بخشی از مقاله
چکیده:در این مقاله، با استفاده از روش توصیفی تشریحی، نسلهای مختلف نیروگاه معرفی و بازشناسی شده و با ذکر انواع و خصوصیات هر یک، مزایا و قابلیتهای آنها، استخراج شده است. در ادامه، با استفاده از روش تحقیق تطبیقی، نسل چهارم راکتورها با هم مقایسه، و در ادامه تفاوتها و شباهتهای آنها مشخص شد . شایان ذکر است که با تدوین ویژگیهای مورد نظر برای انتخاب گزینه برتر و سپس تحلیل انواع راکتورها، گزینش راکتور بهینه انجام گرفته است.
اصلیترین هدف در این پژوهش، شناسایی گزینه برتر در میان راکتورهای نسل چهار، برای تلفیق و ترکیب آن با شهر است. ارایه راهکارهایی جهت کمک و راهنمایی طراحان برای تعامل هرچه بیشتر نیروگاه و شهر نیز، از اهداف دیگر این تحقیق میباشد. یکی از نتایج طبیعی این پژوهش، ایجاد بستر فرهنگی مناسب در جامعه، برای ظهور نسل چهار نیروگاهها میباشد. پیشرفت تکنیکی در ساخت نیروگاههای نسل چهار، بسیار چشمگیر بوده و به دنبال آن، بایستی جوانب دیگر موضوع مورد مطالعه و کنکاش قرار گرفته و با گسترش همه بخشی نیروگاه به رشد همه جانبه این نسل از نیروگاه، کمک گردد.
-1 مقدمه
با توجه به رشد و توسعه روز افزون وجوه تکنیکی نیروگاههای هستهای، ضرورت دگرگونی معماری نیروگاه، به منظور ارتقای کیفی محیط زندگی، بیش از پیش نمایان میشود. همچنین، بایستی متناسب با ارتقای قابلیتهای فنی نسل چهارم، دیدگاه مردم نسبت به نیروگاه تکامل یابد. در نیروگاههای نسل چهارم، برخلاف نسلهای پیشین که مساله ایمنی، دغدغه همیشگی سازندگان آنهاست، بدلیل ویژگیهای غیر فعال، نیروگاه از ضریب ایمنی بالایی برخوردار بوده و همین امر میتواند تا حد زیادی بر فرآیند طراحی آنها تاثیرگذار باشد.
موضوع طراحی انعطافپذیر، یکی از مباحث معماری بوده و از آن به عنوان روشی مناسب برای بهره برداری بهتر از بناها یاد میشود. با عنایت به خصوصیات راکتورهای نسل چهارم، فرآیند طراحی میتواند با انعطاف بیشتری همراه بوده و علاوه بر عملکرد، فاکتورهایی مانند: مباحث زیباشناسی، ایدههای حجمی و حتی پیش بینی فضاهای چند منظوره نیز در طراحی و ایده پردازی، برجسته و تعیین کننده هستند.
فرضیه پژوهش:
- با توجه به ویژگیهای راکتورهای نسل چهارم، این قابلیت وجود دارد که نیروگاهها را به عنوان فضاهای شهری جدید، شناخت.
پرسش های پژوهش:
- کدامیک از انواع شش گانه راکتورهای نسل چهارم، پتانسیل بیشتری برای تحقق اهداف پیش گفته را داراست؟
- راهکارهایی که میتواند نیروگاه را هر چه بیشتر با فضاهای شهری پیوند دهد، چیست؟
-2 مرور ادبیات موضوع
هزینههای تولید، انتقال، توزیع و همچنین مشکلات ناشی از شبکههای انتقال و توزیع، همواره یکی از دشواریهای پیشروی کارشناسان این حوزه بوده است. اما تا اوایل قرن بیستم، بطور جدی و پیوسته در این مورد، تلاش متمرکزی صورت نگرفته بود. "درحادثه بلک اوت 1 سال 2003، که منجر به خاموشی شمال آمریکا و قسمتی از کانادا شد، - از 6ساعت تا 2روز - ، میلیونها نفر از شهروندان در هوای گرم تابستان، با مشکلات زیادی مواجه شدند. یکی از دلایل این اتفاق، انتقال انرژی الکتریسیته از 500 مایل دورتر بود. صاحب نظران و متخصصین این حوزه به این نتیجه رسیدند که اطمینان به شبکههای انتقال از نیروگاههای دوردست، نمیتواند یک راه حل پایدار برای پشتیبانی از آینده تامین انرژی باشد.
به همین دلیل، تولید بومی انرژی الکتریکی، میتواند بهینهترین و موثرترین راه باشد." [1] پس از این حادثه در سال 2003، کارشناسان به دنبال ارائه راهکاری برای حل این مشکل برآمدند. یکی از این راه حلها در قالب پایاننامه دانشجویی در مقطع کارشناسی ارشد در دانشگاه 2MIT ارایه گردید."در این طرح پیشنهاد میشود که برق مصرفی تمام شهر نیویورک از طریق نیروگاههای هستهای پیشرفته تامین گردد.
برای این هدف، شهر به پنج بخش تقسیم میشود. علاوه بر این، پنج سایت نیز در سطح شهر برای احداث نیروگاه پیشنهاد میشود، که هر نیروگاه یک پنجم برق شهر را تولید میکند." [1] یکی از معیارهای مهم در انتخاب ساختگاه نیروگاههای پیشرفته نسل چهار3، نزدیکی و قرارگیری در مراکز جمعیتی بزرگ می-باشد که بایستی در فرآیند ساخت نیروگاه مورد توجه قرار گیرد. از جمله معیارهای جدید برای انتخاب ساختگاه یک نیروگاه هستهای،میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
- نزدیکی به مسیرهای مخصوص دفع پسماند؛
- نزدیکی به راههای آبی،
- دسترسی به راههای ریلی،
- قرار گرفتن در یک مرکز جمعیتی،
- دسترسی به زیر ساختهای توزیع برق موجود. [1]
صنعت نیروگاههای هستهای همواره در حال توسعه بوده و این پویایی همیشگی باعث غلبه بر مشکلات عدیدهای شده که بر سر راه این تکامل قرار دارند. تقاضا برای پیدا کردن یک زیباشناسی مناسب در زمان طراحی پروژههای زیربنایی4، جدید نیست. [2] در طی حدود 50 سال توسعه و ارتقای انرژی هستهای، همواره کیفیت ایمنی نیروگاههای هستهای در حال بهبود و رشد بوده است. بسیاری از این ارتقای کیفیتها، به خاطر سازگاری این صنعت با پیشرفتهترین تکنولوژیهای روز جهان، اتفاق میافتد.
از دیگر دلایل این موضوع، آموختن از حوادث گذشته، بوده است. - مانند: جزایر سه مایلی 1979 5، چرنوبیل1986 6، فوکوشیما7 . - 2003 علاوه بر این، نتایج حاصله از افزایش سختگیری در ساختار دستورات و احکام نظام نیز، تاثیر گذار بوده است. [3] موضوع ایمنی، یکی از موانع استفاده از نیروگاهها در نزدیکی و همسایگی شهرها بوده و به همین دلیل، انتخاب ساختگاه، معمولا خارج از مراکز جمعیتی صورت میگرفت.
سیستمهای نسل سه، بوسیله ترکیبی از سیستمهای فعال8 و غیرفعال9 و همچنین ساختمانهای دوتایی محافظ10 و یا تقویت آنها، تجهیز شدهاند، ولی بصورت فضایی تفکیک شدهاند. پس از سالها، احتمال وقوع آسیب جدی به قلب راکتور از یک هزارم به زیر یک میلیونم راکتورسال کاهش پیدا کرده است. شایان ذکر است که احتمال خطای از دست دادن محافظ، ده برابر کمتر است. [3] نسل چهار راکتورها، بوسیله هر دو سیستم فعال و غیرفعال تجهیز خواهند شد و بیشتر بر قوانین طبیعی فیزیک، تکیه دارند تا بر ماشینها و کاربران. کانسپتهای ویژه نسل چهار، بر اصول فیزیکی که بیشتر ِحوادث شدید11 - مانند ذوب قلب راکتور - را غیر ممکن میکنند، اتکا دارند.
این حالت، ایمنی ذاتی و باطنی12، نام دارد. [3] دستیابی به حد قابل قبولی از سطح ایمنی، امیدهایی را برای طراحان و برنامه ریزان زنده کرد. بطوریکه مبحث جدید جانمایی نیروگاه در فضاهای شهری، برای اولین بار بطور جدی مطرح گردید. در تدوین اهداف نسل چهار راکتورها، عناوین مختلفی ارایه شده است، اما ایمنی و محافظت فیزیکی، نقش مهمی را ایفا میکند:
- ایمنی و قابل اعتماد بودن:13 عملیات سیستمهای انرژی هستهای نسل چهار، در ایمنی و قابل اعتماد بودن عالی هستند.
- ایمنی و قابل اعتماد بودن :2 در سیستمهای انرژی هستهای نسل چهار، برای آسیب به قلب راکتور، احتمال خیلی کمی وجود دارد.
- ایمنی و قابل اعتماد بودن :3 سیستمهای انرژی هستهای نسل چهار، نیاز به پاسخ و واکنش اضطراری خارج از سایت را مرتفع مینمایند.
- افزایش مقاومت و محافظت فیزیکی:14 سیستمهای انرژی هستهای نسل چهار، این اطمینان را بالا میبرند که برای استفاده تسلیحاتی جذاب نیستند و در برابر حملات تروریستی، باعث افزایش محافظت فیزیکی نیروگاه میشوند. [4] علاوه بر این پیوند بین نیروگاه و شهر نیز میتواند از دیگر دلایل ورود به این موضوع باشد و طراحی ایدههایی که به پیوستگی و یکپارچگی بین شهر و نیروگاه کمک میکند، ضروری مینماید.
ما به ایدههای طراحی احساسی و نوآورانه، برای سیستمهای جدید انرژی، نه فقط برای پیروز شدن، بلکه برای بالا بردن کیفیت محیط نیازمند هستیم. [2] با وجود پیشرفت حاصله در زمینه سیستمهای کنترلی و ارتقای علمی قابل قبول، اما بطور کلی سیستمهای فعال متضمن ایمنی کامل در هر سطحی که باشند نیستند. به همین دلیل برای بهبود ایمنی رآکتور در نسل آینده، سیستمها به سمت غیرفعال حرکت کرد.
دو روش اساسی برای ایمن سازی یک رآکتور وجود دارد. اولی که در آن اصول طراحی اولیه طوری انتخاب میشود که بطور ذاتی ایمن باشد. در آن بدین شکل پیش میرویم که خود رآکتور ایمن رفتار کند و خسارت حتی اگر عمل محافظتی انجام نشود گسترش نیابد و سیستم بصورت خودکار عمل کند. باوجود افزایش کامل طراحی ایمن، ولی این سیستم به تنهایی کافی نیست و نمیتوان با این روش مقابل هر حادثهای ایستاد. هرچند یک روش عمومی خوب انتخاب شده باشد. دومین راه برای ایمن سازی رآکتور ترکیب سیستمهای محافظتی میباشد .
دستگاههای ویژهای طراحی شدهاند که در مقابل خسارات و حوادث مقابله میکنند و میتوانند مثلا ً یک سیستم خاموش سازی فعال باشد یا یک سد محفظهی نگهدارنده غیر فعال باشد. اصلی ترین جنبهی رآکتور اطمینان از این است که مواد سوخت رادیواکتیو، محصولات شکافت و محصولات فعال شده به مقدار کافی پوشش داده شده باشند و نتوانند به محیط فرار کنند. خطرات دیگری هم وجود دارد مثلا ً اغتشاش بخار و قسمتهای الکتریکی.
-3 تاریخچه رآکتورهای هستهای از نسل اول تا چهارم
-1-3 رآکتورهای نسل اول:
نمونههای اولیه از چندین طراحی مختلف که حدودا دوره ای را از سال 1950 تا 1970 شامل میشود.[5 ]
-1-1-3 دغدغههای طراحی رآکتورهای نسل اول:
- بهینه سازی خنک کننده15 رآکتور هستهای؛
- روشهای محافظت از نوترونها؛
- روشهایی برای توضیح رفتار نوترونها در یک رآکتور آب تحت فشار؛
- سوختن16 بالای سوخت هستهای و تجمع محصولات شکافت از U-235 ؛
- توسعهی مدلهای انتقال حرارت برای رآکتورهای هستهای،
- توسعهی دستورالعملهای کنترل اتوماتیک برای رآکتورهای هستهای، برای ساخت رآکتور آب تحت فشار، و برای استفاده در قسمت قدرت هستهای.
-2-1-3 مشکلات رآکتورهای نسل اول:
- حجم بزرگ و توزیع فضایی در مدار اولیه، اتصالات لولههای رآکتور و مبدلهای بخار17، پمپها، مبدلهای حرارتی در قطر-های خیلی بزرگ ایجاد میشد.
