بوشهر نقطه آغاز تولید برق هسته‌ای ایران با غنی‌سازی اورانیوم

به گزارش اقتصاد معاصر؛ با گذشت چند دهه از آغاز برنامه صلح‌آمیز هسته‌ای ایران، تسنیم در پرونده‌ای علمی به سراغ یکی از محورهای کلیدی و راهبردی این برنامه رفته است: «چرا غنی‌سازی اورانیوم؟» این پرونده با هدف تبیین نقش واقعی فناوری هسته‌ای در زندگی مردم، ابعاد مختلف استفاده صلح‌آمیز از انرژی هسته‌ای را بررسی می‌کند.

در این شماره، به یکی از مهم‌ترین کاربردهای انرژی هسته‌ای یعنی تولید برق از طریق نیروگاه‌های هسته‌ای پرداخته‌ایم. با تمرکز بر نیروگاه هسته‌ای بوشهر، به این موضوع می‌پردازیم که چرا غنی‌سازی اورانیوم برای تأمین سوخت این نیروگاه حیاتی است و چگونه این فرآیند، زیربنای تولید پایدار، پاک و بومی برق هسته‌ای در ایران شده است.

برق با چه روش‌های تولید می‌شود؟

برای تولید برق ابتدا باید به دنبال راهی باشیم که به کمک آن، توربین را به چرخش درآوریم. یکی از این راه‌ها استفاده از گرمای سوزاندن سوخت‌های فسیلی مانند گاز طبیعی، زغال سنگ و محصولات نفتی است. در نیروگاه‌های حرارتی، از این گرما برای تولید بخار آب و چرخاندن توربین استفاده می‌شود. در برخی نیروگاه‌های دیگر به جای بخار آب، گازهای حاصل از سوزاندن سوخت‌های فسیلی، توربین را به چرخش درمی‌آورد.

در نیروگاه‌های که با سوخت فسیلی کار می‌کنند، در اثر سوزاندن سوخت، گازهایی مانند دی‌اکسید‌کربن تولید می‌شود که برای محیط زیست ضرر دارند. تولید مقدار زیاد این نوع گازها باعث گرم شدن کره زمین، آب شدن یخچال‌های طبیعی و نابودی برخی از گونه‌های گیاهان و جانوران می‌شود.

بهترین منبع برای بدست آوردن انرژی پاک، طبیعت اطراف ما و نیروهای موجود در آن مانند آب، باد و نور خورشید است. برای مثال، در نیروگاه‌های بادی از نیروی باد برای چرخاندن توربین و تولید برق استفاده می‌شود.

یکی دیگر از راه‌های تولید برق پاک، استفاده از آب ذخیره شده در پشت سدها است. در نیروگاه‌های آبی، یک توربین در مسیر آبی که از خروجی سد به پایین سرازیر می‌شود، قرار می‌گیرد. فشار آب می‌تواند باعث چرخش توربین و تولید برق شود.

استفاده از تابش نورخورشید، یکی دیگر از روش‌های تولید برق پاک است. در صفحات خورشیدی، انرژی نور خورشید مستقیماً به برق تبدیل می‌شود.

همچنین در یک نوع دیگر از نیروگاه‌های خورشیدی، از گرمای نور خورشید برای تبخیر آب استفاده می‌شود و بخار آب نیز باعث چرخش توربین و تولید برق می‌شود.

تولید برق با کمک انرژی‌های موجود در طبیعت مانند خورشید و باد، معمولاً وابسته به شرایط محیطی و جغرافیایی است و محدودیت‌هایی مانند موارد ذیل را دارد:

• فقط در روزهایی که هوا آفتابی است امکان تولید برق از طریق صفحات خورشیدی وجود دارد.
• تولید برق در نیروگاه‌های بادی، بیشتر در مناطق با سرعت ورزش باد بالا صورت می‌گیرد.
• میزان تولید برق در نیروگاه‌های آبی در فصل‌های مختلف سال، متفاوت بوده و به میزان بارش‌ها وابسته است.
• مساحت زمین مورد نیاز برای نیروگاه‌های بادی و خورشیدی نسبت به سایر نیروگاه‌ها بیشتر است.
• توربین‌های بادی نسبت به صاعقه و تندباد آسیب‌پذیر هستند؛ به همین علت باید دور از مناطق مسکونی قرار داده شوند.

با توجه به دلایلی که گفته شد بهتر است روشی برای تولید برق پیدا کنیم که علاوه بر پاک بودن همیشگی بوده و محدودیت‌های کمتری داشته باشد.

تولید برق با انرژی هسته‌ای

تولید برق با کمک انرژی هسته‌ای محدودیت‌های تولید برق خورشیدی  و بادی را ندارد. همچنین از آنجایی که در این روش از هیچ سوخت فسیلی استفاده نمی‌شود، آلودگی هوا نیز به همراه نخواهد داشت.

انرژی هسته‌ای چیست و چگونه تولید می‌شود؟

همه مواد اطراف ما از اتم تشکیل شده‌اند. اتم‌ها بسیار کوچک هستند در حدی که صد میلیون اتم فضایی به اندازه یک سر سوزن اشغال می‌کنند. هر اتم از یک هسته و یک یا چند الکترون در اطراف آن تشکیل شده است.

هسته نسبت به الکترون بسیار سنگین‌تر است. جرم سبک‌ترین هسته حدوداً 2000 برابر جرم یک الکترون است. با این حال، هسته فضای کوچکی از اتم را اشغال می‌کند؛ به طوری که می‌توان گفت نسبت هسته به اتم مانند نسبت توپ فوتبال به زمین فوتبال است.

هسته اتم از ذرات کوچکتری به نام پروتون و نوترون تشکیل شده است. پروتون‌ها دارای بار الکتریکی مثبت و نوترون‌ها بدون بار هستند. شکل‌های مختلفی از اتم یک عنصر، می‌توانند تعداد پروتون یکسان اما تعداد نوترون متفاوت داشته باشند.

در اثر برخورد نوترون به هسته‌ی برخی عناصر سنگین مانند اورانیوم، هسته این عناصر شکافته شده و به دو هسته سبک‌تر تقسیم می‌شود. با این شکافت هسته، مقدار زیادی انرژی به صورت گرما و پرتو آزاد می‌شود. این انرژی حاصل از شکافت هسته را انرژی هسته‌ای می‌نامند که می‌توان از آن برای تولید برق استفاده کرد.

نیروگاه هسته‌ای چیست؟

نیروگاهی که در آن از انرژی هسته‌ای برای تولید برق استفاده می‌شود، نیروگاه هسته‌ای نام دارد. در اغلبِ این نوع نیروگاه‌ها از "اورانیوم" به عنوان سوخت و منبع تولید انرژی استفاده می‌شود. نخستین نیروگاه هسته‌ای در سال 1333 هجری شمسی در کشور روسیه به شبکه برق متصل شود.

یک نیروگاه هسته‌ای از بخش‌های مختلفی تشکیل شده است که مهم‌ترینِ آنها راکتور است.

راکتورها انواع گوناگونی دارند و برهمین اساس، شکل آنها نیز کمی با یکدیگر متفاوت است.

راکتور از یک محفظه اصلی تشکیل شده است که اغلب داخل آن با آب پُر می‌شود و میله‌های سوخت اورانیوم در آن قرار می‌گیرند. در اثر برخورد نوترون به سوخت هسته‌ای، هسته اورانیوم شکافت می‌شود و انرژی هسته‌ای به شکل گرما آزاد خواهد شد. از این گرما برای گرم کردن آب، تولید بخار و چرخش توربین استفاده می‌شود. چرخش توربین نیز به مولد برق منتقل شده و به این ترتیب برق تولید خواهد شد.

امروزه در بسیاری از کشورها، از نیروگاه‌های هسته‌ای برای تولید برق استفاده می‌شود. طبق آمارهای جهانی تا سال 1399 هجری شمسی، کشورهای آمریکا، فرانسه، چین و روسیه بیش از سایر کشورها، برق هسته‌ای تولید کرده‌اند. تا سال 1398 بیش از 10 درصد برق تولیدشده در سراسر دنیا با کمک انرژی هسته‌ای بدست آمده است اما همچنان سوخت‌های فسیلی  مانند ذغال سنگ بیشترین سهم را در تولید برق دنیا دارند.

استفاده از انرژی هسته‌ای برای تولید برق، مزایای فراوانی دارد از جمله:

• تولید برق با استفاده از انرژی هسته‌ای، باعث آلودگی کردن هوا نمی‌شود.
• استفاده از انرژی هسته‌ای به ما کمک می‌کند که به جان سوزاندن سوخت‌های فسیلی برای تولید انرژی آنها را در کارخانه‌ها به مواد ارزشمندی تبدیل کنیم.
• مقدار کمی از سوخت هسته‌ای می‌تواند حجم بالایی از سایر سوخت‌های فسیلی مانند ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی برق تولید کند. برای مثال، 16 گرم اورانیوم می‌تواند به اندازه 106000 گرم ذغا‌ل‌سنگ و یا 64000گرم گاز طبیعی فشرده انرژی تولید کند.

وضعیت نیروگاه هسته‌ای بوشهر؛ از آغاز تا توسعه

جمهوری اسلامی ایران با راه‌اندازی نخستین نیروگاه هسته‌ای خود در نزدیکی شهر بوشهر، به جمع 30 کشور دارنده نیروگاه هسته‌ای پیوسته است. این نیروگاه با ظرفیت 1000 مگاوات، در سال 1390 به بهره‌برداری رسید و به‌عنوان نخستین نیروگاه هسته‌ای غرب آسیا شناخته می‌شود.

نیروگاه بوشهر با ظرفیت خالص 915 مگاوات، سالانه بین 6 تا 7 تراوات‌ساعت برق تولید می‌کند. تنها در سال منتهی به مارس 2025، تولید برق خالص این نیروگاه به بیش از 7 میلیارد کیلووات‌ساعت (7 TWh) رسید؛ رقمی که آن را در میان پرکارترین نیروگاه‌های هسته‌ای جهان قرار می‌دهد.

ظرفیت تولید این نیروگاه به‌گونه‌ای است که توان تأمین برق شهری با جمعیت حدود 2.5 میلیون نفر را دارد. همچنین، طبق اعلام سازمان انرژی اتمی ایران، فعالیت این نیروگاه تا پایان سال 1403 موجب صرفه‌جویی بیش از 18 میلیارد مترمکعبی در مصرف گاز طبیعی شده است.

در حال حاضر، ساخت دو واحد جدید نیروگاه هسته‌ای با ظرفیت هرکدام 1000 مگاوات در مجاورت واحد فعلی آغاز شده است. این واحدها با عنوان بوشهر 2 و 3 شناخته می‌شوند و تاکنون حدود 17 درصد پیشرفت فیزیکی داشته‌اند. در صورت تداوم روند فعلی، انتظار می‌رود یکی از این واحدها تا سال 2026 به شبکه سراسری برق کشور متصل شود. با بهره‌برداری از این دو واحد، مجموع ظرفیت نیروگاه بوشهر به حدود 3100 مگاوات خواهد رسید.

در سطح جهانی نیز تا ژوئن 2025، بیش از 416 راکتور هسته‌ای فعال با ظرفیت مجموع 376 گیگاوات در 32 کشور جهان در حال بهره‌برداری هستند که سالانه نزدیک به 2602 تراوات‌ساعت (TWh) برق تولید می‌کنند؛ رقمی که معادل حدود 9 درصد از کل برق تولیدی جهان است.

در این میان، آمریکا، فرانسه، چین، روسیه، کره‌ جنوبی و کانادا بزرگ‌ترین تولیدکنندگان برق هسته‌ای در جهان به شمار می‌آیند. ایران نیز اگرچه تنها یک راکتور هسته‌ای در مدار دارد، اما این راکتور حدود 1.7 درصد از برق تولیدی کشور را تأمین می‌کند.

انرژی هسته‌ای به‌عنوان یکی از پایدارترین، پاک‌ترین و کم‌هزینه‌ترین منابع تولید برق، امروز نقش حیاتی در امنیت انرژی کشورهای پیشرفته ایفا می‌کند. در شرایطی که منابع فسیلی در حال کاهش هستند و انرژی‌های تجدیدپذیر مانند باد و خورشید نیز با محدودیت‌های طبیعی مواجه‌اند، انرژی هسته‌ای به‌دلیل توان تولید مستمر و بدون وابستگی به شرایط جوی، انتخابی راهبردی برای آینده محسوب می‌شود. نمونه روشن این مسیر،نیروگاه هسته‌ای بوشهراست که تنها با یک راکتور توانسته سالانه میلیاردها کیلووات‌ساعت برق پاک تولید کرده و صرفه‌جویی گسترده‌ای در مصرف گاز کشور ایجاد کند.

در این میان، کلید اصلی استفاده از انرژی هسته‌ای برای تولید برق، در اختیار داشتن سوخت هسته‌ای است و برای تأمین این سوخت، غنی‌سازی اورانیوم نقش محوری دارد. بدون غنی‌سازی، کشورها وابسته به واردات سوخت و در معرض فشارهای سیاسی خارجی خواهند بود.

غنی‌سازی در حقیقت تضمین می‌کند که چرخه سوخت هسته‌ای به‌طور مستقل و بومی در اختیار کشور قرار گیرد. بنابراین، پاسخ به این پرسش که "چرا غنی‌سازی؟"، بسیار روشن است: غنی‌سازی نه‌تنها یک فناوری پیشرفته بلکه ضامن استقلال انرژی کشور و پیش‌نیاز توسعه پایدار برق هسته‌ای است./تسنیم