كيف سيساهم (بورز) في حلول الطاقة المستدامة في القرن الحادي والعشرون

ومع تعجيل العالم في الانتقال إلى اقتصاد منخفض الكربون، فإن عددا قليلا من التكنولوجيات يمكن أن يضاهي حجم وموثوقية الطاقة النووية، ومن بين تصميمات المفاعلات التي أثبتت قيمتها على مدى عقود من العمليات التجارية، فإن عوامل إعادة تصنيع المياه التي تُنشأ في المستقبل تُظهر مدى البساطة في الدورة المباشرة، والمرونة التشغيلية، وسجل الأمان القوي.

أجهزة تكييف المياه

كيف يعمل BWRs

ومفاعلات المياه الغليفة هي نوع من مفاعلات المياه الخفيفة التي تستخدم المياه العادية (H2O) كمبردة وموصل للنيوترونات، وفي BWR، يسمح للماء بأن يغلي داخل قلب المفاعل بضغط يتراوح بين 7 و8 ميغاواط (70-80 الغلاف الجوي) وتولد البخار مباشرة عن القاع، وتمر عبر مفرقعات مفاعلات متحركة ومولدات للتنقعات.

التنمية التاريخية والنشر العالمي

وقد تطورت تكنولوجيا BWR في الولايات المتحدة خلال الخمسينات والستينات، حيث بدأت أول عملية تجارية للزراعة البيولوجية (Dresden 1) في عام 1960، وخلال العقود التالية، تم نشر BWRs على نطاق واسع في الولايات المتحدة واليابان والسويد وبلدان أخرى، واليوم، لا يزال نحو 60 عملية إعادة تصنيع في جميع أنحاء العالم، مما أدى إلى توليد كهرباء أساسية كبيرة، وتشمل التطورات البارزة نظم التداول الرقمية المتطورة للمياه المعززة (ABWR).

الاختلافات الرئيسية من عمليات إعادة التأهيل

وفي حين أن كلا من عمليات إعادة التأهيل وإعادة التأهيل هي مفاعلات للمياه الخفيفة، فإن اختلافات تصميمها تؤدي إلى خصائص تشغيلية متميزة، وتعمل عمليات إعادة التأهيل ذات الصلة على مستوى أدنى قليلاً من الضغط الأولي وتنتج البخار مباشرة في القاع، مما يؤدي إلى وضع مصانع أبسط، غير أن الاتصال المباشر بين البخار والشبكة التربينية يعني أن أي أوجه قصور في مياه المفاعل يمكن أن تؤثر على مكونات التربين.

مزايا عمليات إعادة التأهيل لأغراض الطاقة المستدامة

الانبعاثات الناشئة عن انبعاثات غازات الدفيئة في المنطقة القريبة من الزيرو

أما محطات الطاقة النووية، بما فيها مركبات BWR، فتنتج الكهرباء التي لا يوجد فيها تقريبا ثاني أكسيد الكربون أو الميثان أو غازات الدفيئة الأخرى أثناء التشغيل، فعمليات تقييم دورة الحياة التي تُحسب للتشييد، وتعدين الوقود، والإثراء، ووقف التشغيل لا تزال تؤدي إلى انبعاثات مماثلة لأسعار الطاقة الريحية والشمسية التي تتراوح بين 12 و15 غراما مربعا/كواه، وبإزاحة الفحم والغاز الطبيعي، فإن عمليات الاختراق الغازات الحرارية توفر نسبة مئوية عالية القدرة(و)

حمولة قاعدية موثوقة وقابلية للذوبان

ومن أهم خصائص عمليات إعادة التأهيل في نظام الطاقة المستدامة مرونة هذه البلدان، فخلافاً لمصانع الفحم التي تتطلب ساعات للتنشيط أو الهبوط، يمكن أن تعدل عمليات إعادة التأهيل إنتاج الطاقة على مدى يتراوح بين 50 و10 في المائة في غضون دقائق، وهذه القدرة على توليد الطاقة تتيح للشبكات البديلة استكمال متغيرات الطاقة المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية: عندما تشرق الشمس وتنفجر الرياح بسرعة، يمكن أن تؤدي زيادة إنتاج BWR إلى

High Capacity Factor and Energy density

ويحقق المكتب الإقليمي للطاقة عادة عوامل القدرة (الناتج الفعلي على الناتج المحتمل) تبلغ 85 إلى 9.3 في المائة، من بين أعلى تكنولوجيا توليد الكهرباء، وهذا يعني أن هناك 1200 إلى 200 1 ميغاوات من بي أر، يمكن أن توفر الاحتياجات من الكهرباء لما يزيد على 000 800 منزل أمريكي، وأن كثافة الطاقة من الوقود النووي هي أوامر تزيد على حجم الوقود الأحفوري أو الكتلة الأحيائية: فضاء واحد من وقود اليورانيوم يحتوي على طاقة محدودة بقدر ما توفره الطاقة.

Integration with Decarbonized Heat and Hydrogen

بالإضافة إلى الكهرباء، يمكن للبيوتادايين السداسيين أن يقدموا حرارة أو بخار للعمليات للتطبيقات الصناعية، وتدفئة المناطق، وإنتاج الهيدروجين، وتصليحات البخار العالية الحرارة، أو دورات الحرارة الحرارية، يمكن أن تستخدم الحرارة النووية لإنتاج الهيدروجينات ذات الانبعاثات شبه الصفرية، وهذا المسار الهيدروجيني يمكن أن يزيل الكربونات من قطاعات مثل صناعة الفولاذ، وإنتاج الأمونيا، والنقل الثقيل الذي يصعب استكشافه بصورة مباشرة.

أصغر حجماً من البصمات وقلة استهلاك المياه

وبالمقارنة مع نظم التبريد ذات مرة لمصانع الفحم أو الغاز الطبيعي، فإن عمليات التبريد (مثل جميع النباتات النووية) قد انخفضت نسبياً استهلاك المياه لكل ساعة من ساعات الميغاوات، ولا سيما عند استخدام أبراج التبريد، وبالإضافة إلى ذلك، ونظراً لأن عمليات التبريد تولد البخار مباشرة، فإنها لا تتطلب وجود مولدات كبيرة من البخار الثانوي في أجهزة إعادة تصميم النفايات، مما يقلل من البصمة المادية لمبنى المفاعلات الجديدة التي تعمل على إنتاج الوقود.

التحديات التي تواجه عمليات إعادة التأهيل في القرن الحادي والعشرين

إدارة الوقود المستهلك والنفايات المشعة

لا توجد مناقشة للاستدامة النووية كاملة دون معالجة مسألة النفايات المشعة، تنتج BWRs الوقود النووي المستهلك الذي يظل خطراً على آلاف السنين، ولكن الحجم صغير نسبياً، فجميع الوقود المستهلك الذي تنتجه المفاعلات التجارية الأمريكية سيغطي مساحة كرة القدم إلى عمق أقل من 10 ياردات، والسياسات الحالية في معظم البلدان تدعو إلى التخلص من المواد الجيولوجية العميقة، مع بدء عمليات تصنيع الوقود الفرنسية في المستقبل

ارتفاع تكاليف رأس المال ومخاطر التشييد

بناء مفاعل نووي كبير يتطلب استثمار رأسمالي ضخم، في الغالب يتراوح بين 5 و 10 بلايين دولار لوحدة واحدة، مشاريع البناء واجهت تجاوزات في التكاليف وحالات تأخير، ويعزى ذلك جزئياً إلى تعقيد نظم الأمان الحديثة وفقدان سلاسل الإمداد بالبناء النووي الماهرة، غير أن التصميمات الموحدة مثل الـ (أي بي آر) التي تم بناؤها على الجدول الزمني في اليابان وتايوان، تبين أن إعادة تشكيلها يمكن أن تقلل تكاليفها.

التصور العام والشواغل المتعلقة بالسلامة

وقد تركت الحوادث التي وقعت في ثلاث جزر ميلي، وتشيرنوبيل، وفوكوشيما دايتشي انطباعا دائما على الرأي العام، كما أن حادث فوكوشيما في عام 2011، الذي شمل عمليات إعادة بناء القدرات في تصميم أقدم (احتواء مارك إي) التي تعرضت لاضطرابات أساسية بعد أمواج تسونامي، قد أدى إلى إغلاق مؤقت للعديد من المفاعلات وإلى زيادة متطلبات السلامة في العالم.

العقبات التنظيمية والرخص

وتفرض التراخيص لتصميم مفاعل جديد عملية طويلة ومكلفة في العديد من البلدان، فعلى سبيل المثال، تحتاج لجنة التنظيم النووي في الولايات المتحدة إلى رخصة مشتركة للبناء والتشغيل يمكن أن تستغرق سنوات للحصول عليها، ويمكن أن تساعد على ذلك النهج التنظيمية المبسطة والمزودة بالمخاطر، والتصديق على التصميم الدولي (مثل متطلبات النقل الأوروبي)، أما بالنسبة للمراكز القائمة المعنية بمكافحة الأسلحة البيولوجية، فتجديد التراخيص إلى 60 أو 80 سنة (تمتد الحياة بالفعل).

دور عمليات إعادة التأهيل في مستقبل الطاقة المستدامة

استكمال التجديدات في شبكة زيديرو

(ب) [الطاقة الشمسية والريحية أساسية لتطهير الكربون، ولكن تداخلها يخلق تحديات لمشغلي الشبكة.() ويمكن أن تحقق عمليات الطاقة البديلة ذات الاستخدام المرن وعوامل القدرة العالية، الطاقة الأساسية الموثوقة التي لا يمكن توليدها،() ويمكن أن يحقق نهج الحافظة يشمل عمليات إعادة التأهيل وإعادة التأهيل وإعادة التأهيل وإعادة التشغيل، وإدارة جانب الطلب، إزالة الانبعاثات العميقة بتكلفة أقل من الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة بالإضافة إلى التخزين وحده.()

Decarbonizing Industry with Nuclear Heat

ويستخدم نحو خُمس استهلاك الطاقة العالمية للحرارة الصناعية، ويولد معظمه من الوقود الأحفوري المحترق، ويمكن أن توفر هذه المركبات درجة حرارة منخفضة الحرارة (حتى 280 درجة مئوية) عن طريق استخراج البخار، وهي مناسبة لتطبيقات مثل تصنيع الورق، وإزالة الملح، والزيارة البتروكيميائية، ويمكن للجيل المشترك من الحرارة والطاقة في مواقع الحدائق الأرضية التراكمية أن يحسن كفاءة النباتات وتشريد الغاز الطبيعي.

وحدات خفض الانبعاثات الصغيرة والتصميمات المتقدمة

أما الحدود التالية لتكنولوجيات BWR فتتمثل في مفاعلات نموذجية صغيرة، وقد يكون الهدف من هذه العمليات هو " جي - هيتاشي بي - آر - 300 " ، وهي " شركة BWR " ، أن تكون مبنية على مصنع، وأن تشحن إلى موقع، وأن تخفض بشدة تكلفة التشييد والجدول الزمني، وأن تُستخدم نظم الأمان المبسطة، وتستهدف شركة BWRX-300 تكلفة بناء تقل عن بليون دولار للوحدة التقليدية.

منح التراخيص لمدد الحياة والارتقاء بها

وفي حين أن بناء مفاعلات جديدة لا يزال صعبا، فإن الأسطول الحالي للمركبات العاملة ذات الصلة بالطاقة الحرارية يُستفد إلى أقصى حد من خلال زيادة الطاقة (زيادة الإنتاج الحراري المرخص به) وتجديد التراخيص إلى 80 سنة، فعلى سبيل المثال، ظلت مركبات الكربون المتجهة إلى مركبات الكربون المتطورة تعمل على زيادة متعددة، مما يضيف جماعيا آلافا من ميغاوات من الطاقة الكهربائية المتساوية إلى عدة مفاعلات جديدة - بجزء من التكلفة.

التآزر مع الهيدروجين والوقود الاصطناعي

ويمكن تحويل القدرة النووية الزائدة خلال فترات انخفاض الطلب على الكهرباء إلى إنتاج الهيدروجين عن طريق التحلل الكهربائي، ويمكن تخزين هذه الهيدروجين أو استخدامها لصنع الميثان الاصطناعي أو الأمونيا أو الوقود السائل، ويمكن أن تعدل عمليات الحرق، بقدرتها على تغيير إنتاج الطاقة الكهربائية، إنتاج الهيدروجين استنادا إلى ظروف الشبكة، كما أن المشاريع الرائدة في الولايات المتحدة وكندا تبرهن بالفعل على جدوى استخدام المفاعلات الحرارية.

المنظورات العالمية والآثار المترتبة على السياسات

أما البلدان التي لديها أساطيل كبيرة في مجال الطاقة الحرارية - الولايات المتحدة (31 عملية من عمليات إعادة التأهيل)، واليابان (17) والسويد (6)، وغيرها من البلدان التي لديها مصلحة استراتيجية في الحفاظ على هذه الأصول وتحسينها، ففي السويد، تمثل محطات الرينغال وأوسكارشام، التي تشمل عمليات إعادة التأهيل، حوالي 30 في المائة من الكهرباء في البلد، وهي حاسمة بالنسبة لهدفها المتمثل في تحقيق 100 في المائة من الطاقة المتجددة (أو الخالية من الأحفوري) بحلول عام 2040.

وتُعدّ ] الرابطة النووية العالمية ] مشاريع يمكن أن يتضاعف الجيل النووي بحلول عام 2050 إذا ما تم دعم السياسات، والقبول العام، وتخفيض التكاليف.() وستكون عمليات إعادة البناء جزءاً هاماً من ذلك النمو، لا سيما وأن تصميمات العلاقات بين الجنسين تدخل السوق، ويمكن للحكومات أن تعجل النشر من خلال تبسيط الترخيص، وتسعير الكربون، وأدوات التمويل الأخضر، والاستثمار في التدريب على القوة العاملة.

خاتمة

وقد سلمت أجهزة إعادة تصنيع المياه الكهرباء النظيفة والموثوقة على مدى ستة عقود، وهي ما زالت تشكل حجر الزاوية في العديد من حافظات الطاقة المنخفضة الكربون، وتعتمد سمات التبسيط والتعبئة والقابلية للتشغيل على المسارات، وتجعلها ذات طابع خاص تكملة الحصة المتزايدة من المتغيرات المتجددة في شبكات القرن الحادي والعشرين، وفي حين أن التحديات التي تواجه إدارة النفايات، والكلفة الأولية، والتصور العام للطرق البرية تتطلب اهتماماً متواصلاً.