دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
مقدمه
در سال 1871 میلادی ( 1250 هجری شمسی ) ماشین گرام اختراع شد . این اختراع گامی اساسی در راه ایجاد صنعت برق تجاری بود ، زیرا پس از آن تبدیل انرژی مکانیکی (و هر نوع انرژی دیگری که بتوان از آن کار مکانیکی به دست آورد ) به انرژی برقی ممکن گردید
یازده سال پس ازآن، درسال 1882 میلادی ( 1261 هجری شمسی ) توماس ادیسون نخستین موسسه برق تجاری خود را برای تامین روشنایی در یکی از خیابانهای نیویورک افتتاح کرد
بیان دو واقعه مهم بالا برای درک رابطه زمانی بین تاریخ پیدایش صنعت برق در جهان و در ایران خالی از فایده نیست . چنانکه خواهد آمد ، اولین مولد برق در ایران ، سه سال بعد از موسسه برق توماس ادیسون به کار افتاد
از 1300 تا 1310
از اوایل سالهای 1300 به بعد ، با آگاهی و علاقه مند شدن بخش خصوصی به مزایای برق ، رفته رفته در شهرهای بزرگ و کوچک ایران ، تاسیساتی برای تولید و توزیع و فروش برق ایجاد شد. این گونه فعالیتها عموما" درمقیاسهای کوچک ومحدود وبه طور کلی منفک از یکدیگر انجام می گرفت و البته نیاز به هماهنگی هم در شرایط آن روزهای نخستین احساس نمی شد درهمین دوران برخی ازکارخانه های صنعتی جدیدالتاسیس هم دارای تجهیزات برق اختصاصی شدند که داد و ستدهایی نیز با موسسات برق شهری داشتند
در 1310
برای نخستین بار ، شبانه روزی کردن برق در تهران در میان دولتمردان آن زمان مطرح شد و اقدامات اولیه برای تحقق آن صورت گرفت
در 1316
پس از شش سال و با گذراندن نشیب و فراز های بسیار ، بلاخره در تاریخ 25 /6 / 1316 نیروگاه بخاری ساخت کارخانه اشکودای چکسلواکی با قدرت 4x1600= 6400 کیلو وات در محل کنونی شرکت برق منطقه ای تهران نصب شد و به بهره برداری رسید
با وجود آن که در تهران به علت وسعت شهر و موقعیت سیاسی و اجتماعی آن ، سرمایه گذاری دولتی در کار برق رسانی پیش از همه شهرهای دیگر آغاز شد ، بخش خصوصی هم در امور برق رسانی در تهران فعالیت قابل توجهی داشت به نحوی که در سال 1341 یعنی سال تاسیس سازمان برق ایران تعداد شرکتهای خصوصی که هر یک در بخشی از شهر تهران فعالیت داشتند به 32 شرکت رسیده بود
از 1327 تا 1334
برنامه هفت ساله اول عمرانی کشور به اجرا در آمد که در آن سهمی هم برای توسعه صنعت برق در کشور با هدف تامین مصارف خانگی شهرها و فراهم کردن رفاه اجتماعی منظور شده بود. دراین دوران،سازمان برنامه تعدادی مولدهای دیزلی 50و 100و 150 کیلو واتی را خریداری کرد و با بهره 3 درصد به شهرداریها و شرکتهای برق خصوصی فروخت و چون دریافت کنندگان کمک سازمان برنامه می بایست تواناییهای لازم را برای تقبل 50 درصد از سرمایه گذاریها داشته باشند ، طبعا" اعطای کمکها ، به امکانات مالی شهرها و موسسه های وام گیرنده بستگی داشت . به هر صورت در پایان برنامه اول،جمع قدرت نامی نصب شده در کشور به 40 مگاوات و میزان انرژی تولیدی سالانه به حدود 200 میلیون کیلو وات ساعت رسید
از 1334 تا 1341
در این سالها برنامه هفت ساله عمرانی دوم کشور اجرا شد . سهم برق در این برنامه ، با هدف افزایش تولید برق ، کاهش هزینه های تولید و پایین آوردن سطح عمومی نرخها درنظر گرفته شده بود
دراین برنامه بنابر توصیه کارشناسان خارجی و داخلی، برای توسعه تاسیسات برق چهار حوزه فعالیت به شرح زیر منظور گردید
- منطقه خوزستان
- منطقه تهران
- شهرهای بزرگ
- شهر های کوچک
بدین ترتیب می توان گفت که اندیشه فراتررفتن از محدوده هر شهر در کار توسعه صنعت برق،در برنامه دوم شکل گرفت. شروع به کاراحداث نیروگاههای برق آبی مهم کشور شامل سد دز (با ظرفیت اولیه 130 مگاوات ) ، سد کرج (با ظرفیت 91 مگا وات) و سد سفیدرود (با ظرفیت اولیه 35 مگاوات) همچنین نیروگاه حرارتی طرشت (به قدرت 50 مگاوات) ازدستاوردهای این دوره است
در 1341
برنامه سوم عمرانی کشورآغاز شد. با پذیرش نقش زیر بنایی صنعت برق،در این برنامه نیز اعتبارات قابل توجهی برای این صنعت تخصیص داده شد
در این برنامه که 5/5 سال به طول انجا مید(تا آخرسال 1346)،در مجموع،مبلغ 21میلیارد ریال در صنعت برق هزینه گردید که به طورکلی سه بخش را در بر می گرفت
تامین برق مراکز عمده مصرف شامل شهرهای تهران، اصفهان، شیراز، مشهد، تبریز، رشت -
همدان و ساری
تامین برق 17 شهر متوسط کشورشامل شهرهای آمل، چالوس،اردبیل،مراغه، لاهیجان،ارومیه، یزد -
بهشهر، بوشهر، قزوین ،کرج، بابلسر و کرمانشاه
تامین برق شهرهای کوچک -
در همین برنامه ، تشکیل سازمان برق ایران به منظور اشراف کلی واعمال مدیریت بر برنامه ریزی و اجرای طرحهای تولید و ایجا د موسسات تولید ، انتقال و توزیع برق و هدایت سرمایه گذاریها دربخش برق پیش بینی شده بود این سازمان درتاریخ 13دی ماه1341 رسما" تشکیل یافت و تا پایان سال 1344 که عملا" دروزارت آب وبرق ادغام شد به انجام وظایف خود ادامه داد
در 1343
قانون تاسیس وزارت آب و برق در تاریخ 16/1/1343 به دولت ابلاغ شد در بخش برق ، وظایف زیر برعهده این وزارت خانه قرار می گرفت
تهیه و اجرای برنامه ها و طرحهای تولید و انتقال نیرو به منظور تاسیس مراکز تولید برق منطقه ای -
و ایجاد شبکه های فشار قوی سراسر کشور
اداره تاسیسات برق که به موجب بندبالاایجاد می شود و بهره برداری از آنها -
نظارت بر نحوه استفاده از نیروی برق -
سازمان برق ایران در سال 1344 به عنوان واحد برق در وزارت آب و برق ادغام شد، وسازمانهای دیگری هم که تاآن زمان به توسط سازمان برنامه ، سازمان برق ایران یا به نحو دیگر به وجود آمده بودند تحت پوشش نظارتی وزارت آب و برق قرار گرفتند
در آذر ماه همین سال اساسنامه شرکتهای برق منطقه ای تدوین شد و بدین ترتیب تعداد 10 شرکت برق منطقه ای ( علاوه برسازمان آب و برق خوزستان که از سال 1339 ایجاد شده بود ) تشکیل یافت که عبارت بودند از شرکتهای برق منطقه ای ( تهران ) ، )اصفهان ) ، ( خراسان ) ، ( آذربایجان ) ، (فارس) ، (مازندران) ، (گیلان( ،) جنوب شرقی ایران) ، (کرمانشاهان) و (همدان و کردستان(
با تشکیل شرکتهای برق منطقه ای ، صنعت برق کشور صورتی سازمان یافته و منسجم به خود گرفت. حوزه های زیر پوشش این شرکتهادرابتدا تمامی مساحت کشوررا شامل نمی شد و نوعا" از تقسیمات کشوری نیزپیروی نمی کرد تعداد و حوزه های جغرافیایی شرکتهای برق منطقه ای با گذشت زمان مشمول اصلاحاتی گردید به طوری که درحال حاضر تعداد آنها به 16 می رسد و در مجموع تمامی کشور را پوشش می دهند
در 1347
برنامه چهارم عمرانی آغازشد. دراین برنامه که تاپایان سال 1351 ادامه داشت ، نگرش به صنعت برق به عنوان یک صنعت زیربنایی و با دید کلان نگر صورت گرفت . احداث خطوط انتقال نیروی سراسری و تاسیس نیروگاههای نسبتا" بزرگ آبی وحرارتی درطی این برنامه نضج گرفت، به طوری که درطول برنامه،جمع قدرت نامی نصب شده در کشور از 1599 مگاوات به 3354 مگاوات ( با رشد متوسط سالانه 16 درصد) وتولید انرژی برق از 4133 میلیون کیلووات ساعت به9553 میلیون کیلووات ساعت )با رشد متوسط سالانه 2/18 درصد ) بالغ گردید و تعداد مشترکان در تعرفه های مختلف به 1669 هزار رسید
در طی این برنامه ، مسئولیت برق نزدیک به 190 شهر کشور بر عهده وزارت آب و برق قرار گرفت . برق مورد نیاز شهرهای کوچک ، شهرکها و تعدادی از روستاهای برقدار به توسط بخش خصوصی و یازیرنظر و بامدیریت شهرداریها تامین می شد.تعداد روستاهای برقدار کشور از 148 روستا درآغاز برنامه ، به 491 روستا درپایان سال 1351 رسید
در 1348
به منظور استفاده صحیحتر از منابع و امکان برقراری دادوستد انرژی برقی بین مناطق و کارتولیدوانتقال برق به طور کلان ، شرکت تولید وانتقال نیروی برق ایران (توانیر) از سال 1348 آغاز به کار کرد. اساسنامه و شرح وظایف این شرکت ، بنا بر ضرورتهای زمان تا کنون سه بار مورد تجدید نظر قرار گرفته است . ازسال 1375 تا کنون ، این شرکت با نام "سازمان مدیریت تولید و انتقال نیروی برق ایران ( توانیر ) " ، فعالیتها و ماموریتهای معاونت امور
برق وزارت نیرو را نیز برعهده دارد و هدفها وظایف زیر را دنبال میکند
تهیه و تدوین و پیشنهاد استراتژیها و سیاستها و برنامه های برق کشور -
برنامه ریزی ، نظارت ، کنترل و هدایت برق کشور -
ایجاد هماهنگی و نظارت بر شبکه سراسری برق -
برنامه ریزی و نظارت بر مصارف مختلف برق کشور -
حفظ یکپارچگی و پایداری شبکه سراسری برق کشور -
در 1352
برنامه پنجم عمرانی از این سال آغاز شد و تا پایان سال 1356 ادامه یافت سیاستهای زیر بر اجرای برنامه ای صنعت برق در این برنامه حاکم بود
احداث واحدهای بزرگ حرارتی در شمال و جنوب کشور به لحاظ دسترسی آسانتر به منابع -
سوخت و سواحل دریا
ایجاد سد بر روی رودخانه های بزرگ -
تامین برق مناطق دور افتاده کشور با استفاده از نیروگاههای دیزلی -
درسالهای برنامه پنجم، معادل 1332 مگاوات برظرفیت نیروگا ههای گازی کشورافزوده شد که علت اصلی آن تاخیر دربهره برداری از نیروگاههای آبی در دست احداث بود دراین برنامه، تا سیس نیروگاههای هسته ای نیز در دستور کار قرارداشت که علی رغم هزینه ها و تبلیغات فراوان ، نتیجه مشخصی عاید نساخت
به هر صو رت قدرت نصب شده در پا یا ن بر نا مه به 7105 مگا وات ( با 2/16 درصد رشد متوسط سالانه )،انرژی سالانه تولید شده به 18984 میلیون کیلووات ساعت ( با 7/14 درصد رشد سالانه ) رسید و تعدادمشترکان به 3105 هزار بالغ گردید . تا پایان این برنامه تعدادی از روستاهای کشور نیز از برق بهره مند شدند
در 1353
باتوجه به اینکه نهادهاو سازمانهای مختلفی دست ا ندرکار مقوله انرژی درکشور بودند و هماهنگی بین آنها ضروری می نمود ، به موجب لایحه قانونی مصوب 28 / 11 / 1353 با محول شدن برنامه ریزی جامع فعالیتهای مربوط به انرژی کشور، نام وزارت آب و برق به وزارت نیرو تغییرکرد
در 1357
با پیروزی انقلاب اسلا می ، بازنگری اساسی در خط مشی های صنعت برق و هماهنگ ساختن آنها با هدفهای عالی انقلاب ضرورت یافت. عنایت به مفهوم خودکفایی، سرما یه گذاری درکارخانه های تولید کننده تجهیزات مورد نیاز صنعت برق ، کوتاه کردن دست مشاوران و پیمانکاران خارجی و توجه به بهره گیری بهینه از تواناییهای داخلی ، صنعت برق را در راستای تازه ای قرارداد ، فراهم کردن امکان استفاده گسترده از انرژی برق برای توسعه اقتصادی ، اجتماعی و رفع محرومیتها،افقهای جدیدی را فراروی مسئولان صنعت قرار داد
از 1358 تا 1367
در این سالها که هشت سال آن مقارن با جنگ تحمیلی عراق علیه جمهوری اسلامی ایران بود . صنعت برق ایران خود را موظف می دید که علاوه بر نگهداری و بهره برداری از تاسیسات موجود خود برای حمایت ازمردم و دفاع از پشت جبهه ، توسعه های لازم را نیز چه در امر تولیدوانتقا ل وچه در جهت توزیع و خدمت رسانی به مشترکان انجام دهد . برق ر?³انی به روستاها که تا پایان سال 1357در4237 روستاهای نزدیک شهرها تحقق یافته بود به صورت یکی ازمحورهای اساسی فعالیتهای صنعت برق درآمد به طوری که درطی دوران جنگ تحمیلی ، علی رغم همه دشواریها ، سالانه به طور متوسط بیش از 1800 روستا برقدار گردید و بدین ترتیب در انتهای سال 1367 تعدادروستاهای برقدار کشور از 4327 روستا به 22541 روستا رسیده بود درسالهای اولیه پس ازپیروزی انقلاب اسلامی و درطی دوران جنگ تحمیلی ، با وجود همه مشکلات ناشی از جنگ ، صنعت برق به رشد همه جانبه خود ادامه داد. نگاهی مقایسه ای به چند شاخص اصلی مویداین مدعااست
مقایسه ارقام مهم عملکرد صنعت برق در وزات نیرو از پایان سال 1357 تا پایان 1367
شرح 1357 1367 رشد سالانه (%)
قدرت نصب شده (مگاوات ( 7024 13681 6/9
تولید انرژی سالانه(میلیون کیلووات ساعت ( 17368 43775 9/7
حداکثر بار (مگاوات( 3486 7762 8/3
تعداد مشترک (هزار( 3399 8828 10
فروش انرژی (میلیون کیلووات ساعت( 14145 36147 9/8
روستای برقدار 4327 22541 17/9
از 1368 تا کنون
با پایان گرفتن جنگ تحمیلی ،ابتداترمیم خسارتهاوخرابیهای دوران جنگ در کانون توجه مدیران و مسئولان صنعت برق قرار گرفت . به عنوان مثال ، بررسیها نشان می داد که از قدرت نصب شده کشور ، معادل 2210 مگاوات در اثر آسیبهای جنگ از مدار خارج است . بااحتساب تاسیسات انتقال نیروو سایر تجهیزات می توان تصور کرد که بازسازی ویرانه های بازمانده از جنگ چه کوشش و تلاش عظیمی را طلب می کرده است . ترمیم خسارتها که از نیمه دوم سال 1367 آغاز شده بود با سه سال کار شبانه روزی به انجام رسید و تا پایان سال 1370 واحد ها و تاسیسات آسیب دیده مجددا" در مدار قرارگرفتند پس از خاتمه جنگ ، فعالیتهای صنعت برق که تا آن زمان از دشواریهای روز به روز جنگ تاثیر منفی می گرفت،سامانمندی بیشتری یافت وهمگا م بادوبرنامه اول ودوم توسعه اقتصادی،اجتماعی و فرهنگی جمهوری اسلامی ایران به پیش رفت
مقایسه ارقام مهم عملکرد صنعت برق در پایان سال 1376 که نه سال از طول برنامه های اول و دوم گذشته و دو سال به پایان برنامه دوم مانده بوده است با ارقام مربوط به ابتدای برنامه ، جهش صنعت برق را آشکارمی سازد
واضح است که ارقام بالا و مقا یسه آنها تنها گوشه های کوچکی از صحنه وسیع یک تلاش همه جا نبه را نشان می دهند و تحقق این ارقام مستلزم به ثمر رسیدن کوششها و پشتیبانیهای فراوانی بوده است که متاسفانه این گاه شمار مختصر، حوصله پرداختن به همه آنها را ندارد ، در اینجا تنها به بیان این نکته اکتفا می کنیم که توجه به نیروی انسانی به عنوان سرمایه اصلی صنعت برق ، پس از پیروزی انقلا ب اسلامی و بویژه در دوران بازسازی بعد از جنگ تحمیلی از راه کارهای اصلی صنعت بوده است
آموزش این نیروها برای ارتقاء کیفیت و شکوفا ساختن استعداد های خدادادی آنها ، همچنین سازماندهی نیروها در جهتی که هدفهای کمی و کیفی برنامه ها رابرآورده سازد و هیچ یک از هدفهای صنعت برق،از تامین برق برای مصرف کنندگان گرفته تا بهبود بخشیدن به کیفیت خدمات و جلب رضایت مشترکان ، کوشش در راه رسیدن به خود کفایی و ورود در بازارهای بین المللی و رقابت جهانی تحت الشعاع دیگری قرار نگیرد ، همواره مورد توجه برنامه ریزان و مدیران صنعت بوده است
درنتیجه این کو ششها ، صنعت برق توانسته است با موفقیت بحرانهای دوران جنگ و پس از جنگ را پشت سر بگذارد و از لحاظ بین المللی نیز در جایگاهی در خور قرار گیرد . به طوری که بر اساس آمارهای سازمان ملل متحد ، در سال1995میلادی (1374شمسی) ایران ازنظرابعاد صنعت برق دربین کشورهای خاورمیانه و غرب آسیادرمقام نخست قرارگرفت و درسطح جهانی نیز به مقام مقایسه بیست و یکم دست یافت
مقایسه ارقام مهم عملکرد صنعت برق در وزات نیرو از پایان سال 1367 تا پایان 1376
شرح 1357 1367 رشد سالانه (%)
قدرت نصب شده (مگاوات ( 13681 23258 6/1
تولید انرژی سالانه(میلیون کیلووات ساعت ( 43775 92310 8/6
حداکثر بار (مگاوات( 7762 17135 9/2
تعداد مشترک (هزار( 8828 13550 4/9
فروش انرژی (میلیون کیلووات ساعت( 36147 73880 8/3
روستای برقدار 22451 37094 5/7
نیروگاه ها Power Stations
در دنیا 5 منبع انرژی ,که تقریبا تمام برق دنیا را مهیا می کنند , وجود دارد. آنها ذغال سنک, نفت خام, گاز طبیعی , نیروی آب و انرژی هسته ای هستند. تجهیزات هسته ای , ذغالی و نفتی از چرخه بخار برای برگرداندن گرما به انرژی الکتریکی : بر طبق ادامه متن : استفاده می کنند.
نیروگاه بخاری از آب بسیار خالص در یک چرخه یا سیکل بسته استفاده می کند. ابتدا آب در بویلرها برای تولید بخار در فشار و دمای بالا گرما داده می شود که عموما دماو فشارآن در یک نیروگاه مدرن به 150 اتمسفرو550 درجه سانتیگراد می رسد. این بخار تحت فشار زیاد توربینها را ( که آنها هم ژنراتورهای الکتریکی را می گردانند , و این ژنراتورها با توربینها بطور مستقیم کوپل هستند ) می گردانند یا اصطلاحا درایو می کنند. ماکزیمم انرژی از طریق بخار به توربینها داده خواهد شد فقط اگر بعداً همان بخاراجازه یابد در یک فشار کم ( بطور ایده آل فشار خلاء) از توربینها خارج شود . این مطلب می تواند توسط میعان بخار خروجی به آب بدست آید.
سپس آب دوباره بداخل بویلرها پمپ می شود و سیکل دوباره شروع می گردد. در مرحله تقطیر مقدرا زیادی از گرما مجبور است از سیستم استخراج شود. این گرما در کندانسور که یک شکل از تبادل کننده گرمایی است , برداشته می شود. مقدار بیشتری از گرمای آب ناخالص وارد یک طرف کندانسور می شود و آن را از طرف دیگر ترک می کند بصورت آب گرم , داشتن گرمای به اندازه کافی استخراج شده از بخار داغ برای تقطیر آن به آب. در هیچ نقطه ای نباید دو سیستم آبی مخلوط شوند. در یک سایت ساحلی آب ناخالص داغ شده به سادگی به دریا برگشت داده می شود در یک نقطه با فاصله کوتاه. یک نیروگاه 2 GW به حدود 60 تن آب دریا در هر ثانیه احتیاج دارد. این برای دریا مشکل نیست , اما در زمین تعداد کمی از سایتها می توانند اینقدر آب را در یک سال ذخیره کنند. چاره دیگر بازیافت آب است. برجهای خنک کن برای خنک کردن آب ناخالص استفاده می شوند بطوریکه آن می تواند به کندانسورها برگردانده بشود , بنابراین همان آب بطور متناوب بچرخش در می آید. یک برج خنک کن از روی ساحختار سیمانی اش که مانند یک دودکش خیلی پهن است شناخته شده است و بصورت مشابه نیز عمل می کند. حجم زیادی از هوا داخل اطراف پایه ( در پایین و داخل و مرکز لوله برج ) آن کشیده می شود و ازمیانه بالایی سرباز آن خارج میشود. آب گرم و ناخالص به داخل مرکز داخلی برج از تعدای آب پاش نرم ( آب پاش با سوراخهای ریز ) پاشیده می شود و هنگامیکه آن فرو میریزد با بالارفتن هوا( توسط هوای بالا رونده ) خنک می شود. سرانجام آب پس از خنک شدن در یک حوضچه در زیر برج جمع می شود. برج خنک کن وافعا یک تبدل دهنده کرمایی دوم , که گرمای آب ناخالص را به هوای اتمسفر می فرستد , است, اما نه مانند تبادل دهنده گرمایی اول , در اینجا دوسیال اجازه می یابند با هم تماس داشته باشند و در نتیجه مقداری ار آب توسط تبخیر کم می شود.
برجهای خنک کن هرگز قادر به کاهش دمای آب ناخالص تا پایینتر از دمای حدی هوا نیستند بطوریکه کارآیی کندانسور و ازآنجا کارآیی تمام نیروگاه در مقایسه با یک سایت ساحلی کاهش می یابد. همچنین ساختمان برجهای خنک کن قیمت کلی ساختمان و بنای نیروگاه را افزایش می دهد.
احتیاج برای خنک کردن آب یک فاکتور مهم در انتخاب سایت نیروگاهی زغالی , نفتی و هسته ای است. یک سایت که مناسب است برای یک نیروگاه که از یک نوع سوخت استفاده می کند بناچار مناسب نیست برای یک نیروگاه که ار نوع دیگری سوخت استفاده می کند.
نیروگاه های ذغال- سوختی ( Coal-Fired Power Stations )
پیش از این نیروگاه های سوخت ذغال سنگ نزدیک باری که آنها نامین میکردند ساخته می شدند. یک نیروگاه خروجی 2 GW , درحدود 5 میلیون تن ذغال در سال مصرف میکند. در بریتانیا : که بیشتر ذغال نیروگاه توسط ریل حمل میشود : , این نشان میدهد , یک مقدار متوسط در حدود 13 ترن در روز را که هرکدام 1000تن را حمل میکنند . این یعنی اینکه نیروگاه های ذغال- سوختی به یک ریل متصل نیاز دارند مگر اینکه نیروگاه درست در دهانه معدن ( بسیار نزدیک به معدن ) ساخته شود.
نیروگاه های نفت- سوختی ( Oil-Fired Power Stations )
سوخت نفتی نیروگاه میتواند مشتق بشود به نفت خام که نفتی است هنگامیکه از چاه بیرون می آید, و نفت باقیمانده که باقی می ماند هنگامیکه بخشهای قابل دسترس استخراج بشوند در تصفیه نفت. قیمت انتقال نفت توسط خطوط لوله کمتر از انتقال ذغال سنگ با ریل است, اما حتی همان نیروگاههای سوخت نفت خام هم اغلب در نزدیکی اسکله ها و لنگرگاه های با آب عمیق که برای تانکرهای اندازه متوسط (تانکرهای حمل و نقل سوخت) مناسب است , واقع میشوند. نفت باقیمانده نیرگاههای سوختی احتیاج دارد در نزدیکی تصفیه خانه که آنها را تامین می کند واقه شوند. این بدلیل است که نفت باقیمانده بسیار چسبناک است و میتواند فقط منتقل بشود در میان خطوط لوله بطور اقتصادی اگر آن گرم نگه داشته بشود.
نیروگاه های هسته ای ( Nuclear Power Stations )
در مقابله با ذغال سنگ و نفت , ارزش انتقال سوخت هسته ای ناچیزاست بدلیل مقداراستعمال خیلی کم. یک نیروگاه 1GW درحدود 41/2 تن اورانیوم در هرهفته نیاز دارد. این مقایسه میشود بطور بسیار مطلوب با 50000نت سوخت که در یک هفته در نیروگاه ذغال- سوختی سوزانده میشد. نیروگاه های هسته ای در حال حاضر تقریبا آب خنک بیشتری درمقایسه با نیروگاه های ذغال- سوختی و نفت- سوختی استفاده میکنند , بعلت کارایی و بازده پایین آنها. همه نیروگاه های هسته ای در بریتانیا , با یک چشم داشت, در ساحل واقع می شوند و از آب خنک دریا استفاده میکنند.
نیروگاه های برق- آبی ( Hydroelectric Power Stations )
نیروگاه های برق- آبی باید جایی واقع شوند که دهانه آب دردسترس هست , و نظربه اینکه این اغلب در مناطق کوهستانی است , آنها ممکن است به خطوط انتقال طولانی برای حمل توان به نزدیک ترین مرکز یا پیوستن به شبکه نیاز داشته باشند. همه طرحهای برق- آبی به دو فاکتور اساسی وابسته هستند : یکی جریان آب و یکی اختلاف در سطح یا دهانه. نیاز دهانه ممکن است فراهم بشود بین یک دریاچه و یک دره باریک, یا توسط ساختن یک سد کوچک در یک رودخانه که جریان را منحرف میکند به سمت نیروگاه, یا توسط ساختن یک سد مرتفع در مقابل یک دره برای ساخت یک دریاچه مجازی.
تاثیر خواص تولید و انتقال در نیروگاههای برق
چهار خاصیت منبع الکتریسیته وجود دارد که یک تاثیر عمیق روی موضوعی که منهدسی میشود دارد. آنها بصورت زیر هستند :
-1الکتریسیته, نه مانند گاز و آب, نمیتواند ذخیره بشود و تهیه کننده کنترل کوچکی بر بار در هر زمانی دارد. مهندسان کنترل تلاش می کنند برای نگهداری خروجی ژنراتورها متناسب با با ر متصل شده در ولتاژ و فرکانس مخصوص.
-2 یک افزایش متناوب در تقاضا برای توان وجود دارد. اگرچه در بسیاری از کشورهای صنعتی سرعت افزایش در سالهلی اخیر کاهش پیدا کرده است, حتی سرعت معتدل مستلزم کتسردگیها و افزایشات عظیم در سیستم های موجود است.
-3 توزیع و طبیعت سوخت دردسترس. این جنبه هست جالبتر هنگامیکه ذغال سنگ اسخراج میشود در مناطقی که لروما مراکز بار اصلی نیستند : توان برق-آبی معمولا دور از مراکز بار بزرگ است. مشکل فواصل انتقال و سایت کردن(انتخاب کردن محل برای نیروگاه) نیروگاه یک تجربه مبهم و مورد بحث در اقتصاد است. استفاده عظیم انرژی هسته ای بسوی اصلاح الگوی تغذیه موجود متمایل خواهد شد.
-4 در سالهای اخیر ملاحظات منابع طبیعی و محیطی عمده اهمیت و تاثیر سایتینگ, هزینه ساختاروعملکرد کارخانجات تولیدی را بعهده گرفته است. همچنین طراحی تحت تاثیر واقع میشود بدلیل تاخیرات در شروع پروژه ها بخاطر مراحل قانونی که باید طی شوند. از مهمترین خواص در زمان حاضر ضربه زیست محیطی کارخانجات هسته ای است, خصوصا راکتور افزاینده سریع پیشنهاد شده.
تبدیل انرژی با بکارگیری بخار
احتراق ذغال یا نفت در بویلرها بخار را در بالاترین دما و فشار که به توربینهای بخاری میرود تولید میکند. نفت مزایای اقتصادی دارد هنگامیکه آن میتواند پمپ شود از تصفیه خانه به داخل خطوط لوله مستقیما بسمت بویلرهای نیرگاه. استفاده ازنتیجه انرژی شکافت هسته ای بطور افزاینده در تولید برق دراد کسترش می یابد: همچنین در اینجا اساس انرژی برای تولید بخار توربینها استفاده می شود. نوع جریان- محوری توربین بطور مشترک با چندین سیلندر در یک شافت استفاده می شود.
نیروگاه بخاری براساس سیکل رانکین عمل میکند , که آن(: سیکل رانکین) با سوپرهیتینگ: superheating , گرمایش تغیه آب : Feed-water heating و دوباره گرمایش بخار: steam reheating اصلاح شده است. کارایی گرمایی افزایش یافته, استفاده از بخار در بالاترین دما و فشار ممکن را نتیجه میدهد. همچنین برای توربینها ساختار اقتصادی , اندازه بزرگ و هزینه کلی کم میباشد. بعنوان یک نتیجه در حال حاضر توربوژنراتور500MW و بیشتر دارد استفاده میشود. با استفاده از توربینهای با ظرفیت 100MW و بیشتر , کارآیی توسط دوباره گرمایش بخار بعدازاینکه آن اندکی توسط یک گرم کننده خارجی منبسط شود, افزایش می یابد. سپس بخار دوباره گرم شده بداخل توربین که در مرحله نهایی بارگذاری منبسط می شود , برگشت داده میشود.
یک دیاگرام از یک نیروگاه ذغال- سوختی در شکل 1-2 نشان داده شده است. در شکل 2-2 , جریان انرژی در یک نیروگاه بخاری مدرن نشان داده شده است. باوجود مزایای دائم در طراحی بویلرها و در توسعه مواد بهبود یافته, طبیعت چرخه بخار آنچنان است که کارآییها نسبتا کم هستند و مقادیر وسیع گرما در مرحله میعان ( در کندانسور ) بهدر می رود. به هرحال مزیتهای بزرگ در طراحی و مواد در سالهای اخیر کارآیی های دمایی و حرارتی نیروگاههای ذغالی را در حدود 40 درصد افزایش داده است.
در نیروگاه های ذغال- سوختی , ذغال سنگ به یک کارخانه جداسازی ذغال از سنگ حمل میشود وخورد می شود به و به ظرافت ساییده میشود. سوخت ساییده و پودر شده به داخل بویلر دمیده می شود بطوریکه با هوا برای احتراق مخلوط می شود. خروجی از توربین فشار ضعیف سرد میشود برای شکل گرفت عمل معیان توسط عبور از میان میعان کننده(کندانسور) وسط مقادیر زیاد آب دریا یا رودخانه, درجاییکه امکان سرد کردن توسط برجهای خنک کن وجود ندارد.
بویلرها در بستر جریانی
برای ذغالهای نوعی , گازهای احتراق شامل 2/0 - 3/0 درصد اکسیدسولفور بر حجم می باشند. اگر سرعت جریان گاز در میان بستر دانه ای یک بویلر نوع بزرگ افزایش می یابد کشش گرانش متعادل می شود توسط نیرری بسمت بالای گاز و بستر سوخت روی خاصیت یک سیال می رود. در یک پیمایش سایش این گرمای خروجی و دما را افزایش میدهد. خاکستر شکل گرفته جوش می خورد و بصورت کلوخ در می آید و ته نشین می شود بداخل صافی و به داخل چاه خاکستر برده می شود. بستر به دمای خاکستر سوزی(زینتر کردن خاکستر) در حدود 1050 - 1200 درجه سانتیگراد محدود می شود. احتراق ثانویه در بالای بستر جاییکه که گازCO به گازCO2 میسوزد و H2S به SO2 تبدیل می شود , اتفاق می افتد. این نوع از بویلر دستخوش بهبود وسیعی می شود و بدلیل تراز آلودگی کم و کارآیی بهتر جذاب است.
تبدیل انرژی با استفاده از آب
شاید قدیمی ترین شکل تبدیل انرژی استفاده از نیروی آب است. دریک نیروگاه برق-آبی انرژی با هزینه رایگان فراهم می شود. این چهره جذاب همواره تاحدی توسط هزینه کلی بسیار بالای ساختار خنثی شده است, خصوصا از منظر کارهای مهندسی عمران. بهرحال امروزه هزینه کلی به ازای کیلووات نیروگاههای برق-آبی با نوع بخاری نیروگاهها در مقایسه است. متاسفانه, شرایط جغرافیایی لازم برای تولید آبی بطور عادی یافت نمی شوند. در بیشتر کشورهای توسعه یافته منابع برق-آبی در دوردست استفاده می شوند.
یک راه حل برای استفاده مرسوم از انرژی آب , ذخیره پمپی است, که آب را قادر می سازد تا دروضعیتی که متمایل به طرحهای مرسوم نخواهد بود , استفاده بشود. بهره برداری از انرژی درجریانهای جذرومد در کانالها مدتها موضوع بحث و تفکر بوده است. مشکلات فنی و اقتصادی خیلی عظیم هستند و تعداد کمی محل وجود دارد که طرح در آنها عملی باشد. یک تاسیسات که از جریان جذرومد استفاده میکند در دهانه رود لارنس در شمال فرانسه که رنج ارتفاع جذرومد 2/9 متر است و جریان جذرومد 18000مترمکعب بر ثانیه تخمین زده می شود, قرار دارد.
قبل از بحث در مورد انواع توربینها , یک توضیح خلاصه بر روشهای کلی عملکرد نیروگاههای برق-آبی داده خواهد شد. اختلاف عمودی بین مخزن بالایی و تراز توربینها باعنوان هد(head یا دهانه) شناخته میشود. آب ریزان از میان این دهانه انرژی جنبشی که پس از آن به تیغه های توربین می رسد را ایجاد و تقویت می کند.
در زیر 3 نوع اصلی از تاسیسات آورده شده است :
-1 دهانه بلند یا ذخیره بلند - منطقه ذخیره سازی یا منبع بصورت نرمال در بالای 400 h میریزد.
-2 دهانه متوسط یا حوضچه ای - ذخیره در 200-400 h میریزد.
-3 حرکت رودخانه ای( Run of River ) - مخزن در کمتر از 2 h میریزد ارتفاع دهانه آن بین 3 تا 15 متر است. یک دیاگرم برای نوع سوم در شکل 3-2 نشان داده شده است.
در ارتباط و هماهنگی با این ارتفاعات و دهانه مختلف که در بالا آورده شد , توربینها از انواع خاصی از توربین هستند. آنها بصورت زیر هستند:
-1 پیلتون. این برای دهانه های بین 1840 - 184 متر استفاده می شود و شامل یک سطل چرخ رتور با نازل جریان تعدیل پذیراست.
-2 فرانسیس. که برای دهانه های بین 490- 37 متر استفاده می شود و از انواع جریان مخلوط است.
-3 کاپلن. که برای نیروگاههای جریان-رودخانه ای و حوضچه ای با دهانه های بالای 61 متر استفاده می شود. این نوع این نوع یک روتور محور- جریانی با گام تیغه های متغیر ( تیغه های گام - متغیر ) است.
شکل3-2
منحنی های بازده برای هر توربین در شکل 4-2 نشان داده شده است. هنگامیکه کارآیی به دهانه آب که دائما در نوسان است بستگی دارد, اغلب آب مصرفی در مترهای مکعب به ازای کیلووات ساعت استفاده می شود و به دهانه آب ارتباط دارد. کارخانه برق-آبی توانایی شروع سریع را دارد و در زمان تعطیلی متضرر نمی شود. بناراین آن مزیتهای بزرگی دراد برای تولید در برخورد با پیک بارها در کمترین هزینه, در عطف با نیروگاه حرارتی یا گرمایی. با استفاده از کنترل ازراه دور جایگاههای آبی, زمان مورد نیلز از زمان راهنمایی و هدایت برای راه اندازی تا رسیدن به یک اتصال واقعی به شبکه قدرت میتواند تا کمتر از 2 دقیقه کوتاه شود.
شکل4-2
توربینهای گازی
استفاده از توربین گازی بعنوان یک محرک اصلی مزیتهای خاصی را بر کارخانه بخار دارد , اگرچه با گردش نرمال آن از نظر اقتصادی درعملکرد کمتر اقتصادی است. مزیت اصلی در توانایی برای راه اندازی و بارگذاری سریع نهفته است. از این رو توربین گازی برای استفاده بعنوان یک روش برای رسیدگی کردن به پیکهای بار سیستم بکارمی آید. یک استفاده بیشتر برای این نوع از ماشین , استفاده بعنوان متعادل کننده یا جبران کننده سنکرونیزم برای کمک به ترازهای ولتاژی ناخواسته و اتفاقی است. حتی در زمینه های اقتصادی بطور محتمل آن مفید است در برخورد با پیک بارها توسط راه اندازی توربینهای گازی از حالت سرد برای 2 دقیقه نسبت به گردش کارخانه یدکی ( اضافی ) بطور پیوسته.
نیروگاه های تولیدکننده برق
1- نیروگاه حرارتی : از اواخر قرن نوزدهم بشر برای تولید الکتریسیته از نیروگاه های حرارتی استفاده می کند. در این نیروگاه ها ابتدا زغال سنگ مصرف می شد و بعدها فرآورده های سنگین نفتی مورد استفاده قرار گرفت. اساس کار این نیروگاه ها بر گرم کردن آب تا حالت بخار است و سپس بخارهای تولید شده توربین های تولیدکننده الکتریسیته را به حرکت در می آورند. عیب این نوع نیروگاه ها تولید گاز کربنیک فراوان و اکسیدهای ازت و گوگرد و غیره است که در جو زمین رها شده و محیط زیست را آلوده می کنند. دانشمندان بر این باورند که در اثر افزایش این گازها در جو زمین اثر گلخانه ای به وجود آمده و دمای کره زمین در حال افزایش است. در کنفرانس های متعددی که درباره همین افزایش گازها و به ویژه گرم شدن کره زمین در نقاط مختلف جهان برگزار شد (لندن، ریو دوژانیرو و همین سال گذشته در کیوتو) غالب کشورهای جهان جز ایالات متحده آمریکا موافق با کم کردن تولید این گازها بر روی کره زمین بودند و تاکنون تنها به علت مخالفت آمریکا موافقتی جهانی حاصل نشده است.
-2 نیروگاه های آبی : در مناطقی از جهان که رودخانه های پر آب دارند به کمک سد آب ها را در پس ارتفاعی محدود کرده و از ریزش آب بر روی پره های توربین انرژی الکتریکی تولید می کنند. کشورهای شمال اروپا قسمت اعظم الکتریسیته خود را از آبشارها و یا سدهایی که ایجاد کرده اند به دست می آورند. در کشور فرانسه حدود 30 تا 40 درصد الکتریسیته را از همین سدهای آبی به دست می آورند. متاسفانه در کشور ما چون کوه ها لخت (بدون درخت) هستند غالب سدهای ساخته شده بر روی رودخانه ها در اثر ریزش کوه ها پر شده و بعد از مدتی غیر قابل استفاده می شوند.
-3نیروگاه های اتمی: در دهه اول و دوم قرن بیستم نظریه های نسبیت اینشتین امکان تبدیل جرم به انرژی را به بشر آموخت فرمول مشهور اینشتین ( mc2=E). متاسفانه اولین کاربرد این نظریه منجر به تولید بمب های اتمی در سال 1945 توسط آمریکا شد که شهرهای هیروشیما و ناکازاکی در ژاپن را به تلی از خاک تبدیل کردند و چند صد هزار نفر افراد عادی را کشتند و تا سال های متمادی افراد باقی مانده که آلوده به مواد رادیواکتیو شده بودند به تدریج درپی سرطان های مختلف با درد و رنج فراوان از دنیا رفتند. بعد از این مرحله غیر انسانی از کاربرد فرمول اینشتین، دانشمندان راه مهار کردن بمب های اتمی را یافته و از آن پس نیروگاه های اتمی متکی بر پدیده شکست اتم های اورانیم- تبدیل بخشی از جرم آنها به انرژی- برای تولید الکتریسیته ساخته شد.
اتم های سنگین نظیر ایزوتوپ اورانیم 235 و یا ایزوتوپ پلوتونیم 239 در اثر ورود یک نوترون شکسته می شود و در اثر این شکست، 200 میلیون الکترون ولت انرژی آزاد شده و دو تکه حاصل از شکست که اتم های سبک تر از اورانیم هستند تولید می شود. اتم های به وجود آمده درپی این شکست غالباً رادیواکتیو بوده و با نشر پرتوهای پر انرژی و خطرناک و با نیمه عمر نسبتاً طولانی در طی زمان تجزیه می شوند. این پدیده را شکست اتم ها (Fision) گویند که بر روی اتم های بسیار سنگین اتفاق می افتد. در این فرایند همراه با شکست اتم، تعدادی نوترون به وجود می آید که می تواند اتم های دیگر را بشکند، لذا باید نوترون های اضافی را از درون راکتور خارج کرد و این کار به کمک میله های کنترل کننده در داخل راکتور انجام می گیرد و این عمل را مهار کردن راکتور گویند که مانع از انفجار زنجیره ای اتم های اورانیم می گردد.
از آغاز نیمه دوم قرن بیستم ساخت نیروگاه های اتمی یا برای تولید الکتریسیته و یا برای تولید رادیو عنصر پلوتونیم که در بمب اتم و هیدروژنی کاربرد دارد، شروع شد و ساخت این نیروگاه ها تا قبل از حوادث مهمی نظیر تری میل آیلند در آمریکا در سال 1979 میلادی و چرنوبیل در اتحاد جماهیر شوروی سابق در سال 1986 همچنان ادامه داشت وتعداد نیروگاه های اتمی تا سال 1990 میلادی از رقم 437 تجاوز می کرد. بعد از این دو حادثه مهم تا مدتی ساخت نیروگاه ها متوقف شد. در سال 1990 مقدار انرژی تولید شده در نیروگاه های صنعتی جهان از مرز 300 هزار مگاوات تجاوز می کرد.
ولی متاسفانه در سال های اخیر گویا حوادث فوق فراموش شده و گفت وگو درباره تاسیس نیروگاه های اتمی جدید بین دولت ها و صنعتگران از یکسو و دانشمندان و مدافعان محیط زیست آغاز شده است. بدیهی است اغلب دانشمندان و مدافعان محیط زیست مخالف با این روش تولید انرژی هستند و محاسبات آنها نشان می دهد که اگر قرار باشد تمام جهانیان از نیروگاه اتمی استفاده کنند، از یکسو احتمالاً تولید پلوتونیم از کنترل آژانس جهانی کنترل انرژی هسته ای خارج خواهد شد و امکان دارد هر دیکتاتور غیرمعقول و ناآشنا با مفاهیم علمی تعادل محیط زیست، دارای این سلاح خطرناک شود. از سوی دیگر افزایش مواد زاید این نیروگاه ها که غالباً رادیوایزوتوپ های سزیم 137 و استرانسیم 90 و پلوتونیم 239 است، سیاره زمین را مبدل به جهنمی غیر قابل سکونت خواهد کرد.
با وجود این، اخیراً ایالات متحده آمریکا مسائل فوق را فراموش کرده و برنامه ساخت نیروگاه های اتمی را مورد مطالعه قرار داده است. در کشورهای اروپایی نیز صنایع مربوطه و به ویژه شرکت های تولیدکننده برق دولت های متبوع خود را برای تاسیس نیروگاه های اتمی تحت فشار قرار داده اند. ولی خوشبختانه در این کشورها با مقاومت شدید مدافعان محیط زیست روبه رو شده اند. اما در کشورهای آسیایی، در حال حاضر 22 نیروگاه اتمی در دست ساخت است (تایوان 2- چین 4- هندوستان-8 کره جنوبی 2- ژاپن 3- کره شمالی 1- ایران 2) و در کشورهای کمونیستی سابق ده نیروگاه در حال ساخت است (اوکـراین 4- روسیه 3- اسلواکی 2- رومانی 1(
مواد زاید نیروگاه های موجود و در حال بهره برداری از 300 هزار تن در سال تجاوز می کند و تا سال 2020 که 33 نیروگاه در حال ساخت کنونی است به بهره برداری خواهند رسید، مواد زاید رادیواکتیو و خطرناک از مرز 500 هزار تن در سال تجاوز خواهد کرد. (مجله کوریه اینترناسیونال 17-11 دسامبر 2003 صفحه 12) اگر اروپایی ها و آمریکا و کانادا نیز ساخت نیروگاه های اتمی را شروع کنند، مواد زاید و رادیواکتیو جهان از حد میلیون تن در سال تجاوز خواهد کرد. باید توجه داشت که برای از بین رفتن 99 درصد رادیو اکتیویته این مواد باید حداقل 300 سال صبر کرد.
-4 نیروگاه متکی بر پدیده پیوست اتم ها: از اواسط قرن بیستم دانشمندان با جدیت فراوان مشغول پژوهش و آزمایش بر روی پدیده پیوست اتم های سبک هستند. در آغاز نیمه دوم قرن بیستم کشورهای غربی (آمریکا، فرانسه و انگلستان و...) و اتحاد جماهیر شوروی، از این پدیده برای مصارف نظامی و تولید بمب هیدروژنی استفاده کرده و به علت ارزان بودن فرآورده های نفتی، کشورهای پیشرفته کمک مالی چندانی به دانشمندان برای یافتن وسیله کنترل بمب هیدروژنی نکردند و اکنون که قسمت اعظم ذخایر نفت و گاز مصرف شده، به فکر ساخت نیروگاهی براساس پدیده پیوست اتم ها افتاده اند که در آغاز به آن اشاره شد و در زیر اصول آن تشریح می شود.
الف) بمب هیدروژنی: بمب هیدروژنی در واقع یک بمب اتمی است که در مرکز آن ایزوتوپ های سنگین هیدروژن (دوتریم D و تریسیم T و یا فلز بسیار سبک لیتیم Li) را قرار داده اند. بمب اتمی به عنوان چاشنی شروع کننده واکنش است. با انفجار بمب اتمی دمایی معادل ده ها میلیون درجه (K10000000) در مرکز توده سوخت ایجاد می شود، همین دمای بالا سبب تحریک اتم های سبک شده و آنها را با هم گداخت می دهد. در اثر گداخت و یا در واقع پیوست اتم های سبک با یکدیگر انرژی بسیار زیادی تولید می شود. این است که در موقع انفجار بمب هیدروژنی دو قارچ مشاهده می شود، قارچ اول مربوط به شکست اتم های اورانیم یا پلوتونیم است و قارچ دوم مربوط به پدیده پیوست اتم های سبک با یکدیگر است که به مراتب از قارچ اول بزرگ تر و مخرب تر است. واکنشی که در خورشید اتفاق می افتد نتیجه پیوست اتم های هیدروژن با یکدیگر است، دمای درونی خورشیدها میلیون درجه است. (دمای سطح خورشید 6000 درجه است(.
در مرکز خورشید از پیوست اتم های هیدروژن معمولی ایزوتوپ های دوتریم و تریسیم تولید می شود و سپس این ایزوتوپ به هم پیوسته شده و هسته اتم هلیم را به وجود می آ ورند. این واکنش ها انرژی زا هستند و در اثر واکنش اخیر 6/17میلیون الکترون ولت انرژی تولید می شود. و این واکنش ها همراه انفجار وحشتناک و مهیبی است که همواره در درون خورشید به طور زنجیره ای ادامه دارد و دلیل اینکه خورشید از هم متلاشی نمی شود اثر نیروی گرانشی بر روی جرم بی نهایت زیاد درون خورشید است. وقتی که ذخیره هیدروژن خورشید تمام شود، زمان مرگ خورشید فرا می رسد (البته در 5 تا 6 میلیارد سال دیگر.(
در مقایسه نسبی اوزان، در پدیده پیوست 4 برابر انرژی بیشتر از پدیده شکست اتم های اورانیوم تولید می شود.
ب (نیروگاه متکی بر پدیده پیوست: در این پدیده همانطور که گفته شد اتم های سبک با یکدیگر پیوست حاصل کرده و اتمی سنگین تر از خود به وجود می آورند، در واقع همان واکنشی است که در خورشید اتفاق می افتد ولی باید شرایط ایجاد آن را بدون کاربرد بمب اتمی به وجود آورد و به ویژه باید آن را تحت کنترل درآورد. از دهه 1950 تاکنون دانشمندان سعی در به وجود آوردن دمایی در حدود میلیون درجه کرده تا واکنش پیوست را به نحو متوالی در این دما نگه دارند، دستگاهی که برای این کار ساخته اند توکاماک Tokamak نام دارد. تاکنون در آزمایشگاه ها توانسته اند به مدت حداکثر 4 دقیقه این واکنش را ایجاد و کنترل کنند. در این دستگاه که در شکل نمایش داده شده است، میدان مغناطیسی بسیار شدیدی ایجاد کرده و شدت جریان الکتریکی در حدود 15 میلیون آمپر از آن عبور می کند (برق منزل شما 30 تا حداکثر 90 آمپر است). در مرکز این دستگاه اتم های سبک در اثر میدان مغناطیسی و الکتریکی، حالت پلاسما را خواهند داشت. (در روی زمین ما سه حالت از ماده را می شناسیم: جامد، مایع و بخار، ولی در داخل ستارگان یا خورشید ماده به صورت پلاسما است، یعنی در این حالت هسته اتم ها در دریایی از الکترون ها غرق اند.) در چنین حالتی اتم های سبک آنقدر تحریک و نزدیک به هم شده اند که در هم نفوذ می کنند و اتم جدیدی که هلیم است به وجود می آید. (ستارگان بسیار حجیم تر از خورشید دمای درونی بیش صدها میلیون و یا حتی میلیارد درجه است و در آنها اتم های سنگین تر نظیر کربن، ازت و اکسیژن با هم پیوست می کنند و عناصری مانند سلیسیم و گوگرد و... را به وجود می آورند .
1-
ساختار نیروگاه های اتمی جهان
برحسب نظریه اتمی عنصر عبارت است از یک جسم خالص ساده که با روش های شیمیایی نمی توان آن را تفکیک کرد. از ترکیب عناصر با یکدیگر اجسام مرکب به وجود می آیند. تعداد عناصر شناخته شده در طبیعت حدود 92 عنصر است.
هیدروژن اولین و ساده ترین عنصر و پس از آن هلیم، کربن، ازت، اکسیژن و... فلزات روی، مس، آهن، نیکل و... و بالاخره آخرین عنصر طبیعی به شماره 92، عنصر اورانیوم است. بشر توانسته است به طور مصنوعی و به کمک واکنش های هسته ای در راکتورهای اتمی و یا به کمک شتاب دهنده های قوی بیش از 20 عنصر دیگر بسازد که تمام آن ها ناپایدارند و عمر کوتاه دارند و به سرعت با انتشار پرتوهایی تخریب می شوند. اتم های یک عنصر از اجتماع ذرات بنیادی به نام پرتون، نوترون و الکترون تشکیل یافته اند. پروتون بار مثبت و الکترون بار منفی و نوترون فاقد بار است.
تعداد پروتون ها نام و محل قرار گرفتن عنصر را در جدول تناوبی (جدول مندلیف) مشخص می کند. اتم هیدروژن یک پروتون دارد و در خانه شماره 1 جدول و اتم هلیم در خانه شماره 2، اتم سدیم در خانه شماره 11 و... و اتم اورانیوم در خانه شماره 92 قرار دارد. یعنی دارای 92 پروتون است.
ایزوتوپ های اورانیوم
تعداد نوترون ها در اتم های مختلف یک عنصر همواره یکسان نیست که برای مشخص کردن آنها از کلمه ایزوتوپ استفاده می شود. بنابراین اتم های مختلف یک عنصر را ایزوتوپ می گویند. مثلاً عنصر هیدروژن سه ایزوتوپ دارد: هیدروژن معمولی که فقط یک پروتون دارد و فاقد نوترون است. هیدروژن سنگین یک پروتون و یک نوترون دارد که به آن دوتریم گویند و نهایتاً تریتیم که از دو نوترون و یک پروتون تشکیل شده و ناپایدار است و طی زمان تجزیه می شود.
ایزوتوپ سنگین هیدروژن یعنی دوتریم در نیروگاه های اتمی کاربرد دارد و از الکترولیز آب به دست می آید. در جنگ دوم جهانی آلمانی ها برای ساختن نیروگاه اتمی و تهیه بمب اتمی در سوئد و نروژ مقادیر بسیار زیادی آب سنگین تهیه کرده بودند که انگلیسی ها متوجه منظور آلمانی ها شده و مخازن و دستگاه های الکترولیز آنها را نابود کردند.
غالب عناصر ایزوتوپ دارند از آن جمله عنصر اورانیوم، چهار ایزوتوپ دارد که فقط دو ایزوتوپ آن به علت داشتن نیمه عمر نسبتاً بالا در طبیعت و در سنگ معدن یافت می شوند. این دو ایزوتوپ عبارتند از اورانیوم 235 و اورانیوم 238 که در هر دو 92 پروتون وجود دارد ولی اولی 143 و دومی 146 نوترون دارد. اختلاف این دو فقط وجود 3 نوترون اضافی در ایزوتوپ سنگین است ولی از نظر خواص شیمیایی این دو ایزوتوپ کاملاً یکسان هستند و برای جداسازی آنها از یکدیگر حتماً باید از خواص فیزیکی آنها یعنی اختلاف جرم ایزوتوپ ها استفاده کرد. ایزوتوپ اورانیوم 235 شکست پذیر است و د
