کاربری های متفاوت نیروگاه هسته یی بوشهر

مقایسه شیوه های بهینه بهره برداری از نیروگاه های اتمی و فسیلی

از دیدگاه اقتصاد انرژی، ایجاد تنوع در منابع تامین انرژی در صورت رعایت صرفه جویی اقتصادی، امری منطقی است. در مورد به صرفه بودن انرژی هسته یی برای اینکه بدانیم آیا تکنولوژی هسته یی نسبت به دیگر نیروگاه ها الکتریسیته ارزان تر تولید می کند، پاسخ فراگیر وجود ندارد زیرا پروژه های مختلف به لحاظ تفاوت های ناشی از تکنولوژی، ظرفیت، محل استقرار، نحوه استفاده، ضریب بار، هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری دارای قیمت تمام شده متفاوت هستند.

تجربه کشورهایی نظیر امریکا، روسیه، فرانسه، سوئیس، آلمان و ژاپن حاکی از آن است که برای تولید بار پایه، استفاده از نیروگاه های اتمی مقرون به صرفه است.

بار پایه یعنی آنکه یک نیروگاه به طور مداوم و پیوسته با خروجی ماکزیمم (بالاترین توان) اسمی خود کار کند. نیروگاه هایی که در بار پایه کار می کنند، فقط زمانی از کار بازمی مانند که نیاز به تعمیر داشته باشند و بالطبع برای نیروگاه اتمی تعویض سوخت سالیانه مطرح باشد. این نیروگاه های تولید الکتریسیته با کمترین هزینه در نوع خود کار می کنند. نیروگاه هایی که در بار پایه کار می کنند شامل نیروگاه های فسیلی (با سوخت گازوئیل، مازوت، زغال سنگ و سیکل ترکیبی گاز طبیعی)، زمین گرمایی، بیوماس، برقابی و نیروگاه اتمی هستند.

ولی بالطبع به علت ویژگی های منحصر به فرد نیروگاه اتمی، اکثر کشورهای دارنده نیروگاه اتمی از این نیروگاه ها به عنوان بار پایه استفاده می کنند. تنها کشوری که از نیروگاه های اتمی به صورت load following (یعنی توان خروجی نیروگاه براساس تغییرات تقاضای شبکه قابل تنظیم است) استفاده می کند، فرانسه است که آن هم به دلیل وجود تعداد زیاد نیروگاه های اتمی و همچنین تولید الکتریسیته در حدود ۷۸ درصد نیاز آن کشور است.

بهتر است اینجا اشاره شود که کنترل فرکانس شبکه یکی دیگر از خصوصیات باارزش تولید برق از نیروگاه اتمی است که نیروگاه های فسیلی از انجام آن عاجز هستند. این در حالی است که فرکانس شبکه برق در برق های تولیدی حاصل از نیروگاه های فسیلی متغیر است و زمان می برد تا به عدد خاصی برسد یعنی در پیک بار و زمانی که مصرف بار طوری است که شبکه دچار تزلزل می شود، نیروگاه اتمی ضعف شبکه را جبران می کند یعنی باعث پایداری بیشتر شبکه می شود، البته به جز تولید توان. در ضمن نیروگاه های برقابی نیز چنین عمل می کنند ولی توان تولیدی آنها کم است، اما نیروگاه های حرارتی و سیکل ترکیبی به این راحتی تغییر پیدا نمی کنند و فرآیند زیر بار رفتن و توان به شبکه دادن هم مثل بقیه نیروگاه ها سریع و راحت نیست. اصولاً هر شبکه الکتریکی دارای نوسان هایی در مصرف است. میزان مصرف لحظه یی شبکه با ساعات شبانه روز، روزهای هفته، ماه های سال، فصول سال و حتی با رفتار فرهنگی یا اجتماعی و اقتصادی جامعه تغییر می کند. منحنی تغییرات قدرت الکتریکی هر شبکه با میزان حداقل و حداکثر مصرف ساعتی و نسبت حداقل به حداکثر (به نام ضریب بار) تعریف می شود. منحنی که به این ترتیب به دست می آید را مدل بار یا منحنی تغییرات بار می نامند. سطح زیر این منحنی که میزان مصرف انرژی الکتریکی را در طول زمان معین می کند به سه ناحیه تقسیم می شود. این نواحی را بار پایه، بار میانی و ناحیه بار پیک می نامند.

برای احداث یک نیروگاه باید هدف از احداث آن، تامین انرژی الکتریکی برای یکی از نواحی سطح زیر منحنی مصرف شبکه باشد. در هر شبکه احتمال قطع برق و عدم تامین نیاز مصرف کنندگان وجود دارد. هر چه میزان قدرت نصب شده بیشتر از نیاز شبکه (مصرف) باشد، احتمال خاموشی کمتر خواهد بود. با توجه به مطالب فوق و مفهوم مدل بار، نیروگاه ها از نظر تولید الکتریسیته به چهار دسته عمده تقسیم می شوند که عبارتند از؛

۱) نیروگاه هایی که برای تامین بار پایه طراحی و احداث می شوند.

۲) نیروگاه هایی که برای تامین بار میانی به کار می روند.

۳) نیروگاه هایی که برای تامین بار پیک ساخته می شوند.

۴) نیروگاه هایی که برای تولید برق اضطراری مجتمع ها مورد استفاده قرار می گیرند.

در این مقاله بحث روی عملکرد نیروگاه های اتمی است که آیا بهتر است نیروگاه اتمی قابلیت load following داشته باشد یا اینکه در بار پایه کار کند. برای اینکه بتوان به یک تحلیل منطقی رسید باید مختصر اطلاعاتی در مورد مصرف سوخت این نیروگاه ها داشت. برای آنکه مثال عینی تری داشته باشیم روی نیروگاه اتمی هزار مگاواتی بوشهر بحث می کنیم. طبق اطلاعات فنی، اگر مشکلی حین بهره برداری از نیروگاه بوشهر پیش نیاید باید طبق برنامه حدود یک سال بعد یا به طور دقیق ۲۹۱ روز، حدود یک سوم سوخت کل رآکتور که بیشترین مصرف (شکافت) را داشته تعویض شود که این امر نیاز به shut down نیروگاه دارد یعنی طراحی قلب و مدیریت سوخت اجبار می کند یک سوم سوخت کل رآکتور تعویض شود. حال فرق نمی کند در طول این یک سال چند بار به علت مشکلات پیش آمده (اتفاقی) رآکتور را shut down کرده اند و چه مدت را صرف تعمیر و راه اندازی مجدد آن کرده اند. بنابراین نتیجه گرفته می شود ایده آل ترین حالت برای نیروگاه اتمی آن است که در این مدت بهره برداری یک ساله تا تعویض سوخت با ماکزیمم توان الکتریکی نامی خود (که برای نیروگاه بوشهر هزار مگاوات است) کار کند تا بیشترین شکافت در سوخت و بالطبع بیشترین مصرف و در نتیجه اقتصادی ترین نتیجه حاصل شود.

برای درک بهتر مساله مقایسه یی بین نیروگاه فسیلی و اتمی انجام می شود. اگر دو نیروگاه هزار مگاواتی یکی فسیلی و دیگری اتمی باشد و در یک دوره یک ساله مصرف سوخت آنها با توجه به مقدار توان تولیدی مورد بررسی قرار گیرد، مشاهده می شود اگر در نیروگاه فسیلی توان تولیدی به هر دلیل پایین تر از مقدار نامی آ ن که هزار مگاوات است، بیاید مصرف سوخت آن نیز به نسبت پایین تر خواهد آمد، یعنی به نسبت توان تولیدی سوخت مصرف می کند ولی در نیروگاه اتمی این شرط برقرار نیست، یعنی به فرض در طول یک سال با توان زیر ماکزیمم به عنوان مثال ۵۰۰ مگاوات هم کار کند، پس از یک سال باز هم همان یک سوم کل سوخت باید تعویض شود. پس ایده آل ترین روش این است که یک نیروگاه اتمی در طول مدت فعالیت کاری خود با ماکزیمم توان (Full Power) کار کند تا بیشترین راندمان اقتصادی از سوخت مصرفی آن به دست آید. با توجه به ملاحظات فوق می توان نتیجه گرفت اگر نیروگاه های مختلفی در یک کشور جهت تولید برق وجود داشته باشند، به طور اصولی نیروگاه اتمی باید در بار پایه کار کند.

البته همان طور که قبلاً گفته شد در کشور فرانسه به علت در اکثریت بودن نیروگاه های اتمی، اکثر نیروگاه های اتمی آنها قابلیت load following را دارند. البته هزینه ساخت نیروگاه های اتمی با داشتن چنین قابلیتی بالطبع بالا خواهد رفت، زیرا باید از نظر فنی مشکلات مربوط به تنش های حرارتی ناشی از تغییرات توان در قلب رآکتور و دیگر ادوات را مدنظر قرار دهند. در نیروگاه بوشهر قبلاً بحث load following مطرح بود ولی در طراحی و ادامه ساخت آن توسط روس ها و نیاز شبکه ایران نیروگاه اتمی بوشهر در بار پایه کار خواهد کرد.

کارشناس ارشد مهندسی هسته یی، گرایش رآکتور و دبیر انجمن صنفی روزنامه نگاران آزاد تهران