د.م/ كاميليا يوسف
المفاعلات النووية الصغيرة والميكروية المعيارية
هي مفاعلات نووية متقدمة بسعة قدرة تصل إلى 300 ميجاوات كهربائي لكل وحدة. وهي مصممة باستخدام تقنية معيارية ، مما يسمح ببنائها في المصنع ونقلها إلى مواقع التشغيل للتثبيت. وهى أصغر حجمًا بشكل عام من المفاعلات النووية التقليدية ، وتوفر المرونة والفوائد المحتملة في السلامة والتكلفة. لذا تعد تقنية واعدة تهدف إلى توفير طاقة نظيفة ، آمنة ، ومرنة.
يظهر في شكل التالى مقارنة لأنواع المفاعلات النووية من حيث سعة القدرة المولدة.
وذلك من حيث سعة القدرة المولدة
مقارنة بين المفاعلات كبيرة الحجم والصغيرة والحجم الميكرو ، وذلك من حيث سعة القدرة المولدة
المفاعلات النووية الصغيرة المعيارية
هي فئة من مفاعلات الانشطار النووي الصغيرة ، المصممة ليتم بناؤها في مصنع ، وشحنها إلى مواقع التشغيل للتثبيت ثم استخدامه لتشغيل المباني أو العمليات التجارية الأخرى . من بين العديد من تصميمات المفاعل النووي الصغير المعياري ، يعد مفاعل الماء المضغوط هو الأكثر شيوعًا. ومع ذلك ، تتضمن تصميمات المفاعل النووي المعياري الصغير المقترحة مؤخرًا: الجيل الرابع ، ومفاعلات النيوترون الحراري ، ومفاعلات النيوترون السريع ، والملح المنصهر، ونماذج المفاعل المبرد بالغاز. تم تصميم هذه المفاعلات التجارية لتقديم ناتج طاقة كهربائية منخفض يصل إلى 5 ميجاوات كهربائية وما يصل إلى 300 ميجاوات كهربائية لكل وحدة. يمكن أيضًا تصميمها فقط لتحلية المياه أو تدفئة المرافق بدلاً من الكهرباء. يتم قياس هذه المفاعلات النووية الصغيرة بالميجاوات الحرارية .تعتمد العديد من تصميمات المفاعلات النووية الصغيرة على نظام معياري ، مما يسمح للعملاء بإضافة وحدات ببساطة لتحقيق الناتج الكهربائي المطلوب. تم تصميمها لأول مرة في الغالب لأغراض عسكرية في الخمسينيات من القرن الماضي لتشغيل غواصات الصواريخ الباليستية والسفن (حاملات الطائرات وكاسحات الجليد) بالدفع النووي. وكان هناك اهتمام قوي من شركات التكنولوجيا باستخدام المفاعلات النووية الصغيرة لتشغيل مراكز البيانات. إن الناتج الكهربائي للمفاعلات البحرية الحديثة يقتصر عمومًا على أقل من 165 ميجاوات كهربائية ومخصص لتشغيل مراوح العمود التوربيني بدلاً من توصيل الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك ، هناك العديد من ضوابط السلامة الغائبة عن المفاعلات البحرية بسبب قيود المساحة التي صُممت هذه المفاعلات من أجلها. من المتوقع أن تقلل المفاعلات المعيارية من البناء في الموقع وتزيد من كفاءة الاحتواء. ومن المتوقع أيضًا أن تعمل هذه المفاعلات على تعزيز السلامة من خلال استخدام ميزات السلامة التي لا تتطلب تدخلًا بشريًا ، على الرغم من أن هذا ليس خاصًا بالمفاعلات النووية الصغيرة ولكنها سمة من سمات معظم تصميمات المفاعلات الحديثة. كما أن المفاعلات النووية الصغيرة لديها تكاليف توظيف أقل في محطة الطاقة ، حيث أن تشغيلها بسيط إلى حد ما ، وهى تتمتع بالقدرة على تجاوز الحواجز المالية والسلامة التي تمنع بناء المفاعلات التقليدية.
أنواع المفاعلات النووية الصغيرة المعيارية
تصنف الوكالة الدولية للطاقة الذرية المفاعلات النووية الصغيرة المسجلة لديها إلى ستة أنواع مختلفة ، كما كالاتي :
1- المفاعلات النووية الصغيرة المبردة بالماء على الأرض ، وهي محطات تستخدم تكوينات مختلفة من مفاعلات الماء الخفيف ومفاعلات الماء الثقيل التي تُرى في محطات الطاقة الكبيرة الموجودة على الأرض والتي تعمل اليوم.
2- المفاعلات النووية الصغيرة المبردة بالماء على البحر ، في بيئة بحرية إما من خلال وحدة طاقة عائمة مثبتة على بارجة أو وحدة طاقة قابلة للغمر تحت الماء. تم نشر أول مفاعل نووي صغير يعمل تجاريًا ، في روسيا للعمليات التجارية من هذا النوع.
3- المفاعلات النووية الصغيرة المبردة بالغاز عالي الحرارة ، والتي توفر حرارة عالية يمكن استخدامها لتوليد الكهرباء والتطبيقات الصناعية وتوليد الطاقة المشتركة.
4- المفاعلات النووية الصغيرة ذات الطيف النيوتروني السريع ، هي تصميمات تستخدم طيف النيوترونات السريع مع خيارات تبريد مختلفة ، بما في ذلك الصوديوم والمعادن السائلة الثقيلة وغاز الهيليوم.
5- المفاعلات النووية الصغيرة التي تعمل بالملح المنصهر ، والتى تحتوى على أنظمة تبريد أحادية الطور منخفضة الضغط مما يلغي الحاجة إلى احتواء كبير، ونظام درجة حرارة عالية ينتج عنه كفاءة عالية، ودورة وقود مرنة.
6- المفاعلات النووية بالحجم الميكرو ، وهي تلك التي تولد طاقة كهربائية تصل إلى 10 ميجاوات كهربائية.
وعليه فأن المعايير المختلفة التي يمكن تصنيف المفاعلات النووية الصغيرة وفقًا لها هي : القدرة ، ونوع المبرد ، وطاقة النيوترون ، والموقع.
تتمتع محطات المفاعلات الصغيرة جدًا بقدرة إنتاج كهربائية أصغر من محطات القدرة التقليدية التي تعمل بالغاز الطبيعي أو الفحم والتي تولد آلاف الميجاوات من القدرة ، وهو ما يزيد عن ما يكفي لتشغيل المناطق الحضرية الكبيرة.
الفوائد المهمة للمفاعلات النووية الصغيرة المعيارية :
– السلامة : تم تصميم المفاعلات النووية المعيارية الصغيرة بخصائص أمان معززة ، بما في ذلك أنظمة السلامة السلبية التي تتطلب تدخلًا ضئيلًا أو لا تتطلب أي تدخل من المشغل أثناء حالات الطوارئ . كما يعني حجمها الأصغر انخفاض مخاطر الحوادث واسعة النطاق.
– المرونة : يمكن نشر المفاعلات النووية المعيارية الصغيرة في مواقع مختلفة وتوسيع نطاقها لتلبية احتياجات الطاقة المحددة . وهي مثالية لتزويد المناطق النائية أو خارج الشبكة بالطاقة.
– الفعالية من حيث التكلفة : يسمح التصميم المعياري بالإنتاج في المصنع ، مما يمكن أن يقلل من أوقات البناء والتكاليف. وينتج عن هذا استثمارات أولية أصغر وإمكانية وضع ميزانية أكثر قابلية للتنبؤ.
– تقليل البصمة الأرضية : تتطلب المفاعلات النووية المعيارية الصغيرة مساحة أقل من الأرض والبنية الأساسية مقارنة بالمحطات النووية التقليدية ، مما يجعلها مناسبة للمناطق حيث المساحة محدودة.
– دعم الطاقة المتجددة : يمكن للمفاعلات النووية المعيارية الصغيرة أن تعمل كمصدر طاقة مستقر لتكملة مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة مثل الرياح والطاقة الشمسية ، مما يوفر طاقة أساسية موثوقة.
– انخفاض إنتاج النفايات : تهدف بعض تصميمات المفاعلات النووية الصغيرة إلى إنتاج نفايات نووية أقل ويمكنها الاستفادة من الوقود النووي المستخدم ، مما قد يحسن الاستدامة بشكل عام.
– التنمية الاقتصادية : يمكن أن يؤدي بناء وتشغيل المفاعلات النووية الصغيرة إلى خلق فرص العمل وتحفيز النمو الاقتصادي في المجتمعات المحلية.
– المزايا التنظيمية : تهدف العديد من تصميمات المفاعلات النووية الصغيرة إلى تلبية المعايير التنظيمية الحالية بسهولة أكبر، مما يسهل عمليات الموافقة بشكل أسرع.
أهم تطبيقات المفاعلات النووية الصغيرة والميكرو :
– توليد الكهرباء للمناطق النائية والشبكات الصغيرة: تعتبر مثالية للمجتمعات المعزولة، والجزر، والمناطق الشمالية التي تعتمد على الديزل ، حيث توفر طاقة مستقرة 24/7 دون الحاجة لشبكات نقل ضخمة.
– تشغيل مراكز البيانات والذكاء الاصطناعي: نظرًا لحاجتها المستمرة لطاقة موثوقة وعالية ، يمكن استخدام هذه المفاعلات لتغذية مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي بشكل مباشر، بعيدًا عن انقطاعات الشبكة العامة.
– الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة: توفر حرارة معالجة عالية الدرجة (تصل إلى 750 درجة مئوية في بعض التصاميم) للصناعات مثل تكرير النفط ، إنتاج الهيدروجين ، صناعة البلاستيك ، وصهر المعادن.
– تحلية مياه البحر: يمكن استخدام البخار الناتج عن المفاعلات لتشغيل محطات تحلية المياه ، مما يوفر مياهًا عذبة للمناطق الساحلية التي تعاني من نقص المياه.
– التدفئة المركزية للمدن: توفر الحرارة المهدرة من المفاعلات طاقة حرارية فعالة لتدفئة المنازل والمباني في المناطق الحضرية .
– إزالة الكربون من الصناعات الثقيلة : تُستخدم كبديل نظيف لمحطات الوقود الأحفوري (الفحم والغاز) القائمة ، مما يساعد في تقليل الانبعاثات الكربونية بشكل كبير.
– التعدين والمواقع الصناعية النائية : توفر طاقة ومياه محلاة لمواقع التعدين البعيدة التي تصعب خدمتها بالشبكات التقليدية.
– تطبيقات بحرية وعائمة: يمكن تركيب هذه المفاعلات على منصات عائمة لتوفير الكهرباء للسفن أو للمناطق الساحلية.
– طاقة احتياطية للطوارئ: يمكن استخدام مفاعلات الميكرو كحل سريع للطاقة في حالات الكوارث الطبيعية لإعادة تشغيل الخدمات الحيوية.
تمتاز المفاعلات الميكروية بمساهمتها في تحلية المياه بعدة طرق رئيسية منها :
– توفير طاقة حرارية مباشرة
تقوم هذه المفاعلات بإنتاج حرارة عالية يمكن استخدامها مباشرة في عمليات التقطير الحراري لتحلية المياه (مثل التقطير الومضي متعدد المراحل) ، مما يلغي الحاجة لتحويل الحرارة إلى كهرباء أولاً ويزيد الكفاءة الإجمالية.
– تزويد محطات التناضح العكسي بالكهرباء
يمكنها توفير كهرباء موثوقة ومستمرة لمحطات التناضح العكسي التي تستهلك طاقة كهربائية لضخ المياه عبر أغشية نصف نافذة ، وتتميز بعدم انقطاعها مقارنة بمصادر الطاقة المتجددة كالشمس والرياح.
– أنظمة هجينة
يمكن دمج المفاعلات الميكروية مع مصادر الطاقة المتجددة لتشغيل محطات تحلية في مناطق نائية لا تصلها شبكات الكهرباء ، حيث توفر طاقة أساسية مستقرة بينما تعوض المتجددة جزءًا من الاحتياجات.
– خفض تكاليف التشغيل على المدى الطويل
بفضل تصميمها المعياري الذي يقلل تكاليف التشغيل والصيانة ، يمكن أن تكون أكثر جدوى اقتصادية في المناطق الجافة والساحلية التي تعتمد على استيراد الوقود الأحفوري لتشغيل محطات التحلية.
بعض الدول مثل السعودية والإمارات تدرس دمج مفاعلات صغيرة مع محطات تحلية المياه لتقليل البصمة الكربونية لصناعة التحلية التي تستهلك كميات هائلة من الطاقة.
المفاعلات النووية الصغيرة والميكروية والتنمية المستدامة
توفر هذه المفاعلات ومحطات الطاقة النووية سمات فريدة من حيث الكفاءة والاقتصاد والمرونة. في حين توفر المفاعلات النووية مصادر طاقة قابلة للإرسال – يمكنها تعديل الناتج وفقًا للطلب على الكهرباء – فإن بعض مصادر الطاقة المتجددة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، هي مصادر طاقة متغيرة تعتمد على الطقس ووقت اليوم. يمكن إقران هذه بمصادر الطاقة المتجددة وزيادة كفاءتها في نظام طاقة هجين. تضع هذه الخصائص المفاعلات النووية الصغيرة والميكروية في وضع يمكنها من لعب دور رئيسي في انتقال الطاقة النظيفة ، بينما تساعد البلدان أيضًا في معالجة أهداف التنمية المستدامة لقد أحرزت الجهود المبذولة لتحقيق هدف الوصول الشامل إلى الطاقة ، الهدف السابع من أهداف التنمية المستدامة ، تقدماً ملحوظاً ؛ ومع ذلك ، لا تزال الفجوات سائدة، وتتركز بشكل أساسي في المناطق النائية والريفية. وبينما تسعى الجهود العالمية إلى تنفيذ حلول نظيفة ومبتكرة، فإن الاستخدام المتزايد للطاقة المتجددة إلى جانب إدخال هذة المفاعلات لديه القدرة على سد هذه الفجوات.
أنشأت الوكالة الدولية للطاقة الذرية منصة المفاعلات الصغيرة والمتوسطة الحجم وتطبيقاتها، وهي محطة شاملة للدول لتنسيق الدعم المتعلق بجميع جوانب تطوير المفاعلات الصغيرة والمتوسطة الحجم ونشرها والإشراف عليها وتطبيقاتها الكهربائية وغير الكهربائية، مثل استخدامها في أنظمة التدفئة المركزية وتحلية المياه.
تتميز هذه المفاعلات بـ “السلامة السلبية” ، مما يعني أنها مصممة للإغلاق تلقائيًا دون الحاجة لتدخل بشري أو طاقة كهربائية في حالات الطوارئ .
د.م/ كاميليا يوسف
عضو المجلس الاستشارى العلمى
للمجلس العربى للطاقة المستدامة
