السلف في نظم مولدات الديزل في حالات الطوارئ من أجل إعادة تشغيل الطاقة السريعة

الدور الحاسم لمولدات الديزل في حالات الطوارئ في مفاعلات المياه المضللة

إن المفاعلات المائية المضبوطة تشكل أغلبية محطات الطاقة النووية العاملة في العالم، إذ أن فلسفة الأمان التي تقوم بها هذه المفاعلات قد تطورت على نهج معمق من حيث الدفاع، حيث تتحول طبقات متعددة من الحماية أو تخفف من الحوادث، والعنصر الأساسي في هذه الاستراتيجية هو المولد [الموقعي FLT:0] والمولد الديزلي للتوترات

تطور نظم التعليم البيئي في محطات الطاقة النووية

التصميمات الرائدة والخبرة التشغيلية المبكرة

وكان الجيل الأول من الأجهزة المتفجرة المرتجلة في السبعينات من طراز PWRs هو أساسا مولدات الديزل الصناعية المكيفة للخدمة النووية، وقد استخدمت هذه الأجهزة التوابع الكهربائية الميكانيكية، وحكام المراسيم الدوائية، والتزامن اليدوي، وتراوحت فترة بدء التشغيل من حالة باردة بين 20 و 40 ثانية، وقيود الحمل بقدرة المحرك على تسريع وتيرة المولد دون توقف.

التحسينات اللاحقة للشركة: مراقبة التجهيزات الدقيقة والإعادة إلى العمل

وطوال الثمانينات والتسعينات، حلت نظم المراقبة الرقمية محل المصاريف المشابهة، وحسّن محافظو الولادة الصلبة تنظيم السرعة، ومكن متحكمو المنطق القابل للبرمجة من تسلسل الحملات التلقائية المعقدة، كما بدأت المرافق تنفيذ ازدواجية في الاتجاهين حيث تُجرى اختبارات السلامة الخاصة بها، بالإضافة إلى وحدة مؤقتة يمكن أن تدعم أي من القطارات.

أحدث التطورات: التشخيص المتكامل والاستجابة السريعة

وبالإضافة إلى ذلك، تتضمن أحدث النظم ضوابط للمحركات الرقمية ذات السرعة العالية مع التغذية المرتدة المغلقة، والاحتراق الأمثل في الوقت الحقيقي، وعمليات التشخيص المتوقعة.

المكونات الأساسية والنهوض التكنولوجي

المهندسين والمولدات

وقلب أي مادة دي جي هي محرك الديزل، الذي عادة ما يكون أربعة محركات صناعية متوسطة السرعة وثقيلة تعمل على وقود الديزل، وقد تركزت التطورات الأخيرة على زيادة نسبة الوزن الكهربائي إلى الوزن، مع الحفاظ على الاستقرار الحراري، وبالنسبة لنفس البصمة، يمكن للمحركات الحديثة أن توفر طاقة أكبر من طاقة أسلافها بنسبة 10 إلى 15 في المائة، وذلك بفضل ارتفاع نسبة الكم المتزامنة بين الطفاف والحزمة.

نظم الرقابة والتألق

وقد حلت نظم المراقبة الرقمية محل المنطق القديم، حيث إن فريق التحكم الحديث في مادة الـ دي جي يشمل جهازاً مزدوجاً للتحكم بالتشغيل الآلي قابلاً للبرمجة، ويتصل بنظام التحكم الموزع في المفاعل عن طريق وصلات الألياف الضوئية، ويضع تسلسل البدء آلياً تماماً: عند اكتشاف إشارة حرائق متزامنة في الموقع، يفتح المتحكم صمام مقفل للوقود، ويبدأ تشغيل مضخة للوقود الميكانيكية.

نظم تخزين الوقود

كما شهدت نظم الوقود التابعة للشركة الدولية للكهرباء زيادة في عدد الصهاريج ذات الجدران المزدوجة التي تحمل أجهزة كشف التسرب، وهي الآن معيار لمنع الإطلاق البيئي، وتزيل نظم نشر الوقود باستمرار المياه ونمو الميكروبيات، مما يكفل بقاء الديزل المخزن نظيفا لسنوات، وقد أضافت بعض المواقع وحدات تكييف الوقود على الخط المباشر ترشّح تلقائيا وقود الطرد المركزي قبل أن تصل إلى المحركات، مما يقلل من خطر استمرار إمدادات الغازات الحرارية.

التبريد والتسعير

وتستخدم الأجهزة المتفجرة المرتجلة الحديثة نظاماً مقسماً: تبرد مياه السترة يرفض الحرارة إلى المغسلة الحرارية النهائية للمصنع، بينما تحافظ مبردات النفط على درجة حرارة النفط عند التألق الأمثل، ويقلل نظام التركيب المزود بالكهرباء من الزيت المزود بالأجهزة الكهربائية قبل مرور 5 إلى 10 دقائق على بدء كل عملية، مما يكفل تدوين جميع المحركات، ويحصل على دوامة حرجة فورية.

التوزيع والنقل الكهربائيان

ويرتبط ناتج المشروع الأوروبي بالباص الطارئ الذي يستعمله المصنع من خلال مفتاح نقل آلي سريع المفعول، وتستخدم المفاتيح الحديثة ثلاثة أشجار ذات ثلاثة أحواض، ثلاثة أضعاف، قادرة على التحول من الموقع إلى طاقة الـ دي جي في أقل من ثلاث دورات (50 ميلي ثانية)، كما أن مفاتيح التحويل الثابت أصبحت أكثر شيوعا بالنسبة للحمولات الحرجة التي لا يمكن أن تحتمل حتى انقطاع نصف الدراجات.

خصائص الأداء: السرعة، الموثوقية، التوافر

بدء تخفيض الوقت

وأهم قياس لأداء الشركة هو بدء فترة زمنية من تلقي إشارة البداية إلى أن تصل المولدات إلى درجة الفول والتواتر المصنفتين، وهي جاهزة لقبول الحمولة، وكما لوحظ، فإن النظم المبكرة تحتاج إلى 20 إلى 40 ثانية، وبعد أن وضعت الهيئة الوطنية لمراقبة الطاقة حداً أقصى قدره 10 ثوان، وتتحقق النظم الحديثة بصورة روتينية من 4 إلى 6 ثوان، مع بعض التصميمات المتقدمة التي تبين بسرعة 2-3 ثوان.

القدرة على القبول

ويشير قبول القرض إلى قدرة فريق التعليم العالي على حمل كميات كبيرة من السيارات دون تعثر أو إحداث تقلبات غير مقبولة في الفولط/التردد، وقد تحسنت المحركات الحديثة في الاستجابة للمحركات العابرة: إذ يمكن للمحافظ أن يضخ الوقود الإضافي في دورة محرك واحدة، ويمكن لمنظم الفولط أن يعزز الإثارة في دورة واحدة، مما يسمح لجهاز EDG بقبول حمولة من السعة تصل إلى 50 في المائة من مفاعله المزود بالبطن.

قدرات البداية السوداء

ولا يلزم أن تبدأ جميع الأجهزة المتفجرة المرتجلة بالبدء الأسود (أي أن تبدأ بدون أي مصدر خارجي للطاقة)، ولكن معظم الأجهزة المتفجرة المرتجلة ذات الصلة بالسلامة النووية تعتمد قدرة السود على مصارف البطاريات المكرَّسة التي تُصنَّف لتوفير 15 ثانية من التسلسل الحركي على سرعة المحرك الكاملة، كما أن البطاريات المتقدمة تستخدم الآن النيكل - الكيديوم أو الليثيوم - الفوسفات الكيميائيات التقليدية.

الشروط التنظيمية وأرباب الاختبار

NRC and International Standards

وفي الولايات المتحدة، يجب على الأجهزة المتفجرة المرتجلة المعنية بعمليات إعادة التأهيل الخاصة بالملوثات العضوية الثابتة أن تمتثل للدليل التنظيمي رقم 1-9، " اختيار وحدات مولدات الديزل التي تستخدم كموردين احتياطيين " (). ويشترط هذا الدليل أن تكون الوكالة قادرة على البدء في الحمل وقبوله في غضون 10 ثوان، وأن يكون لديها موثوقية واضحة بما لا يقل عن 0.95 يوماً لكل طلب، وأن تخضع فحوصات مراقبة دقيقة من قبلها

الاختبارات المتعلقة بالتواتر والمدة

ويختبر كل نظام من نظم إدارة الطاقة الكهربائية في مجال الأمان شهريا لمدة ساعة على الأقل تحت الحمولة، مع اختبارات سنوية تستغرق 24 ساعة، وتجرى هذه الاختبارات في ظروف بدء التشغيل التلقائي لتحفيز سيناريوهات الطوارئ الفعلية، بما في ذلك وقت البدء، والضغط على النفط، ودرجة الحرارة المبردة التي تتجه نحو كشف التدهور، كما يتعين على المرافق أن تؤدي " فقداناً واسعاً لجميع عمليات الإمداد بالغازات الحالية المتناوبة " .

برامج ضمان الموثوقية

وقد نفذت العديد من النباتات برامج ضمان موثوقية الـ دي جي استناداً إلى المعيار 1242 الخاص بالشبكة الدولية للإحصاء، وتشمل هذه البرامج إدارة مخزونات قطع الغيار، والجدول الزمني للتعهد الوقائي، وتحليل الجذور لأي فشل، ومحرك احتياطي إلزامي أو قدرة على التبديل السريع، ويتمثل الأثر الصافي في أن النظم الحديثة للبرمجيات الإلكترونية تحقق أرقاماً متاحة تتجاوز 99.5 في المائة، أي أنها جاهزة تقريباً عند الحاجة.

التكامل مع نظم سلامة النباتات

نظام اللوز الآلي

وعندما يبدأ فريق إدارة الطاقة الكهربائية، لا يمكنه في الوقت نفسه أن يزود جميع الحمولات الطارئة لأن التيار الكهربائي سيعطل المحرك، ولذلك فإن تسلسل الحمولة يجلب حمولات على الخط في ترتيب محدد مسبقا: أولاً، الحافلات الأساسية التي يُمكن تشغيلها مباشرة بواسطة فريق إدارة الطاقة، ثم نظام التبريد الأساسي في حالات الطوارئ، وأجهزة تحميل أخرى للأمان، وأخيراً لا تستخدم فيها أجهزة التحكم في الشحنات الأساسية إلا إذا توافرت في سلسلة زمنية متقدمة.

Interface with Emergency Core cooling Systems

أما أكثر الحمولات أهمية بالنسبة لجهاز PWR خلال حادث فقدان الطاقة الكهربائية فهي حقن الأمان العالي الضغط الذي تقوم به الجماعة الاقتصادية لدول وسط أفريقيا، وإزالة الحرارة المنخفضة الكساد، ورش الاحتواء، ولا توجد لدى هذه المضخات محركات كبيرة (حتى 000 6 حصان) تتطلب تربة كاملة في غضون ثانيتين من إغلاق المفاعلات الكهربائية المحتوية على EDG، وقد صُممت مفاعلات EDGs الأقل سرعة في الوقت الحالي

المؤهلات السيزمية والسطو البيئي

ويجب أن تكون جميع عناصر النظام البيئي الأوروبي مؤهلة لإيقاف الزلازل الآمن للموقع، وهذا يعني أن المحركات والمولدات والضوابط ونظام التبريد والوقود اليومية يجب أن تكون على منحدر مشترك مصدق عليه لتحمل تسارع أفقي يصل إلى 0.5 غم، وأن ترتكز الزهرة على أساس ملموس معزز منعزل عن بقية المبنى لمنع حدوث انحرافات إيجابية في الغبار.

التحديات والاتجاهات المستقبلية

البنية التحتية العمرية وتوسيع العمر

ولا يزال العديد من الأجهزة المتفجرة المرتجلة التي تم تركيبها في السبعينات والثمانينات في الخدمة، بعد أن تعرضت لعمليات تجديد كبرى، وتواجه المرافق تحديات في توفير قطع الغيار البالية، وتحتفظ بموظفين مؤهلين يفهمون دوائر الرقابة على المواد الناقصة، وتشمل برامج التوسع العمري الاستعاضة عن نظام المراقبة بكامله بشبكة حديثة للاسترداد الرقمي، وتحسين مضخة المولدات الكهربائية، وإعادة تجديد طاقة المحركات)٥(.

الحلول المختلطة مع المتجددات والبطاريات

The rise of largescale bat storage and solar generation has prompted some facilities to explore hybrid emergency power systems. The concept uses a lithium —ion battery bank to provide immediate power for the first 10 - 30 seconds, while the diesel starts and ramps to full load. This would reduce the required load acceptance capacity of the EDG and allow the motor to start at a lower power level, reducing wear and emissions. However, Piway safety plants must be qualified

التوائم الرقمية والصيانة الافتراضية

ويجري تطبيق التحليلات المتقدمة والتعلم الآلي على الرصد الصحي للمؤسسة، كما أن التوأم الرقمي للنموذج الفيزيائي العالي الجودة الذي يُستخدم في الوقت الحقيقي، ويقارن بين معايير الأداء الفعلية والقيم المتوقعة، والانحرافات في الإجهاد المسبب للآداب، وتوقيت حقن الوقود، أو إزالة الألغام يمكن أن تكون أياماً أو أسابيع قبل أن تتسبب في حدوث إخفاق، وقد تم بالفعل نشر هذه النظم في بعض محطات التوجيه الموحدة.

تحديث اللوائح التنظيمية

ومع أن الضوابط الرقمية والمحللين التنبؤيين أصبحوا معياراً، يجب أن يتكيف الإطار التنظيمي، فقد تم كتابته قبل الاستخدام الواسع النطاق للضوابط القائمة على البرمجيات، كما أن التوجيه الجديد، مثل الدليل التنظيمي 1-9، التنقيح 4 ، يعترف باستخدام أجهزة التحكم المنطقي القابلة للبرمجة ويوصي بتأمين الجودة حسب الرتب بالنسبة للبرامجيات.

خاتمة

إن تطور نظم مولدات الديزل في حالات الطوارئ في مفاعلات المياه المجهزة بالضغط قد أدى إلى ضرورة إعادة الطاقة بسرعة وبصورة أكثر موثوقية من أي وقت مضى، ومن خلال وحدات الضبط البطيء والمباشرة يدوياً في السبعينات إلى نظم الإنشاءات الدقيقة، ومن خلال أربعة ثوان، فإن كل تقدم قد قلل من خطر حدوث ضرر أساسي خلال انقطاع المحطة، ويجمع بين الجيل الجديد من الأجهزة المتفجرة المتطورة في مجال الديزل 99 في المائة.