ماژولار، آینده نیروگاه‌های هسته‌ای ایران

نیروگاه هسته‌ای بوشهر، تنها نیروگاه برق هسته‌ای کشورمان با قدرت ۱۰۲۴ مگاوات الکتریکی مشغول به کار است که فاز مطالعاتی دوم آن نیز مشابه با قدرت الکتریکی فاز اول در همکاری با شرکت «روس اتم» روسیه درحال انجام است.

اما این نیروگاه‌ها با تمام قدرت خود، خطراتی هم مثل آلوده کردن محیط زیست و در نهایت خروج از کنترل در شرایطی مثل نقص فنی،زلزله، سونامی یا خرابکاری هسته‌ای  مانند آنچه در چرنوبیل اوکراین یا فوکوشیما ژاپن رخ داد دارند.

حادثه انفجار در نیروگاه هسته‌ای چرنوبیل

 به همین دلیل واضح، چندین سال است که کشورهای پیشرفته در صنعت هسته‌ای به سمت حمایت از شرکت های دانش بنیان و استارتاپ هسته‌ای رفته و  به ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای کوچک ماژولار یا SMR اقدام کنند.

واژه SMR برگرفته شده از «Small modular reactor» به معنای رآکتور‌های ماژولار کوچک است و در بسیاری از منابع و گزارش‌ها به‌خصوص گزارش‌های مربوط به آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، این واژه  معادل با رآکتور‌های هسته‌ای با اندازه کوچک و متوسط استفاده می‌شود.

راکتور کوچک ماژولار در کنار یک نوع از راکتورهای رایج فعلی 

این  راکتورهای کوچک از نظر فناوری کاربرد گستره‌ای دارند و می‌توانند برای تولید برق، تولید گرما، آب‌شیرین‌کن، تامین انرژی کشتی‌های بزرگ باری یا سایر مصارف صنعتی استفاده شوند و  قابلیت دارند تا چندین راکتور با هم ادغام شده و یک واحد را تشکیل دهند که تعداد راکتورها بسته به انرژی که برای مصرف مورد نیاز است می‌تواند تغییر کند.

 دانشگاه پرینستون برای شورای رگولاتوری هسته‌ای آمریکا پژوهشی انجام داده که به‌خوبی آینده این منابع انرژی را روشن کرده و به وزارت انرژی این کشور اعلام کرد که پس از فاجعه هسته‌ای فوکوشیما  در پی سونامی ژاپن، علاقه و نیاز به ساخت این راکتورها در دنیا افزایش یافته‌است.

نمایی از آینده نیروگاه‌های هسته‌ای کوچک، ایمن، کم‌هزینه

تولید برق این راکتورها از ۵ مگاوات تا ۵۰۰ مگاوات برآورد شده که سوخت آن‌ها نیز معمولا از اورانیوم غنی‌شده زیر ۵درصد تامین می‌شود. بااین وجود مدل‌‌هایی نظیر مدل روسی با اورانیوم غنای بالاتر یعنی ۲۰درصد و حتی مدل کانادایی بدون لزوم غنی‌سازی که البته بیشتر استفاده تحقیقاتی دارد نیز وجود دارند.

براساس اطلاعات منتشره از آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، کشورهای دنیا درحال کار بر روی ۷۸ پروژه راکتورهای ماژولار هستند که این پرژه ها یا انجام شده  یا درحال انجام است.

از این تعداد ۲۲ طرح آزمایشگاهی، ۵۶ طرح دیگر نیز کاربرد صنعتی و تجاری دارند؛ اما در مجموع ۶ راکتور عملیاتی، یک راکتور در آستانه عملیاتی‌شدن، ۷ راکتور دیگر درحال ساخت، ۶۲ راکتور در مرحله طراحی بوده و ۲ طرح هم لغو شده‌است.همچنین آمریکا با ۱۷ راکتور، روسیه با ۱۳ راکتور و ژاپن با ۱۱ راکتور بیشترین تعداد پروژه‌های ارتقای راکتورهای کوچک ماژولار را دارند؛ کره جنوبی با ۷، فرانسه با ۶ و چین با ۵ راکتور در رتبه های بعدی قرار دارند.

ابعاد یک راکتور ماژولار

در این میان تنها کشوری که تمایلی به کار در زمینه راکتورهای ماژولار ندارد، آلمان است. مقامات برلین پس از حادثه فوکوشیما، به‌دنبال حذف برق اتمی از مدار انرژی این کشور هستند که براساس برنامه «پایان هسته‌ای» ۱۹راکتور تاکنون جمع آوری شده و ۶ راکتور باقی مانده تا پایان سال میلادی جاری برچیده خواهند شد. 

با تمام این قضایا اما برای یک کشور، مخصوصا ایران که می‌خواهد با تکیه به توان داخلی خود نیروگاه هسته‌ای بسازد، طراحی و ساخت  نیروگاه هسته‌ای کوچک با ظرفیت ۵۰، ۱۰۰ یا ۲۰۰ مگاوات بسیار آسان‌تر است  تا نیروگاهی با قدرت بالا آن‌هم به کمک کشور‌های خارجی طراحی کرده و بسازد.

به همین جهت است که شرکت های استارتاپی در حوزه فعالیت های هسته‌ای از سال ها قبل در اروپا و آمریکا به وجود آمده اند که در زمینه طراحی و تولید راکتورهای ماژولار فعال هستند.

راکتور ماژولار ساخت شرکت Nuscale

شرکت آمریکایی نیوسکل « nuscale » از جمله این شرکت هاست که به صورت رسمی از سال ۲۰۰۷ درحال کار روی این نوع از راکتورهاست. راکتور این استارتاپ، یک راکتور آب سبک است که تقریبا در بیشتر نیروگاه‌های انرژی هسته‌ای از آن استفاده می‌شود.

 آب سبک در واقع همان آب آشامیدنی با فرمول

 H2O 

است؛ در حالی که آب سنگین به شکل نادر آب به نام دوتریم اکساید (

D2O

) گفته می‌شود که در آن به جای دو اتم هیدروژن معمولی (

H

)، دو اتم هیدروژن سنگین یا دوتریم (

D

) نشسته است.

راکتورهای نسل جدید با قابلیت جابجایی

راکتور ماژولار شرکت نیوسکل تقریبا ۲۰ متر طول و ۲.۷ متر قطر دارد و در ابعادی به  اندازه یک اتوبوس BRT است. با اتصال ۱۰۰ راکتور  از این نوع در ۱۰ خوشه ۱۰ تایی به هم می‌توان اندازه یک نیروگاه هسته‌ای بزرگ مثل بوشهر با خطر کمتری انرژی تولید کرد، چون قدرت هر راکتور برابر با ۶۰ مگاوات است. 

«خوزه ریس» موسس استارتاپ هسته‌ای NuScale می‌گوید نسل جدید راکتورهای هسته ای که ما ساختیم کوچک‌تر و امن تر شدند، چون می‌توان آن‌ها را به جای اینکه کنار رودخانه‌ یا دریا بسازیم، داخل استخر‌های کوچک آب زیرزمینی نیز قرار داد.

طرحی از نیروگاه شناور ۲۰۰ مگاواتی شرکت سیبورگ

در نمونه‌ای دیگر یک استارتاپ دانمارکی با هدف تولید انرژی برای کل کشورهای دنیا تا سال ۲۰۲۵ قصد دارد راکتورهای هسته‌ای کوچکی را روی شناورهایی که مستقیما به مدار انرژی وصل می‌شوند، قرار دهد.

راکتورهای شرکت دانمارکی سیبورگ «seaborg» با سماورهایی شامل دو رآکتور هسته‌ای ماژولار برای تأمین برق پاک و مقرون به صرفه در سراسر جهان طراحی شده‌اند که ۲۰۰ مگاوات برق را تحویل می‌دهند.

این شرکت در اطلاعیه ای  گفته است که این راکتورها حداقل ۳۳ میلیون و ۶۰۰ هزار تن کربن دی اکسید کمتری در مقایسه با یک نیروگاه زغال سنگ در طول عمر خود منتشر می‌کنند.

نحوه تولید و انتقال انرژی در نیروگاه‌های شناور هسته‌ای

راکتور شرکت سیبورگ برای تأمین انرژی پاک هسته‌ای روی شناورهای دریایی طراحی شده که می‌توانند مستقیما به هر کشوری که به دریا متصل است، منتقل شوند.

شرکت Energy Terrestri هم از دیگر شرکت‌های استارتاپی در فضای صنعت هسته‌ای با ۵.۹۱ میلیون دلار مبلغ آخرین قرار داد است که  برای تولید برق از گازهای گلخانه ای از فناوری هسته ای با سوخت مایع استفاده می‌کند.

راکتورهای این سیستم نیروگاهی، کوچک و ماژولار است که از نمک مذاب استفاده کرده و ترکیب آن با اورانیوم غنی شده با غنای کمتر از ۵ درصد سبب کاهش هزینه ساخت، راه اندازی، تولید و مونتاژ نیروگاه ها می گردد.

در ایران نیز حدود ۱۰ سال است که ایده راکتورهای کوچک ماژولار از طریق پژوهشگاه علوم و فنون سازمان انرژی اتمی در حال پیگیری است که از سال ۱۳۹۶ با عضویت در کارگروه فنی در آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، سرعت بیشتری پیدا کرده است.

داخل یک نیروگاه ماژولار با دو راکتور

حتی پس از عقد توافق برجام در سال ۹۴ هم مذاکراتی با مجارستانی‌ها، کره‌ای‌ها و چینی ها برای استقرار مدل ACP100 راکتورهای ماژولار با ۱۲۵ مگاوات تولید برق هسته‌ای انجام شد و علی اکبر صالحی رئیس وقت سازمان انرژی اتمی توسعه راکتورهای کوچک ماژولار را استراتژی هسته‌ای ایران اعلام کرد.

باوجود افت و خیز پرونده برنامه صلح آمیز هسته ای ایران در سال های پس از خروج آمریکا از برجام این مطالعات و پیگیری ها همچنان ادامه دارد.

۳۰ آذرپارسال  سومین سمینار «روند انتخاب تکنولوژی رآکتورهای ماژولار کوچک(SMR) برای ایران» در سازمان انرژی اتمی برگزار شد که در آن ۱۴ فناوری SMR معرفی شدند. 

پوستر سومین سمینار روند انتخاب تکنولوژی راکتورهای ماژولار

متخصصین سازمان انرژی اتمی کشورمان امیدواند به دلیل توجه بین‌المللی به این تکنولوژی پیشرفته و مزایای نسبی آن در مقایسه با راکتورهای سنتی بزرگ علی‌رغم کمبودها و مشکلات، با کمک استارتاپ‌های داخلی فعال در صنعت هسته ای، راکتورهای کوچک ماژولار به عنوان یکی از گزینه‌های تولید انرژی هسته‌ای با موفقیت روبرو شود.