Table of Contents

ويمثل مفاعل مياه الغليان أحد أكثر تصميمات المفاعلات انتشارا في توليد الطاقة النووية التجارية، وثانيا فقط إلى مفاعل المياه المضبوط، ويسمح للمياه في مركز BWR، بأن تغلي مباشرة داخل قلب المفاعل، تنتج البخار الذي يتجه مباشرة إلى مفاعل توليد الطاقة النووية، ويزيل هذا الترتيب من خلاله الحاجة إلى مولدات الطاقة الكهربائية المتطورة الثانوية، ولكن يبسطها.

مركبة توربين BWR: من ستام إلى التناوب

مباشرة دور العلم والتحديات

والخصائص المحددة لدورة توربين BWR هي الانقلاب المباشر: فالبخار الذي يترك لب المفاعل يمر عبر تجمع للمجفف في داخل وعاء ضغط المفاعلات للحد من محتوى الرطوبة إلى ما يقرب من 0.1 إلى 0.2 في المائة قبل دخوله خطوط البخار الرئيسية، ومن هناك، فإن مكونات البخار المشبعة تتدفق مباشرة إلى التربين العالي الضغط.

قطع الجودة والحركة

وتمارس عمليات التعبئة في شكل ضغط بخار أقل من النظم الثانوية للزراعة المحتوية على البخار - 6.9 إلى 7.2 من المادة الفعالة (1000 إلى 1050 من الفول) في مفاعلات التلقيح - السائلة، حيث تتوسع هذه البخارية من خلال التربين العالي الضغط، فإن محتوى الرطوبة يزيد بدرجة كبيرة نتيجة لانخفاض المفاعلات.

توربينات عالية الضغط وضئيلة

ويتكون قطار توربيني نموذجي من جهاز إسطوانات ذات ضغط عال وملفين أو ثلاثة أسطوانات ذات ضغط منخفض يتم ترتيبها بالترادف، وتتلقى توربينات عالية الطاقة مباشرة من المفاعل، وتستخرج ما يتراوح بين 30 و40 في المائة من الطاقة المتاحة، وبعد مرورها عبر مظلة الرطوبة، توزع السترينام على مركب LP.

ترتيب فصلي

وفي العديد من تصميمات نظام " BWR " ، يُدمج جهاز فصل الرطوبة مباشرة في غلاف التربين أو يوضع كوابل منفصلة بين أسطوانات البيوت والزبائن، حيث أن البخار المزود بمقياس حرارة غير مقبول، حيث أن البخار المائي لا يتوفر إلا مصدر شعاعي مُعدل مُسبق أو نظاماً مستقلاً لإعادة التسخين.

نظام كوندينسر الرئيسي والمياه المغذية

عملية ضميمة وفاكوم

وبعد خروج التوربينات من طراز LP، يدخل البخار العادم المكثف الرئيسي، حيث يتجمع على آلاف الأنابيب التي يبردها نظام مائي دائري )من النهر أو البحيرة أو برج التبريد أو المحيط( ويستخدم فيه فراغاً كبيراً في نطاق الضغط المطلق يتراوح بين ٤ و٥ كيلوباسكال، وهو أمر حاسم لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة الحرارية.

التسخين في المياه النقية وكفاءة دورة المياه

ويضخ الترك الكثافة من خلال سلسلة من سخانات المياه الجوفية المنخفضة الضغط، التي تستخدم البخار من التركات المحتوية على الماء الرئوي من التربينات العالية جداً والصغيرة جداً، وذلك لتسخين المياه قبل عودتها إلى المفاعل، ويزيد هذا التسخين المتجدد للمياه الغذائية متوسط درجة الحرارة التي تضاف في المفاعل، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة التصاميم الحرارية في دورة المياه الرنكية (Ral) (B.

مقادير مكثفات ومياه مائية

وتزيد المضخات المتعددة الكثافة من ضغط المكثفات من ارتفاع المكثف من خلال أجهزة التسخين المنخفضة الضغط، وبعد مرور مضخات المياه العذبة (التي غالبا ما تكون مدفوعة بتركيبات البخار أو المحركات الكهربائية)، تُسلَّم المياه الغذائية إلى سفينة المفاعل من خلال حلقات التنظيف في المياه الجوفية، ومن الضروري التحكم في تدفق المياه العذبة للحفاظ على مستوى المياه، مما يؤثر على الضخ الآلي للمفاعلات.

مولدات كهربائية وتحويل الطاقة الكهربائية

بناء المولدات الكهربائية وتبريدها

ويقود التربين مولداً متزامناً يحول الطاقة التناوبية الميكانيكية إلى إنتاج كهربائي في شكل فولتاغ عادة ما يتراوح بين 18 و24 كيلو فولط. كما أن المولدات الكهربائية للبيوت العاملة بالبروتينات هي آلات كبيرة توزع من 1000 إلى 1400 أمبير للوحدات الحديثة، وتحتاج إلى نظم تبريد شاملة، كما أن التبريد الهيدروجين شائع بالنسبة لأجهزة التحكم بالدوار والمحركات بسبب ارتفاع طاقة نقل الحرارة وخسائر المنخفضة في أسعار الريح؛

Transformer and Grid Connection

ويزيد إنتاج المولدات الكهربائية بواسطة محول الطاقة الرئيسي إلى مضخات نقل (من طراز 230 كيلو فولط، أو 400 كيلو فولط، أو 500 كيلو فولط) للارتباط بالشبكة الكهربائية، كما أن قناة حافلة منعزلة تحمل مولد المولدات الكهربائية إلى المحولات، وتحمي الأفراد من التعرض للتيارات العالية، وتحتوي على أي عيوب في القطب الشمالي، كما تستغل محول خدمات المحطة إنتاج المولدات الكهربائية لتوفير حمولات الذاتية الإضافية داخل المصنع.

نظم الامتياز

مُجال المولدات يُزود بواسطة نظام إثارة، والذي قد يكون مُثيراً مُتعَبّراً مُتَبَع على نفس المنعطف أو مُتَحَقّم على غلاف غِراري ثابت، مَع حلقاتِ زلة، و مُنظَّمَة كتلةِسْتَقَةُ للسيطرة على إنتاج الطاقة الكهرباءِيّةِ وحافظةِ على التَةِلْتِلِ.

مكافحة السلحفاة والإدارة

السرعة ومكافحة اللواد

وينظم نظام الحكم سرعة الاضطرابات والناتج الكهربائي في BWR نظاماً يضبط وضع صمامات التحكم (يسمى أيضاً صمامات الحاكم أو صمامات القبول البخارية) الواقعة في أعلى مجرى توربينات الضغط العالي، ويتلقى الحاكم إشارات من إنتاج المولدات، ومجسات التردد، وضغوط/التدفقات، وبالنسبة للتغيرات العادية في الحمولة، ينسق نظام التحكم التغيرات في ضغط الطاقة (عن طريق التحكم)

نظم جوازات السفر الخاصة بتوريبين

وخلال بدء المفاعل أو إغلاقه أو رفضه للشحن السريع، يجب تحويل البخار الزائد من التربين لمنع الإفراط في الضغط والسماح للمفاعل بمواصلة التبريد، وتمتد طرق نظام التربين مباشرة إلى المكثف الرئيسي من خلال سلسلة من محطات الضغط والتدفئة، وتتفاوت القدرة على التفاف، ولكن البوليروس الحديثة مصممة بحيث تصبح أكثر قدرة على التكديس.

التنسيق بين المفاعلات والتركيب

وفي مركز BWR، تتأثر طاقة المفاعل بالوضع الرقابي ومعدل تدفق التصليحات الأساسية، ويتفاعل نظام التحكم في التربين مع نظام مراقبة الطاقة في المفاعل للحفاظ على حالة متوازنة، مثلا، إذا كانت الصمامات الاضطرابات تغلق جزئيا، فإن ضغط المفاعلات يرتفع، مما يقلل من فراغات البخار في النواة ويزيد من التدوير النيوتر، مما يؤدي إلى زيادة مؤقتة في الطاقة.

نظم السلامة للتربين والكهرباء

Overspeed Protection

وإذا خسر التربين حمولة كهربائية فجأة (مثلا بسبب فتح شبكة الكسر)، فإن التربين يمكن أن يتسارع بسرعة، وتشمل الحماية المفرطة الطفرة الميكانيكية التي تعمل بحوالي 110 إلى 112 في المائة من السرعة المقومة، فضلا عن نظم الكشف الإلكترونية التي تُحدث بشكل مستقل إغلاقا سريعا لصمامات وقف إطلاق السفن الرئيسية ورموز التحكم().

آليات وقف الطوارئ والتريب

ويخضع ظروف السفر المتعددة لمراقبة نظام حماية التربين، بما في ذلك ارتفاع درجة الحرارة، وانخفاض ضغط زيوت التشحيم، وارتفاع درجة الحرارة، وارتفاع ضغط المكثفات، والتوسع المفرط في التفاضلية، وعندما يتم اكتشاف حالة السفر، تغلق صمامات البخار وتتحكم في الصمامات بسرعة، ويفتح جهاز فرز المولدات، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن لنظام حماية المفاعل أن يُحدث خللاً في المفاعلات (التدحاماة في حالة الضغط).

اعتبارات العزلة والمحتوى

ونظراً لأن دورة التربين في بركان يحتوي على بخار مشع، فإن مبنى توربين مصمم على أنه منطقة وصول خاضعة للرقابة مع توفير الحماية والتهوية الملائمة، كما أن خطوط البخار والمياه الجوفية الرئيسية التي تخترق مبنى الاحتواء مجهزة بصمامات العزل التي يمكن أن تغلق على إشارات الأمان لاحتواء أي إطلاق للنشاط الإشعاعي، كما أن نظام الترسبات المزودة بالبلازما داخل الضمان، يحتوي على قدرة على العزل.

الكفاءة وتحسين الأداء

مواد متطورة وأجهزة إيرودينامية

وقد أدت التحسينات المستمرة في تصميم شفرة توربين إلى زيادة كبيرة في ناتج وكفاءة BWR، حيث إن استخدام ملامح الأيرودينامية الثلاثية الأبعاد، وأجهزة إطفاء نصف، ودرعا التحات قد مددت الحياة السافرة، وقللت من الخسائر في مسارات البخار، وتدرج توربينات البيوت المزودة بمقياس للجرعات المتحكم فيها، وتتجاوز الحد الأمثل من تسرب البقايا التراكمية.

الضوابط الرقمية والتعظيم

وقد أدى إعادة تجهيز عمليات إعادة التأهيل ذات الصلة بالطرق البرية القديمة بنظم التحكم في التربينات الرقمية إلى تحسين الاستجابة للحمولة وخفض التحولات الحرارية، وتتيح الخوارزميات المتقدمة رصد درجات حرارة البخار، وحساب الكفاءة على الإنترنت، والإنذار المبكر بالرطوبة الصاروخية أو التحلل، كما تتيح مراقبة الصمامات الرقمية تشغيل نقطة الصمامات حيث تدار الصمامات القصوى لتقليل الخسائر إلى أدنى حد.

رفع مستوى القوة الموسعة

وقد نجحت العديد من محطات إعادة تصميم الطاقة في تنفيذ زيادة الطاقة الموسعة بنسبة تصل إلى 20 في المائة فوق الطاقة الأصلية المرخص لها، وتتطلب هذه الزيادات تعديلات على نظم التربين وتحويل الطاقة: استبدال أجهزة الاضطرابات وأجهزة الغطس، ورفع مستوى النسيج من البوليسترين، وأجهزة الفصل من الرطوبة، وزيادة قدرة أجهزة التبريد في المفاعلات الكهربائية، وتحسين المفاعلات إلى المولدات الكهربائية.

الجوانب البيئية والتشغيلية

التعرض للترسيب الإشعاعي من ستام سيكل

وهناك شاغل تشغيلي مميز بالنسبة للطوابق المشعَّة من طراز BWR هو نقل النظائر المشعة القصيرة العمر، ولا سيما النيتروجين - 16، إلى قاعة التربين، كما أن المواد التي تبث أشعة غاما عالية الطاقة، ويجب أن تُدرج في إطار مراقبة حماية الأفراد والوصول، كما أن معدلات التحلل الحرفي ومناطق الدخول الخاضعة للرقابة هي مستويات قياسية.

مكافحة كيمياء المياه والتصوير

وللحد من تراكم الحقول الإشعاعية وتآكل المكونات، تخضع كيمياء المياه في BWR للرقابة الصارمة، وتستخدم حقن الهيدروجين لقمع مستويات الأكسجين في مياه المفاعل، والحد من صدع الإجهاد، وتُبنى شبكة المياه الجوفية مع الصلب غير القابل للصدأ أو السكك الحديدية 600/690 لمقاومة التآكل، ويؤدي تضخم أجهزة التصفير إلى إزالة الاضطرابات الأيونية وحرق المياه الجسيمية قبل المفاعل.

مقارنة مع دورة توربين PWR

وفي حين أن كلا من عمليات إعادة التأهيل وإعادة التأهيل باستخدام التربينات البخارية، فإن اختلافات الدورة ملحوظة، إذ تنتج هذه المركبات البخار الجاف والمتجففف قليلاً في دائرة ثانوية، وهو ما يمكن إعادة تسخينه بين الاضطرابات الناجمة عن الاضطرابات الناجمة عن الاضطرابات الناجمة عن الطفولة، مما يعطيها ميزة صغيرة في التصميم الكفاءات (33-35 في المائة مقابل 32 إلى 34 في المائة بالنسبة للتآكلات الحرارية).

خاتمة

إن نظم تحويل الطاقة إلى مفاعل مياه الغليان والكهرباء هي روابط حاسمة بين الانشطار النووي في القاع والطاقة الكهربائية التي يتم توصيلها إلى الشبكة، وتبسط تصميم دورة التوليد المباشر، وتفرض متطلبات صارمة لمراقبة الرطوبة، وإدارة الإشعاع، ونظم الحماية القوية، وتحافظ التطورات في الديناميكيات السافرة، وعلم المواد، والضوابط الرقمية، وتكنولوجيات القدرة على التصعيد على تحسين الأداء في الجزر.