ما هي محطة الطاقة النووية: العمل وتطبيقاتها
يمكن توليد الطاقة الحرارية في محطة الطاقة النووية من خلال تفاعل نووي أو انشطار نووي. العناصر الثقيلة للانشطار النووي هي اليورانيوم / الثوريوم ويتم تنفيذها في جهاز خاص يسمى مفاعل نووي. يمكن توليد كمية هائلة من الطاقة بسبب الانشطار النووي. الأجزاء المتبقية داخل المصانع النووية وكذلك الحرارية التقليدية هي نفسها. ينتج انشطار 1 كجم من اليورانيوم طاقة حرارية تساوي الطاقة المولدة من خلال 4500 طن من الفحم عالي الجودة. هذا يقلل بشكل كبير من تكلفة نقل الوقود ، لذلك فهي فائدة رئيسية لهذه المصانع. يوجد في جميع أنحاء العالم رواسب ضخمة من الوقود. لذلك ، يمكن لهذه المصانع توفير الطاقة الكهربائية بشكل مستمر لمئات السنين. محطات الطاقة النووية تولد 10٪ من الكهرباء من إجمالي الكهرباء في العالم .
ما هي محطة الطاقة النووية؟
التعريف: هي محطة الطاقة التي تستخدم لتسخين الماء لتوليد البخار ، ثم يمكن استخدام هذا البخار لتدوير التوربينات الضخمة لتوليد الكهرباء. تستخدم هذه المصانع الحرارة لتسخين المياه الناتجة عن الانشطار النووي. لذلك سوف تنقسم الذرات في الانشطار النووي إلى ذرات مختلفة أصغر لتوليد الطاقة. رسم بياني لمحطة للطاقة النووية مبين أدناه.
مبدأ عمل محطة الطاقة النووية
في محطة الطاقة ، يحدث الانشطار في المفاعل ويعرف منتصف المفاعل بالنواة التي تحتوي على وقود اليورانيوم ، ويمكن تشكيل ذلك من حبيبات من السيراميك . كل بيليه يولد 150 جالون من الطاقة النفطية. يتم تجميع الطاقة الإجمالية المولدة من الكريات في قضبان الوقود المعدني. تُعرف مجموعة هذه القضبان باسم تجميع الوقود ويشتمل قلب المفاعل على العديد من تجميعات الوقود.
أثناء الانشطار النووي ، يمكن توليد الحرارة داخل قلب المفاعل. يمكن استخدام هذه الحرارة لتسخين الماء لإنتاج البخار بحيث يمكن تنشيط شفرات التوربين. بمجرد تنشيط شفرات التوربينات ، يتم تشغيل المولدات لتوليد الكهرباء. في محطة توليد الطاقة ، يتوفر قضبان التبريد لتبريد بخار الماء ، او يستخدمون المياه من موارد مختلفة. وأخيرًا ، يمكن إعادة استخدام المياه المبردة لتوليد البخار.
مخطط كتلة الطاقة النووية
مخطط كتلة الطاقة النووية
مكونات محطة الطاقة النووية
في مخطط كتلة محطة الطاقة النووية أعلاه ، هناك مكونات مختلفة تشمل ما يلي.
مفاعل نووي
في محطة توليد الطاقة ، يكون المفاعل النووي مكونًا أساسيًا مثل مصدر للحرارة الذي يتضمن الوقود وتفاعله للسلسلة النووية بما في ذلك منتجات النفايات النووية. الوقود النووي المستخدم في المفاعل النووي هو اليورانيوم وتفاعلاته مع الحرارة المتولدة في المفاعل. بعد ذلك ، يمكن نقل هذه الحرارة إلى سائل تبريد المفاعل لتوليد الحرارة لجميع الأجزاء في محطة الطاقة.
هناك أنواع مختلفة من المفاعلات النووية التي تستخدم في تصنيع البلوتونيوم والسفن والأقمار الصناعية والطائرات لأغراض البحث وكذلك للأغراض الطبية. لا تشمل محطة الطاقة المفاعل فحسب ، بل تشمل أيضًا التوربينات والمولدات وقضبان التبريد ومجموعة متنوعة من أنظمة السلامة.
توليد البخار
في جميع محطات الطاقة ، يكون إنتاج البخار مهماً ؛ ومع ذلك ، قد تتغير طريقة التوليد. تستخدم معظم النباتات مفاعلات مائية باستخدام حلقتين من المياه الدوارة لتوليد البخار. تحتوي الحلقة الأساسية على ماء ساخن جدًا لتسخين التبادل بمجرد تدوير الماء عند ضغط منخفض ، ثم تقوم بتسخين الماء لتوليد البخار لنقله إلى قسم التوربينات.
المولدات والتوربينات
بمجرد توليد البخار ، فإنه ينتقل بضغوط عالية لتسريع التوربين. يمكن استخدام دوران التوربينات لتدوير مولد كهربائي لتوليد الكهرباء التي تنتقل إلى الشبكة الكهربائية.
قضبان التبريد
في محطة الطاقة النووية ، الجزء الأكثر أهمية هو قضيب التبريد الذي يستخدم لتقليل حرارة الماء.
تشغيل محطة الطاقة النووية
تتفاعل عناصر مثل اليورانيوم أو الثوريوم تفاعل انشطار نووي لمفاعل نووي. وبسبب هذا الانشطار ، يتم توليد كمية كبيرة من الطاقة الحرارية ويتم نقلها إلى مفاعل المبرد. ، المبرد ليس سوى الماء والمعادن السائلة او الغازات. يتم تسخين المياه لتتدفق في مبادل حراريه بحيث يتحول الماء إلى بخار عالي الحرارة. ثم يُسمح للبخار الذي يتم إنتاجه بتشغيل توربين بخاري . مرة أخرى يمكن إعادة البخار إلى المبرد وإعادة تدويره لاستخدامه في المبادل الحراري. لذلك ، يتم توصيل التوربين والمولد لإنتاج الكهرباء. باستخدام محول ، يمكن زيادة الكهرباء التي يتم إنتاجها لاستخدامها في الاتصالات البعيدة.
كفاءة محطة الطاقة النووية
يمكن تحديد كفاءة محطة الطاقة النووية بالتساوي مع المحركات الحرارية الأخرى لأن المحطة من الناحية التقنية هي محرك حراري كبير. و مجموع الطاقة الكهربائية المولدة لكل وحدة من الطاقة الحرارية سيوفر للمحطة الكفاءة الحرارية وبسبب قانون الديناميكا الحرارية الثاني ، هناك حد أعلى لمدى كفاءة محطات الطاقة هذه.
تحقق محطات الطاقة النووية العادية كفاءات تقارب 33 إلى 37٪ ، أي ما يعادل محطات الوقود الأحفوري.
ارتفاع درجة الحرارة وتصميمات أكثر حداثة مثل مفاعلات الجيل الرابع يمكن أن تكتسب كفاءة أعلى من 45٪.
أنواع محطات الطاقة النووية
هناك نوعان من محطات الطاقة النووية مثل مفاعل الماء المضغوط ومفاعل الماء المغلي.
مفاعل الماء المضغوط
في هذا النوع من المفاعل ، يتم استخدام الماء العادي كمبرد. يتم الاحتفاظ به بقوة عالية جدًا حتى لا تغلي. يقوم المبادل الحراري في هذا المفاعل بنقل الماء الساخن حيث يتم تحويل الماء من دائرة المبرد الثانوي إلى بخار. لذلك ، هذه الحلقة خالية تمامًا من المواد المشعة. في هذا المفاعل ، يعمل الماء المبرد كمشرف. بسبب هذه الفوائد ، يتم استخدام هذه المفاعلات بشكل متكرر.
مفاعل الماء المغلي
في هذا النوع من المفاعلات ، تكون حلقة المبرد الواحدة متاحة فقط. ولا بأس بتسخين الماء داخل المفاعل. يتم إنتاج البخار من المفاعل عندما يخرج من المفاعل ويتدفق البخار في جميع أنحاء التوربين البخاري. العيب الرئيسي لهذا المفاعل هو أن الماء المبرد يقترب من قضبان الوقود والتوربين. لذا ، يمكن وضع المواد المشعة فوق التوربين.
اختيار الموقع لمحطة الطاقة النووية
يمكن اختيار موقع PowerPoint النووي عن طريق النظر في المتطلبات التقنية. يعتمد ترتيب وتشغيل محطة الطاقة النووية بشكل أساسي على خصائص الموقع.
أثناء تصميم المصنع ، يجب مراعاة المخاطر من الموقع. يجب أن يتعامل تصميم المصنع مع الأحداث الطبيعية الهائلة والإجراءات التي يتسبب فيها الإنسان ، دون الإضرار بالأمن التشغيلي للمصنع.
يجب على كل موقع أن يقدم الضروريات اللازمة مثل البالوعات الحرارية المهملة والمتحللة ، وتوافر إمدادات الطاقة ، والاتصالات الممتازة وإدارة الأزمات بكفاءة ، وما إلى ذلك. بالنسبة لمحطة الطاقة ، عادةً ما يشغل تقدير الموقع مراحل مختلفة مثل الاختيار والتوصيف والتشغيل المسبق ، والتشغيلية.
محطات الطاقة النووية في الهند
هناك سبع محطات للطاقة النووية في الهند والتي تشمل ما يلي.
محطة كودانكولام للطاقة النووية ، وتقع في تاميل نادو
مفاعل تارابور النووي ، يقع في ولاية ماهاراشترا
محطة راجستان للطاقة الذرية ، تقع في راجستان
محطة كايغا للطاقة الذرية ، تقع في كارناتاكا
محطة Kalapakkam للطاقة النووية ، وتقع في ولاية تاميل نادو
مفاعل نارورا النووي ، يقع في ولاية أوتار براديش
محطة كاكارابار للطاقة الذرية ، تقع في ولاية غوجارات
مزايا
تشمل مزايا محطات الطاقة النووية ما يلي.
يستخدم مساحة أقل مقارنة بمحطات الطاقة الأخرى
اقتصادي للغاية ويولد طاقة كهربائية ضخمة.
تقع هذه المصانع بالقرب من مركز الحمولة لعدم وجود حاجة إلى وقود ضخم.
يولد كمية هائلة من الطاقة في عملية كل انشطار نووي
يستخدم وقودًا أقل لتوليد طاقة ضخمة
تشغيلها موثوق
بالمقارنة مع محطات الطاقة البخارية ، فهي نظيفة للغاية وأنيقة
تكلفة التشغيل صغيرة
لا ينتج غازات ملوثة
سلبيات
تشمل عيوب محطات الطاقة النووية ما يلي.
تكلفة التركيب الأساسي مرتفعة للغاية عند مقارنتها بمحطات الطاقة الأخرى.
الوقود النووي باهظ الثمن لذا من الصعب توفره
ارتفاع تكلفة رأس المال مقارنة بمحطات الطاقة الأخرى
مطلوب المعرفة التقنية لتشغيلها. لذا فإن الصيانة ، بالإضافة إلى الراتب ، ستكون عالية.
هناك فرصة للتلوث الإشعاعي
الاستجابة ليست فعالة
متطلبات مياه التبريد مضاعفة مقارنة بمحطة طاقة بخارية.
التطبيقات
تشمل تطبيقات محطات الطاقة النووية ما يلي.
تُستخدم الطاقة النووية في مختلف الصناعات في جميع أنحاء العالم لتحلية مياه المحيط ، وإنتاج الهيدروجين ، والتبريد / التدفئة في المناطق ، وإزالة موارد النفط الثالث واستخدامها في تطبيقات المعالجة الحرارية مثل التوليد المشترك ، وتحويل الفحم إلى سوائل والمساعدة في توليف المواد الخام الكيميائية.
الأسئلة الشائعة
1). ما هي محطة الطاقة النووية؟
هي محطة طاقة حرارية تستخدم مفاعل نووي كمصدر للحرارة. يمكن استخدام الحرارة المولدة لتدويرالتوربينات المتصلة بالمولد لتوليد الكهرباء.
2) ، في الهند ، كم عدد المحطات النووية الموجودة؟
هناك سبع محطات نووية متاحة في الهند
3). أي ولاية في الولايات المتحدة لديها الكثير من محطات الطاقة؟
بنسلفانيا
4). ما هي أكبر محطة للطاقة في العالم؟
تعد "محطة كاشيوازاكي كاريوا للطاقة الكهربائية" في اليابان حاليًا أكبر محطة للطاقة في العالم.
5). ما هو التصميم الأكثر أمانًا للمفاعلات النووية؟
المفاعل المعياري الصغير SMR هو التصميم الأكثر أمانًا.
6). ما هي الأنواع الشائعة لمحطات الطاقة النووية؟
متوفرة في نوعين هما الماء المضغوط ومفاعل الماء المغلي
7). ما هي المكونات المستخدمة في محطة الطاقة النووية؟
مفاعلات نووية ، توليد البخار ، قضبان تبريد ، توربين ، مولد ، إلخ.
وبالتالي ، فإن كل هذا لمحة عامة عن محطات الطاقة النووية . في الهند ، تولد محطات الطاقة النووية 6.7 جيجاوات من الطاقة من خلال المساهمة بنسبة 2٪ من الكهرباء في البلاد. يمكن التحكم في هذه المصانع في الهند من خلال NPCIL - شركة الطاقة النووية في الهند.