theme wordpress
آموزش های پایه ای برقنیروگاه

نیروگاه هسته ای چیست و چگونه کار می کند

نیروگاه هسته ای :

می توان انرژی الکتریکی را با استفاده از توان هسته ای ایجاد کرد. در نیروگاه هسته ای ، به وسیله ی شکافت هسته ای می توان توان الکتریکی ایجاد کرد. از این رو ، المان های به شدت رادیواکتیو به مانند اورانیوم (U235)و توریم (Th232)به منظور شکافت هسته ای به کار می روند. این شکافت در دستگاه مخصوص به نام راکتور (reactor)انجام می شود.

شکافت هسته ای به چه معناست ؟

در پروسه شکافت ، هسته اتم های رادیواکتیو به دو قسمت تقریبا مساوی تقسیم می شود. در طی پروسه شکست هسته ، حجم عظیمی از انرژی آزاد می شود. این آزادسازی انرژی ناشی از حجم توده ای می باشد. این بدین معناست که ، حجم اولیه محصول در طی پروسه شکافت کاهش می یابد. این از بین رفتن حجم در طی پروسه شکافت بر اساس معادله معروف انیشتن تبدیل به انرژی حرارتی می شود.

E=mc2

توضیحات ابتدایی نیروگاه هسته ای به مانند نیروگاه حرارتی متعارف می باشد. تنها تفاوت این است که ، به جای استفاده از حرارت ایجاد شده ناشی از احتراق زغال سنگ ، این حرارت توسط شکافت هسته ای ایجاد می شود و برای تولید بخار از آب موجود در بویلر مورد استفاده قرار می گیرد. این بخار به منظور راه اندازی یک توربین بخار به کار می رود.این توربین محرک اولیه ژنراتور است. این ژنراتور انرژی الکتریکی را تولید می کند. اگرچه ، سوخت هسته ای در میزان زیاد قابل یافت نمی باشد اما مقدار بسیار پایینی از این سوخت می تواند حجم عظیمی از انرژی الکتریکی را تولید کند.

این موضوع یک ویژگی اساسی برای نیروگاه های اتمی است. یک کیلوگرم از اورانیوم برابر با 4500 تن زغال سنگ درجه یک می باشد. این به این معنا است که با شکافت 1 کیلوگرم از سوخت هسته ای می توان انرژی حرارتی معادل با سوزاندن کامل 4500 تن زغال سنگ درجه یک ایجاد کرد.

این دلیل به این موضوع است که با این که سوخت هسته ای دارای قیمت بالاتری است اما هزینه سوخت هسته ای نسبت به انرژی تولیدی نسبت به هزینه زغال سنگ به حرارتی تولیدی آن باز هم کمتر می باشد. برای مقابله با بحران سوخت معمولی در دوران کنونی، نیروگاه هسته ای می تواند مناسب ترین گزینه ها باشد.

مزایای نیروگاه هسته ای :

  • همانطور که گفته شد، مصرف انرژی در این نیروگاه ها تقریبا کم است و از این رو هزینه تولید یک واحد انرژی در این نیروگاه ها تقریبا کم تر از نیروگاه های متعارف است. مقدار سوخت هسته ای موردنیاز همچنین کم است.
  • نیروگاه هسته ای از لحاظ جغرافیایی فضای کمتری را نسبت به نیروگاه های همسان دیگر اشغال می کند.
  • این نیروگاه آب زیادی لازم ندارد در نتیجه نیازی به ساخت این نیروگاه نزدیک به منابع طبیعی آب ندارد. این نیروگاه نیار به حجم بالای سوخت ندارد ، از این رو نیاز به ساخت در نزدیکی معدن زغال سنگ نیز ندارد.از این رو این نیروگاه می تواند در نزدیکی محل بار ساخته شود.
  • ذخیره بسیاری از سوخت هسته ای در جهان صورت گرفته است از این رو این نیروگاه می تواند تضمین کننده تامین انرژی الکتریکی برای هزاران سال باشد.

معایب نیروگاه هسته ای:

  • سوخت به راحتی به دست نمی آید و هزینه بالایی دارد.
  • هزینه اولیه برای ساخت این نیروگاه تقریبا بالا است.
  • نصب و راه اندازی این نیروگاه نسبت به نیروگاه های متعارف دیگر پیچیده تر است.
  • پروسه شکافت یک عمل است که به صورت ذاتی همراه با ایجاد مواد رادیواکتیو است در نتیجه این نیروگاه می تواند آلودگی های رادیواکتیوی ایجاد کند.
  • هزینه نگه داری این نیروگاه بالاتر بوده و برای راه اندازی این نیروگاه نیاز به افراد متخصص بیشتری می باشد.
  • تغییرات ناگهانی بار نمی تواند به صورت مناسبی از طرف این نیروگاه صورت گیرد.
  • از آنجایی که محصولات این نیروگاه به شدت رادیواکتیوی است ، دفع این مواد کار بسیار پیچیده ای است. این موارد باید در عمق زمین و یا اعماق دریا خاک شوند.

مقالات مرتبط:

ژنراتورگاز طبیعی در مقابل ژنراتورهای دیزلی

سوخت ژنراتور – چه سوخت ژنراتوري بهترین است؟

انواع موتورهای دیزلی و کاربردهای آنها

دیزل ژنراتور یا ژنراتور بنزینی

اجزای مختلف نیروگاه هسته ای:

یک نیروگاه هسته ای به صورت کلی دارای 4 قسمت اصلی است :

  • راکتور هسته ای
  • مبدل گرمایی
  • توربین بخار
  • ژنراتور

اجازه بدهید در ارتباط با این موارد یک به یک توضیح دهیم :

ساختار نیروگاه هسته ای
ساختار نیروگاه هسته ای

راکتور هسته ای :

در یک راکتور هسته ای ، اورانیوم 235 در معرض شکافت قرار می گیرد. این موضوع واکنش زنجیره ای را زمانی که شکافت انجام می شود ، کنترل می کند. واکنش زنجیره ای باید کنترل شود زیرا اگر نرخ رها سازی انرژی افزایش پیدا کند ، احتمال وقوع انفجار نیز ممکن می شود. در شکافت هسته ای ، هسته ی سوخت هسته ای مانند اورانیوم توسط نوترون ها بمباران می شود. بر اساس این بمب باران هسته اورانیوم شکسته می شود که عامل رهاسازی انرژی حرارتی بالا می باشد در طی پروسه شکست هسته ، تعدادی از نوترون ها منتشر می شوند.

به این موارد نوترون های انتشار یافته می گویند. این نوترون های شکافته شده عامل شکافت های بعدی می شود. شکافت های بعدی نوترون های بیشتر ساخته و به این پروسه شتاب می دهد. این موضوع یک پروسه پیجیده است. اگر این پروسه کنترل نشود در یک زمان کوتاه نرخ شکافت از حد مشخص شده بیشتر شده و این موضوع حجم بالایی از انرژی ایجاد می کند که می تواند حتی تا یک انفجار بزرگ ادامه داشته باشد. به این پروسه واکنش های زنجیره می گویند. تنها راه توقف این موضوع حذف نوترون های شکافته شده از راکتور هسته ای می باشد. سرعت این پروسه را می توان با تغییر نرخ حذف نوترون ها کنترل کرد.

یک راکتور هسته ای به شکل سیلندر با مخزن فشار قوی است. سوخت های میله ای از سوخت هسته ای درست شده اند که در لایه ای از گرافیت قرار دارند. این متغیرها نوترون ها را قبل از برخورد با هسته های اورانیوم کاهش می دهد. میله های کنترلی از کادمیم شکل گرفته اند به این علت که آن ها جذب کننده های قوی نوترون می باشند.

میله های کنترلی به محفظه شکافت وارد می شوند. این میله های کنترلی با جنس کادمیم می توان بر اساس نیاز پایین و بالا برود. زمانی که این میله ها به اندازه کافی پایین بیاید ، بیشتر نوترون ها توسط این میله جذب می شوند و در نتیجه واکنش های زنجره ای متوقف می شوند. زمانی که این میله ها به سمت بالا برود نرخ شکل گیری این چرخه افزایش پیدا می کند. از این رو ، مشخص است که با تنظیم محل قرار گرفت میله کنترلی نرخ واکنش های هسته ای قابل کنترل است و در نتیجه آن می توان تولید انرژی الکتریکی  را کنترل کرد. در تمرین واقعی ، این تنطیم موقعیت میله کنترلی به صورت اتوماتیک و توسط یک سیستم بازخورد و بر اساس احتیاجات صورت می گیرد. این موضوع به صورت دستی کنترل نمی شود. حرارت تولید شده در این پروسه به مبدل های حرارتی منتقل می شود که این کار توسط میله های سدیم معمولا انجام می شود.

مبدل حرارتی :

در این بخش ، حرارت توسط فلز سدیم انتقال پیدا می کند و این حرارت به آب منتقل شده و آب را به بخار با فشار بالا تبدیل می کند. پس از آزاد شدن گرما در آب، خنک کننده سدیم به وسیله پمپ گردشی خنک کننده به راکتور بازمی گردد.

توربین بخار :

در نیروگاه هسته ای ، توربین بخار نقش نیروگاه زغال سنگ را ایفا می کند. بخار توربین را در یک جهت هدایت می کند. بعد از انجام این کار ، بخار خروجی به بخش چگالنده بخار منتقل می شود.

ژنراتور :

یک ژنراتور که با توربین کوپل شده است می چرخد و تولید توان الکتریکی  می کند. خروجی ژنراتور از طریق ترانسفورماتور ها و کلید های قطع مدار به شین می رسد.

انتخاب مکان برای نیروگاه هسته ای :

  • وجود آب :

اگرچه به مانند نیروگاه های برق آبی این نیروگاه حجم بالایی از آب را نیاز ندارد اما فراهم ساختن حجم مشخصی از منابع اب طبیعی برای این نیروگاه ضروری می باشد. این دلیل این موضوع است که چرا همیشه ترجیح داده می شود این نیروگاه نزدیک به رودخانه و یا کنار دریا احداث شود.

  • دفع آب :

آب مصرف شده ویا هدر رفته در نیروگاه هسته ای خاصیت رادیواکتیو دارد و می تواند خطرات جانی داشته باشد. به این علت ، بایستی در دفع این موراد در نیروگاه هسته ای توجه ویژه ای شود. باقی مانده ها باید در عمق مناسبی از سطح زمین دفع شده و یا در دریاهای دور قرار بگیرد. از این رو ، در پروسه انتخاب برای احداث این نیروگاه این عامل باید در نظر گرفته شود.

  • فاصله از منطقه جمعیتی

از انجایی که همیشه خطر وجود رادیواکتیو وجود دارد این یک امر ضروری است که این نیروگاه در فاصله ای دور از مناطق جمعیتی احداث شود.

  • امکانات حمل نقل :

در طی پروسه احداث ، تجهیزات سنگینی بایستی تولید شود که باید به این مکان ها منتقل شود. در نتیجه وجود راه آهن و راه های جاده برای ما ضروری است. برای وجود افراد خبره وجود روش های حمل و نقل مناسب نیز ضروری می باشد.

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن
بستن