تقوم شركة روساتوم بتطوير مشروع لمحطة طاقة نووية هندسية تحتوي على مفاعل مبرد بالغاز عالي الحرارة (HTGR) ومحطة للهيدروجين. ويعد المشروع جولة جديدة في تطوير كل من المفاعلات المبردة بالغاز وتكنولوجيا الهيدروجين.

دراسة مرجعية

محطة الطاقة النووية الهندسية (ENPS) قيد التطوير لها عدة أسلاف. فقد كان الأول من نوعه مفاعلًا تجريبيًا سوفيتي التصميم ABTU-15 ومحطة تجريبية ABTU-ts-50 مزودة بمفاعل VGR-50. وقد صُممت لتوليد الطاقة وتعديل المواد المستحثة بالإشعاع (البولي إيثيلين والخشب وغيرها). في السبعينيات، طُوّر مفاعل تجريبي مبرد بالغاز عالي الحرارة VG-400 لتوليد الكهرباء والطاقة الحرارية العالية. وأعقب ذلك تطوير وحدات HTGRs، مثل مفاعل VGM-200 ذو القاعدة الحصوية ووحدة الطاقة MVGR-GT المزودة بتوربينات غازية ذات دورة مغلقة. كان ذلك هو الوقت الذي طور فيه المهندسون السوفييت التصميم المفاهيمي لمفاعل الطاقة الصغيرة VTGR-10 ومبادئ الجمع بين التقنيات النووية والهيدروجينية، ما يعني استخدام الهيدروجين المنتج بالطاقة النووية كمصدر للطاقة في الصناعة والنقل والمنازل.

في الثمانينيات، اعتمدت الحكومة السوفيتية برنامجًا وطنيًا لاقتصاد الهيدروجين، والذي ينص على تطوير مفاعلات مبردة بالغاز للتطبيقات والعمليات كثيفة الاستخدام للطاقة. على سبيل المثال، تم تعديل تصميم المفاعل VG-400 لإنتاج أسمدة الأمونيا. كان مخططًا بناء خمسة محطات باستخدام المفاعلات المبردة بالغاز، ولكن الخطط تعطلت بسبب سقوط الاتحاد السوفيتي.

ومع ذلك، استمرت فكرة بناء مفاعل عالي الحرارة ومبرد بالغاز في التطور إلى تطوير مفاعل بقدرة 600 ميغاوات مع دورة توربينات غازية مباشرة، والذي كان جاريًا خلال الفترة 1998-2012. وشاركت في التطوير شركة جنرال أتوميكس (الولايات المتحدة)، وفراماتوم (فرنسا)، وفوجي إلكتريك (اليابان). كما عمل التعاون بين الشركات الروسية على إحياء المشروع واستكمل اختصاصاته.

الوضع الحالي

واليوم، أصبح تطوير نظام ENPS المتقدم بمفاعل مبرد بالهيليوم عالي الحرارة ومحطة للهيدروجين في مرحلة التصميم الهندسي الأمامي، مع اختيار موقع لـ ENPS. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين تصميم ENPS الحالي عن التصميمات السابقة في أن محطة إنتاج الهيدروجين أصبحت جزءًا لا يتجزأ من المحطة النووية. ومن ثم، فإن المنتج النهائي للمحطة لن يكون الحرارة بل الهيدروجين، الذي يمكن تخزينه ونقله وبيعه للعملاء.

كان على المهندسين اتخاذ عدة خيارات صعبة. على سبيل المثال، قرروا عدم استخدام أي تكنولوجيا أجنبية في المقياس الدولي للحوادث النووية (إنيس- ENPS) واختيار التكنولوجيا الروسية فقط. لهذا السبب، تم اختيار عملية إعادة تشكيل الميثان بالبخار الخالي من الكربون (مفاعلات الوحدات الصغيرة) بدلاً من التحليل الكهربائي كطريقة مفضلة لإنتاج الهيدروجين. لقد تم إتقان عملية مفاعلات الوحدات الصغيرة منذ فترة طويلة في روسيا، كما أن البلاد لديها كثير من غاز الميثان والمياه اللازمة لهذه العملية. كما يجب اتخاذ خيار آخر وهو ما إذا كان سيتم استخدام دائرة وسيطة لنقل الحرارة إلى محطة الهيدروجين. وقد تقرر لأسباب تتعلق بالسلامة فصل دوائر إنتاج الهيدروجين والمفاعل فعليًا بدائرة هيليوم وسيطة. أحد الأسئلة التالية التي يجب الإجابة عنها هو إلى أي مدى سيتم وضع المفاعل ودوائر إنتاج الهيدروجين بحيث لا يمكن لأي حادث في محطة الهيدروجين أن يلحق الضرر بالمفاعل.

المقياس الدولي للحوادث النووية (إنيس)

يُفترض أن يكون للمفاعل عالي الحرارة والمبرد بالغاز قدرة حرارية تبلغ 200 ميغاواط. ستكون محطة الهيدروجين قادرة على إنتاج 110.000 طن من الهيدروجين سنويًا. وبما أن محطة إنيس ستحتوي على أربع مفاعلات مبردة بالغاز، وبالتالي أربع محطات هيدروجين، فإن القدرة الإجمالية للمحطة ستكون 800 ميغاواط من الطاقة الحرارية و440 ألف طن من الهيدروجين سنويًا.

ستكون درجة حرارة الهيليوم 330 درجة مئوية عند مدخل المفاعل و850 درجة مئوية عند المخرج. وقد صُممت عناصر الوقود لتلبية متطلبات السلامة المتأصلة: يجب أن يكون المفاعل قادرًا على الإغلاق دون تشغيل أنظمة الإغلاق، كما أن إزالة الحرارة المتبقية من المفاعل المغلق لا تحتاج إلى مصدر طاقة خارجي أو مشاركة الموظفين. والشرط الآخر هو جعل المفاعل أكثر قوة بالنظر إلى قدرات تصنيع أوعية المفاعل الحالية. ونتيجة لذلك، اختار المطورون استخدام مجموعات الوقود من النوع الكتلي كوقود.

الآفاق

من المتوقع أن يصل مشروع ENPS إلى مرحلة الاستثمار في عام 2024 حيث سيتم إعداد التصميم الفني لوحدة المفاعل وإعلان النوايا والوثائق الأخرى بحلول ذلك الوقت. ومن المقرر الانتهاء من مراحل التصميم والترخيص لمشروع ENPS في عام 2028، يليها إنشاء الوحدة الأولى، والتي يُتوقع الانتهاء منها في عام 2032، ومن المقرر بناء الوحدات المتبقية في عام 2035.

سياق

تعد محطة الطاقة النووية الهندسية أحد المشاريع الاستثمارية التي تنفذها شركة روس إنيرجو أتوم RosEnergoAtom (جزء من روساتوم) تحت مظلة تطوير التقنيات النووية والهيدروجينية لتطبيقات إنتاج الهيدروجين واستهلاكه على نطاق واسع. وبصرف النظر عن ENPS، تقوم روس إنيرجو أتوم بتطوير طرائق التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين بالكهرباء من محطات الطاقة النووية. محطة التحليل الكهربائي النموذجية التجريبية المزودة بغشاء تبادل أنيوني بقدرة 50 نيوتن متر مكعب في الساعة جاهزة للتجارب. وفي عام 2025، تخطط محطة كولا للطاقة النووية لتشغيل منشأة اختبار بقدرة 200 نيوتن متر مكعب في الساعة لإنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي.