ویژهنامه هوش مصنوعی ساینتیفیک امریکن
تأمین سوخت پردازندههای تشنه انرژی
سید محمدجواد فیاض
- ۲۱ اسفند ۱۴۰۴
درحالیکه مایکروسافت برای راهاندازی مجدد رآکتور نیروگاه هستهای Three Mile Island جهت تأمین برق هوش مصنوعی به توافق میرسد، اظهارنظر متخصصان هستهای درباره این فرایندِ بیسابقه جای توجه دارد.
مایکروسافت در سپتامبر ۲۰۲۴ اعلام کرد که توافقی ۲۰ ساله برای خرید انرژی از یک نیروگاه هستهای خاموش که قرار است دوباره به مدار بازگردد، منعقد کرده است. نیروگاه Three Mile Island تأسیساتی در شهرک لاندندری در پنسیلوانیا که محل وقوع بدترین حادثه هستهای تاریخ ایالات متحده بود، زمانی که در سال ۱۹۷۹ قلب یکی از رآکتورهای آن به صورت جزئی ذوب شد.
این اقدام که نشاندهنده نیاز غولهای فناوری به تأمین برق سامانههای هوش مصنوعی آنهاست، سؤالاتی را در مورد چگونگی راهاندازی مجدد و ایمنِ نیروگاههای هستهای تعطیلشده مطرح میکند؛ بهویژه به این دلیل که Three Mile Island تنها نیروگاهی نیست که از بازنشستگی خارج و دوباره به چرخه کار بازمیگردد.
نیروگاه هستهای Palisades یک تأسیسات ۸۰۵ مگاواتی متعلق به شرکت انرژی Holtec International در کاورت میشیگان است در ماه می ۲۰۲۲ تعطیل شد؛ اما شرکت قصد بازگشایی آن را دارد. این تغییر در سرنوشت تأسیسات، با تعهد وام مشروط ۱.۵ میلیارددلاری از سوی وزارت انرژی ایالات متحده تقویت شده است؛ نهادی که نیروگاههای هستهای بهعنوان منبع برق کمکربن را راهی برای کمک به کشور جهت دستیابی به اهداف اقلیمی بلندپروازانهاش میداند. نیروگاه Palisades در مسیر بازگشایی در اواخر سال ۲۰۲۵ قرار دارد.
چالشهای راهاندازی مجدد نیروگاههای خاموش
«جیسون کوزال» (Jason Kozal) مدیر بخش ایمنی رآکتور در دفتر منطقهای «کمیسیون تنظیم مقررات هستهای ایالات متحده» (NRC) و رئیس مشترک پنل نظارتی بر راهاندازی مجدد Palisades میگوید: «تا آنجا که ما اطلاع داریم، این اولینبار در سطح جهانی است که اقداماتی برای چنین کاری صورت میگیرد.»
با رشد تقاضای جهانی برای هوش مصنوعی، مهم است بدانیم برای راهاندازی مجدد این نیروگاهها چه چیزی لازم است و آیا موارد بیشتری در راه هستند یا خیر؟
از سال ۲۰۱۲، بیش از ۱۰ نیروگاه هستهای در ایالات متحده تعطیل شدهاند که در برخی موارد ناشی از شرایط اقتصادی نامطلوب بوده است. نیروگاههای کمتر مقرونبهصرفه مانند آنهایی که تنها یک رآکتور فعال دارند برای سودآور ماندن در ایالتهایی با بازارهای برق مقرراتزدایی شده و قیمتهای بسیار متغیر، با دشواری روبرو بودند. نیروگاه Three Mile Island متعلق به شرکت خدمات شهری Constellation Energy نمونهای ازایندست است. امروزه ۵۴ نیروگاه در ایالات متحده فعال باقیماندهاند که در مجموع ۹۴ رآکتور را در خود جایدادهاند.
انرژی هستهای که حدود ۹ درصد از برق جهان را تأمین میکند، شاهد نوعی احیا در سطح بینالمللی بوده است؛ اما همزمان با سایر منابع انرژی از جمله انرژیهای تجدیدپذیر نیز در رقابت است. پس از فاجعه «فوکوشیما دایچی» (Fukushima Daiichi) در سال ۲۰۱۱، ژاپن فعالیت تمام ۴۸ نیروگاه هستهای باقیمانده خود را به حالت تعلیق درآورد؛ اما اکنون و تا حدی برای کاهش وابستگی به واردات گاز، این نیروگاهها بهتدریج در حال بازگشت به مدار هستند. در مقابل، آلمان در سال ۲۰۱۱ حذف تدریجی نیروگاههای هستهای خود را اعلام کرد و سه نیروگاه آخر خود را در سال ۲۰۲۳ تعطیل کرد.
این نیروگاهها برای تعطیلی برنامهریزی شده بودند و در نتیجه بررسیهای ایمنی متوقف شده بود، نهادهای نظارتی و شرکتها اکنون باید فرایند پیچیدهای از صدور مجوز، نظارت و ارزیابی زیستمحیطی را طی کنند.
در ایالات متحده، فرصت انرژی هستهای ممکن است دستخوش تغییراتی شود؛ زیرا شرکتهای فناوری در رقابتی سخت برای ساخت مراکز داده عظیم و پر مصرف هستند تا از سیستمهای هوش مصنوعی و سایر کاربردهای خود پشتیبانی کنند و درعینحال به نحوی به تعهدات اقلیمی خود پایبند بمانند. برای مثال، مایکروسافت متعهد شده است که تا سال ۲۰۳۰ به کربن منفی دست پیدا کند.
«جاکوپو بونجورنو» (Jacopo Buongiorno) مدیر «مرکز سیستمهای انرژی هستهای پیشرفته» در MIT میگوید: «این امر مهر تأیید بر ارزش انرژی هستهای است و اگر توافق درست باشد (اگر قیمت مناسب باشد) آنگاه از نظر تجاری نیز منطقی خواهد بود.»
فرایند معکوسکردن تعطیلی؛ پیچیدگیهای ایمنی و نظارتی
این اولین باری نیست که ایالات متحده یک رآکتور خاموششده را دوباره به مدار بازمیگرداند. در سال ۱۹۸۵ یک شرکت برق متعلق به دولت فدرال به نام Tennessee Valley Authority رآکتورهای خود در نیروگاه هستهای Browns Ferry در آلاباما را از مدار خارج کرد و پس از سالها نوسازی دوباره به مدار بازگردانده شدند و آخرین رآکتور در سال ۲۰۰۷ مجدداً راهاندازی شد.
بااینحال Palisades و Three Mile Island موارد متفاوت هستند. زمانی که آن نیروگاهها تعطیل شدند، مالکان وقت آنها بیانیههای قانونی صادر کردند که اعلام میکرد تأسیسات تعطیل خواهند شد؛ حتی باوجوداینکه مجوزهای بهرهبرداری آنها هنوز فعال بود. Three Mile Island که تحت طرح پیشنهادی راهاندازی مجدد به Crane Clean Energy Center تغییر نام خواهد داد، تنها رآکتور فعال باقیمانده خود را در سال ۲۰۱۹ تعطیل کرد.
ازآنجاییکه این نیروگاهها برای تعطیلی برنامهریزی شده بودند و در نتیجه بررسیهای ایمنی متوقف شده بود، نهادهای نظارتی و شرکتها اکنون باید فرایند پیچیدهای از صدور مجوز، نظارت و ارزیابی زیستمحیطی را طی کنند تا فرایند ازردهخارجکردن نیروگاهها را معکوس کنند.
بررسیهای ایمنی لازم خواهد بود تا اطمینان حاصل شود که نیروگاهها پس از جایگزینی میلههای سوخت اورانیوم در رآکتورهایشان بتوانند به طور ایمن فعالیت کنند. «جیمی پلتون» (Jamie Pelton) که او هم رئیس مشترک پنل راهاندازی مجدد Palisades و معاون «دفتر تنظیم مقررات رآکتور هستهای NRC» است عنوان میکند زمانی که این نیروگاهها ازردهخارج شدند، سوخت رادیواکتیو آنها تخلیه و ذخیره شد؛ بنابراین تأسیسات دیگر نیازی به رعایت بسیاری از مشخصات فنی دقیق و سختگیرانه نداشتند.
بازگرداندن آن مقررات ایمنی کار کوچکی نخواهد بود؛ زیرا برای برآوردهکردن استانداردها، زیرساختها باید بهدقت بازرسی شوند. به گفته بونجورنو اکثر قطعات فلزی در نیروگاهها که از زمان تعطیلی دچار خوردگی شدهاند و سیمها و کابلهای مورداستفاده در ابزاردقیق و کنترلرها باید تعویض شود. ژنراتورهای توربین نیروگاهها که از بخار تولیدشده در اثر گرمشدن آب توسط میلههای سوخت برق تولید میکنند نیز بهدقت بررسی خواهند شد. پس از سالها غیرفعال ماندن، یک توربین ممکن است دچار نقصهایی در شفت (محور) خود یا خوردگی در امتداد تیغههایش شده باشد که نیاز به نوسازی دارد.
با نزدیکشدن نیروگاهها به تاریخ راهاندازی مجددشان، اپراتورهای آنها همچنین باید با چالشی دستوپنجه نرم کنند که حتی نیروگاههای کاملاً فعال نیز با آن روبرو هستند؛ یعنی نیاز به تأمین سوخت هستهای تازه. شرکتهای خدمات برق هستهای ایالات متحده مدتهاست برای خرید بخش زیادی از کیک زرد خام اورانیوم موردنیاز و خدماتی که اورانیوم-۲۳۵ (ایزوتوپ مورداستفاده در میلههای سوخت رآکتورهای هستهای) را جداسازی و غنیسازی میکنند، به بازار بینالمللی روی آوردهاند.
آینده نیروگاههای هستهای غیرفعال
روسیه از نظر تاریخی یکی از تأمینکنندگان اصلی بینالمللی این خدمات بوده است و حتی پس از جنگ اوکراین در سال ۲۰۲۲ نیز موقیعت خود را حفظ کرد؛ زیرا تا همین اواخر اکثر تحریمها و محدودیتهای تجاری ایالات متحده و اروپا شامل سوخت هستهای نمیشدند. اما برای بهحداقلرساندن وابستگی به روسیه، ایالات متحده در حال تقویت زنجیره تأمین خود است و وزارت انرژی (DOE) مبلغ ۳.۴ میلیارد دلار برای خرید اورانیوم غنیشده داخلی پیشنهاد داده است.
بااینحال، احتمالاً راهاندازی مجدد تعداد زیادی از دیگر نیروگاههای هستهای غیرفعال در ایالات متحده رخ نخواهد داد؛ حتی باوجوداینکه تقاضا برای برق کمکربن درحالرشد است. هر نیروگاه تعطیلشده در ایالات متحده لزوماً در شرایط مناسبی قرار ندارد که بتوان آن را بهآسانی نوسازی کرد و ایده بازگشایی برخی از آنها با مقاومت بسیار زیادی روبرو خواهد شد. بهعنوانمثال، بونجورنو به Indian Point Energy Center در نیویورک اشاره میکند که در سال ۲۰۲۱ تعطیل شد. نزدیکی این نیروگاه به شهر نیویورک مدتها انتقاد مدافعان ایمنی هستهای را برانگیخته بود.
اما این بدان معنا نیست که همه این سایتها بلااستفاده باقی خواهند ماند. یک گزینه، ساخت رآکتورهای پیشرفته شامل رآکتورهای بزرگ با ویژگیهای ایمنی ارتقایافته و رآکتورهای کوچک مدولار با طراحیهای نوآورانه در سایتهایی است که زمانی نیروگاههای هستهای قدیمی در آنجا قرار داشتند تا از خطوط انتقال و زیرساختهای موجود بهرهبرداری شود. بونجورنو میافزاید: «ممکن است شاهد علاقه به ساخت تعداد بیشتری از این رآکتورهای بزرگ در ایالات متحده باشیم، چه این امر ناشی از نیاز مراکز داده باشد و چه سایر کاربردها. شرکتهای خدماتی انرژی و مشتریان در حال حاضر مشغول بررسی این موضوع هستند.»
