روسيا والجيل الثالث بلس من المحطات النووية (1)

أول مفاعل نووى فى العالم استخدم لإنتاج الكهرباء كان روسى الصنع، ففى 9 مايو عام 1954، كانت البداية مع استخدام الطاقة النووية فى توليد الكهرباء، فكان المفاعل APS-1  فى موقع أوبنينسك Obninsk، والمفاعل موديلAM-1، ذات قدرة 5 ميجاوات، يستخدم الماء الخفيف كمبرد، ويستخدم الجرافيت كمهدئ، والوقود يورانيوم طبيعى، هذا المفاعل ظل يعمل لمدة 48 عام حتى أغلق عام 2002.

وأول مفاعل نووى فى العالم نيوترونى سريع (مفاعل مولد سريع) Fast Breeder Reactor FBR، كان روسى الصنع، ففى عام 1955، كانت البداية مع تشغيل مفاعل BR-1، وهو نموذج أولى prototype ، وكانت قدرته صفر، ثم تلى ذلك تشغيل مفاعل مولد سريع قدرته 100 كيلووات.

بدأ تصميم مفاعلات الجيل الأول من مفاعلات VVER عام 1954، والحروف هى إختصار لجملة Vodo Vodyanoy Energetic Reactor ، وهى تعنى “مفاعل قوى يستخدم الماء كمبرد ويستخدم الماء كمهدئ للنيترونات”، والجيل الثانى من هذا النوع من المفاعلات كان فى الفترة من 1966 الى 1980، والجيل الثالث كان فى الفترة من 1980 الى 2006، وهى مفاعلات ماء مضغوط PWR، وتماثل المفاعلات الأمريكية والغربية بأستخدامها لوعـــــاء ضغط ، والموديلات المختلفة منها تغطى مدى واسع من إنتاج الطاقة الكهربائية، فهى تبدأ بمفاعلات قدرتها 400 ميجاوات، وتتدرج  حتى تصل الى مفاعلات 1500 ميجاوات. هذه المفاعلات أعتمدت عليها روسيا فى تصديرها للخارج، وتم إدخال عديد من التعديلات على الجيل الأول والثانى منها، والجيل الثالث متواجد حاليا داخل روسيا وخارجها.

الجيل الثالث بلس “+” من مفاعلات VVER، بدأ تصميمه عام 2006، وهى تطوير لمفاعلات الجيل الثالث، وتسمى AES-2006   VVER-1200، وعاء الضغط Pressure Vessel بداخله قلب المفاعل الذى يحتوى على الوقود النووى المخصب، نسبة التخصيب  U235هى  4.4% – 2.4% ، وماء التبريد مضغوطة فى الدائرة الإبتدائية  وتستخدم كمهدئ فى نفس الوقت، وللمحافظة على ضغط الدائرة الإبتدائية يستخدم الضاغط Pressurizer، وحزم الوقود النووى سداسية الشكل، ومولدات البخار عددها 4 وهى من النوع الأفقى، القدرة الحرارية للمفاعل 3200 MWth ميجاوات، والقدرة الكهربية الصافى 1082 ميجاوات، كفاءة المحطة الصافى 33.9 %.

كلمة AES-2006 هى إختصارAtomnaja Electrostancija ، وترجمتها “محطة كهرباء نووية”، و 2006 هى سنة تصميم المفاعل،  ويوجد إصدارين من هذا الجيل وهم المفاعـــــل  V-392M، والمفاعــــــل V-491.

تم تصميم هذه المفاعلات طبقا لبنود الأحكام العامة الروسية لأمان المحطات النووية، والذى صدرعام 1997، والتى تتطابق مع توصيات المجموعة الدولية للأمان النووى      International Nuclear Safety Group INSAG.

محطات الجيل الثالث بلس النوويةAES-2006  VVER-1200 ، هى تطوير متقدم لمفاعلات الجيل الثالث AES-92  VVER-1000 التى تحتوى على مفاعل V-392. هذا التطوير يهدف الى بناء محطة طاقة نووية روسية موحدة من الجيل الثالث بلس” +”، يشملها تحسين فى خصائص الأداء الفنية والاقتصادية، من خلال إستخدام أحدث التكنولوجيات فى نظم الأمان مع زيادة الاعتمادية وكذا مع الاستخدام الأمثل لتكاليف البناء. ونتيجة ذلك، زاد عمر المحطـــــة ليصبح 60 عام، وارتفعت كفاءة المحطة  الى 34.5% بدلا من 31.6%، لكنها تحتوى على نفس عدد حزم الوقود النووى وهى 163 حزمة، مع وعاء ضغط أوسع، ومع زيادة فى الضغط والحرارة، وكذا إحتراق الوقود أعلى، فهو يصل الى 70 جيجاوات يوميا لكل طن مترى، بعدما كانت تتراوح ما بين 43-55 جيجاوات يوميا لكل طن مترى.

فى عام 2008، منحت هيئة تنظيمات التشريعات النووية الروسية Rostechnadzor تصاريح لإنشاء وحدتين نوويتين من الجيل الثالث بلس VVER-1200، وهم المرحلة الثانية فى موقع محطة نوفوفارونيش النووىNovovoronezh (V-392M) ، وهى الوحدة NVNPP-2، والمرحلة الثانية فى موقع محطة لينينجراد النووى Leningrad (V-491)، وهى الوحدة LNPP-2. وكان من المقرر ان تدخل الوحدة NVNPP-2  الخدمة عام 2012، وتدخل الوحدة  LNPP-2 الخدمة عام 2013.

هناك مزايا تنافسية فى تصميم الإصدارين V-392M و V-491 ، فنجد أن أنظمة الأمان السلبية  Passiveهى السائدة فى تحديث تصميم  V-392M، فى حين يركز تصميم V-491 على أنظمة الأمان النشطة  Active، والتى استعارتها من تصميم محطة تيان وان Tianwan فى الصين. وبالتالى، فإن عدد من قنوات الأمان النشطة مختلفه، فنجد فى الإصدار V-392M  قناتين، فى حين أن الإصدار V-491  لديه أربع قنوات، كما أن مخطط صالة التوربينات مختلف.

فى الإصدار V-392M، نجد أن نظام تبريد قلب المفاعل فى حالة الطوارئ ECCS، هو نظام نشط Active، ويقوم على الجمع بين قناتين لنظام الضغط العالى ولنظام الضغط المنخفض، بينما فى الإصدارV-491، فانه يستخدم 4 قنوات منفصلة لنظام الضغط العالى ولنظام الضغط المنخفض.

فى الإصدار V-392M، لإدارة الحوادث العابرة المتوقعة والتى لا تتسبب فى إيقاف تشغيل المفاعل ATWS، يوجد قناتين لنظام حقن البورون فى حالة الطوارئ، بينما فى الإصــــــدار V-491 يوجد 4 قنوات.

فى الإصدار V-392M، يستخدم نظام تبريد فى حالة الطوارئ لمولدات البخار يتكون من 2 قناة مغلقة، بينما فى الإصدار V-491، نجد أن نظام تغذية المياه فى حالة الطوارئ لمولدات البخار تتكون من 4 قنوات.

وللتخفيف من الآثار المترتبة على الحوادث التى تعتبر خارج أسس التصميم (ما وراء أسس التصميم)، فإنها تتبع أساليب مختلفة، ومثال على ذلك، ففى حالة الفقدان الكامل لمصدر التيار المتردد، فإن كلتا الإصدارين تستخدم نظام إزالة الحرارة السلبى، لكنه فى الإصدارV-392M يتم عن طريق  التبريد بالهواء، وفى الإصدار V-491يتم عن طريق التبريد بالمياه. بالإضافة إلى ذلك، تم تجهيز تصميم V-392M بنظام سلبى من 4 قنوات لغمر قلب المفاعل فى حالة الطوارئ.

سبب وجود إختلافات فى التصميم بين الإصدارV-392M  والإصدارV-491، يرجع الى ان المكاتب التى قامت بتصميم الإصدارين مختلفة. فالمصمم العام لمحطة نوفوفارونيش NVNPP2 (V-392M) هو مكتب JSC-Atomenergoproekt فرع موسكو، والمصمم العام لمحطة لينينجراد LNPP2 (V-491) هو مكتب JSC-SPB Atomenergoproekt فرع سانت بطرسبرج، والفروق الكبيرة فى تصاميم المحطتين ومنها :

• الإصدار V-392M، يحتوى على نظام سلبى Passive لغمر قلب المفاعل بالمياه.
• الإصدارV-491 ، يحتوى على نظام سلبى Passive لإزالة الحرارة من وعاء الاحتواء، ونظام سلبى لإزالة الحرارة من خلال مولدات البخار.
• الإصدارV-491 ، يحتوى على نظام نشط Active لحقن مياه فى قلب المفاعل ذو ضغط عالى فى حالة الطوارئ ، وأخر لحقن المياه ذو ضغط منخفض فى حالة الطوارئ.
• هناك إختلافات فى الأنظمة التى تتعامل مع الحوادث التى لم يشملها أسس التصميم (حوادث ما وراء أسس التصميم) Beyond design basis accidents
• هناك إختلاف فى إحتمالية إنصهار قلب المفاعل.
• هناك إختلافات فى نظام الأجهزة والتحكم   I & C، ونظام التغذية بالماء feedwater system، وكذا فى تخطيط غرفة التحكم الرئيسية، وإختلافات فى تخطيط المحطة النووية (المخطط العام للمحطة النووية).

فلسفة الأمان النووى “الدفاع فى العمق” DID، تعطى للمحطات النووية ملامح خاصة تميزها عن باقى محطات توليد الكهرباء التى تعمل بالوقود الاحفورى (بترول – غاز طبيعى – فحم)، وهى تهدف الى منع إنتشار وتأثير المواد النووية المشعة على الإنسان وعلى البيئة، فنظم الأمان فى المحطات النووية تعتبر هامة جدا، ويهمنا فى هذه المقالة التركيز على هذه الجزئية، حيث أن هناك إصدارين من هذا الجيل مختلفين فى أنظمة الأمان، فنجد أن:

أنظمة الأمان النشطة فى الإصدار V-392M هى:

• نظم تبريد مولدات البخار فى حالة الطوارئ؛
• نظام إزالة الغاز فى حالة الطوارئ (الوعاء الحاوى)؛
• نظام حقن البورون فى حالة الطوارئ (قلب المفاعل)؛
• نظام تبريد الدائرة الابتدائية فى حالة الطوارئ،  وتبريد أحواض الوقود المستنفد؛
• نظام عزل خط البخار الرئيسى (التربينة).

وأنظمة الأمان السلبية  فى الإصدار  V-392M هى:

• نظام تبريد قلب المفاعل فى حالة الطوارئ (جزء سلبى)؛
• أنظمة التبريد السلبية لقلب المفاعل فى حالة الطوارئ؛
• أنظمة لإزالة الحرارة (الوعاء الحاوى)؛
• وعاء إحتواء (الوعاء الحاوى) مزدوج الحائط ، وهناك لاقط لقلب المفاعل.

الى جانب ذلك، هناك أنظمة الوقاية من الضغط المرتفع فى الدائرة الابتدائية والثانوية، التى تضمنها التصميم، تحتوى على صمامات خفض الضغط (PORVs)، قادرة على العمل طبقا لمتطلبات التحكم، وإستجابة لمجموعة من البارامترات  (فى أوضاع التشغيل النشط  والسلبى).

أما أنظمة الأمان النشطة فى الإصدار V-491 هى:

• نظام رش مياه فى حالات الطوارئ ذو ضغط عالى (الوعاء الحاوى)؛
• نظام رش مياه فى حالات الطوارئ ذو ضغط منخفض (الوعاء الحاوى)؛
• نظام إزالة الغاز فى حالات الطوارئ (الوعاء الحاوى)؛
• نظام حقن البورون فى حالة الطوارئ (قلب المفاعل)؛
• نظام تغذية الماء فى حالة الطوارئ (مولدات البخار)؛
• نظام إزالة الحرارة المتبقية (قلب المفاعل)؛
• نظام عزل خط البخار الرئيسى (التربينة).

وأنظمة الأمان السلبية  فى الإصدار V-491 هى:

• نظام تبريد قلب المفاعل فى حالة الطوارئ (جزء سلبى)؛
• نظام إزالة الحرارة من الوعاء الحاوى؛
• نظم تبريد مولدات البخار فى حالة الطوارئ؛
• وعاء إحتواء (الوعاء الحاوى) مزدوج الحائط ، وهناك لاقط لقلب المفاعل.

الى جانب ذلك، هناك أنظمة الوقاية (الحماية) من الضغط المرتفع فى الدائرة الابتدائية والثانوية، التى تضمنها التصميم، تحتوى على صمامات خفض الضغط (PORVs)، قادرة على العمل طبقا لمتطلبات التحكم، وإستجابة لمجموعة من البارامترات  (فى أوضاع التشغيل النشط  والسلبى).

التطوير الذى ادخل على مفاعلات الجيل الثالث AES-92  VVER-1000 من المفاعلات الروسية، والتى تحتوى على مفاعل V-392 ، والتى هى فى الخدمة الأن، كان الهدف منه هو إمتلاك محطة طاقة نووية روسية “موحدة” من الجيل الثالث بلس، بمعناه الشامل محطة نووية كاملة ومكتملة مما جميعه، لكن لوحظ أن هناك إصدارين من هذا الجيل، ومع الأخذ فى الإعتبارأن محطات هذا الجيل لم تختبر بعد، فأى الإصدارين أفضل فى التشغيل والصيانة ومجابهة الحوادث  ؟؟؟.

إن شاء الله، ونظرا لأهمية هذا الموضوع، فاللمقالة بقية ،،، والى ان نلتقى لكم منى أطيب التحيات.