هدف اصلی از ساخت نیروگاه اتمی بوشهر که در سال ۱۳۵۵ توسط متخصصان آلمانی طراحی شد، تولید توانی معادل ۱۳۵۰ مگاوات بود که ۱۵۰ مگاوات آن برای شیرین کردن ۲۰۰ هزار متر مکعب آب در روز و ۱۲۰۰ مگاوات آن برای انتقال به شبکه درنظر گرفته شده بود[1]. زمانی که قرار شد روس‌ها ساخت و تجهیز و راه اندازی این نیروگاه را در دست بگیرند، حدود ۲۴٪ آن توسط شرکت زیمنس ساخته شده بود و به قول مقامات ایرانی ۳۶٪ نیز توسط ایرانیان ساخته شده بود و ۴۰٪ باقی مانده را روس‌ها ساختند. روس‌ها طرح شیرین کردن آب را از پروژه حذف کرده و نیروگاه را طبق یکی از مدل‌های استاندارد خود، که نیروگاه‌های ۱۰۰۰ مگاواتی است، ساختند.
این روزها شیرین کردن آب توسط نیروگاه اتمی به عنوان یک امر مهم و تخصصی از طرف مقامات رسمی با عناوینی همانند «نمک زدایی آب دریا در نیروگاه اتمی بوشهر» مطرح شده و چنین تلقین می‌کنند که گویا تنها با نیروگاه اتمی است که می‌توان آب را شیرین کرد و یا نیروگاه اتمی مزیتی دارد که نیروگاه‌های دیگر تولید برق این قابلیت و مزیت را ندارند. در این مقاله به بررسی این ادعا می‌پردازیم.
شیرین کردن آب
شیرین کردن آب روش‌های مختلفی دارد. در تمامی روش‌های تا کنون یافته شده انرژی زیادی برای شیرین کردن هر مترمکعب آب صرف می‌شود. بسته به اینکه کدام روش انتخاب شود، برای شیرین کردن هر متر مکعب آب، بین ۳ تا ۲۵ کیلووات ساعت انرژی مصرف می‌شود.
روش متداولی که در بسیاری از کشورها از جمله شیخ‌نشین‌های حوزه خلیج فارس مورد استفاده قرارمی گیرد این است که آب دریا را به مخزنی منتقل و همزمان با تقلیل فشار داخل مخزن آن را گرم می‌کنند تا آب درون آن تبخیر شود. سپس با افزایش فشار داخل مخزن و/یا سرد کردن آن، بخار داخل آن را به مایع یا همان آب شیرین تبدیل می‌کنند.
در همه روش‌ها، شیرین کردن آب به دو نوع انرژی احتیاج دارد: یکی انرژی گرمایی و دیگری انرژی الکتریکی که بتواند سیستم‌های فشار و گردش آب را کنترل کند. بنابراین، اگر سیستمی داشته باشیم که انرژی گرمایی مازاد تولید کند، می‌توان از انرژی مازاد مزبور برای شیرین کردن آب استفاده کرد. اما برای ایجاد فشار، برودت و گردش آب و رسیدن به آب شیرین، نیاز به نیروی الکتریکی همچنان باقی است.
کمترین مصرف انرژی مربوط به روشی است به نام “اسموزی برعکس”[2] که نسبتاً تازه است. این روش تا یک دهه پیش به دلیل گرانی بسیار، کاربرد زیادی نداشت، امروزه کاربست آن به دلیل صرفه‌جویی در مصرف انرژی و پائین بودن سرمایه اولیه، به سرعت درحال رشد است.
مصرف آب در نیروگاه‌های مختلف
از آنجایی که شیرین کردن آب یا به طور خلاصه تولید آب شیرین به میزان زیادی وابسته به مصرف برق است، حل مسئله آب شیرین از این طریق، موضوع نیروگاه‌های تولید برق را در کانون توجه قرار می‌دهد. مشکلی که تمامی نیروگاه‌های حرارتی دارند این است که برای تولید برق، مقدار زیادی آب نیاز دارند که بخشی از آن را مصرف می‌کنند و بخش دیگر را پس از تغییراتی که در آن می‌دهند به محیط اطراف باز پس می‌فرستند. تغییراتی که این نیروگاه‌ها در آب اضافی ایجاد می‌کنند متنوع است، برای مثال دمای آنرا بالا می‌برند و/ یا با اضافه کردن آلاینده‌ها آن را آلوده می‌کنند. در متن‌های تخصصی این حوزه، بخش اول را میزان مصرف آب یک نیروگاه و بخش دوم را میزان برداشت آب نیروگاه می‌نامند. در بین انواع نیروگاه‌ها، نیروگاه اتمی به طور حتم یکی از نیروگاه‌هایی است که هم میزان مصرف آب آن بالا است و هم میزان برداشت آن.
همانطور که در نمودار بالا مشاهده می‌شود، اولاً نیروگاه اتمی برای هر مگاوات برق تولیدی به‌طور متوسط ۲٫۵ متر مکعب آب مصرف می‌کند و حال آن که در نیروگاه‌های گاز سوز، این رقم فقط حدود ۰٫۷ متر مکعب برای هر مترکعب است. ثانیاً همان گونه که از نمودار برمی آید تولید برق توسط نیروگاه تجدیدپذیر که بدون تولید گاز گلخانه‌ای است، لزوماً به این معنا نیست که تولید برق دراین نیروگاه‌ها مصرف آب ندارد، یا با مصرف کمتر آب همراه است. برای مثال نیروگاه زمین گرمایی و همچنین نیروگاه خورشیدی مرکزی مصرف آب بسیار بالایی دارد. در صورتی که نیروگاه بادی و نیروگاه خورشیدی از نوع فتوولیتک احتیاج به مصرف آب ندارد.
آیا نیروگاه اتمی امتیازی برای شیرین کردن آب دارد؟
همانطور که در ابتدا ذکر شد برای شیرین کردن آب به‌صورت تبخیر و میعان دو نوع انرژی مورد نیاز است: یکی انرژی گرمایی[3] و دیگری انرژی الکتریکی.
در تمامی نیروگاه‌های گرمایی، بخش بزرگی از انرژی بدون اینکه بتواند به برق تبدیل شود به صورت گرما از دست می‌رود. بر این قرار، مازاد انرژی گرمایی مختص نیروگاه اتمی نیست. در ضمن انرژی گرمایی نوعی از انرژی است که به اصطلاح اکسرژی پائین (انرژی با کیفیت پائین)[4] دارد و این نوع انرژی‌ها نه تنها در تمامی نیروگاه‌های گرمایی وجود دارد، بلکه در بخش بزرگی از صنعت، از جمله پالایشگاه‌ها و ذوب آهن نیز تولید می‌شود. مزیتی که برای تولید آب شیرین توسط نیروگاه‌های اتمی در سطح جهانی تبلیغ می‌شود از آن جهت نیست که این تنها روش تولید آب شیرین است، بلکه چون تولید آب شیرین احتیاج به برقی دارد که لازم است در بیشتر طول سال کار کند و نیروگاه اتمی این قابلیت را دارد، برای بهره گیری از این قابلیت است که تولید آب در کنار نیروگاه اتمی بسیار مناسب و مطلوب توصیف می‌شود. اما حقیقت این است که:
- بسیاری از نیروگاه‌های حرارتی می‌توانند به همان اندازه که نیروگاه اتمی در سال کار می‌کند کار کنند.
- نیروگاه‌های تجدید پذیر مثل نیروگاه‌های بادی و خورشیدی از نوع فتوولتیک اگر به شبکه مناسب متصل شوند و در ضمن با ساخت حجم مناسب منبع آب می‌توانند همان قدر کارایی داشته باشند.
- بخش گرمایی نیز، همانطور که گفته شد در تمامی نیروگاه‌های گرمایی و بسیاری صنایع دیگر موجود است و حتی در بسیار از موارد، این انرژی‌ها اکسرژی بالاتری (مرغوبیت بیشتری) نسبت به نیروگاه اتمی دارند.
بنابر این نیروگاه اتمی بهترین روش تهیه انرژی مورد نیاز برای تولید آب شیرین نیست. بلکه از برخی جهات، نیروگاه‌های گازسوز مزیت‌های قابل توجهی دارند، از جمله اینکه مصرف آب برای تولید برق در نیروگاه‌های گاز سوز یک‌سوم نیروگاه‌های اتمی است.
هزینه تولید آب شیرین
یکی دیگر از معیارهای مهم برای تصمیم گیری در انتخاب روش شیرین کردن آب، مثل هر فعالیت دیگر، محاسبه‌ی قیمت تمام شده آن است. به این ترتیب یعنی با محاسبه تمامی هزینه‌های تولید آب شیرین با روش‌های مختلف، می‌توان نتیجه‌گیری کرد که کدامین روش برای تولید آب شیرین حداقل به لحاظ اقتصادی مناسب‌تر است.
در حوزه خلیج فارس، ارزان بودن سوخت موجب شده است که برای تولید آب شیرین روش‌هایی مورد استفاده قرار گیرد که انرژی زیادی مصرف می‌کنند اما ساخت آن در زمان خود، در مقایسه با روش اسموزی برعکس، ارزانتر بوده است.
در نمودار بالا قیمت شیرین کردن هر متر مکعب آب بر اساس روش تبخیر آب آمده است. همانطور که در این نمودار مشاهده می‌شود، هزینه تولید هر متر مکعب آب شیرین با استفاده از برق تولید شده درنیروگاه اتمی، بسیار گران و در حقیقت گران‌ترین نوع آب شیرین است. حتی اگر قیمت ساخت نیروگاه اتمی دیگری که گفته می‌شود در ایران در دست ساخت است، به همان قیمتی تمام شود که در جهان صنعتی غرب بابت آن می‌پردازند، باز هم تولید آب شیرین توسط این نوع نیروگاه‌ها گران‌تر از نیروگاه بادی تمام می‌شود. البته در حال حاضر نیروگاه بادی برای تولید آب شیرین با نقصان‌هایی روبرو است که وسعت و نوع شبکه برق رسانی یکی از آنها است.
توجه به این تجربه فنی هم لازم است که درست کردن مخزن آب به حد کافی بزرگ برای شیرین کردن آب، می‌تواند روش خوبی برای از بین بردن ضعف نیروگاه خورشیدی از نوع فتوکرومیک باشد. زمانی که می‌توان برق توسط این پانل‌ها درست کرد، می‌توان آب شیرین مورد نیاز برای یک شبانه روز را تولید کرد و به این ترتیب این مخازن می‌توانند نقش ذخیره کردن انرژی را در ساعاتی که برق در دسترس نیست را، بازی کنند.
حاصل سخن
شیرین کردن آب با نیرگاه اتمی (حتی نیروگاهی که هزینه‌های آن بسیار کمتر از بوشهر است)، مناسب نیست زیرا:
- نیروگاه اتمی خود یکی از پر مصرف‌ترین نیروگاه‌ها به لحاظ مصرف آب برای تولید برق است.
- برقی که نیروگاه اتمی تولید می‌کند گران‌تر از برقی است که در نیروگاه‌های حرارتی متعارف تولید می‌شود.
- مازاد انرژی گرمایی که می‌تواند در شیرین کردن آب مورد استفاده قرار گیرد، مختص فقط نیروگاه اتمی نیست و حتی فقط مختص نیروگاه‌های حرارتی از انواع دیگر هم نیست بلکه بسیاری از صنایع مثل پالایشگاه‌ها نیز مازاد انرژی گرمایی دارند که می‌تواند در این راستا استفاده شود.
- و سرانجام، روش‌های جدید تولید آب شیرین نیازی به تبخیر آب و در نتیجه احتیاج به انرژی گرمایی ندارند.
از این رو، این مدعا که به شیوه‌های گوناگون بیان می‌شود که گویا ساخت نیروگاه اتمی تنها روش تولید آب شیرین یا مقرون به صرفه‌ترین روش است، دور از واقعیت است.
بر این قرار پاسخ این پرسش که «آیا برای تولید آب شیرین، نیروگاه اتمی نسبت به نیروگاه‌های حرارتی دیگر مزیتی دارد یا نه؟» منفی است.
از ذکر این نکته نیز نباید گذشت که تولید آب شیرین با چالش‌های زیست محیطی بسیار همراه است که تا به امروز راه حل‌های مناسبی برای آنها پیدا نشده است. یکی از مهم‌ترین مشکلات، محلول نمک جدا شده است که بسیار غلیظ است و هنوز معلوم نیست با آن چه باید کرد.
روش‌های شیرین‌سازی بهینه می‌شوند، اما هنوز با شیرین‌سازی نمی‌توان مسئله آب را حل کرد. از دید یک سیاست زیست‌محیطی مؤثر اولویت با بهینه کردن مصرف آب است.
پانویس‌ها
[1] در آن زمان حدود ۱۸ کیلووات برای هر متر مکعب آب حساب شده بود.
[2] روش اسموزی برعکس، نیازی به انرژی گرمایی ندارد زیرا دراین روش تبخیر و میعان وجود ندارد. بلکه در این روش، آب را تحت فشار از صفحه‌هایی مخصوص می‌گذرانند که نمک آب دریا را از آن جدا و آب شرب تولید می‌کند.
[3] روش اسموزی برعکس، احتیاجی به انرژی گرمایی ندارد.
[4] اکسرژی به طور ساده کیفیت انرژی را نشان می‌دهد. انرژی گرمایی با دمایی حدود ۷۰ درجه، اکسرژی حدود ۰٫۲ دارد و برق اکسرژی آن تقریباً ۱ می‌باشد که بالاترین رقم است. این انرژی گرمایی مازاد نمی‌تواند در تولید برق به کار آید از این رو در بسیاری از کشورهای شمال اروپا و آمریکا این انرژی گرمایی را برای گرم کردن و یا سرد کردن ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌دهند.
با سلام
ببخشید این نمودار اولی که مقدار اب مصرفی نیروگاه‌ها را نشان میده را میشه بفرمایید از چه منبعی هست
بنده نیاز دارم
با تشکر
حمید / 20 May 2018