نیروگاه های هسته ای

نیروگاه‌های هسته ای حدود 17 درصد برق را تأمین می‌کنند برخی کشورها برای تولید نیروی الکتریکی خود، وابستگی بیشتری به انرژی هسته ای دارند. براساس آمار آژانس انرژی اتمی، 75 درصد برق کشور فرانسه در نیروگاه‌های هسته ای تولید می‌شود و در ایالات متحده، نیروگاه‌های هسته ای 15 درصد برق را تأمین می‌کنند. بیش از چهارصد نیروگاه هسته ای در سراسر دنیا وجود دارد که بیش از یکصد عدد آن‌ها در ایالات متحده واقع شده است. یک نیروگاه هسته ای بسیار شبیه به یک نیروگاه سوخت فسیلی تولید کننده انرژی الکتریکی است و تنها تفاوتی که دارد، منبع گرمایی تولید بخار است. این وظیفه در نیروگاه هسته ای برعهده رآکتور هسته ای است.

همه رآکتورهای هسته ای تجاری از طریق شکافت هسته ای، گرما تولید می‌کنند. همانطور که می‌دانید، شکافت اورانیوم نوترون های زیادی آزاد می‌کند، بیشتر از آنچه لازم باشد. اگر شرایط واکنش مساعد باشد فرآیند به طور خود به خودی انجام می‌شود و یک زنجیره از شکافت های هسته ای به وجود می‌آید. نوترون‌هایی که با فرآیند شکافت، آزاد می‌شوند، بسیار سریع هستند و هسته های دیگر نمی توانند آنها را به راحتی جذب کنند.

رآکتور هسته ای

از این رو در اکثر رآکتورها قسمتی به نام کند کننده نوترون وجود دارد که در آن از سرعت نوترون‌ها کاسته می‌شود و در نتیجه نوترون‌ها به راحتی جذب می‌شوند. چنین نوترون‌هایی آن قدر کند می‌شوند تا با هسته راکتور به تعادل گرمایی برسند. نام گذاری این نوترون‌ها به نوترون‌های گرمایی یا نوترون‌های کند،به همین دلیل است.

مقدار انرژی گرمایی،در یک رآکتور پارامتر بحرانی است و با کنترل آن می‌توان رآکتور را در حالت عادی نگاه داشت. این کار با تنظیم تعداد میله های کنترل درون رآکتور صورت می‌گیرد. میله کنترل از مواد جذب کننده نوترون ساخته شده است و با افزایش یا کاهش جذب نوترون، می‌توان گسترش واکنش زنجیره ای را کاهش یا افزایش داد. البته با استفاده از کند کننده های نوترون یا تغییر دادن نحوه قرار گیری میله های سوخت هم می‌توان انرژی خروجی رآکتور را کنترل کرد.

طراحی یک رآکتور

هدف از رآکتور هر چه باشد، برای به دست آوردن این محصولات لازم است یک واکنش هسته ای زنجیره ای به طور پیوسته ادامه یابد. برای ادامه یک واکنش زنجیره ای رآکتور باید در حالت بحرانی یا فوق بحرانی قرار نداشته باشد. کند کننده و وسیله کنترل در فراهم آوردن چنین شرایطی نقش بسیار مهمی برعهده دارد.

رآکتوری که از کند کننده استفاده می‌کند، رآکتور گرمایی یا رآکتور کند نامیده می‌شود. این رآکتورها با توجه به نوع کند کننده ای که مورد استفاده قرار می‌گیرد طبقه بندی می‌شوند. آب معمولی ( آب سبک )، آب سنگین و گرافیت، مواد رایج کند کننده هستند. البته گرافیت مشکلات فراوانی را به وجود می‌آورد و بسیار خطرآفرین است، مانند حادثه انفجار چرنوبیل یا آتش سوزی وانیدسکیل.

رآکتورهایی که از کند کننده‌ها استفاده نمی کنند، رآکتورهای سریع خوانده می‌شوند. در این نوع رآکتورها فشار ذرات نوترون بسیار بالا است و از این رو می‌توان برخی واکنش های هسته ای را در آن‌ها انجام داد که ترتیب دادن آن‌ها در رآکتور کند، بسیار مشکل است. شرایط خاصی که در رآکتورهای سریع وجود دارد، سبب می‌شود بتوان هسته اتم توریوم و برخی ایزوتوپ های دیگر را به سوخت هسته ای قابل استفاده تبدیل کرد. چنین رآکتوری می‌تواند سوختی بیش از حد نیاز خود را تولید کند و به همین دلیل به آن رآکتور سوخت ساز نیز گفته می‌شود.

در همه رآکتورها، قلب رآکتور که دمای بسیار زیادی دارد، باید خنک شود. در یک نیروگاه هسته ای، سیستم خنک ساز به نوعی طراحی می شود که از گرمای آزاد شده به بهترین شکل ممکن استفاده شود. در اغلب این سیستم‌ها از آب استفاده می شود. اما آب نوعی کند کننده هم محسوب می شود و از این رو نمی تواند در رآکتورهای سریع مورد استفاده قرار گیرد. در رآکتورهای سریع از سدیم مذاب یا نمک های سدیم استفاده می شود و دمای عملیاتی خنک ساز بالاتر است. در رآکتورهایی که برای تبدیل مورد طراحی شده اند، به راحتی گرمای آزاد شده را در محیط آزاد می کنند.

در یک نیروگاه هسته ای، رآکتور کند منبع آب را گرم می کند و آن را به بخار تبدیل می کند. بخار آب توربین بخار را به حرکت در می آورد ، توربین نیز ژنراتور را می چرخاند و به این ترتیب انرژی تولید می شود. این آب و بخار، در تماس مستقیم با راکتور هسته ای است و از این رو در معرض تابش های شدید رادیواکتیو قرار می گیرند. برای پیشگیری از هر گونه خطر مرتبط با این آب رادیواکتیو، در برخی رآکتورها بخار تولید شده را به یک مبدل حرارتی ثانویه وارد می کنند و از آن به عنوان یک منبع گرمایی در چرخه دومی از آب و بخار استفاده می کنند. بدین ترتیب آب و بخار رادیواکتیو هیچ تماسی با توربین نخواهند داشت.

انواع رآکتورهای گرمایی

در رآکتورهای گرمایی علاوه برکند کننده، سوخت هسته ای ( ایزوتوپ قابل شکافت القایی)، مخزن بخار و لوله های منتقل کننده آن، دیواره های حفاظتی و تجهیزات کنترل و مشاهده سیستم رآکتور نیز وجود دارند. البته بسته به این که این رآکتورها از کانال‌های سوخت فشرده شده، مخزن بزرگ بخار یا خنک کننده گازی استفاده کنند، می توان آن‌ها را به سه دسته تقسیم کرد.

الف – کانال‌های تحت فشار، در رآکتورهای RBMK و CANDU استفاده می شوند و می توان آنها را در حال کارکردن رآکتور، سوخت رسانی کرد.

ب – مخزن بخار پرفشار داغ، رایج ترین نوع رآکتور است و در اغلب نیروگاه‌های هسته ای و رآکتورهای دریایی ( کشتی، ناوهواپیمابر یا زیردریایی ) از آن استفاده می شود. این مخزن می تواند به عنوان لایه حفاظتی نیز عمل کند.

ج – خنک سازی گازی: در این رآکتورها به جای آب، از یک سیال گازی شکل برای خنک کردن رآکتور استفاده می شود. این گاز در یک چرخه گرمایی با منبع حرارتی راکتور قرار می گیرد و معمولاً از هلیوم برای آن استفاده می شود، هر چند، نیتروژن و دی اکسید کربن نیز کاربرد دارند. در برخی رآکتورهای جدید، به قدری گرما تولید می شود که گاز خنک کن می تواند مستقیماً یک توربین گازی را بچرخاند، در حالی که در طراحی های قدیمی تر گاز خنک کن را به یک مبدل حرارتی می فرستادند تا در یک چرخه دیگر، آب را به بخار تبدیل کند و بخار داغ، یک توربین بخار را بگرداند.

مابقی اجزای نیروگاه هسته ای

غیر از رآکتور که منبع گرمایی است، تفاوت اندکی بین نیروگاه هسته ای و یک نیروگاه حرارتی تولید برق با سوخت فسیلی وجود دارد.

مخزن بخار تحت فشار معمولا درون یک ساختمان بتونی تعبیه می شود که این ساختمان به عنوان یک سد حفاظتی در برابر تابش رادیواکتیو عمل می کند. این ساختمان نیز درون یک مخزن بزرگتر فولادی قرار می گیرد. هسته رآکتور و تجهیزات مرتبط با آن درون این مخزن فولادی قرار گرفته اند و کارکنان می توانند راکتور را تخلیه یا سوخت رسانی کنند. وظیفه این مخزن فولادی، جلوگیری از نشت هر گونه گاز یا مایع رادیواکتیو از درون سیال است.

در نهایت این مخزن فولادی نیز توسط یک ساختمان بتونی محافظت می شود. این ساختمان به قدری محکم است که در برابر اصابت یک هواپیمای جت مسافربری ( مشابه حادثه یازده سپتامبر ) نیز تخریب نمی شود. وجود این ساختمان حفاظتی دوم برای جلوگیری از انتشار مواد رادیواکتیو در اثر هرگونه نشت از حفاظ اول، ضروری است. در حادثه انفجار چرنوبیل، فقط یک ساختمان حفاظتی وجود داشت و همان موجب شد مواد راکتیو در سطح اروپا پخش شود.

رآکتورهای هسته ای طبیعی

در طبیعت هم می توان نشانه هایی از رآکتور هسته ای پیدا کرد، البته به شرطی که تمام عوامل مورد نیاز به طور طبیعی در کنار هم قرار گرفته باشند. تنها نمونه شناخته شده یک رآکتور هسته ای طبیعی، دو میلیارد سال پیش در منطقه اوکلو در کشور گابون ( قاره آفریقا ) فعالیتش را آغاز کرده است. البته دیگر چنین رآکتورهایی روی زمین شکل نمی گیرند، زیرا واپاشی رادیواکتیو این مواد ( به خصوص U-235 ) در این زمان طولانی 5/4 میلیارد ساله ( سن زمین )، فراوانی U-235 را در منابع طبیعی این رآکتورها بسیار کاهش داده است، به طوری که مقدار آن به پایین تر از حد مورد نیاز آغاز یک واکنش زنجیره ای رسیده است.

این رآکتورهای طبیعی زمانی شکل گرفتند که معادن غنی از اورانیوم به تدریج از آب زیرزمینی یا سطحی پر شدند. این آب به صورت کند کننده عمل کرد و واکنش های زنجیره ای شدیدی به وقوع پیوست. با افزایش دما، آب کند کننده بخار می شد و رآکتور خاموش شد. پس از مدتی، این بخارها به مایع تبدیل می شدند و دوباره رآکتور به راه می افتاد. این سیستم خودکار و بسته، یک رآکتور را کنترل می کرد و برای صدها هزار سال، این رآکتور را فعال نگاه می داشت.

مطالعه و بررسی این رآکتورهای هسته ای طبیعی بسیار ارزشمند است، زیرا می تواند به تحلیل چگونگی حرکت مواد رادیواکتیو در پوسته زمین کمک کند. اگر زمین شناسان بتوانند راز این حرکت ها را شناسایی کنند، می توانند راه حل های جدیدی برای دفن زباله های هسته ای پیدا کنند تا این ضایعات خطرناک، به منابع آب سطح زمین نشت نکنند و فاجعه ای بشری به بار نیاورند.

انواع رآکتورهای گرمایی

الف – کند سازی با آب سبک:

a- رآکتور آب تحت فشار Pressurized Water Reactor(PWR)

b- رآکتور آب جوشان Boiling Water Reactor(BWR)

c- رآکتور D2G

ب- کند سازی با گرافیت:

a- ماگنوس Magnox

b- رآکتور پیشرفته با خنک کنندی گازی Advanced Gas-Coaled Reactor (AGR)

c- RBMK

d- PBMR

ج – کند کنندگی با آب سنگین:

a – SGHWR

b – CANDU

رآکتور آب تحت فشار، PWR

رآکتور PWR یکی از رایج ترین راکتورهای هسته ای است که از آب معمولی، هم به عنوان کند ساز نوترون‌ها و هم به عنوان خنک ساز استفاده می کند. در یک PWR، مدار خنک ساز اولیه، از آب تحت فشار استفاده می کند. آب تحت فشار، در دمایی بالاتر از آب معمولی به جوش می آید، از این دوچرخه خنک ساز اولیه را به گونه ای طراحی می کنند که آب با وجود آنکه دمایی بسیار بالا دارد، جوش نیاید و به بخار تبدیل نشود. این آب داغ و تحت فشار در یک مبدل حرارتی، گرما را به چرخه دوم منتقل میکند که یک نوع چرخه بخار است و از آب معمولی استفاده می کند. دراین چرخه آب جوش می آید و بخار داغ تشکیل می شود، بخار داغ یک توربین بخار را می چرخاند، توربین هم یک ژنراتور و در نهایت ژنراتور، انرژی الکتریکی تولید می کند.

PWR به دلیل دارا بودن چرخه ثانویه با BWR تفاوت دارد. از گرمای تولیدی در PWR به عنوان سیستم گرم کننده درنواحی قطبی نیز استفاده می شود. این نوع رآکتور، رایج ترین نوع رآکتورهای هسته ای است و در حال حاضر، بیش از 230 عدد از آنها در نیروگاههای هسته ای تولید برق و صدها رآکتور دیگر برای تأمین انرژی تجهیزات دریایی مورد استفاده قرار می گیرند.

خنک کننده

همان طور که می دانید، برخورد نوترون‌ها با سوخت هسته ای درون میله های سوخت، موجب شکافت هسته اتم‌ها می شود و این فرآیند هم به نوبه خود، گرما و نوترون‌های بیشتری آزاد می کند. اگر این حرارت آزاد شده منتقل نشود، ممکن است میله های سوخت ذوب شوند و ساختار کنترلی رآکتور از بین برود ( و البته خطرهای مرگ آوری که به دنبال آن روی می دهند. ) در PWR، میله های سوخت به صورت یک دسته در ساختاری، ترسیمی قرار گرفته اند و آب از کف رآکتور به بالا جریان پیدا می کند. آب از میان این میله های سوخت عبور می کند و به شدت گرم می شود، به طوری که به دمای 325 درجه سانتی گراد می رسد. درمبدل حرارتی، این آب داغ موجب داغ شدن آب در چرخه دوم می شود و بخاری با دمای 270 درجه سانتی گراد تولید می کند تا توربین را بچرخاند.

کند کننده

نوترون‌های حاصل از یک شکافت هسته ای بیش تر از آن حدی گرم هستند که بتوانند یک واکنش شکافت هسته ای را آغاز کنند. انرژی آن‌ها را باید کاهش داد تا با محیط اطراف خود به تعادل گرمایی برسند. محیط اطراف نوترون‌ها ( قلب رآکتور ) دمایی در حدود 450 درجه سانتی گراد دارد.

در یک PWR، نوترون‌ها در پی برخورد با مولکول‌های آب خنک ساز، انرژی جنبشی خود را از دست می دهند؛ به طوری که پس از 8 تا 10 برخورد ( البته به طور متوسط ) با محیط هم دما می شوند. در این حالت، احتمال جذب نوترون‌ها از سوی هسته U-235 بسیار زیاد است ودر صورت جذب، بلافاصله هسته U-236 جدید دچار شکافت می شود.

مکانیسم حساسی که هر رآکتور هسته ای را کنترل می کند، سرعت آزاد سازی نوترون‌ها در طول یک فرآیند شکافت است. به طور متوسط از هر شکافت، دو نوترون و مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. نوترون‌های آزاد شده اگر با هسته U-235 دیگری برخورد کنند، شکافت دیگری را سبب می شوند و در نهایت یک واکنش زنجیره ای روی می دهد. اگر تمام این نوترون‌ها در یک لحظه آزاد شوند، تعدادشان به قدری زیاد می شود که باعث ذوب شدن راکتور خواهد شد. ( تعداد ذرات پر انرژی، دمای یک سیستم را تعیین می کند. معادله بوتنرمن، این ارتباط را توصیف می کند. ) خوشبختانه برخی از این نوترون‌ها پس از یک بازه زمانی نه چندان کوتاه ( حدود یک دقیقه ) تولید می شوند و سبب می شوند دیگر عوامل کنترل کننده از این تاخیر زمانی استفاده کرده و اثر خود را داشته باشند.

یکی از مزیت های استفاه از آب در PWR، این است که اثر کند سازی آب با افزایش دما کاهش می یابد. در راکتور، آب در فشار 150 برابر فشار یک اتمسفر قرار دارد ( حدود 15 مگا پاسکال ) و در قلب رآکتور به دمای 325 درجه سانتی گراد می رسد. درست است که آب با فشار پانزده مگا پاسکال در این دما جوش نمی آید، ولی به شدت از خاصیت کند کنندگی اش کاسته می شود، بنابراین آهنگ واکنش شکافت هسته ای کاهش می یابد، حرارت کمتری تولید می شود و دما پایین می آید. با کاهش دما، توان رآکتور افزایش می یابد و با افزایش دما، توان راکتور کاهش می یابد؛ پس سیستم PWR دارای یک سیستم خود تعادلی در رآکتور است و توان رآکتور در کمترین میزان مورد نیاز برای تأمین گرمای سیستم بخار ثانویه را تضمین می کند.

در اغلب رآکتورهای PWR، توان رآکتور را در دوره فعالیت معمولی با تغییرات غلظت بورون ( در شکل اسید بوریک ) در چرخه خنک کننده اولیه کنترل می کنند؛ سرعت جریان خنک کننده اول در رآکتورهای PWR معمولی ثابت است. بورون یک جذب کننده قوی نوترون است و با افزایش یا کاهش غلظت آن، می توان شدت فعالیت راکتور را کاهش یا افزایش داد. برای این کار یک سیستم کنترلی پیچیده، شامل پمپ های فشار بالا که آب را در فشار 15 مگا پاسکال از چرخه خارج می کند، تجهیزات تغییر غلظت اسید بوریک و تزریق مجدد آب به چرخه خنک ساز مورد نیاز است.

یکی از اشکالات راکتورهای شکافت، این است که حتی پس از توقف واکنش شکافت، هنوز هم واپاشی های رادیواکتیوی انجام می شود و حرارت زیادی آزاد می شود که می تواند راکتور را ذوب کند. البته سیستم های حفاظتی و پشتیبانی متعددی برای جلوگیری از این واقعه وجود دارند، با این حال ممکن است در شرایط اضطراری بر اثر پیچیدگی های این سیستم، برهمکنش های پیش بینی نشده یا خطاهای عملیاتی مرگ باری، روی دهد. در نهایت، هر رآکتور با یک حفاظ ساختمانی بتونی احاطه شده است که آخرین سد در برابر تشعشعات رادیواکتیو است.

رآکتور آب جوشان، BWR

در رآکتور آب جوشان، از آب سبک استفاده می شود. آب سبک، آبی است که در آن فقط هیدروژن معمولی وجود دارد.BWR اختلاف زیادی با رآکتور آب تحت فشار ندارد، جز اینکه در BWR فقط یک چرخه خنک کننده وجود دارد و آب مستقیما در قلب راکتور به جوش می آید. فشار آب در BWR کمتر از PWR است، به طوری که در بیشترین مقدار به 75 برابر فشار جو می رسد ( 5/7 مگا پاسکال ) و بدین ترتیب آب در دمای 285 درجه سانتی گراد به جوش می آید.

رآکتور BWR به شکلی طراحی شده که بین 12 تا 15 درصد آب درون قلب رآکتور به شکل بخار در قسمت بالای آن قرار می گیرد. بدین ترتیب عملکرد بخش بالایی و پایینی هسته رآکتور با هم تفاوت دارند. در بخش بالایی قلب رآکتور، کند سازی کمتری صورت می گیرد و در نتیجه بخش بالایی، کمتر است.

در حالت کلی دو مکانیسم برای کنترل BWR وجود دارد: استفاده از میله های کنترل و تغییر جریان آب درون راکتور.

الف – بالا بردن یا پایین آوردن میله های کنترل، روش معمولی کنترل توان رآکتور در حالت راه اندازی رآکتور تا رسیدن به 70 درصد حداکثر توان است. میله های کنترل حاوی مواد جذب کننده نوترون هستند؛ در نتیجه پایین آوردن آن‌ها موجب افزایش جذب نوترون در میله ها، کاهش جذب نوترون در سوخت و درنهایت کاهش آهنگ شکافت هسته ای و پایین آمدن توان رآکتور می شود. بالا بردن میله های سوخت دقیقاً نتیجه معکوس می دهد.

ب – تغییرات جریان آب درون رآکتور، زمانی برای کنترل رآکتور مورد استفاده قرار می گیرد که راکتور بین 70 تا 100 درصد توان خود کار می کند. اگر جریان آب درون رآکتور افزایش یابد، حباب های بخار در حال جوش سریع تر از قلب راکتور خارج می شوند و آب درون قلب رآکتور بیشتر می شود. افزایش مقدار آب به معنی افزایش کندسازی نوترون و جذب بیشتر نوترون‌ها از سوی سوخت است و این یعنی افزایش توان راکتور. با کاهش جریان آب درون رآکتور، حباب ها بیشتر در رآکتور باقی می مانند، سطح آب کاهش می یابد و به دنبال آن کندسازی نوترون‌ها و جذب نوترون هم کاهش می یابد و در نهایت توان رآکتور کاهش می یابد.

بخار تولید شده در قلب رآکتور از شیرهای جدا کننده بخار و صفحات خشک کن ( برای جذب هر گونه قطرات آب داغ ) عبور می کند و مستقیماً به سمت توربین های بخار که بخشی از مدار رآکتور محسوب می شوند، می رود. آب اطراف رآکتور همواره در معرض تابش و آلودگی رادیواکتیو است و از آنجا که توربین هم در تماس مستقیم با آب است، باید پوشش حفاظتی داشته باشد. اغلب آلودگی های درون آب عمر کوتاهی دارند ( مانند N16 که بخش اعظم آلودگی های آب را تشکیل می دهد و نیمه عمرش تنها 7 ثانیه است )، بنابراین مدت کوتاهی پس از خاموش شدن رآکتور می توان به قسمت توربین وارد شد.

در رآکتور BWR، افزایش نسبت بخار آب به آب مایع درون رآکتور موجب کاهش گرمای خروجی می شود. با این حال، یک افزایش ناگهانی در فشار بخار، سبب بروز یک کاهش ناگهانی در نسبت بخار به آب مایع درون رآکتور می شود که خود، سبب افزایش توان خروجی می شود. این شرایط و دیگر حالت های خطرساز، موجب شده است از سیستم کنترلی اسید بوریک ( بورون ) نیز استفاده شود، بدین شکل که در سیستم پشتیبان خاموش کننده اضطراری، محلول اسید بوریک با غلظت بالا به چرخه خنک کننده تزریق می شود.

مزیت این سیستم این است که اسید اوریک، یک خورنده قوی است و معمولا در PWR سبب می شود تلفات ناشی از خوردگی قابل توجه باشد. در بدترین شرایط اضطراری که تمام سیستم های امنیتی از کار افتاد، هر رآکتور به وسیله یک ساختمان حفاظتی از محیط اطراف جدا شده است. در یک رآکتور BWR جدی، حدود 800 دسته، واحد سوخت قرار می گیرد و در هر دسته بین 74 تا 100 میله سوخت قرار می گیرد. این چنین حدود 140 تن اورانیوم در قلب رآکتور ذخیره می شود.

رآکتور D2G

رآکتور هسته ای D2G را می توان در تمام ناوهای دریایی ایالات متحده پیدا کرد. D2G مخفف عبارت زیراست:

رآکتور ناو جنگی D=Destroyer-sized reactor

نسل دوم 2=Second Geneation

ساخت جنرال الکتریک G= General – Electric built

بدین ترتیب، D2G را می توان مخفف این عبارت دانست: رآکتور هسته ای نسل دوم ویژه ناوهای جنگی ساخت جنرال الکتریک. این رآکتور برای تولید حداکثر 150 مگا وات انرژی الکتریکی و عمر مفید 15 سال طراحی شده است.

در این رآکتور، برای مخزن بخار دو رآکتور وجود دارد و به نحوی طراحی شده که بتوان هر دو اتاق توربین را با یک رآکتور به راه انداخت. اگر هر دو رآکتور فعال باشند، ناو سریع به 32 گره می رسد. اگر یک رآکتور فعال باشد و توربین ها متصل به هم باشند، سرعت ناو به 25 تا 27 گره خواهد رسید و اگر فقط یک رآکتور فعال باشد ولی توربین ها جدا باشند، سرعت فقط 15 گره خواهد بود. 

منبع:الکترومهدی مقاله

رآکتورهای هسته ای برای انجام واکنش های هسته ای در مقیاس وسیع طراحی می‌شوند. گرما، اتم‌های جدید و تابش بسیار شدید نوترون، محصولات واکنش انجام شده در رآکتور هستند و بسته به استفاده ای که از رآکتور می‌شود، از یکی از محصولات استفاده می‌شود. در یک نیروگاه هسته ای تولید برق از انرژی گرمایی تولید شده برای چرخاندن توربین و درنهایت تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود. در برخی رآکتورهای نظامی و آزمایشی بیشتر از باریکه نوترون پر انرژی استفاده می‌شود تا مواد ساده را به عناصر کم یاب و جدیدی تبدیل کنند.

بررسی و نقش خازن ها در تنظیم رله های حفاظتی

به منظورعملکرد صحیح رله های شبکه قدرت درحفاظت اصلی بادپشتیبان ایجاد هماهنگ بین آنها ضروری است این هماهنگی باید بین رله های اصلی و پشتیبان بایداز نوع ارت فارت ودیستانس ویا رله های جریان زیاددیستانس کاملا با طریقه هماهنگی بین رله های هم نوع متفاوت می باشد. برای اولین بار با استفاده از هماهنگی وتجزیه وتحلیل روشهای مختلف صورت پذیرفته وبا تعیین بهینه ترین روش برای هر حالت برنامه کامپیوتری متناسب نوشته شده است که تنظیم رله ها را با درنظر گرفتن عمل متقابل بین دو نوع رله متفاوت جریان زباد ودیستانس وبه عبارت دیگر میتوان در اینرله تاثیر اثر خازنی خط را بر روی ناحیه حفاظتی رله دیستانس را بررسی کرد چرا که عملکرد رله دیستانس بر اساس امپدانس اندازه گیری شده تا محل خطااست. الگوریتم بهینه جهت ایجاد هماهنگی در ترکیب رله های جریان زیاد دیستانسو ترکیب رله های ارت فارت ودیستانس که موضوع جدیدی است بدست امده است . آنچه که از موضوع هماهنگی برداشت می شود مشخصه عملکرد زمان و جریان در رله های مختلف است بدین معنی که رله هاباید هم از نظر زمان وهم از نظر جریان دررله های مختلف هماهنگ باشند. زیراهر کدام به تنهایی مشکلاتی را به وجود می آورنددر ضمن امروزه در صنعت شاهد رشدروز افزون مباحث دیجیتال وورود دیجیتال به عرصه مستقیم وبه تبع آن سیستم های آنالوگ به کل در حال خروج از ئده کاری مهندسان به ویزه مهندسان حفاظت اند به طوریکه نحوه حفاظت وسیگنال دهی بر روی خطوط نیز متفاوت است روشهای نوین دیجیتال حفاظت را مطمعن تر می کند. وباعث ایجاد بهروری بیشترروشهای هماهنگی رلههای جریان زیاددیجیتال و عملکرد رله های جریان میشود

ورود یک بند جدید به قبوض برق/ جزئیات افزایش بارمالی صورتحساب‌های برق

با مصوبه جدید مجلس شورای اسلامی برای نخستین بار بند جدیدی به قبوض برق مشترکان اضافه شده است که مطابق با این مصوبه، هر مشترک به ازای مصرف هر کیلووات ساعت برق باید مبلغی را به عنوان عوارض مصرف برق پرداخت کند

کد خبر: ۱۸۷۵۵

تاریخ انتشار: ۲۲ شهریور ۱۳۹۲ - ۱۵:۱۵

خبراقتصادی:مهر نوشت:حمید چیت چیان وزیر نیرو یکی از مهمترین ماموریت های وزارت نیرو در دولت یازدهم را اصلاح قیمت آب و برق اعلام کرده و تاکید می کند: هم اکنون هزینه تمام شده تولید آب شرب و برق نسبت به مبالغی که از مردم گرفته می شود بسیار ناچیز است.

این عضو کابینه دولت یازدهم در تشریح دلایل افزایش و اصلاح قیمت برق، می گوید: منهای هزینه‌های سوخت، برای تولید برق در وزارت نیرو حدود 68 تومان هزینه می‌شود. طبق قانون هدفمندی یارانه‌ها قرار شد به‌طور متوسط بابت هر کیلووات ساعت 43 تومان از مردم دریافت شود و با توجه به کاهش مصرف برق توسط مردم به طور متوسط 409 ریال از مردم دریافت می‌شود.

وزیر نیرو با بیان اینکه از 41 تومانی که دریافت می‌شود 166 ریال به سازمان هدفمندی یارانه‌ها برای پرداخت یارانه‌ها داده می‌شود، معتقد است: در این صورت به ازای هر کیلووات ساعت 264 ریال برای وزارت نیرو می‌ماند. آیا سازمانی که 264 ریال دریافت می‌کند و 68 تومان هزینه، می‌تواند به خوبی کارها را مدیریت کند؟

همزمان با عزم جزم وزارت نیرو برای اصلاح و منطقی کردن قیمت آب و برق، مطابق با مصوبه مجلس شورای اسلامی برای نخستین بار یک بند جدید به قبوض برق مشترکان اضافه شده است که مطابق هر مشترک به ازای مصرف هر کیلووات ساعت برق باید مبلغی حدود 30 ریال به عنوان عوارض مصرف برق پرداخت کند.

توانیر در خصوص اضافه شدن این بند جدید در صورتحساب مشترکان، توضیح داده است: عوارض برق مبحثی است برای نخستین بار در قانون بودجه امسال درخصوص آن به تصمیم گیری پرداخته و وظیفه جمع آوری و چگونگی هزینه کرد آن نیز مشخص شده است.

براساس تصویب مجلس شورای اسلامی، بند 69 قانون بودجه امسال به مبحثی اختصاص یافته است که برای نخستین بار در قوانین بودجه سالانه درج شده است.

این بند از قانون بودجه سال 92 وزارت نیرو را مکلف کرده است که از هر مشترک مبلغی را به عنوان عوارض دریافت کنند.

متن این بند از قانون بودجه می گوید: وزارت نیرو موظف است علاوه بر دریافت بهای برق به ازای هر کیلووات ساعت برق فروخته شده مبلغ 30 ریال به عنوان عوارض برق در قبوض مربوطه درج و از مشترکان برق به استثنای مشترکان خانگی روستایی دریافت نماید. به این ترتیب براساس قانون تمام مشترکان به جز مشترکان خانگی روستایی موظف به پرداخت 30 ریال (سه تومان) به عنوان عوارض هستند.

توانیر همچنین در خصوص نجوه هزینه کردن منابع مایل حاصل از اضافه شدن بند عوارض به قبوض برق، اعلام کرد: وجوه حاصله به حساب شرکت توانیرنزد خزانه‌داری کل کشور واریز و عین وجوه دریافتی صرفاً بابت حمایت از توسعه و نگهداری شبکه‌های روستایی و تولید برق تجدیدپذیر و پاک هزینه می شود.

این مجموعه صنعت برق، تاکید کرده است:  به این ترتیب نمایندگان مجلس شورای اسلامی با درک اهمیت پرداختن به توسعه، نگهداری و بهینه سازی شبکه‌های روستایی و ایجاد ظرفیت های جدید تولید برق از منابع تجدید پذیر، اقدام به چنین کاری کرده‌اند.

هزینه 2.5 میلیارد دلاری برق تابستانی برای دولت/ خط و نشان جدید برای کولرهای گازی

یک مقام مسئول در وزارت نیرو با اشاره به تحمیل هزینه 2.5 میلیارد دلاری به دولت برای مدیریت پیک مصرف برق تابستانی مشترکان، اعلام کرد: اصلاح قیمت برق و جلوگیری از ورود کولر گازی راندمان پایین می‌تواند بخشی از هزینه‌های سالانه برای ساخت نیروگاه‌های جدید را کاهش دهد.

به گزارش خبرنگار مهر، حمید چیت چیان وزیر نیرو در روزهای پایانی فصل تابستان سالجاری برای تامین مطمئن و پایدار برق مشترکان برای تابستان سال اینده اظهار نگرانی کرده است.

از سوی دیگر متوسط مصرف برق در بخش های مختلف خانگی، تجاری و صنعتی با گذشت آثار اجرای فاز اول هدفمندی یارانه‌ها، بار دیگر افزایش قابل توجه ای یافته است.

آمارهای رسمی وزارت نیرو از رشدی 7 تا 10 درصدی مصرف برق در فصل تابستان سالجاری حکایت دارد، هر چند این سونامی مصرف برق تاکنون منجر به قطعی و یا خاموشی هیا برنامه ریزی شده در سطح شبکه توزیع برق کشور نشده است.

با این وجود برخی از مسئولان وزارت نیرو پائین بودن قیمت فعلی برق و اتلاف گسترده این حامل انرژی پاک توسط مشترکان به واسطه استفاده از تجهیزات سرمایشی کم بازده و پرمصرف انرژی را از مهمترین دلایل رشد افسار گسیخته مصرف برق کشور عنوان می کنند.

سیدحسین سجادی درباره مهمترین دلایل رشد پیک مصرف برق در فصول تابستان، گفت: مهمترین دلیل افزایش مصرف برق در فصول گرم سال استفاده گسترده از تجهیزات سرمایشی همچون کولرهای آبی و گازی است.

مدیرعامل سازمان بهره‌وری انرژی ایران با اعلام اینکه از 5 سال گذشته تاکنون در برخی روزها، ساعت اوج مصرف برق در روزهای تابستانی بیش از اوج مصرف برق در ساعات شب بوده است، تصریح کرد: استفاده از وسایل و تجهیزات سرمایشی در ساعات گرم روز منجر به این اختلاف در پیک مصرف برق شده است.

این مقام مسئول در تشریح تحمیل هزینه‌های سرمایه گذاری بر شبکه تولید و انتقال برق با استفاده از تجهیزات سرمایشی، اظهار داشت: محاسبات نشان می دهد به طور تقریبی بار سرمایشی کشور در روزهای پیک حدود 16 هزارو مگاوات و معادل یک سوم بار پیک است که که افزایش سطح رفاه عمومی، تغییر الگوی تهویه مطبوع و سرمایش در اقلیم گرم و خشک و معتدل خشک از دلایل عمده این تغییرات به شمار می‌رود.

سجادی با بیان اینکه افزایش بار پیک سالانه به طور میانگین حدود 2000 مگاوات است که اکثر این افزایش مربوط به بار سرمایشی است ، بیان کرد: با توجه به تحمی این افزایش پیک مصرف برق، دولت سالانه مجبور به راه‌اندازی نیروگاه‌های جدید برق است.

مدیرعامل سازمان بهره‌وری انرژی ایران، افزود: اگر هزینه احداث هر کیلووات برابر 1250 دلار در نظرگرفته شود، میزان سرمایه گذاری لازم برای افزایش بار پیک سالانه معادل 2.5 میلیارد دلار است.

این مقام مسئول با یادآوری اینکه مدیریت عرضه و تقاضای انرژی کشور، ناچار از انتخاب بین سرمایه گذاری بیشتر برای تأمین برق یا مدیریت سمت تقاضا خواهد بود، تبیین کرد: بنابراین پیشنهاد می شود به جای احداث نیروگاه جدید که فقط در زمان پیک در مدار باشد، نسبت به تغییر در سیاست گذاری‌ها و اجرای راهکارهای بهینه سازی مصرف انرژی در بخش سرمایش اقدام شود که البته این اقدام مستلزم همکاری و هماهنگی فرابخشی است.

وی با تاکید بر اینکه اصلاح قیمت و تعرفه‌های برق باتوجه به اقلیم مناسب، حمایت از تولیدکنندگان تأسیسات و لوازم برقی پربازده و اعمال تعرفه‌های ترجیحی از راهکارهای افزایش بهره وری تجهیزات سرمایشی است، خاطرنشان ساخت: اصلاح عوارض و تعرفه‌های گمرکی، جلوگیری از ورود غیرمجاز یا مجاز انواع کولر گازی راندمان پایین، اقدام مؤثر برای اصلاح الگوی معماری و رعایت مبحث 19 مقررات ملی ساختمان از دیگر راهکارهای ارتقای بهره‌وری تجهیزات و سیستم های سرمایشی است.

از صنعت برق چه می‌دانیم ؟

 انواع نیروگاه‌هایی که در سطح جهان به امر تولید برق اشتغال دارند عبارتند از:

1. نیروگاههای بخاری

2. نیروگاههای آبی

3. نیروگاههای گازی

4. نیروگاههای سیکل ترکیبی

5. نیروگاههای اتمی

6. نیروگاههای خورشیدی

7. نیروگاههای بادی

8. نیروگاههای پمپ ذخیره ای

9. نیروگاههای جذر و مدی دریا

10. نیروگاههای زمین گرمایی ( ژئوترمال)

11. نیروگاههای موجی ( موج دریا )

12. نیروگاههای دیزلی

13. نیروگاههای مگینتوهیدرودینامیکMHD

14. نیروگاههای بیوماس

15. و…

به طوری که از نام این نیروگاهها بر می‌آید هریک ازآنها برای تولید برق، فن آوری ویژه ای دارند که درجای خود توضیح خواهیم داد. در حال حاضر انواع نیروگاههایی که در کشور ما ایران دردست بهره برداری قراردارند عبارتند از: نیروگاههای آبی، گازی، دیزلی، بادی، خورشیدی، سیکل ترکیبی و به زودی نوع اتمی آن نیز شروع به کارخواهد کرد.

ولی قبل ازاینکه وارد بحث نیروگاهها، تولید، انتقال و توزیع برق شویم، بهتراست کمی درباره کاربردهای گوناگون انرژی ها و تبدیل آنها به انرژی برق و روشهای تولید آن سخن بگوییم.

استفاده از انرژیهای خدادادی موجود درطبیعت، همیشه مورد نظربوده است. مطالعات گوناگونی برای تغییر شکل انرژی، به طوری که به کارگیری آن ساده باشد، صورت گرفته است. حاصل این کوشش ها، انرژی الکتریکی است که ازتبدیل سایر انرژی ها به دست می آید.

امروزه یکی ازمهم ترین شکل های انرژی که درتمام جهان مود استفاده قرار می گیرد ، انرژی برق است. همان طور که درکتاب های علوم خوانده ایم، انرژیها قابل تبدیل به یکدیگرند. مثلاً انرژی مکانیکی را می توان به انرژی الکتریکی تبدیل کرد. به همین ترتیب انرژی شیمیایی و حرارتی را و برعکس.

عوامل زیرسبب می شوند که استفاده ازبرق ساده تر و راحت تر از سایر انرژیها باشد:

1. برق را می توان به سهولت از نقطه ای به نقطه دیگر انتقال داد. به عنوان مثال توسط دو رشته سیم انرژی الکتریکی به خانه ما راه می یابد.

2. کارکردن با برق ساده تر است.

3. دستگاههای متعددی می توان ساخت که با برق کار کنند.

4. درتبدیل انرژی الکتریکی به انرژیهای دیگرمواد زاید ایجاد نمی شودو…

انرژی الکتریکی کاربردهای گوناگونی دارد که اهم آنها عبارتند از:

مصارف صنعتی

تقریباً بیش از نصف برق تولیدی برای رفع احنیاجات صنعتی به کار می رود. موتورهای الکتریکی در اندازه های کوچک و بزرگ چرخ صنایع را به حرکت درمی آورند. الکترومغناطیس های بزرگ در جرثقیل ها کار جابه‌جا کردن قطعات بزرگ فلزی را به عهده دارند.

کاربرد در کشاورزی

اگر شما فرزند یک کشاورز باشید می توانید بسیاری از کاربردهای برق درمزارع را نام ببرید. می دانیم تا چندی قبل بسیاری از کارهای مزرعه توسط کشاورزان و خانواده های آنان با کمک حیواناتی مثل اسب انجام می شد. اینک چه تغییری پیدا شده است؟ مواد غذایی با بهای کمتری از نظرهزینه نیروی انسانی تهیه می شود، کشاورزان از وسایل زندگی بهتر استفاده می کنند و انرژی برق در کشاورزی به کار گرفته شده است.

برق ـ البته توع خاصی از آن ـ تراکتور کشاورز را راه می اندازد. باراو را حمل می کند. آب را به مزارع و محل مسکونی می رساند. بادبزن های الکتریکی هوای گرم تابستان را خنک می کنند. برق، گرمابخش زمستان سرد است. مانع فاسد شدن مواد غذایی می شود. صنایع غذایی را گسترش می دهد.

کاربرد در شهرها

شهرها معمولاً 10 درصد برق تولیدی را مصرف می کنند. فروشگاهها، خانه ها ،‌ هتلها، مساجد، بیمارستانها،‌ ادارات و دیگرمراکز شهری برق مصرف می کنند. درشهر سیستم هوای مطبوع، هوای ادارات، بیمارستانها، هتل ها و آپارتمان ها را درتابستان خنک و سالم نگه می دارد. یک بیمارستان خوب بدون داشتن دستگاههای برقی نظیر اشعة ایکس، آسانسورها،‌ تخت های جراحی‌، دستگاههای استرلیزه کردن‌، لامپ های مخصوص و دیگر وسایل نمی تواند خدمت لازم را در اختیار بیماران قرار دهد.

روشنایی اماکن و معابر در شب، که نعمت بزرگی است فراموش نشود.

کاربرد درحمل و نقل

حمل و نقل زمینی، دریایی، هوایی به صورت پیشرفته امروزی فقط با استفاده از نیروی برق مقدور است. ماشین های سواری، اتوبوس ها، لکوموتیوها، مستقیم یا غیر مستقیم از انرژی برق استفاده می کنند. در خطوط کشتیرانی از پختن غذا گرفته تا تهویه هوای کشتی از برق استفاده می شود.

هواپیما های مسافربری یا نظامی، روشنایی، گرما، تهویه، کنترل فشار وقدرت خود را توسط نیروی برق تأمین می کنند.

کاربرد ارتباطاتی ( مخابرات )

تلگراف، تلفن، رادیو و برنامه های فضایی قدرت خود را از برق دریافت می کنند. بدون برق نفوذ به داخل فضا و شناخت نادیده های فضایی و ارتباط با کرات آسمانی امکان پذیر نیست. امروزه کشورهای جهان توسط دستگاههای مخابراتی به هم وصل هستند. از ایستگاههای رادیویی مختلف می توان اخبار را شنید.

فکر می کنیم همین مختصر توضیح دربارة اهمیت صنعت برق و شناخت آن کافی باشد و حال به سروقت روش های تولید برق می رویم و سپس به درون نیروگاه گاه برمی داریم.

به طوری که می دانیم، انرژی الکتریکی قابل دیدن نیست. با وجود این اطراف ما را پوشانیده است. می توان گفت الکتریسیته همه جا هست. در حقیقت قسمتی از ساختمان تمام مواد طبیعی الکتریسیته است. تنها کاری که باید انجام دهیم این است که الکتریسیته را از درون مواد بیرون بیاوریم و به کارگیریم.

همان طور که گفتیم برق شکلی از انرژی است که از تبدیل سایر انرژی ها به وجود می آید. دستگاهی را که سایر انرژی ها را به انرژی برق تبدیل می کند، مولد می نامند.

پیل، یک مول برق است. این مولد، انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. درباره پیل ( باتری ) درکتاب های علوم به طور مفصل بحث شده است. پیل به دو صورت،‌ پیل خشک و پیل تر موجود است. هریک از شما برای یک بار هم که شده پیل را به کار برده اید. پیل خشک برای به کار انداختن وسایل بازی، رادیوها، چراغ قوه ها و ضبط صوت ها و گروه دیگری از وسایل الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند. پیل های مزبور در اندازه و شکل های مختلف ساخته می شوند. این پیل ها پس از مدتی برق آنها تمام می‌شود و دیگر نمی‌توان از آنها استقاده کرد.

یکی دیگر از انواع مولدهای شیمیایی، انباره یا باتری اتومبیل است که آن را باتری تر نیز می نامند. از این باتری های تر امروزه علاوه بر اتومبیل، درمراکز صنعتی و از جمله در داخل نیروگاهها نیز برای موارد اضطراری استفاده می کنند. این باتری ها طوری طراحی شده اند که می توانند در دفعات زیاد پر و خالی شوند.

برقی که به روشهای مختلف تولید می شود به نام برق جریان مستقیم یا برق D.C برق جریان متناوب A.C نامگذاری شده است . برق D.C مانند یک خیابان یک طرفه است. الکترون ها مانند وسایط نقلیه فقط دریک جهت حرکت دارند. برق A.C یا برق جریان متناوب در صنعت و مصارف خانگی مورد استفاده قرارمی گیرد.

دستگاهی را که برق A.C تولید می کند، مولد یا ژنراتور می نامند. برحسب اینکه انرژی لازم برای به حرکت درآوردن مولد از چه منبعی دریافت شود،‌ مولد را با آن نام می خوانند. مانند نیروگاههایی که قبلاً انواع آنها را نام برده ایم. به عنوان مثال اگر برای گرداندن مولد، از انرژی حرارتی استفاده شود، مولد را توربوژنراتور حرارتی می گویند که از جمله آنها توربوژنراتورهای بخاری است.

طرز کار این نوع مولد به این ترتیب است که ابتدا آب را به وسیله سوختی مانند زغال سنگ، گاز و مواد نفتی مانند مازوت به بخارتبدیل می کنند. بخارتولید شده پس از عبور از لوله های مخصوص با فشارزیاد به پره های توربین برخورد می کند و آن را به گردش درمی آورد. چون محور توربین و محور ژنراتور به هم متصلند، درنتیجه ژنراتور شروع به چرخیدن کرده و برق تولید می کند.

مولد برقی که به وسیلة موتور دیزلی به گردش درمی آید به نام دیزل ژنراتور نامیده می شود. به همین ترتیب می توان برای تولید برق از انرژی باد، خورشید، آب و همچنین از انرژی هسته ای استفاده کرد که دراین باره، هنگام توضیح دربارة کار این نوع نیروگاهها مفصل تر صحبت خواهیم داشت.

یادمان نرود که دینام دوچرخه هم یک ژنراتور کوچک برق است که محور آن توسط انرژی پاهایمان هنگام رکاب زدن به حرکت درمی آید و مقداری از انرژی ما به برق تبدیل می شود و ما می توانیم در روشنایی لامپ دوچرخه، به حرکت خود در شب ادامه دهیم.

این مقاله از مرحوم ابوالفضل آزموده می باشد.