هل الطاقة النووية للولايات المتحدة هي الرد على تغير المناخ؟
(الأرقام غير الأمريكية هي من عام 2014. آخر الأرقام غير متوفرة.)
جاءت قيادة الولايات المتحدة من دورها التاريخي كرائدة في تطوير الطاقة النووية. بدأ أول مفاعل يعمل بالماء المضغوط ، يانكي رو ، في عام 1960 وبدأ العمل حتى عام 1992. (المصدر: "الطاقة النووية في الولايات المتحدة الأمريكية" ، الرابطة النووية العالمية ، أبريل 2017).
محطات الطاقة النووية
هناك 99 محطة تعمل بالطاقة النووية في ثلاثين ولاية. يقع معظمها شرق نهر المسيسيبي (انظر الخريطة). فهي تولد حوالي 40 - 50 مليار دولار لكل من مبيعات الكهرباء وتخلق أكثر من 100،000 وظيفة. كل دولار ينفقه المفاعل المتوسط يولد 1.87 دولار في الاقتصاد الأمريكي. (المصدر: "الفوائد الاقتصادية للطاقة النووية" ، معهد الطاقة النووية ، أبريل 2014.)
أنتجت محطات الطاقة النووية الأمريكية 19.7 في المئة من 4.079 تريليون كيلووات / ساعة من إجمالي إنتاج الكهرباء في الولايات المتحدة في عام 2016. وكانت الثانية من حيث الفحم (30 في المئة) والغاز الطبيعي (34 في المئة).
إنها أكبر من الطاقة الكهرمائية (6.5 في المئة) ومصادر بديلة أخرى بما في ذلك طاقة الرياح (8.4 في المئة).
هناك أيضا 36 مفاعل اختبار في جامعات الأبحاث (انظر الخريطة). يتم استخدامها لإنشاء كميات صغيرة من الإشعاع للتجارب. هذا هو المكان الذي يدرس فيه العلماء النيوترونات والجسيمات دون الذرية الأخرى ، ويفحصون مكونات السيارات والطبية ويتعلمون كيفية علاج السرطان بشكل أفضل.
(المصدر: "Backgrounder on Research and Test Reactors،" NRC، August 18، 2011.)
كيف تعمل الطاقة النووية؟
جميع محطات توليد الطاقة تعمل على تسخين المياه لإنتاج البخار ، مما يحول المولد إلى كهرباء. في محطات الطاقة النووية ، يتم هذا البخار بالحرارة المتولدة من الانشطار النووي. عندما يتم تقسيم الذرة ، يتم إطلاق كميات هائلة من الطاقة على شكل حرارة.
يستخدم اليورانيوم 235 كوقود لأنه يتفكك بسهولة عندما يصطدم بالنيترون. وحالما يحدث ذلك ، تبدأ النيوترونات من اليورانيوم نفسه في الاصطدام بذراته الأخرى. هذا يبدأ رد فعل سلسلة. هذا هو السبب في أن القنابل النووية قوية جدا.
في المولد النووي ، يتم التحكم في التفاعل المتسلسل بواسطة قضبان خاصة تمتص النيترونات الزائدة بشكل ضار. يتم وضع قضبان التحكم هذه بجوار قضبان الوقود التي تحتوي على كريات وقود اليورانيوم. يتم تجميع أكثر من 200 من هذه القضبان في ما يعرف باسم تجميع الوقود. عندما يريد المهندسون إبطاء العملية ، يقومون بتخفيض المزيد من قضبان التحكم إلى التجميع. عندما يريدون المزيد من الحرارة ، يرفعون القضبان. (المصدر: "كيف تعمل النباتات النووية؟" دوق الطاقة.)
لدى الولايات المتحدة نوعان من محطات الطاقة النووية. هناك 65 مفاعلًا مائيًا مضغوطًا و 34 مفاعلًا للماء المغلي.
تختلف في كيفية نقل الحرارة من المفاعل إلى المولد.
تستخدم مفاعلات الماء المضغوط الضغط العالي للحفاظ على الماء في المفاعل من الغليان. هذا يسمح للحرارة إلى مستويات فائقة عالية. ثم يتم نقل الحرارة من خلال الأنابيب إلى حاوية منفصلة من الماء في المولد. يخلق البخار الذي يقود التوربينات الكهربائية. ثم يعود الماء من المفاعل ليعاد تسخينه. يتم تبريد البخار من التوربين في مكثف. يتم إعادة الماء الناتج إلى مولد البخار. وإليك نسخة متحركة من مفاعل الماء المضغوط.
من ناحية أخرى ، تستخدم مفاعلات الماء المغلي المياه المغلية لتخليق البخار مباشرة لدفع المولد. وإليك نسخة متحركة من مفاعل الماء المغلي.
ما هو الأكثر أهمية هو أن العملية برمتها تتم في بيئة معزولة من أجل حماية العالم الخارجي من أي تلوث.
يمكن تبريد محطات الطاقة وتوقفها بسرعة. (المصدر: "كيف تعمل الطاقة النووية؟" ، UNAE.)
مزايا
محطات الطاقة النووية لا تصدر أي غازات الدفيئة ، على عكس الفحم والغاز الطبيعي.
أنها تخلق 0.5 وظيفة لكل ساعة ميغاواط (mWh) من الكهرباء المنتجة. وهذا بالمقارنة مع 0.19 وظيفة في الفحم و 0.05 وظيفة في محطات الغاز و 0.05 في طاقة الرياح. مصدر الطاقة الآخر الوحيد الذي يخلق المزيد من الوظائف / mWh هو الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، عند 1.06 / mWh. (المصدر: "الفوائد الاقتصادية للطاقة النووية" ، معهد الطاقة النووية ، أبريل 2014. )
لعقود من الزمن ، كانت للطاقة النووية أرخص تكاليف تشغيل. عند 1.87 سنت / كيلووات ساعة (أرقام عام 2008) ، فإن 68 في المائة من تكلفة الفحم. وحتى وقت قريب ، كان 25 في المائة فقط من تكلفة الغاز الطبيعي.
المخاوف من ظاهرة الاحتباس الحراري تثبط البناء الجديد لمحطات الطاقة التي تعمل بالفحم. ونتيجة لذلك ، في الفترة من 1992 إلى 2005 ، تم بناء حوالي 270،000 ميغاواط من الطاقة لمحطات توليد الطاقة الجديدة التي تعمل بالغاز. في ذلك الوقت ، بدا أن هذه النباتات لديها أقل مخاطر الاستثمار. ونتيجة لذلك ، لم يتسن الاتصال بالإنترنت إلا بقدرة قدرها 14،000 ميجاوات من الطاقة النووية الجديدة التي تعمل بالفحم. وساعد ذلك على رفع أسعار الغاز الطبيعي ، مما أجبر المستخدمين الصناعيين الكبار في الخارج على دفع تكاليف الكهرباء التي تطلقها الغازات إلى 10 سنتات / كيلووات في الساعة.
سلبيات
هناك نوعان من العيوب الكبيرة للطاقة النووية ، وذلك بفضل الطبيعة المشعة لمصدر الوقود.
1. يمكن لحادث في المحطة أن يطلق مواد مشعة في البيئة كأنبوب (تشبه السحابة) من الغازات المشعة والجسيمات. ثم يتم استنشاق هذه الجسيمات أو بلعها من قبل الناس والحيوانات أو أودعت على الأرض. وتتكون الجسيمات من ذرات غير مستقرة تعطي طاقة زائدة تسمى الإشعاع حتى تصبح مستقرة. في الجرعات المنخفضة ، والإشعاع غير ضار. بعد الانهيار النووي ، فإن الجرعات الكبيرة تدمر الخلايا الحية ويمكن أن تسبب الطفرات والمرض والوفاة.
يمكن أن يكون التأثير المحتمل لحدوث انهيار نووي كارثيا ، كما رأينا في تشرنوبيل وفوكوشيما ، على الرغم من أن فرص وقوع مثل هذا الحادث أمر نادر الحدوث. كانت كارثة الولايات المتحدة النووية الوحيدة في جزيرة ثري مايل في عام 1979 عندما ذاب قضبان الوقود المشعة جزئيا. تم إطلاق كمية صغيرة فقط من الغاز المشع. لم تكن هناك آثار صحية قابلة للقياس. ومع ذلك ، لم يتم بناء محطات جديدة للطاقة النووية لمدة 30 عامًا.
ما يقرب من ثلاثة ملايين أمريكي يعيشون في نطاق 10 أميال من محطة التشغيل. انهم خطر التعرض للإشعاع المباشر في حالة وقوع حادث. إذا كنت أحد هؤلاء الأشخاص ، فإليك كيفية الاستعداد لحادث.
2. التخلص من النفايات النووية هو عيب كبير. تأتي النفايات منخفضة المستوى من الاتصال بالوقود النووي في العمليات اليومية. يتم التخلص منه في الموقع أو يتم إرساله إلى منشأة نفايات منخفضة المستوى في إحدى الدول السبع والثلاثين. (المصدر: "النفايات منخفضة المستوى" ، هيئة تنظيم الطاقة النووية الأمريكية.)
النفايات عالية المستوى تتكون من الوقود المستهلك. يستغرق الأمر مئات الآلاف من السنين لإلغاء التنشيط. في الوقت الحالي ، يتم تخزين 70000 طن من هذا الوقود في محطات الطاقة نفسها. (المصدر: "Faff and Fallout" ، The Economist ، 29 أغسطس 2015.)
في قانون سياسة النفايات النووية لعام 1982 ، أخبر الكونجرس هيئة التنظيم النووي الأمريكية لتصميم وبناء وتشغيل وتشغيل في نهاية المطاف مستودع جيولوجي دائم للتخلص من النفايات عالية المستوى في جبل يوكا ، نيفادا.
المسؤولون المحليون لا يريدون الخطر في دولتهم. وقد أخروا تطويره حتى عام 2013 عندما فاز المجلس النرويجي للاجئين بقضيته في محكمة الاستئناف الأمريكية. في عام 2015 ، استكمل مجلس اللاجئين النرويجي تقييم السلامة وبدأ العمل في بيان التأثير البيئي. (المصدر: "التخلص من النفايات عالية المستوى" ، هيئة تنظيم الطاقة النووية الأمريكية.)
مستقبل الطاقة النووية الأمريكية
من المتوقع أن يرتفع الطلب الأمريكي السنوي على الكهرباء بنسبة 28٪ بحلول عام 2040. مع ارتفاع أسعار النفط والغاز والقلق بشأن ظاهرة الاحتباس الحراري ، بدأت الطاقة النووية تبدو جذابة مرة أخرى. في أواخر التسعينات ، كان ينظر إلى الطاقة النووية كطريقة لتقليل الاعتماد على النفط والغاز المستورد. هذا التغيير في السياسة مهد الطريق لنمو كبير في القدرة النووية.
قدم قانون سياسة الطاقة لعام 2005 حوافز مالية لبناء محطات طاقة نووية متقدمة. كانت هناك أيضًا ثلاث مبادرات تنظيمية سهّلت الطريق:
- عملية اعتماد تصميم انسيابي.
- الحكم على تصاريح الموقع في وقت مبكر.
- الجمع بين عملية رخصة البناء والتشغيل.
منذ عام 2007 ، تقدمت الشركات بطلبات للحصول على 24 ترخيصًا لمفاعلات نووية جديدة. هناك أربعة مصانع جديدة تحت الإنشاء. ويستنغهاوس هو بناء اثنين في جورجيا واثنان في ولاية كارولينا الجنوبية. (المصدر: "Westinghouse Buys CB & I's Nuclear Unit،" The Wall Street Journal، October 29، 2015)
من ناحية أخرى ، جعل تكسير النفط الصخري المحلي والغاز الطبيعي من الغاز بديلاً معقولاً لتحديث محطات الطاقة النووية القديمة. ونتيجة لذلك ، أغلقت أربع مصانع في العامين الماضيين. إن الحفاظ على تشغيل محطات توليد الطاقة النووية القديمة يتجاوز تكاليف بناء محطات جديدة تعمل بالغاز. إنها أكثر تكلفة من إعادة تأهيل محطات توليد الطاقة القديمة التي تعمل بالفحم إلى الغاز الطبيعي.
لذلك ، يعتمد مستقبل توسيع الطاقة النووية في أمريكا على أسعار الغاز الطبيعي. إذا قاموا بالارتفاع مرة أخرى وابقوا عالياً ، فتوقعوا الاهتمام بالعودة إلى توليد الطاقة النووية. (المصدر: "إغلاق مفاعل آخر ، تخطي واقع جديد للطاقة النووية الأمريكية" ، ناشيونال جيوغرافيك ، 1 يناير 2015).