نقش انرژي هسته اي در منابع متنوع انرژي آينده
منبع:http://forum.p30world.com
گزارش از: مريم مولوي چشم انداز انرژي در چند دهه آينده چالش‌هاي مهمي پيش رو دارد و مساله انرژي به يكي از مهمترين نگرانيهاي بشر در قرن جديد تبديل شده است.
مصرف انرژي در جهان بطور فزاينده‌اي روبه افزايش است. بيشتر شدن جمعيت جهان و روند رشد اقتصادي كشورها، نيازهاي انرژي را افزايش داده است.
درحال حاضر ايجاد تنوع در منابع تامين انرژي به منظور دستيابي به توسعه پايدار مورد توجه همگان قرار گرفته است.
نفت و زغال سنگ مهمترين منابع تامين‌كننده انرژي جهان در جهان محسوب مي‌شوند. اما اين منابع فسيلي كه از آنها به عنوان منابع تجديد ناپذير ياد مي‌شود، ديگر به آساني گذشته قابل بهره‌برداري نيست.
ميانگين افزايش مصرف انرژي پنج تا ده درصد برآورد شده است. اين در حالي است كه با سرعت مصرف امروزي، ذخاير نفت و گاز تا ۷۰سال ديگر به پايان مي‌رسد.
وضعيت منابع زغال سنگ نيز شبيه نفت و گاز است، هر چند برخي برآوردها نشان مي‌دهد ذخاير آن تا پايان قرن دوام خواهد آورد، اما گراني و نيز آلودگي ناشي از مصرف اين سوخت در تامين انرژي نگراني‌هايي را مطرح كرده است.
ساير منابع انرژي مانند خورشيد، آب و باد كه از آنها به عنوان انرژي پاك ياد مي‌شود، علاوه بر آنكه نيازمند شرايط محيطي خاصي است، گران تمام مي‌شود و به سرمايه‌گذاري سنگيني نياز دارد.
انرژي باد اگر چه رايگان است، اما نمي‌توان به پايداري آن اطمينان داشت. انرژي خورشيد نيز به سرمايه‌گذاري هنگفتي نياز دارد و در زمان حاضر استفاده گسترده از آن چندان مقرون به صرفه نيست.
برق خورشيدي كه هزينه توليد آن هشت برابر انرژي حاصل از سوختهاي فسيلي است، كمتر از يك درصد انرژي مصرفي جهان را تامين مي‌كند.
بازدهي منابع انرژي تجديدپذير در كاهش هزينه‌ها و توانايي رقابت با سوختهاي فسيلي اهميت زيادي دارد.
درحال حاضر در جهان ۴۳۸نيروگاه اتمي فعال وجود دارد كه ۱۷درصد برق دنيا را تامين مي‌كنند. در كشورهاي سازمان توسعه و همكاري اقتصادي ((OECD اين نسبت به ۲۳درصد مي‌رسد.
انرژي حاصل از يك اتم هسته اورانيوم با انرژي ده ميليون اتم كربن سوختهاي فسيلي برابري مي‌كند. ميزان مصرف سوخت در هرسال براي يك نيروگاه هزار مگاواتي هسته‌اي، بيست تن و براي يك نيروگاه زغالي دوميليون تن و براي يك نيروگاه نفتي، ۲۵۰ميليون ليتر نفت است.
اكسيژن مورد نياز براي توليد هزار مگاوات برق، در يك نيروگاه زغالي، سه ميليون و ۸۰۰هزار تن ولي براي نيروگاه هسته‌اي صفر است.
به ازاي توليد اين ميزان برق، در يك نيروگاه زغالي پنج ميليون و ۳۰۰ هزارتن دي اكسيد كربن توليد مي‌شود، در حالي كه اين رقم در مورد يك نيروگاه هسته‌اي صفر است.
"لويس اشاواري" مديركل سازمان انرژي هسته‌اي NEA(بازوي تحقيقات هسته‌اي سازمان توسعه و همكاري اقتصادي) مي‌گويد شمار بسياري از
سياستگذاران مسئله امنيت انرژي و نيز حفاظت از محيط زيست را براي ملتهاي خود مطرح مي‌كنند.
منبع اصلي مورد نياز براي انرژي هسته‌اي اورانيم است كه بيش از نيمي از آن در كشورهاي صنعتي سازمان توسعه و همكاري اقتصادي OECDتوليد مي‌شود.
اشاواري با توجه به دو مسئله امنيت انرژي و گرم شدن زمين، روي آوردن سياستگذاران به انرژي هسته‌اي به خاطر مصلحت آيندگان را كاملا منطقي مي‌داند.
چين طي ۲۰تا ۲۵سال ديگر ۳۰نيروگاه جديد خواهد ساخت. قرار است ۱۵تا ۲۰نيروگاه هسته‌اي نيز در آمريكا ساخته شود. ساخت ۶تا ۱۰راكتور در انگليس تحت بررسي است. فنلاند و فرانسه هم ساخت نيروگاهاي جديد را آغاز كرده‌اند و برخي كشورها مانند آلمان نيز به فكر تجديدنظر در سياست پايان استفاده از انرژي هسته‌اي افتاده‌اند.
ژاپن و كره جنوبي هيچگاه برنامه‌هاي هسته‌اي خود را متوقف نكرده‌اند.
در مورد روسيه و هند هم كه تجربه هسته‌اي دارند، اين انتظار كه بخواهند ظرفيت خود را براي تامين برق مورد نياز براي رشد اقتصادي افزايش دهند كاملا واقع‌بينانه است.
با وجود اجراي طرحهاي جديد، سهم انرژي هسته‌اي به نسبت توليد كل برق جهان در ۲۰سال آينده ثابت مي‌ماند كه علت آن افزايش تقاضا است.
با توجه به ادامه روند رشد اقتصادي كشورها پيش بيني مي‌شود تقاضا براي انرژي تا سال ۲۰۵۰نسبت به سال ۲۰۰۰دو برابر شود.
در هيچ منطقه‌اي از جهان مانند شرق آسيا روند افزايش توليد انرژي هسته‌اي براي تامين تقاضاي فزاينده به انرژي مشهود نيست.
به گفته مديركل انجمن جهاني انرژي هسته‌اي، براي توقف فاجعه زيست محيطي ناشي از انتشار گازهاي گلخانه‌اي و افزايش دماي زمين كه مي‌تواند سبب مرگ ميلياردها نفر شود، تعداد نيروگاههاي هسته‌اي جهان بايد ۲۰برابر شود.
در كشورهاي توسعه يافته اكنون حدود ۱/۴ميليارد نفر يا به عبارتي ۲۰درصد جمعيت جهان، تقريبا ۸۰درصد از منابع انرژي جهان را مصرف مي‌كنند كه اين انرژي بيشتر از سوزاندن نفت و زغال سنگ توليد مي‌شود كه با توليد گازهاي گلخانه‌اي همراه است.
انرژي هسته‌اي از ميان منابع گوناگون انرژي تجديدناپذير كه آلايندگي را به همراه دارند و منابع انرژي تجديدپذير كه هنوز سهم چنداني در توليد انرژي نيافته‌اند ارزانترين، سالمترين و بهترين منبع انرژي محسوب مي‌شود.
گرم شدن هواي زمين و افزايش بهاي سوختهاي فسيلي باعث شده است انرژي هسته‌اي در برنامه توسعه بسياري از كشورها گنجانده شود.
انرژي كه به معناي توانايي انجام دادن كار است، براي تامين نيازهاي اوليه انساني، افزايش طول عمر و بالا بردن سطح زندگي ضروري است.
انسان در طول هزاران سال از زندگي ابتدايي كه به انرژي حاصل غذايي كه جمع‌آوري مي‌كرد وابسته بود و به مرور به انسان شكارچي تبديل شد كه غذاي بيشتري دراختيار داشت و از آتش براي گرم كردن و پختن غذاي استفاده مي‌كرد و سپس در اين جريان تحول، به كشاورز ساده‌اي بدل گرديد كه از حيوانات اهلي به عنوان منبع انرژي براي كار استفاده مي‌كرد.
اولين گامها در استفاده از انرژي مكانيكي با مهار نيروي آب و باد برداشته شد. بعدها انقلاب صنعتي با كمك نيروي بخار و زغال سنگ بنيان‌هاي جامعه فناوري امروزي را بنا نهاد و پيشرفتهاي مهمي مانند ساخت موتور احتراق دروني و توليد انبوه برق بدست آمد.
مصرف انرژي اكنون در مقايسه با دوران قبل از انقلاب صنعتي كه در اواخر قرن هجدهم در اروپا اتفاق افتاد، صد برابر شده است.
امروزه در كشورهاي صنعتي مصرف سرانه انرژي ۱۵۰تا ۳۵۰گيگاژول است كه بخش فزاينده‌اي از آن به صورت الكتريسيته مصرف مي‌شود. (يك گيگاژول ۱۰ به توان ۹ژول است.)
پيش بيني شده است رشد جمعيت تا آينده نزديك همچنان با سرعت ادامه خواهد داشت و جمعيت جهان از ۶ميليارد نفر در حال حاضر تا ۲۵سال آينده به ۸ميليارد نفر و احتمالا تا اواخر قرن حاضر به ۱۰ميليارد نفر افزايش خواهد يافت. بيشترين ميزان رشد جمعيت متعلق به كشورهاي در حال توسعه خواهد بود كه همين حالا هم بيش از سه چهارم جمعيت جهان را در خود جاي داده‌اند.
حتي اگر كشورهاي پيشرفته سياستهاي انرژي كارآمدتري براي جلوگيري از افزايش مصرف انرژي اتخاذ كنند، افزايش جمعيت جهان تاثير چشمگيري بر تقاضا براي انرژي خواهد گذاشت و تا سال ۲۰۵۰ميلادي تقاضا براي انرژي به دو برابر خواهد رسيد.
انرژي را مي‌توان در دو مقوله اوليه و ثانويه مورد توجه قرار داد.
انرژي اوليه انرژي به شكل منابع طبيعي مانند چوب، زغال سنگ، نفت، گاز طبيعي، اورانيم، باد، انرژي آب، و خورشيد است.
انرژي ثانويه اشكال قابل استفاده‌تر انرژي مانند الكتريسيته و بنزين است كه انرژي اوليه به آن تبديل مي‌شود.
انرژي اوليه به دو صورت انرژي تجديدپذير و يا انرژي تجديدناپذير است.
منابع انرژي تجديدپذير شامل خورشيد، باد، و انرژي امواج ، توده زيستي (مانند چوب، و محصولاتي مانند شكر) انرژي حرارت مركزي زمين و انرژي آب است.
منابع انرژي تجديدناپذير شامل سوختهاي فسيلي (زغال سنگ، نفت، گاز طبيعي) كه به همراه اورانيم بيش از ۸۰درصد نيازهاي انرژي امروزه ما را تامين مي‌كنند.
چالش امروز جهان رهايي از وابستگي شديد به سوختهاي فسيلي و استفاده بيشتر از منابع انرژي غيركربني است. نگراني در خصوص پيامدهاي گرم شدن كره زمين يك دليل مهم اين چالش است.
نفت بخاطر دسترسي آسان و قيمت پايين نقش مهمي در رشد اقتصادي بسياري از كشورها در قرن گذشته داشته است. نفت در صنعت حمل و نقل نقش حياتي دارد.
گاز طبيعي نيز كاربرد وسيعي در كنار زغال سنگ و نفت به عنوان يك سوخت چندكاربردي پيدا كرده است.
چنانچه منابع انرژي مناسب براي توليد برق را مد نظر قرار دهيم مشاهده مي‌كنيم ۴۰درصد انرژي مصرفي اوليه صرف توليد برق مي‌شود و با رشد ۲/۷ درصدي در سال تقاضا براي برق در سراسر جهان دو برابر تقاضاي انرژي خواهد بود.
ساير منابع انرژي تجديد پذير قابليت بيشتري براي افزايش مصرف دارند اما ويژگيهايي دارند كه مانع از آن مي‌شود نقش مهمي در تامين نيازهاي الكتريسته بازي كند.
انرژي خورشيدي داراي جاذبه منطقي قابل توجهي دارد. اما اين انرژي براي توليد برق قابليت محدودي دارد بسيار متناوب و بسيار پراكنده است. توليد انرژي خورشيدي در شب و درصورت پوشش ابر در آسمان مختل مي‌شود اين امر باعث مي‌شود بخش كوچكي از ظرفيت نيروگاه برق خورشيدي مورد استفاده قرار گيرد. همچنين مشكل كاهش شدت پرتوها و ضرورت تبديل پرتوهاي ضعيف به برق كم بازده (كمتر از ۲۰درصد) وجود دارد. هرچند اين مسئله موضوع تحقيقات بسياري در دهه‌هاي گذشته بوده است.
امكان ذخيره انرژي حاصل از خورشيد در مقياس كوچك و با هزينه نسبتا بالا وجود دارد. در مقياس وسيع توليد انرژي خورشيدي بايد با پشتيباني ساير منابع الكتريسيته همراه باشد. هرچند نمي‌توان اين واقعيت را رد كرد كه آفتاب رايگان است، اما هزينه‌هاي انرژي و مواد براي تبديل ، نگهداري، و ذخيره بسيار بالا است. نقش اصلي انرژي خورشيدي در آينده در گرم كردن مستقيم خواهد بود.
باد نيز همانند خورشيد رايگان است و بطور فزاينده‌اي براي توليد الكتريسيته مهار مي‌شود. درحال حاضر ظرفيت انرژي باد در سراسر جهان حدود ۲۰هزار مگاوات است. اما براي تامين نيازهاي الكتريسيته در مورد باد نيز كه هميشه نمي‌وزد مسائل مشابه پشتيباني مانند انرژي خورشيدي مطرح است.
با اين حال هزينه‌ها كاهش يافته و در برخي نيروگاههاي جديد در آمريكا با هزينه‌ها در منابع متعارف برابري است.
انرژي درون زمين از گرماي طبيعي زير سطح زمين بدست مي‌آيد. در جاهايي كه امكان مهار بخار داغ زيرزميني و آوردن آن به سطح زمين وجود دارد امكان توليد برق نيز ميسر است. منابع انرژي درون زمين در برخي نقاط زمين قابل استفاده است و حدود ۸هزار مگاوات برق توليد مي‌شود.
چشم اندازهايي در ديگر نقاط وجود دارد كه مي‌توان آب را با تلمبه به قسمتهاي بسيار گرم پوسته زمين هدايت كرد و از آن براي توليد برق استفاده نمود.
توده زيستي : بيشتر محصولات كشاورزي و جنگلها از نظر فني قابليت تبديل به برخي اشكال انرژي را دارند، حتي اگر هدف اصلي توليد محصول، تامين غذا باشد. درحال حاضر برخي "مزارع انرژي" وجود دارد كه محصولات منحصرا براي توليد انرژي كشت مي‌شوند. اين مزارع با ساير محصولات بر سر آب، كود و خاك رقابت دارند. به همين خاطر بايد بين غذا و سوخت يكي انتخاب شود. توده زيستي منبع انرژي مفيد و روزافزون بخصوص براي جوامع روستايي در كشورهاي جهان سوم است و زائدات آلي و گياهان آبي براي توليد متان يا "بيوگاز" قابل استفاده است. با اين حال اين منبع انرژي نقش بسيار كوچكي در تامين نيازهاي انرژي دارد.
با ورود به قرن جديد تنها منابع انرژي دردسترس براي توليد اقتصادي برق انبوه احتمالا گاز، زغال سنگ و انرژي هسته‌اي خواهد بود.
استفاده از نفت براي توليد برق بسيار گران تمام مي‌شود. علاوه برآن نفت از مزيت مهم يك سوخت قابل حمل براي صنعت حمل و نقل برخوردار است.
نفت براي كاربردهاي خاص مانند حمل و نقل و در صنعت پتروشيمي استفاده مي‌شود.
گاز همانند نفت است ارزش آن بيشتر از آن است كه براي مصارفي مانند توليد انبوه برق به هدر رود. اما بعد از شوك قيمتهاي نفتي در دهه ۱۹۷۰به دنبال اكتشافات گسترده ذخاير عظيم گاز طبيعي در بسياري از نقاط جهان كشف شد و امروزه كاربرد گسترده‌اي در نيروگاههاي برق يافته است.
خاصيت اصلي گاز، قابليت لوله‌كشي بي‌خطر و كم هزينه آن براي مصارف صنعتي و خانگي و توليد گرما با بازده بسيار بالا است.
زغال سنگ منبع فراواني است كه توليد جهاني آن به ۳/۵ميليارد تن در سال مي‌رسد و بيشتر آن براي توليد برق مصرف مي‌شود. زغال سنگ ۳۸درصد برق جهان را تامين مي‌كند درحالي كه سهم اورانيوم ۱۶درصد است. در كشورهاي عضو سازمان توسعه و همكاري اقتصادي ( (OECDاين رقم به ترتيب ۳۸درصد و ۲۴ درصد است.
اورانيوم ماده‌اي است كه به وفور يافت مي‌شود و در صورت وجود تقاضا، با كمك فناوريهاي موجود مي‌توان توليد آن را ۶۰برابر كرد.
توليد جهاني معادن اورانيوم حدود ۳۵هزار تن در سال است اما بخش زيادي از بازار، از محل منابع ثانويه شامل مواد سلاحهاي هسته‌اي برچيده شده تامين مي‌شود. عملا تمامي اين توليدات براي توليد برق مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
زغال سنگ قهوه‌اي ۹مگاژول در هر كيلوگرم
زغال سنگ سياه(نامرغوب) ۱۳تا ۲۰
زغال سنگ سياه ۲۴تا ۳۰
گاز طبيعي ۳۹مگاژول در هر مترمكعب
نفت خام ۴۵تا ۴۶مگاژول در هر كيلوگرم
اورانيوم(در راكتور آب سبك) ۵۰۰هزار مگاژول در هر كيلوگرم از نظر تئوري ذخاير جهاني زغال سنگ براي توليد برق مورد نياز بيش از صد سال كافي است. اما احتمال مي‌رود مقادير بيشتري از زغال سنگ‌هاي استخراجي در آينده به سوختهاي باارزش‌تر مايع تبديل شود و بنابراين براي توليد برق استفاده نگردد. مشكلات زيست محيطي و نيز مشكلات مرتبط با افزايش استخراج و مصرف زغال سنگ نيز وجود دارد.
تفاوت ارزش گرمايي اورانيوم در مقايسه با زغال سنگ و ساير سوختها حائز اهميت است (هر چند هر دو در نيروگاه بازده حرارتي ۳۳درصد مورد استفاده قرار مي‌گيرند). يك نيروگاه برق يك ميليون كيلوواتي ساليانه حدود ۳/۱ميليون تن زغال سنگ سياه يا حدود ۲۴تن اورانيوم (مانند (UO2غني شده تا چهار درصد از ايزوتوپ مفيد ( (u-235مصرف مي‌كند. اين ميزان نيازمند استخراج بيش از ۲۰۰تن اورانيوم طبيعي است كه از ۲۵تا ۱۰۰هزار تن سنگ معدن اورانيوم بازيابي مي‌شود.
فعاليت يك نيروگاه هسته‌اي هزار مگاواتي در سال ۲۷تن سوخت مستعمل باقي مي‌گذارد كه به شدت راديواكتيو است و گرماي بسيار زيادي توليد مي‌كند.
بخش اعظم اين سوخت استفاده شده، باز فراوري مي‌شود بطوري كه ۹۷ درصد از ۲۷تن سوخت اوليه بازيابي مي‌گردد. ۳درصد باقيمانده (حدود ۷۰۰ كيلوگرم) زباله راديواكتيو سطح بالا است كه بالقوه خطرناك بوده و لازم است براي مدت زمان طولاني از محيط زيست مجزا نگهداري شود. اما اين مقدار كم را به آساني مي‌توان كنترل كرد.
حتي در جايي كه سوخت مصرف شده مجددا فراوري نشود مقدار ساليانه ۲۷تن در مقايسه با مقدار زائدات يك نيروگاه برق زغال سنگ هم حجم آن جزئي و ناچيز است.
نيروگاه زغال سنگ هزار مگاواتي ساليانه حدود ۷ميليون تن دي اكسيدكربن توليد مي‌كند. اين ميزان علاوه بر ۲۰۰هزار تن دي اكسيدسولفور است كه در بسياري از موارد يك منبع مهم آلاينده جوي است. ديگر زائدات حاصل از مصرف زغال سنگ شامل مقادير زيادي پسماند (حدود ۲۰۰هزار تن در سال) حاوي فلزات سمي مانند آرسنيك، كادميم و جيوه، مواد آلي سرطانزا و موتاسيون زا (موادي كه باعث بروز سرطان و تغييرات ژنتيكي مي‌شوند) و نيز مواد راديواكتيو طبيعي است.
اين زائدات معمولي اگر مهار نشوند حتي در فواصل بسيار زياد از نيروگاه مي‌توانند به سلامت انسان و محيط زيست آسيب برسانند. بطور مثال در نقاطي باران اسيدي ناشي از انتشار دي اكسيدسولفور مرزهاي ملي را طي كرده و خسارات سنگيني به درياچه ها، رودخانه ها، جنگلها در مناطق بسيار دورتر وارد آورده است.
هر شيوه توليد برق خطرهاي زيست محيطي و زائداتي به همراه دارد. صنعت هسته‌اي از اين نظر كه تنها صنعت توليد برق است كه مسئوليت كامل دفع زائدات و تامين هزينه‌هاي كامل آن را به عهده دارد صنعت منحصر بفردي است.
امروزه انرژي هسته‌اي ساليانه از انتشار حدود ۲/۴ميليارد تن دي اكسيد كربن جلوگيري مي‌كند. ( درمقايسه با بيش از ۷ميليارد تن دي اكسيدكربن حاصل از توليد برق از سوختهاي فسيلي)
با افزايش قيمت گاز و آلايندگي زغال سنگ ، انرژي هسته‌اي بطور فراينده‌اي مورد توجه قرار گرفته است.
در اواسط ، ۲۰۰۱در ۳۱كشور كوچك و بزرگ با عقايد سياسي و رشد صنعتي متفاوت برق هسته‌اي در تركيب انرژي آنها وجود داشت. بلژيك، چين، فرانسه، آلمان ، مجارستان، هند، ژاپن، روسيه، سوييس، انگليس، آمريكا از جمله كشورهايي هستند كه برنامه‌هاي مهم انرژي هسته‌اي دارند.
در سال ۲۰۰۰ميزان توليد برق حاصل از انرژي هسته‌اي با كل توليد برق جهان در سال ۱۹۶۱از تمام منابع برابري مي‌كرد ( ۲۴۳۸ميليارد كيلووات ساعت).
هيچ كشوري نمي‌خواهد فقط به يك منبع انرژي واحد وابسته باشد.
براي بسياري از كشورها مسئله استفاده از زغال سنگ يا انرژي هسته‌اي به عنوان منبع اصلي برق مطرح نيست بلكه تركيبي از منابع متنوع انرژي مدنظر است كه تا حد امكان از منابع تجديدپذير بهره گرفته شده است.
يك فيزيكدان هندي به نام دكتر هومي بابها مي‌گويد: "هيچ انرژي پرهزينه‌تر از نداشتن انرژي نيست."
مصرف انرژي در جهان بطور فزاينده‌اي روبه افزايش است. بيشتر شدن جمعيت جهان و روند رشد اقتصادي كشورها، نيازهاي انرژي را افزايش داده است.
درحال حاضر ايجاد تنوع در منابع تامين انرژي به منظور دستيابي به توسعه پايدار مورد توجه همگان قرار گرفته است.
نفت و زغال سنگ مهمترين منابع تامين‌كننده انرژي جهان در جهان محسوب مي‌شوند. اما اين منابع فسيلي كه از آنها به عنوان منابع تجديد ناپذير ياد مي‌شود، ديگر به آساني گذشته قابل بهره‌برداري نيست.
ميانگين افزايش مصرف انرژي پنج تا ده درصد برآورد شده است. اين در حالي است كه با سرعت مصرف امروزي، ذخاير نفت و گاز تا ۷۰سال ديگر به پايان مي‌رسد.
وضعيت منابع زغال سنگ نيز شبيه نفت و گاز است، هر چند برخي برآوردها نشان مي‌دهد ذخاير آن تا پايان قرن دوام خواهد آورد، اما گراني و نيز آلودگي ناشي از مصرف اين سوخت در تامين انرژي نگراني‌هايي را مطرح كرده است.
ساير منابع انرژي مانند خورشيد، آب و باد كه از آنها به عنوان انرژي پاك ياد مي‌شود، علاوه بر آنكه نيازمند شرايط محيطي خاصي است، گران تمام مي‌شود و به سرمايه‌گذاري سنگيني نياز دارد.
انرژي باد اگر چه رايگان است، اما نمي‌توان به پايداري آن اطمينان داشت. انرژي خورشيد نيز به سرمايه‌گذاري هنگفتي نياز دارد و در زمان حاضر استفاده گسترده از آن چندان مقرون به صرفه نيست.
برق خورشيدي كه هزينه توليد آن هشت برابر انرژي حاصل از سوختهاي فسيلي است، كمتر از يك درصد انرژي مصرفي جهان را تامين مي‌كند.
بازدهي منابع انرژي تجديدپذير در كاهش هزينه‌ها و توانايي رقابت با سوختهاي فسيلي اهميت زيادي دارد.
درحال حاضر در جهان ۴۳۸نيروگاه اتمي فعال وجود دارد كه ۱۷درصد برق دنيا را تامين مي‌كنند. در كشورهاي سازمان توسعه و همكاري اقتصادي ((OECD اين نسبت به ۲۳درصد مي‌رسد.
انرژي حاصل از يك اتم هسته اورانيوم با انرژي ده ميليون اتم كربن سوختهاي فسيلي برابري مي‌كند. ميزان مصرف سوخت در هرسال براي يك نيروگاه هزار مگاواتي هسته‌اي، بيست تن و براي يك نيروگاه زغالي دوميليون تن و براي يك نيروگاه نفتي، ۲۵۰ميليون ليتر نفت است.
اكسيژن مورد نياز براي توليد هزار مگاوات برق، در يك نيروگاه زغالي، سه ميليون و ۸۰۰هزار تن ولي براي نيروگاه هسته‌اي صفر است.
به ازاي توليد اين ميزان برق، در يك نيروگاه زغالي پنج ميليون و ۳۰۰ هزارتن دي اكسيد كربن توليد مي‌شود، در حالي كه اين رقم در مورد يك نيروگاه هسته‌اي صفر است.
"لويس اشاواري" مديركل سازمان انرژي هسته‌اي NEA(بازوي تحقيقات هسته‌اي سازمان توسعه و همكاري اقتصادي) مي‌گويد شمار بسياري از
سياستگذاران مسئله امنيت انرژي و نيز حفاظت از محيط زيست را براي ملتهاي خود مطرح مي‌كنند.
منبع اصلي مورد نياز براي انرژي هسته‌اي اورانيم است كه بيش از نيمي از آن در كشورهاي صنعتي سازمان توسعه و همكاري اقتصادي OECDتوليد مي‌شود.
اشاواري با توجه به دو مسئله امنيت انرژي و گرم شدن زمين، روي آوردن سياستگذاران به انرژي هسته‌اي به خاطر مصلحت آيندگان را كاملا منطقي مي‌داند.
چين طي ۲۰تا ۲۵سال ديگر ۳۰نيروگاه جديد خواهد ساخت. قرار است ۱۵تا ۲۰نيروگاه هسته‌اي نيز در آمريكا ساخته شود. ساخت ۶تا ۱۰راكتور در انگليس تحت بررسي است. فنلاند و فرانسه هم ساخت نيروگاهاي جديد را آغاز كرده‌اند و برخي كشورها مانند آلمان نيز به فكر تجديدنظر در سياست پايان استفاده از انرژي هسته‌اي افتاده‌اند.
ژاپن و كره جنوبي هيچگاه برنامه‌هاي هسته‌اي خود را متوقف نكرده‌اند.
در مورد روسيه و هند هم كه تجربه هسته‌اي دارند، اين انتظار كه بخواهند ظرفيت خود را براي تامين برق مورد نياز براي رشد اقتصادي افزايش دهند كاملا واقع‌بينانه است.
با وجود اجراي طرحهاي جديد، سهم انرژي هسته‌اي به نسبت توليد كل برق جهان در ۲۰سال آينده ثابت مي‌ماند كه علت آن افزايش تقاضا است.
با توجه به ادامه روند رشد اقتصادي كشورها پيش بيني مي‌شود تقاضا براي انرژي تا سال ۲۰۵۰نسبت به سال ۲۰۰۰دو برابر شود.
در هيچ منطقه‌اي از جهان مانند شرق آسيا روند افزايش توليد انرژي هسته‌اي براي تامين تقاضاي فزاينده به انرژي مشهود نيست.
به گفته مديركل انجمن جهاني انرژي هسته‌اي، براي توقف فاجعه زيست محيطي ناشي از انتشار گازهاي گلخانه‌اي و افزايش دماي زمين كه مي‌تواند سبب مرگ ميلياردها نفر شود، تعداد نيروگاههاي هسته‌اي جهان بايد ۲۰برابر شود.
در كشورهاي توسعه يافته اكنون حدود ۱/۴ميليارد نفر يا به عبارتي ۲۰درصد جمعيت جهان، تقريبا ۸۰درصد از منابع انرژي جهان را مصرف مي‌كنند كه اين انرژي بيشتر از سوزاندن نفت و زغال سنگ توليد مي‌شود كه با توليد گازهاي گلخانه‌اي همراه است.
انرژي هسته‌اي از ميان منابع گوناگون انرژي تجديدناپذير كه آلايندگي را به همراه دارند و منابع انرژي تجديدپذير كه هنوز سهم چنداني در توليد انرژي نيافته‌اند ارزانترين، سالمترين و بهترين منبع انرژي محسوب مي‌شود.
گرم شدن هواي زمين و افزايش بهاي سوختهاي فسيلي باعث شده است انرژي هسته‌اي در برنامه توسعه بسياري از كشورها گنجانده شود.
نقش تاريخي انرژي در توسعه بشر
انرژي كه به معناي توانايي انجام دادن كار است، براي تامين نيازهاي اوليه انساني، افزايش طول عمر و بالا بردن سطح زندگي ضروري است.
انسان در طول هزاران سال از زندگي ابتدايي كه به انرژي حاصل غذايي كه جمع‌آوري مي‌كرد وابسته بود و به مرور به انسان شكارچي تبديل شد كه غذاي بيشتري دراختيار داشت و از آتش براي گرم كردن و پختن غذاي استفاده مي‌كرد و سپس در اين جريان تحول، به كشاورز ساده‌اي بدل گرديد كه از حيوانات اهلي به عنوان منبع انرژي براي كار استفاده مي‌كرد.
اولين گامها در استفاده از انرژي مكانيكي با مهار نيروي آب و باد برداشته شد. بعدها انقلاب صنعتي با كمك نيروي بخار و زغال سنگ بنيان‌هاي جامعه فناوري امروزي را بنا نهاد و پيشرفتهاي مهمي مانند ساخت موتور احتراق دروني و توليد انبوه برق بدست آمد.
مصرف انرژي اكنون در مقايسه با دوران قبل از انقلاب صنعتي كه در اواخر قرن هجدهم در اروپا اتفاق افتاد، صد برابر شده است.
امروزه در كشورهاي صنعتي مصرف سرانه انرژي ۱۵۰تا ۳۵۰گيگاژول است كه بخش فزاينده‌اي از آن به صورت الكتريسيته مصرف مي‌شود. (يك گيگاژول ۱۰ به توان ۹ژول است.)
جمعيت
پيش بيني شده است رشد جمعيت تا آينده نزديك همچنان با سرعت ادامه خواهد داشت و جمعيت جهان از ۶ميليارد نفر در حال حاضر تا ۲۵سال آينده به ۸ميليارد نفر و احتمالا تا اواخر قرن حاضر به ۱۰ميليارد نفر افزايش خواهد يافت. بيشترين ميزان رشد جمعيت متعلق به كشورهاي در حال توسعه خواهد بود كه همين حالا هم بيش از سه چهارم جمعيت جهان را در خود جاي داده‌اند.
حتي اگر كشورهاي پيشرفته سياستهاي انرژي كارآمدتري براي جلوگيري از افزايش مصرف انرژي اتخاذ كنند، افزايش جمعيت جهان تاثير چشمگيري بر تقاضا براي انرژي خواهد گذاشت و تا سال ۲۰۵۰ميلادي تقاضا براي انرژي به دو برابر خواهد رسيد.
انرژي را مي‌توان در دو مقوله اوليه و ثانويه مورد توجه قرار داد.
انرژي اوليه انرژي به شكل منابع طبيعي مانند چوب، زغال سنگ، نفت، گاز طبيعي، اورانيم، باد، انرژي آب، و خورشيد است.
انرژي ثانويه اشكال قابل استفاده‌تر انرژي مانند الكتريسيته و بنزين است كه انرژي اوليه به آن تبديل مي‌شود.
انرژي اوليه به دو صورت انرژي تجديدپذير و يا انرژي تجديدناپذير است.
منابع انرژي تجديدپذير شامل خورشيد، باد، و انرژي امواج ، توده زيستي (مانند چوب، و محصولاتي مانند شكر) انرژي حرارت مركزي زمين و انرژي آب است.
منابع انرژي تجديدناپذير شامل سوختهاي فسيلي (زغال سنگ، نفت، گاز طبيعي) كه به همراه اورانيم بيش از ۸۰درصد نيازهاي انرژي امروزه ما را تامين مي‌كنند.
دسترسي به انرژي
چالش امروز جهان رهايي از وابستگي شديد به سوختهاي فسيلي و استفاده بيشتر از منابع انرژي غيركربني است. نگراني در خصوص پيامدهاي گرم شدن كره زمين يك دليل مهم اين چالش است.
سوختهاي فسيلي
نفت بخاطر دسترسي آسان و قيمت پايين نقش مهمي در رشد اقتصادي بسياري از كشورها در قرن گذشته داشته است. نفت در صنعت حمل و نقل نقش حياتي دارد.
گاز طبيعي نيز كاربرد وسيعي در كنار زغال سنگ و نفت به عنوان يك سوخت چندكاربردي پيدا كرده است.
چنانچه منابع انرژي مناسب براي توليد برق را مد نظر قرار دهيم مشاهده مي‌كنيم ۴۰درصد انرژي مصرفي اوليه صرف توليد برق مي‌شود و با رشد ۲/۷ درصدي در سال تقاضا براي برق در سراسر جهان دو برابر تقاضاي انرژي خواهد بود.
قابليتها و محدوديتهاي هر يك از منابع انرژي الكتريكي
ساير منابع انرژي تجديد پذير قابليت بيشتري براي افزايش مصرف دارند اما ويژگيهايي دارند كه مانع از آن مي‌شود نقش مهمي در تامين نيازهاي الكتريسته بازي كند.
انرژي خورشيدي داراي جاذبه منطقي قابل توجهي دارد. اما اين انرژي براي توليد برق قابليت محدودي دارد بسيار متناوب و بسيار پراكنده است. توليد انرژي خورشيدي در شب و درصورت پوشش ابر در آسمان مختل مي‌شود اين امر باعث مي‌شود بخش كوچكي از ظرفيت نيروگاه برق خورشيدي مورد استفاده قرار گيرد. همچنين مشكل كاهش شدت پرتوها و ضرورت تبديل پرتوهاي ضعيف به برق كم بازده (كمتر از ۲۰درصد) وجود دارد. هرچند اين مسئله موضوع تحقيقات بسياري در دهه‌هاي گذشته بوده است.
امكان ذخيره انرژي حاصل از خورشيد در مقياس كوچك و با هزينه نسبتا بالا وجود دارد. در مقياس وسيع توليد انرژي خورشيدي بايد با پشتيباني ساير منابع الكتريسيته همراه باشد. هرچند نمي‌توان اين واقعيت را رد كرد كه آفتاب رايگان است، اما هزينه‌هاي انرژي و مواد براي تبديل ، نگهداري، و ذخيره بسيار بالا است. نقش اصلي انرژي خورشيدي در آينده در گرم كردن مستقيم خواهد بود.
باد نيز همانند خورشيد رايگان است و بطور فزاينده‌اي براي توليد الكتريسيته مهار مي‌شود. درحال حاضر ظرفيت انرژي باد در سراسر جهان حدود ۲۰هزار مگاوات است. اما براي تامين نيازهاي الكتريسيته در مورد باد نيز كه هميشه نمي‌وزد مسائل مشابه پشتيباني مانند انرژي خورشيدي مطرح است.
با اين حال هزينه‌ها كاهش يافته و در برخي نيروگاههاي جديد در آمريكا با هزينه‌ها در منابع متعارف برابري است.
انرژي درون زمين از گرماي طبيعي زير سطح زمين بدست مي‌آيد. در جاهايي كه امكان مهار بخار داغ زيرزميني و آوردن آن به سطح زمين وجود دارد امكان توليد برق نيز ميسر است. منابع انرژي درون زمين در برخي نقاط زمين قابل استفاده است و حدود ۸هزار مگاوات برق توليد مي‌شود.
چشم اندازهايي در ديگر نقاط وجود دارد كه مي‌توان آب را با تلمبه به قسمتهاي بسيار گرم پوسته زمين هدايت كرد و از آن براي توليد برق استفاده نمود.
توده زيستي : بيشتر محصولات كشاورزي و جنگلها از نظر فني قابليت تبديل به برخي اشكال انرژي را دارند، حتي اگر هدف اصلي توليد محصول، تامين غذا باشد. درحال حاضر برخي "مزارع انرژي" وجود دارد كه محصولات منحصرا براي توليد انرژي كشت مي‌شوند. اين مزارع با ساير محصولات بر سر آب، كود و خاك رقابت دارند. به همين خاطر بايد بين غذا و سوخت يكي انتخاب شود. توده زيستي منبع انرژي مفيد و روزافزون بخصوص براي جوامع روستايي در كشورهاي جهان سوم است و زائدات آلي و گياهان آبي براي توليد متان يا "بيوگاز" قابل استفاده است. با اين حال اين منبع انرژي نقش بسيار كوچكي در تامين نيازهاي انرژي دارد.
با ورود به قرن جديد تنها منابع انرژي دردسترس براي توليد اقتصادي برق انبوه احتمالا گاز، زغال سنگ و انرژي هسته‌اي خواهد بود.
استفاده از نفت براي توليد برق بسيار گران تمام مي‌شود. علاوه برآن نفت از مزيت مهم يك سوخت قابل حمل براي صنعت حمل و نقل برخوردار است.
نفت براي كاربردهاي خاص مانند حمل و نقل و در صنعت پتروشيمي استفاده مي‌شود.
گاز همانند نفت است ارزش آن بيشتر از آن است كه براي مصارفي مانند توليد انبوه برق به هدر رود. اما بعد از شوك قيمتهاي نفتي در دهه ۱۹۷۰به دنبال اكتشافات گسترده ذخاير عظيم گاز طبيعي در بسياري از نقاط جهان كشف شد و امروزه كاربرد گسترده‌اي در نيروگاههاي برق يافته است.
خاصيت اصلي گاز، قابليت لوله‌كشي بي‌خطر و كم هزينه آن براي مصارف صنعتي و خانگي و توليد گرما با بازده بسيار بالا است.
زغال سنگ منبع فراواني است كه توليد جهاني آن به ۳/۵ميليارد تن در سال مي‌رسد و بيشتر آن براي توليد برق مصرف مي‌شود. زغال سنگ ۳۸درصد برق جهان را تامين مي‌كند درحالي كه سهم اورانيوم ۱۶درصد است. در كشورهاي عضو سازمان توسعه و همكاري اقتصادي ( (OECDاين رقم به ترتيب ۳۸درصد و ۲۴ درصد است.
اورانيوم ماده‌اي است كه به وفور يافت مي‌شود و در صورت وجود تقاضا، با كمك فناوريهاي موجود مي‌توان توليد آن را ۶۰برابر كرد.
توليد جهاني معادن اورانيوم حدود ۳۵هزار تن در سال است اما بخش زيادي از بازار، از محل منابع ثانويه شامل مواد سلاحهاي هسته‌اي برچيده شده تامين مي‌شود. عملا تمامي اين توليدات براي توليد برق مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
تبديل انرژي : ارزش گرمايي سوختهاي گوناگون
زغال سنگ قهوه‌اي ۹مگاژول در هر كيلوگرم
زغال سنگ سياه(نامرغوب) ۱۳تا ۲۰
زغال سنگ سياه ۲۴تا ۳۰
گاز طبيعي ۳۹مگاژول در هر مترمكعب
نفت خام ۴۵تا ۴۶مگاژول در هر كيلوگرم
اورانيوم(در راكتور آب سبك) ۵۰۰هزار مگاژول در هر كيلوگرم از نظر تئوري ذخاير جهاني زغال سنگ براي توليد برق مورد نياز بيش از صد سال كافي است. اما احتمال مي‌رود مقادير بيشتري از زغال سنگ‌هاي استخراجي در آينده به سوختهاي باارزش‌تر مايع تبديل شود و بنابراين براي توليد برق استفاده نگردد. مشكلات زيست محيطي و نيز مشكلات مرتبط با افزايش استخراج و مصرف زغال سنگ نيز وجود دارد.
تفاوت ارزش گرمايي اورانيوم در مقايسه با زغال سنگ و ساير سوختها حائز اهميت است (هر چند هر دو در نيروگاه بازده حرارتي ۳۳درصد مورد استفاده قرار مي‌گيرند). يك نيروگاه برق يك ميليون كيلوواتي ساليانه حدود ۳/۱ميليون تن زغال سنگ سياه يا حدود ۲۴تن اورانيوم (مانند (UO2غني شده تا چهار درصد از ايزوتوپ مفيد ( (u-235مصرف مي‌كند. اين ميزان نيازمند استخراج بيش از ۲۰۰تن اورانيوم طبيعي است كه از ۲۵تا ۱۰۰هزار تن سنگ معدن اورانيوم بازيابي مي‌شود.
زائدات
فعاليت يك نيروگاه هسته‌اي هزار مگاواتي در سال ۲۷تن سوخت مستعمل باقي مي‌گذارد كه به شدت راديواكتيو است و گرماي بسيار زيادي توليد مي‌كند.
بخش اعظم اين سوخت استفاده شده، باز فراوري مي‌شود بطوري كه ۹۷ درصد از ۲۷تن سوخت اوليه بازيابي مي‌گردد. ۳درصد باقيمانده (حدود ۷۰۰ كيلوگرم) زباله راديواكتيو سطح بالا است كه بالقوه خطرناك بوده و لازم است براي مدت زمان طولاني از محيط زيست مجزا نگهداري شود. اما اين مقدار كم را به آساني مي‌توان كنترل كرد.
حتي در جايي كه سوخت مصرف شده مجددا فراوري نشود مقدار ساليانه ۲۷تن در مقايسه با مقدار زائدات يك نيروگاه برق زغال سنگ هم حجم آن جزئي و ناچيز است.
نيروگاه زغال سنگ هزار مگاواتي ساليانه حدود ۷ميليون تن دي اكسيدكربن توليد مي‌كند. اين ميزان علاوه بر ۲۰۰هزار تن دي اكسيدسولفور است كه در بسياري از موارد يك منبع مهم آلاينده جوي است. ديگر زائدات حاصل از مصرف زغال سنگ شامل مقادير زيادي پسماند (حدود ۲۰۰هزار تن در سال) حاوي فلزات سمي مانند آرسنيك، كادميم و جيوه، مواد آلي سرطانزا و موتاسيون زا (موادي كه باعث بروز سرطان و تغييرات ژنتيكي مي‌شوند) و نيز مواد راديواكتيو طبيعي است.
اين زائدات معمولي اگر مهار نشوند حتي در فواصل بسيار زياد از نيروگاه مي‌توانند به سلامت انسان و محيط زيست آسيب برسانند. بطور مثال در نقاطي باران اسيدي ناشي از انتشار دي اكسيدسولفور مرزهاي ملي را طي كرده و خسارات سنگيني به درياچه ها، رودخانه ها، جنگلها در مناطق بسيار دورتر وارد آورده است.
هر شيوه توليد برق خطرهاي زيست محيطي و زائداتي به همراه دارد. صنعت هسته‌اي از اين نظر كه تنها صنعت توليد برق است كه مسئوليت كامل دفع زائدات و تامين هزينه‌هاي كامل آن را به عهده دارد صنعت منحصر بفردي است.
امروزه انرژي هسته‌اي ساليانه از انتشار حدود ۲/۴ميليارد تن دي اكسيد كربن جلوگيري مي‌كند. ( درمقايسه با بيش از ۷ميليارد تن دي اكسيدكربن حاصل از توليد برق از سوختهاي فسيلي)
مسائل اقتصادي
با افزايش قيمت گاز و آلايندگي زغال سنگ ، انرژي هسته‌اي بطور فراينده‌اي مورد توجه قرار گرفته است.
توليد برق - تنوع در منابع توليد انرژي
در اواسط ، ۲۰۰۱در ۳۱كشور كوچك و بزرگ با عقايد سياسي و رشد صنعتي متفاوت برق هسته‌اي در تركيب انرژي آنها وجود داشت. بلژيك، چين، فرانسه، آلمان ، مجارستان، هند، ژاپن، روسيه، سوييس، انگليس، آمريكا از جمله كشورهايي هستند كه برنامه‌هاي مهم انرژي هسته‌اي دارند.
در سال ۲۰۰۰ميزان توليد برق حاصل از انرژي هسته‌اي با كل توليد برق جهان در سال ۱۹۶۱از تمام منابع برابري مي‌كرد ( ۲۴۳۸ميليارد كيلووات ساعت).
هيچ كشوري نمي‌خواهد فقط به يك منبع انرژي واحد وابسته باشد.
براي بسياري از كشورها مسئله استفاده از زغال سنگ يا انرژي هسته‌اي به عنوان منبع اصلي برق مطرح نيست بلكه تركيبي از منابع متنوع انرژي مدنظر است كه تا حد امكان از منابع تجديدپذير بهره گرفته شده است.
يك فيزيكدان هندي به نام دكتر هومي بابها مي‌گويد: "هيچ انرژي پرهزينه‌تر از نداشتن انرژي نيست."
