البيئات القطبية الشمالية حيث يمكن أن تضاعف تكاليف النقل بالوقود سعر الديزل.

انخفاض استحقاقات جودة الكربون والجوية الجوية

فالمفاعلات النووية تنتج عملياً انبعاثات غازات الدفيئة أثناء التشغيل والحد الأدنى من انبعاثات دورة الحياة، إذ إن اعادة تشغيل مولد الديزل الذي يبلغ ٥ ميغاواط بمفاعل صغير من وحدات المكافحة الكندية ستزيل ما يقرب من ٠٠٠ ٣٠ طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً، إلى جانب المادة الجسيمية وأكسيد النيتروجين التي تسهم في أمراض الجهاز التنفسي، وبالنسبة للمجتمعات التي تشعر بالفعل بالآثار الحادة للمولدات المناخية - وهي تذوب في التآكل السواحل، والتحول في أنماط البرية.

نظم التصميم التقني والسلامة السلبية

فالسلامة هي حجر الزاوية لأي نشر نووي، وترث مفاعلات صغيرة من وحدات البرمجيات الكندية بيانات السلامة التشغيلية من الأسطول العالمي البالغ 31 وحدة كبيرة من وحدات الوحدويات الكندية في كندا والهند والصين وكوريا الجنوبية والأرجنتين ورومانيا، وتشتمل تصميمات وحدة المياه الصغيرة الحديثة على مبادئ معمقة للدفاع تصمم خصيصا للانتشار عن بعد، وتحتوي على الوقود في إطار مركبات ثنائي اليورانيوم الخزفي، وتوضع في إطار ضغط مكثف من الزائير.

ويجري تصميم نظم التبريد المتحركة في الجيل القادم من وحدات البرمجيات الصغيرة، وهي تعتمد على التداول الطبيعي، وخزانات المياه التي تحركها الجاذبية، ومبادلات الحرارة التي تُستخدم في الهواء والتي لا تتطلب تدخلا نشطا في المشغل لإزالة حرارة الديكالي بعد إغلاقها، وهذه السمات تتسم بأهمية خاصة حيث قد لا يكون هناك موظفون خبراء متاحون على مدار الساعة، وعلى سبيل المثال، فإن تصميم نظام " نوزل " (المدار " ) قد أثبت وجود ساعات نقل المياه المبردة.

وتشمل السمات الإضافية للسلامة السلبية التي يجري إدماجها نظم الاكتئاب التلقائية التي تهوية البخار لتقليل الضغط الأساسي، وصهاريج تخزين المياه في حالات الطوارئ التي تقع عند الارتفاع لتوفير التبريد الجاذبية لأيام، كما أن قياس الأنبوبي للضغط على مفاعلات CANDU يحد أيضا من عواقب تمزق الأنبوب الضغطي إلى قناة واحدة، مما يحول دون انتشاره والحفاظ على قابلية التبريد الأساسية، وتعكس خيارات التصميم هذه فلسفة من نظم السلامة المتأصلة.

تصريف الأراضي والتعاون الدولي

The regulatory environment for SMRs is maturing rapidly. In Canada, the Canadian Nuclear Safety Commission (CNSC) has established an SMR readiness program and issued design review guidelines that accommodate scaled-down pressurized heavy water reactors. Pre-licensing sales design reviews are already underway for several CANDU-derived SMR concepts under the CNSC’s patent design review

وقد نشرت الوكالة الدولية للطاقة الذرية دليل SMR Safety Design Guide]، كما أن مجموعات مثل الرابطة العالمية النووية تصنف أفضل الممارسات التي تنطبق مباشرة على معدلات SMRs. ومن خلال منتدى الجهات المعنية بالتصاميم الخاصة بشبكة تبادل المعلومات الخاصة بالتبادل التجاري الدولي التابع للوكالة الدولية للطاقة الذرية والمحفل الدولي للجيل الرابع، وهي تضع البلدان نظاماً للموافقة على المفاعلات الثقيلة.

تكاليف الرؤية الاقتصادية ودورة الحياة

وكثيرا ما يشير الناقدون إلى ارتفاع تكاليف رأس المال في أعلى مستوى، حيث أن مفاعلات النادون الاصطناعي الصغيرة الحجم تعالج هذا الأمر من خلال اختلاق المصانع وتقنيات البناء النموذجية، وبتحول العمل قدر الإمكان من الموقع إلى بيئة مصنعية خاضعة للمراقبة، يمكن للمطورين أن يحققوا تخفيضات في التكاليف على أساس التكرير العلمي مماثلة لتلك التي شوهدت في صناعات الفضاء الجوي وبناء السفن، ويمكن إنتاج وحدات متعددة متطابقة في التكاليف، مع تكاليف كل وحدة من وحدات الإنتاج.

وتصبح تكاليف دورة الحياة جذابة بالمقارنة مع بديل توسيع شبكة الديزل على مدى عقود، إذ يمكن أن تحقق مختبرات نووية قندية (SMR) خارطة طريق ، تقديرات بأن المجتمعات المحلية النائية غير الحائزة يمكن أن تشهد انخفاضاً بنسبة تتراوح بين 30 و50 في المائة مقارنة بالديزل بمجرد نشر قدرة الوكالة على الارتقاء بمستوى التعدين.

تمويل الابتكارات المتعلقة بالنشر عن بعد

ولا يزال الإنفاق الأولي على رأس المال عائقا كبيرا، ولكن نماذج التمويل المبتكرة آخذة في الظهور، إذ أن عقود الطاقة في مرحلة ما قبل الخدمة، التي يملك فيها المطور ويدير المفاعل ويبيع الطاقة بموجب اتفاق طويل الأجل، تزيل العبء الأكبر من المجتمعات المحلية أو شركات التعدين، وتخضع ضمانات القروض المدعومة من الحكومات، والسندات الخضراء، والتمويل من المصارف الإنمائية المتعددة الأطراف للاستكشاف الفعلي، ولا سيما بعد إدراج بدلات الاستثمار في عدة صناديق ائتمانية خضراء.

دراسات الحالة والاهتمام العالمي

وفي حين أن تصميمات شركة CANDU-SMR لا تزال على لوحة الرسم، فإن المفاهيم الهجينة والمشتقة تتحرك قدما، وقد قدم المشروع المرجعي العالمي للكهرباء الصغيرة في نهر شالك، وهو مشروع ذو نطاق عال من الغازات العتيقة، نظاما للتراخيص من النوع الأول، وعمليات المشاركة المجتمعية التي ستستفيد بصورة مباشرة من عمليات تصميم المواد الكيميائية المحتوية على المياه الثقيلة من طراز CANDU-SMRs.

وفي كندا، تحدد خطة عمل الحكومة الاتحادية SMR ] صراحة المجتمعات النائية والألغام غير الحادة بوصفها أسواقا ذات أولوية، وقد تكون مقاطعات مثل أونتاريو وساسكاتشوان ودارنزويك ودارنزويك وآلبرتا قد وقعت مذكرات تفاهم مشتركة بين المقاطعات للنهوض بنشر القوات ذات الصلة بين الجنسين، وتشارك المجتمعات المحلية بصورة متزايدة في شراكات في مجال المساواة، بما يكفل بقاء الفوائد على مستوى التدريب

وعلى الصعيد الدولي، أعربت الدول الجزرية مثل إندونيسيا والفلبين عن اهتمامها بالمصانع النووية العائمة الصغيرة التي يمكن أن توفر الكهرباء والمياه الملونة، وتنظر إلى تصميمات المياه الثقيلة، بمقاومتها المتأصلة لصدمة المياه الجوفية وقدرتها على استخدام الوقود المنخفض التخصيب، على نحو ملائم بالنسبة للبيئة البحرية، وقد يسرت الوكالة حلقات عمل خاصة بشأن تطبيق مفاعلات المياه الثقيلة الصغيرة في الدول الكندية الأرخبيلية.

التغلب على التحديات: التصور العام والاستثمار وقوة العمل

ولا يزال القبول العام أحد أهم العقبات، إذ أن الكثير من الناس يربطون الطاقة النووية بالحوادث الكبيرة أو تخزين النفايات لأجل غير مسمى، والتعليم والاتصال الشفاف أساسي، كما أن الأفرقة الاستشارية التي تقودها المجتمعات المحلية، والجولات المفتوحة في النباتات (الفيزيائية أو الافتراضية)، وبيانات الرصد البيئي في الوقت الحقيقي يمكن أن تبنى الثقة، وبالنسبة للتصميمات التي تستخدمها وحدة الأراضي الكندية، فإن سجل الأمان القوي للأسطول الحالي - أكثر من 400 سنة عمل ذات قيمة أقل من أي حادث رئيسي.

وفي إطار هذا العقد، فإن إنشاء آليات تمويلية مماثلة هو عقد " الطاقة في الخدمة " ، الذي يملك فيه المطور ويدير المفاعل في موقع العميل ويبيع الكهرباء بموجب اتفاق طويل الأجل، ويزيل عبء رأس المال الأساسي من المجتمع المحلي أو شركة التعدين، كما أن ضمانات القروض المدعومة من الحكومة، والسندات الخضراء، والتمويل من مصرف التنمية المتعدد الأطراف (مثلا، التنمية الآسيوية).

ومن الأمور الحاسمة إنشاء قوة عاملة ماهرة من أجل التشغيل والصيانة، وفي حين أن المفاعلات الصغيرة الحجم مصممة لمستويات عالية من التشغيل الآلي، يجب على الفنيين المحليين أن يواصلوا الاضطلاع بالمهام الروتينية، والأمن، والتأهب لحالات الطوارئ، كما أن الشراكات التدريبية بين بائعي المفاعلات، والمختبرات الوطنية، والكليات المجتمعية يمكن أن تنشئ مشغلي المواد النووية على الصعيد المحلي، مما يقلل الاعتماد على أخصائيي التصعيد/الطليق، وقد وضعت مناهج تدريبية معتمدة يمكن تكييفها مع مشغلين المعنيين بتصميمات المتعددة الكائنات.

دور السياسة والتعاون الدولي

وتقوم الحكومات بدور لا غنى عنه في التعجيل بنشر مفاعلات صغيرة من وحدات مكافحة المخدرات، حيث تؤدي الأطر التنظيمية الواضحة والمستنيرة بالمخاطر إلى الحد من عدم التيقن بالنسبة للمستثمرين، ويتضمن قانون كندا لتقييم الأثر الآن أحكاما تتعلق بالمعدلات المتوسطة الأجل، وقد استولت اللجنة الوطنية للتعاون فيما بين بلدان الجنوب على نهج مدروس في مجال الترخيص يكيف الاحتياجات استنادا إلى حجم المفاعلات وإمكانيات المخاطر، كما أن أدوات السياسة العامة مثل الائتمانات الضريبية للاستثمار في الطاقة النظيفة، وبدل رأس المال المعجل، وبدلات الاقتصادية، وزيادة إعفاءات من أسعار الكربون من الكهرباء.

ومن خلال تبادل البحوث بشأن الصناعات المتقدمة - مكونات الكالاندريا ذات الطباعة 3D، وأدوات التفتيش الآلي - يمكن للبلدان أن تدفع بصورة جماعية تكاليفها وتعجل بالجدول الزمني للانتشار، وقد استثمرت الحكومة الكندية بشدة في بحوث العلاقات بين الموظفين والإدارة من خلال شركة الموارد الطبيعية الكندية والطاقة الذرية في كندا المحدودة، وتشمل خطة عمل الإدارة المستدامة للأراضي التزامات بتبسيط العمليات التنظيمية ومشاريع بيان الأموال المشتركة، ويكفل التعاون الدولي من خلال المنتدى الدولي المعني بالجيل الرابع الاستفادة من تصميمات ذات الصلة بالوقود الثقيلة من دورة البحث والتطوير العالمية.

التوقعات المستقبلية: كورنرستون للطاقة المستدامة من بعد

ومع تزايد الحاجة الملحة إلى إزالة الكربون، من المرجح أن يتسع نطاق الحيز المتاح لمفاعلات البرمجيات الصغيرة الحجم، ويجري حاليا بحث لإدماج هذه المفاعلات في إنتاج الهيدروجين، مما يمكّن المجتمعات المحلية النائية من تصدير الوقود النظيف بدلا من مجرد استهلاكه، ويمكن أن يؤدي التحلل الكهربائي العالي التمرين الممكن باستخدام بعض تصميمات المياه الثقيلة إلى توليد الطاقة الهيدروجينية بأوجه تفوق كفاءة النباتات التقليدية، مما يخلق دعامة اقتصادية جديدة للمناطق الغنية بالموارد المائية.

وسيمكن التقارب بين التكنولوجيا الرقمية - أجهزة الاستشعار المتقدمة، والتوائم الرقمية، والصيانة التنبؤية الاصطناعية التي تحركها الاستخبارات - من الرصد عن بعد والتحكم من مراكز الخبراء المركزية، مما سيزيد من تخفيض الاحتياجات من الموظفين في الموقع، ويمكن لفريق في جنوب كندا أن يشرف على وحدة صغيرة من وحدات الاتحاد الوطني للاستقلال التام لأنغولا )كندا( على مدار الساعة )٧/٢٤( مع الموظفين المحليين الذين لا يتعاملون إلا مع الأمن المادي وعمليات التفتيش الأساسية، ويجري بالفعل وضع نموذج تشغيلي نموذج أولي في صناعة الوقود الأحفوري باستخدام منا.

وفي الأجل الطويل، يجري تصميم استراتيجيات النفايات ووقف التشغيل من أجل الاحتواء الكامل والاسترجاع، وتشمل المفاهيم التخلص من الآبار العميقة في الموقع، مما يزيل الحاجة إلى نقل مسافات الوقود الطويلة المستعملة، أو مرافق التخزين المؤقتة المركزية المشتركة مع محطات الصنع، كما أن المشاركة العامة في حلول النفايات تنتقل من نموذج " ديدي، يعلن، ويدافع " إلى نموذج للموافقة المستنيرة، مع وجود مناطق حقيقية لصنع القرار، على كيفية تخزين النفايات.

إن مستقبل مفاعلات البرمجيات الصغيرة يعتمد على الإرادة السياسية المستمرة، والتحديث التنظيمي المستمر، والشراكة الحقيقية مع المجتمعات المحلية التي يُراد لها أن تخدمها، وإذا ما استوفيت هذه الظروف، فإن التكنولوجيا يمكن أن توفر طاقة موثوقة ونظيفة وميسورة التكلفة لملايين الناس الذين يعيشون حالياً خارج نطاق الشبكات التقليدية، ومن خلال البناء على تصميم مثبت ومأمون بطبيعته وتكييفه للقرن الحادي والعشرين، فإن المفاعلات الصغيرة التي تُعدلِّد على نطاق العالم.