كيف يمكن لمفاعلي الكاندو أن يساهموا حلول الطاقة المستدامة في كندا

ونظراً لأن كندا تدفع نحو انبعاثات صافية من النفط بحلول عام 2050، فإن أسطول الاتحاد الوطني للاستقلال التام لأندو قادر على أداء قوة أكبر من حيث توفير الدور، يمكن إرسالها، وتكمل مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة وتدعم كهربة النقل والتدفئة والصناعة، وتستكشف هذه المادة الأسس التقنية، ومساهمات الاستدامة، والمزايا الاقتصادية، والتطور المستقبلي لمفاعل CANDU، مما يدل على السبب في أنها لا تزال حجر الزاوية في استراتيجية كندا للطاقة النظيفة.

ما الذي يجعل "كندو" يُعيد تصنيعه؟

وقد تم تطوير مفاعلات الاتحاد في الخمسينات والستينات من خلال شراكة بين الطاقة الذرية المحدودة في كندا، ومؤسسة أونتاريو هيدرو (الجيل الحالي من توليد الطاقة في أونتاريو)، والصناعة الكندية، ويكمن الابتكار الأساسي في استخدام المياه الثقيلة (أكسيد الديوتروم) كعامل معتدل ومبرد، وتحتاج المياه الثقيلة إلى قطع وقود منخفض جداً، مما يسمح بمفاعلات ثاني أكسيد الكربون.

ويُجمع الوقود إلى حزم صغيرة طولها 50 سم و10 سم في مقياس، وتُدرج في مئات الأنابيب الضغطية الأفقية التي تُخترق سفينة كبيرة ذات ضغط منخفض تُدعى الكالاندريا التي تحتوي على مشغل مشغل مشغل مشغل مزود بمواد ثقيلة، كما أن تصميم الضغط الأفقي يتيح وحدات إعادة تزويد بالوقود

المفاعلات والاستدامة: مساهمة من ثلاثة أفراد

وتقيَّم الاستدامة في نظم الطاقة عادة على امتداد ثلاثة محاور: السلامة البيئية، والقابلية للاستمرار الاقتصادي، والمسؤولية الاجتماعية، وتدفع مفاعلات اتحاد الكانديين قدماً بالأهداف الكندية على الجبهات الثلاث جميعها، علماً بأن أهم إسهام لها هو كهرباء حمولة أساسية تقريباً خالية من الكربون التي توفرها على مدار الساعة، في أي طقس.

انبعاثات غازات الدفيئة المنخفضة

أما محطات الطاقة النووية فتنتج انبعاثات غازات الدفيئة المباشرة التي لا تحصى أثناء التشغيل، حيث أن تحليل دورة الحياة الذي أجراه الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ يضع كثافة الانبعاثات الوسيطة للكهرباء النووية في حوالي 12 غراماً من ثاني أكسيد الكربون قابلة للمقارنة بين كل كيلوواط ساعة والطاقة الريحية وأقل بكثير من الغاز الطبيعي (490 ميكروغرام/كواه) وثاني أكسيد الكربون (820 جيكسيد/كواه).

قوة تحميل قاعدة قابلة للتداول

وعلى عكس مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة مثل الطاقة الشمسية والريحية، تنتج مفاعلات الكوندو الكهرباء باستمرار، بغض النظر عن وقت العمل أو الظروف الجوية، وهذه السمة حاسمة للحفاظ على الترددات الشبكية واستقرار الفولط، لا سيما وأن المتجددات المتقطعة تتطلب حصة أكبر من القدرة على توليد الطاقة، ويدير المشغلون الكنديون وحدات واسعة النطاق من وحدات التحميل، ولا يعدل إنتاجها إلا في مراكز الصيانة أو الطلب الموسمي المخطط لها.

استخدام الوقود وإدارة الموارد الطبيعية بكفاءة

وتمتلك كندا احتياطيات اليورانيوم الثالثة الكبرى في العالم، التي تتركز في حوض آثاباسكا في شمال ساسكاتشوان، وهي ثاني أكبر منتج لليورانيوم على الصعيد العالمي، لأن مفاعلات الاتحاد الوطني للاستقلال التام من الطاقة في كل طن من اليورانيوم الملغوم أكثر من اقتصادها المرتفع المفاعلات في المياه الخفيفة.

مرونة دورة الوقود وإعادة تدويرها

ويمكن تكييف نواة مفاعل CANDU الغنية بالنيوترونات لحرق أنواع متنوعة من الوقود خارج اليورانيوم الطبيعي، وهو حجر الزاوية في وثائق اعتماده المتعلقة باستدامة:

• ]Recovered uranium from light-water reactor fuel:] After light-water reactors discharge their fuel, the leftover uranium-still containing about 0.9% uranium-235-can be fabricated into CANDU bundles, effectively doubling the energy extracted from the original ore. This practice is already commercialized at Bruce Power and Darlington.
• Mixed oxide (MOX) fuel:] Plutonium separated from spent fuel can be blended with depleted uranium to form MOX fuel. CANDU reactors can irradiate MOX to generate electricity while reducing plutonium inventories, supporting non-proliferation goals.
• ]Thorium-based fuel:] Thorium is about three times more abundant than uranium in the Earth’s crust. CANDU designs can accommodate thorium fuels, which breed uranium-233 in situ, opening a potentially vast additional energy resource. Canadian Nuclear Laboratories has conducted extensive research on thorium bundles, with a demonstration irradiation.

وهذه الخيارات المتعلقة بدورة الوقود تتماشى مع مبادئ الاقتصاد الدائري ويمكن أن تقلل بشكل كبير حجم النفايات الرفيعة المستوى التي تتطلب التخلص الدائم من النفايات السامة الراديوية، وتبرز استعراض الطاقة النووية لحكومة كندا الابتكار في دورة الوقود باعتباره أولوية استراتيجية.

Distinctive Engineering Advantages of CANDU Technology

السلامة المتولدة والمهندسة

إن استخدام جهاز توجيهي كبير وقليلة السرعة وقليلة الضغط في الكالاندريا يوفر مغسلة حرارية متأصلة، وإذا وقعت حادثة فقدان للعمود، يمكن للمدير أن يزيل حرارة الديتار ويؤخر الضرر بالوقود، ويفصل تصميم نظام التحوط بالضغط بين المبرد العالي من جهاز التحكم في المواد ذات التردد المنخفض، ويمنع حدوث سيناريو عطل في السفن الكارثة.

مرونة العمليات والوقود عند الطلب

ولا يقتصر تزويد العاملين بالوقود على زيادة عامل القدرة إلى أقصى حد فحسب، بل يسمح أيضا للمشغلين بتفتيش قنوات الوقود والاستعاضة عن فرادى الحزم دون إغلاق المفاعل بأكمله، وهذا المرونة تدفع أرباحا اقتصادية عن طريق خفض تكلفة الوحدة الكهربائية على عمر المصنع، كما أن محطة بروس بروس باور للوحدة الثماني التابعة للوحدة المعنية بمحطة كوندو على شواطئ بحيرة هورون هي من أكبر مرافق التشغيل النووية في العالم، وتحافظ باستمرار على عوامل الضغط الأفقية التي تتجاوز 90 في الواقع.

القابلية للتقسيم والتشييد النموذجي

وقد تم نشر مفاعلات اتحاد رابطات الموظفين المدنيين الدوليين في أحجام تتراوح بين 540 ميغاواط في بوينت ليبرو في نيو برونزويك و 935 وحدة في أونتاريو، وتستكشف الدراسات الهندسية الحالية مفهوماً في هذه المنطقة يمكن أن يخدم حوالي 300 ميغاواط أو مواقع صناعية نائية أصغر مثل المناجم الشمالية أو مرافق استخراج النفط، وتحلل مولدات الطاقة الديزلية والغاز الطبيعي في العالم.

عمر التشغيل الطويل

وباستمرار برامج التجديد، يمكن لمفاعلات الاتحاد أن تعمل لمدة ٦٠ سنة أو أكثر، وتقوم أونتاريو بتوليد الطاقة بتنفيذ تجديد متعدد البلايين لمحطة دارلنغتون، بما في ذلك استبدال أنبوب الضغط، والأنابيب المغذية، ومولدات البخار، مع الاحتفاظ بالهياكل المدنية القائمة، حيث عادت الوحدة الأولى لإكمال تجديد مواقع بروس إلى الخدمة في مواعيدها وفي الميزانية.

الأثر العالمي والنشر الدولي

وفي حين أن مفاعلات الاتحاد الكندية ذات المنشأ الكندي، فإن نفوذها يتجاوز حدود البلد بكثير، وقد تم تصدير التصميم إلى عدة دول، مما يسهم إسهاما مباشرا في إمدادات الطاقة النظيفة والتعاون التكنولوجي على الصعيد العالمي، وتعمل وحدات الاتحاد في كوريا الجنوبية )ولسونغ(، والأرجنتين )إمبالسي(، ورومانيا )كرنافودا(، والصين )كينشان(، وباكستان )كاراتشي(، وقد تراكمت هذه المفاعلات على مدى ٠٠٠ ١ سنة من سنوات التشغيل الآمنة.

كما عزز برنامج التصدير التابع للجنة الوطنية الصينية لحقوق الإنسان شراكات دولية قوية، فعلى سبيل المثال، كانت الوحدات الأربع التابعة للجنة الوطنية لمكافحة الأسلحة الكيميائية - 6 في كينشان، الصين، جزءا من اتفاق أوسع لنقل التكنولوجيا ساعد الصين على بناء الخبرة النووية المحلية، وفي رومانيا، توفر وحدتا مركز البحوث والتدريب في مجال الطاقة في سيرنافودا حوالي 18 في المائة من الكهرباء في البلد، مما يساعد على الحد من الاعتماد على الفحم والغاز.

المنافع البيئية والمجتمعية

وفيما عدا ثاني أكسيد الكربون، تزيل الطاقة النووية تقريبا انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين، والموضوع الجسيمي الذي يسبب أمراضاً وتنفسية، وترتبط آثار الأرض في محطة إنتاج المواد النووية في كندا: ينتج موقع نموذجي متعدد الوحدات سلاسل كهرباء على بضع مئات من الهكتارات، ويحرر الأرض من أجل الزراعة أو الحفظ أو الترفيه.

الجيل المتطور: المفاعلات المتقدمة للوحدة والمفاعلات النموذجية الصغيرة

ولا تزال كندا تقف في وجه تكنولوجيا المفاعلات، إذ أن المهندسين، استنادا إلى خبرة العمليات التي استمرت ستة عقود، يطورون تصميمات الجيل القادم التي تعد بقدر أكبر من الاستدامة والقدرة التنافسية للتكاليف، وقد أدى برنامج المفاعل المتقدم للشبكة، رغم أنه قد تم وضعه، إلى ظهور أفكار قيمة لاستخدام مبردات الماء الخفيف مع موصل للمياه الثقيلة للحد من تكاليف رأس المال مع الحفاظ على مرونة الوقود، وتغذي هذه البصيرات الآن في الدفع الأوسع نطاقا للمفاعلات النموذجية الصغيرة.

وقد وقعت عدة مقاطعات كندية - أونتاريو، ونيو برونزويك، وساسكتشوان، وألبرتا - هاف مذكرة تفاهم للتعاون في مجال نشر القوات الصناعية ذات الصلة، وتسترشد تجربة المياه الثقيلة في برنامج وحدة الطاقة النووية في كندا بتطوير مفاعلات صغيرة جديدة قائمة على أساس الهيدروجين يمكن أن ترثها في مجال إعادة الوقود، والقدرة على إنتاج اليورانيوم الطبيعي، وملامح السلامة السلبية.

إدارة النفايات والطريق إلى اقتصاد الوقود الدائري

وتنتج جميع المفاعلات النووية وقوداً مستنفداً يتطلب إدارة طويلة الأجل، ويسترشد النهج الكندي بقانون نفايات الوقود النووي الذي يُكلف بإنشاء منظمة إدارة النفايات النووية، ويُعزز مشروع مستودع جيولوجي عميق، ويُستخدم فيه موقعان من المجتمعات المحلية المضيفة المرشحة في أونتاريو، حيث تُستخدم مركبات الوقود في إطار نظام " إيديوا " ، حيث تُغلق أبواب مركَّبات ذات أحجام صلبة في أنبوب الزرنيت.

معالجة المفاهيم المشتركة المتعلقة بسوء السلوك

كما أن الطاقة النووية كثيرا ما تواجه سخرية عامة متأصلة في الحوادث التاريخية والشواغل المتعلقة بالإشعاع، غير أن سجل السلامة الفعلي لتصميمات كندا هو سجل نموذجي، ولم يشهد أي مفاعل من مفاعلات الاتحاد الوطني الصيني انصهارا أساسيا أو إطلاقا كبيرا للإشعاع خارج الموقع، وكانت أسوأ الحوادث في التاريخ النووي التجاري الكندي هي كسر في محطة بيكرينغ في عام ١٩٨٣، وهو ما كان يحتوي على بروتوكولات تفتيش عامة غير فعالة.

المنافسة الاقتصادية في سوق الطاقة المتغيرة

ونظراً لأن التحدي الذي كثيراً ما يُستشهد به بالنسبة للتشييد النووي الجديد هو ارتفاع تكلفة رأس المال، فإن مشاريع الاتحاد لا تحصى من هذه الحقيقة، بل إن تجديد الوحدات القائمة قد أثبت أنه من بين أكثر تدابير خفض انبعاثات الكربون فعالية من حيث التكلفة، كما أن تكلفة الطاقة الكهربائية من حيث المستوى، التي تبلغ تكلفتها الإجمالية، بالنسبة لوحدة تكديس الكربون، التي تُعاد تجديدها، والتي تكون في كثير من الأحيان أقل من الميزات التنافسية التي تُمنحتراوحت بين 30 سنة.

دور الجهات الفاعلة في اتحاد رابطات الموظفين المدنيين الدوليين في تحقيق أهداف كندا في الفترة ٢٠٥٠

(ب) تشير نماذج المعهد الكندي لاختيارات المناخ إلى أن إعادة توليد الطاقة الكهربائية والتدفئة والصناعة يمكن أن تضاعف أو ثلاثة أضعاف الطلب الحالي على الكهرباء، وأن تلبية الطلب في الوقت نفسه على جميع أنواع توليد الطاقة الأحفورية المتبقية يتطلب توسيعاً واسعاً في القدرة النظيفة والثابتة.() ومن المتوقع أن تكون مفاعلات الترميز، القائمة والجديدة، مكوناً أساسياً من سيناريوهات الطاقة التي تنشر في المستقبل()

وقدرة مفاعلات الاتحاد على إيصال بخار ذي درجة عالية من الحرارة يمكن أن تفتح تطبيقات جديدة، ويمكن أن تؤدي وحدة واحدة من وحدات الاتحاد الوطني للاستهلاك النووي عن طريق التحلل الكهربائي العالي التمرين أو دورات الحرارة الكيميائية إلى إزالة الكربون من إنتاج الأسمدة، وتكرير النفط، والنقل بالخدمة الثقيلة، ويمكن أن تُولد محطة هيدروجين تنتج كميات تصل إلى ٠٠٠ ١٠٠ طن من الهيدروجينات في السنة.

الخلاصة: إقامة علاقة مستدامة، مستقبل ديناميكي

ومن الأعمال الرائدة في مختبرات نهر شالك إلى المحطات الكبيرة التي تضيء أونتاريو ونيو برونزويك، كانت مفاعلات اتحاد الكاندو محركاً هادئاً ولكنه قوي للرخاء الكندي والإدارة البيئية، إذ أن قدرتها الفريدة على العمل في اليورانيوم الطبيعي، وسجلاً استثنائياً لعملية موثوقة، وتوافقاً مع دورات الوقود المتقدمة قد أفرزتها في المشهد النووي العالمي، حيث يواجه العالم تحديين هما تغير المناخ وأمن الطاقة.