برق ما از کجا تامین می شود؟
برق برای زندگی مدرن ضروری است، با این وجود تقریباً یک میلیارد نفر بدون دسترسی به آن زندگی می کنند. چالش هایی مانند تغییرات آب و هوا، آلودگی و تخریب محیط زیست مستلزم این است که ما روش تولید برق را تغییر دهیم.به نظر می رسد که تجدید پذیرها و فقط تجدیدپذیرها به تنهایی مسئول و قادر به ارائه یک سیستم انرژی بدون کربن خواهند بود - و تحقق این امر فقط یک مسئله زمان است. در طول قرن گذشته، منابع اصلی انرژی مورد استفاده برای تولید برق، سوخت های فسیلی، برق آبی و از دهه 1950، انرژی هسته ای بوده است. با وجود رشد شدید انرژی های تجدید پذیر در چند دهه گذشته، سوخت های فسیلی همچنان در سراسر جهان غالب هستند. استفاده از آنها برای تولید برق به دو صورت مطلق و نسبی همچنان در حال افزایش است: در سال 2017، سوخت های فسیلی 64.5 درصد از برق جهان را تولید می کردند، در حالی که این رقم در سال 1990 برابر با 61.9 درصد بود.
دسترسی به برق قابل اطمینان برای رفاه انسان حیاتی است. در حال حاضر از هر هفت نفر در جهان یک نفر به برق دسترسی ندارد. به این ترتیب، تقاضای برق همچنان افزایش می یابد. در عین حال، اگر بخواهیم تغییرات آب و هوایی را کاهش دهیم، انتشار گازهای گلخانه ای باید به شدت کاهش یابد و برای کاهش آلودگی هوا باید به منابع تمیزتری از انرژی روی آوریم. این امر به احتمال زیاد نیازمند افزایش چشمگیر تمام منابع انرژی کم کربن است که انرژی هسته ای آن، بخش مهمی است.
برای دستیابی به جهانی پایدار، تمام بخش های اقتصاد باید کربن زدایی شوند، از جمله حمل و نقل، گرما و صنعت. برق وسیله ای برای استفاده از منابع انرژی کم کربن فراهم می کند، بنابراین برق رسانی گسترده به عنوان یک ابزار کلیدی برای کربن زدایی بخش هایی است که به طور سنتی از سوخت های فسیلی استفاده می کنند. با افزایش مصرف برق و افزایش مزایای برق برای همه مردم، تقاضا به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.
به منظور کاهش شدید سطح سوخت های فسیلی، انرژی های هسته ای و تجدید پذیر باید با یکدیگر همکاری کنند تا از منبع انرژی قابل اطمینان، مقرون به صرفه و پاک در آینده اطمینان حاصل شود.
زغال سنگ، گاز و نفت
نیروگاه های سوخت فسیلی، زغال سنگ یا نفت را برای ایجاد گرما می سوزانند که به نوبه خود برای تولید بخار برای حرکت توربین های تولید کننده برق مورد استفاده قرار می گیرد. در نیروگاه های گاز، گازهای داغ یک توربین را برای تولید برق به حرکت در می آورند، در حالی که یک نیروگاه توربین گازی سیکل ترکیبی (CCGT) (combined cycle gas turbine) همچنین از یک ژنراتور بخار برای افزایش میزان برق تولید شده استفاده می کند. در سال 2017، سوخت های فسیلی 64.5 درصد برق در سراسر جهان را تولید می کردند.این نیروگاه ها در مدت زمانی طولانی برق قابل اطمینان تولید می کنند و عموماً هزینه ساخت آنها ارزان است. با این حال، سوزاندن سوخت های مبتنی بر کربن مقادیر زیادی دی اکسید کربن تولید می کند، که تغییرات آب و هوایی را موجب می شوند. این نیروگاه ها همچنین آلاینده های دیگری مانند اکسید گوگرد و نیتروژن تولید می کنند که باعث باران اسیدی می شوند.
برای پاسخ گویی به تقاضای روزافزون برای انرژی پایدار، انجمن جهانی هسته ای برنامه هارمونی را معرفی کرده است که بر اساس آن نیروی هسته ای حداقل 25 درصد از برق را قبل از سال 2050 تأمین می کند. این بدان معناست که تا آن زمان تولید هسته ای باید در سطح جهان سه برابر شود.
تصویر: نیروگاه کوتام در انگلستان که از زغال سنگ و گاز برای تولید برق استفاده می کند (Image: EDF Energy).
سوزاندن سوخت های فسیلی برای کسب انرژی باعث مرگ و میر قابل توجهی در اثر آلودگی هوا می شود. به عنوان مثال، تخمین زده می شود که تنها در چین سالانه به دلیل استفاده از زغال سنگ 670،000 نفر به طور زودرس می میرند.
برق اهمیت خود را افزایش می دهد. اگر بخواهیم به تغییرات آب و هوایی بپردازیم و آلودگی هوا را کاهش دهیم، باید استفاده از تمام منابع انرژی کم کربن را که هسته ای بخش مهمی از آن است افزایش دهیم.نیروگاه های سوخت فسیلی به مقادیر بسیار زیادی زغال سنگ، نفت یا گاز نیاز دارند. در بسیاری از موارد، این سوخت ها باید در مسافت های طولانی حمل شوند، که این می تواند منجر به مشکلات احتمالی تأمین شود. قیمت سوخت ها از لحاظ تاریخی بی ثبات بوده و می تواند در مواقع کمبود یا بی ثباتی ژئوپلیتیکی به شدت افزایش یابد، که این می تواند منجر به تولید ناپایدار هزینه ها و افزایش قیمت مصرف کننده شود.
نیروی آبی
بیشتر نیروگاه های برق آبی بزرگ با ذخیره آب در مخازن وسیع پشت سدها ، برق تولید می کنند. آب مخازن از میان توربین ها جریان می یابد تا برق تولید کند. سدهای برق آبی می توانند مقادیر زیادی برق کم کربن تولید کنند، اما تعداد سایت های مناسب برای سدهای جدید و بزرگ محدود است. توان برق آبی همچنین می تواند توسط نیروگاه های رودخانه ای تولید شود، اما اکثر رودخانه های مناسب برای این امر قبلاً توسعه یافته اند.
تصویر: سد سه گردنه در چین (Three Gorges Dam) بزرگترین سد برق آبی جهان و بزرگترین نیروگاه جهان است (تصویر: Le Grand Portage ، CC BY-SA 2.0)
از آن جا که برق را نمی توان به راحتی ذخیره کرد، تجدید پذیرها باید توسط سایر اشکال تولید برق پشتیبانی شوند. بزرگ ترین باتری ها نمی توانند روزها کار کنند، چه برسد به هفته هایی که برای تأمین انرژی الکتریکی شبانه روزی به پشتیبان گیری از منابع تجدید پذیر نیاز است. در سال 2017، برق آبی 16 درصد از تولید برق جهان را به خود اختصاص داده بود.
آبگیری مخازن پشت سدها و کند شدن جریان سیستم رودخانه ای در پایین سد همچنین می تواند تأثیر جدی بر محیط زیست و جمعیت محلی داشته باشد. به عنوان مثال، هنگام ساخت بزرگترین سد برق آبی جهان - سد سه گردنه در چین - حدود 1.3 میلیون نفر آواره شدند.
از نظر تعداد مرگ و میر ناشی از حوادث، برق آبی کشنده ترین منبع انرژی است. حادثه با بیشترین تلفات، فرو ریختن سد بانکیائو در استان هنان چین در سال 1975 بود که بر اساس برآوردهای رسمی منجر به مرگ 171000 نفر به طور مستقیم و غیر مستقیم شد.
توان هسته ای
راکتورهای قدرت هسته ای از گرمای تولید شده از تجزیه اتم ها، برای تولید بخار برای حرکت یک توربین استفاده می کنند. هیچ گاز گلخانه ای در فرایند شکافت تولید نمی شود و فقط مقادیر بسیار کمی از این گازها در کل چرخه عمر هسته ای تولید می شود. انرژی هسته ای یک نوع سازگار با محیط زیست برای تولید برق است و در آلودگی هوا دخیل نیست. در سال 2018، انرژی هسته ای، 10.5 درصد از برق جهان را تولید می کرد.نیروگاه های هسته ای، مانند نیروگاه های سوخت فسیلی، بسیار قابل اعتماد هستند و می توانند ماه ها بدون وقفه کار کنند و مقادیر زیادی برق تمیز را بدون در نظر گرفتن زمان روز، آب و هوا و فصل تولید کنند.
تصویر: نیروگاه هسته ای پالوئل در شمال فرانسه، یکی از بزرگ ترین نیروگاه های هسته ای جهان (تصویر: آروا).
نیروگاه های هسته ای، مانند نیروگاه های سوخت فسیلی، بسیار قابل اعتماد هستند و می توانند ماه ها بدون وقفه کار کنند و مقادیر زیادی برق تمیز را بدون در نظر گرفتن زمان روز، آب و هوا و فصل تولید کنند.
سوخت هسته ای می تواند چندین سال در راکتور استفاده شود، و این به دلیل مقدار زیاد انرژی موجود در اورانیوم است. توان یک کیلوگرم اورانیوم تقریباً برابر با توان 1 تن زغال سنگ است.
هیچ گاز گلخانه ای در فرایند شکافت تولید نمی شود و فقط مقادیر بسیار کمی از این گازها در کل چرخه عمر هسته ای تولید می شود. انرژی هسته ای یک نوع سازگار با محیط زیست برای تولید برق است و در آلودگی هوا دخیل نیست. در نتیجه ی تولید انرژی هسته ای مقدار کمی زباله هسته ای تولید می شود. به طور متوسط، یک راکتور که برق مورد نیاز یک نفر را برای یک سال تأمین می کند، حدود 500 گرم زباله در ازای آن ایجاد می کند – مقداری که در داخل یک قوطی نوشابه جا می گیرد. فقط 5 گرم از این مقدار به صورت سوخت هسته ای استفاده می شود – که معادل یک ورق کاغذ است. چندین استراتژی مدیریتی برای سوخت استفاده شده وجود دارد، مانند دفع مستقیم یا بازیافت در راکتورها برای تولید برق کم کربن بیشتر.
انرژی بادی و خورشیدی
انرژی های تجدید پذیر مانند انرژی های بادی، خورشیدی و آب های کوچک مقیاس، الکتریسیته با مقادیر کم انتشار گازهای گلخانه ای در کل چرخه زندگی شان تولید می کنند. در سال 2017، باد و خورشید به ترتیب 4.4 و 1.3 درصد از برق جهان را تولید می کردند. آنها به دلیل وابستگی ذاتی خود به آب و هوا نمی توانند به طور پیش بینی شده یا مداوم برق تولید کنند. تولید برق از توربین های بادی با سرعت باد، متغیر است و اگر باد بسیار ضعیف یا قوی باشد، اصلاً برق تولید نمی شود.خروجی صفحات خورشیدی بستگی به قدرت تابش خورشید دارد که به عوامل مختلفی مانند زمان روز و میزان پوشش ابر (و همچنین میزان گرد و غبار روی صفحات) بستگی دارد.
مشکل دیگر این است که ممکن است فضای کافی یا تمایل عمومی برای قرار دادن تعداد زیادی توربین یا پنل مورد نیاز برای تولید برقِ کافی، وجود نداشته باشد. این به این دلیل است که انرژی باد یا خورشید پراکنده است، به این معنی که برای تولید مقدار قابل توجهی از برق به مقادیر بسیار زیادی زمینِ در دسترس نیاز است.
سدهای برق آبی می توانند مقادیر زیادی برق کم کربن تولید کنند، اما تعداد سایت های مناسب برای سدهای جدید و بزرگ محدود است. از آن جا که برق را نمی توان به راحتی ذخیره کرد، تجدید پذیرها باید توسط سایر اشکال تولید برق پشتیبانی شوند. بزرگ ترین باتری ها نمی توانند روزها کار کنند، چه برسد به هفته هایی که برای تأمین انرژی الکتریکی شبانه روزی به پشتیبان گیری از منابع تجدید پذیر نیاز است. به منظور اطمینان از تامین مداوم برق، نیروگاه های گازی به طور فزاینده ای خدمات پشتیبانی به برق تجدید پذیر را ارائه می دهند. گازهای طبیعی مقادیر زیادی دی اکسید کربن در حین کار تولید می کنند و مقادیر قابل توجهی متان غالباً در هنگام استخراج و انتقال گاز آزاد می شود که هر دوی آنها به تغییرات آب و هوایی کمک می کنند.
زیست توده
یک نیروگاه زیست توده به روشی بسیار مشابه نیروگاه های گاز سوز و زغال سنگ عمل می کند. به جای سوزاندن گاز یا زغال سنگ، این نیروگاه با اشکال مختلف زیست توده (مانند درختان هدفمند رشد داده شده، تراشه های چوب، زباله های خانگی یا "بیوگاز") تغذیه می شود. در سال 2017، زیست توده 2.3 درصد از برق جهان را تولید می کرد.
تصویر: نیروگاه Drax در بریتانیا تا حدی زغال سنگ را با زیست توده وارداتی به عنوان سوخت تولید برق جایگزین کرده است. (تصویر Andrew Whale :، CC BY-SA 2.0)
سوزاندن سوخت های مبتنی بر کربن مقادیر زیادی دی اکسید کربن تولید می کند، که تغییرات آب و هوایی را موجب می شوند. این نیروگاه ها همچنین آلاینده های دیگری مانند اکسید گوگرد و نیتروژن تولید می کنند که باعث باران اسیدی می شوند.تولید زیست توده می تواند به مقدار زیادی انرژی نیاز داشته باشد، هم از نظر تولید خود زیست توده و هم از نظر حمل و نقل. به همین دلیل، انرژی مورد نیاز می تواند بیشتر از ارزش انرژی موجود در سوخت نهایی باشد و انتشار گازهای گلخانه ای می تواند به اندازه یا حتی بیشتر از سوخت های فسیلی معادل باشد. علاوه بر این، بیش از 100 سال طول می کشد تا دی اکسید کربن ساطع شده جذب شود، که این منجر به افزایش کوتاه مدت انتشار می شود.
سایر اثرات زیست محیطی مربوط به استفاده از زمین و پایداری اکولوژیکی می تواند قابل توجه باشد. علاوه بر این، مانند زغال سنگ، استفاده از زیست توده می تواند به آلودگی هوا کمک کند، و بنابراین تأثیرات منفی بهداشتی برای جمعیت های محلی گیاهان زیست توده دارد.
چه چیزی به آینده برقی ما توان می دهد؟
برق اهمیت خود را افزایش می دهد. اگر بخواهیم به تغییرات آب و هوایی بپردازیم و آلودگی هوا را کاهش دهیم، باید استفاده از تمام منابع انرژی کم کربن را که هسته ای بخش مهمی از آن است افزایش دهیم.با وجود رشد شدید انرژی های تجدید پذیر در چند دهه گذشته، سوخت های فسیلی همچنان در سراسر جهان غالب هستند. استفاده از آنها برای تولید برق به دو صورت مطلق و نسبی همچنان در حال افزایش است.برای پاسخ گویی به تقاضای روزافزون برای انرژی پایدار، انجمن جهانی هسته ای برنامه هارمونی را معرفی کرده است که بر اساس آن نیروی هسته ای حداقل 25 درصد از برق را قبل از سال 2050 تأمین می کند. این بدان معناست که تا آن زمان تولید هسته ای باید در سطح جهان سه برابر شود. به منظور کاهش شدید سطح سوخت های فسیلی، انرژی های هسته ای و تجدید پذیر باید با یکدیگر همکاری کنند تا از منبع انرژی قابل اطمینان، مقرون به صرفه و پاک در آینده اطمینان حاصل شود.
برنامه کاغذ سفید غول پیکر خاموش (Silent Giant white paper) انجمن جهانی هسته ای اطلاعات بیشتری در مورد نیاز به انرژی هسته ای در یک سیستم انرژی پاک ارائه می دهد.
در دنیایی که بر اصلاحات کوتاه مدت متمرکز شده است، بسیاری از ویژگی هایی که انرژی هسته ای را تبدیل به یک بازیگر کلیدی در گذار به یک جهان پایدار می کند، به درستی ارزش گذاری نمی شوند و اغلب به عنوان امری مسلم تلقی می شوند. با تأمل بر گفتمان رایج در دنیای سیاست انرژی به نظر می رسد که تجدید پذیرها و فقط تجدیدپذیرها به تنهایی مسئول و قادر به ارائه یک سیستم انرژی بدون کربن خواهند بود - و تحقق این امر فقط یک مسئله زمان است. واقعیت امروز این است که هم انتشار جهانی دی اکسید کربن و هم استفاده از سوخت های فسیلی همچنان در حال افزایش است. این نه تنها نبرد با تغییرات آب و هوایی را بسیار سخت تر می کند، بلکه سالانه منجر به مرگ صدها هزار نفر بر اثر آلودگی می شود.
برق رسانی گسترده به عنوان یک ابزار کلیدی برای کربن زدایی بخش هایی است که به طور سنتی از سوخت های فسیلی استفاده می کنند. با افزایش مصرف برق و افزایش مزایای برق برای همه مردم، تقاضا به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.
منبع: world-nuclear.org
