انرژی هسته ای و کاربرد انرژی اتمی در تولید الکتریسیته

کاربردهای انرژی هسته ای:

استفاده از انرژی هسته ای، یکی از اقتصادی ترین شیوه ها در دنیای صنعتی است و گستره عظیمی از کاربردهای مختلف، شامل تولید برق هسته ای، تشخیص و درمان بسیاری از بیماریها، کشاورزی و دامداری، کشف منابع آب و ... را در بر می گیرد.
انرژی هسته ای در مجموع، مانند یکی از انرژی های موجود در جهان مثل انرژی بادی، آبی، گاز و نفت و ... است، اما در مقایسه با آنها جزو انرژی های پایان ناپذیر شمرده می شود، که از نظر میزان تولید انرژی پاسخگوی نیازهای بشر خواهد بود. یعنی انرژی حاصل از تبدیل ماده به انرژی برابر است با جرم ماده ضرب در سرعت نور به توان 2 که نشان دهنده انرژی زیاد حاصل از تبدیل مقدار کمی ماده به انرژی است .

انرژی هسته‌ای کاربردهای متعددی دارد که در یک تقسیم بندی کلی میتوان آن را به دو دسته اصلی تقسیم کرد:
 نظامی
غیرنظامی یا صلح جویانه

تلفات در سیستم قدرت و راهکارهای کاهش آن

یکی از پارامترهای مهم در یک سیستم قدرت تلفات سیستم است که میزان بهینه بودن و راندمان و هزینه های طولانی مدت بهره برداری از سیستم را تعیین می نماید.اما در تعریف تلفات از دیدگاههای مختلف جملات مختلفی به کار برده شده است.

یک دیدگاه در ارائه این تعریف دیدگاه شرکتهای برق میباشد که در بیان این گروه تلفات به تفاضل انرژی ورودی به انرژی مصرفی اطلاق می شود.در هر دو تعریف فوق تلفات شامل تلفات فنی و غیر فنی میباشد که تلفات فنی مربوط به ساختار ذاتی و نوع طراحی و اجرای سیستم قدرت میباشد و تلفات غیر فنی شامل تلفاتی است که در تجهیزات اندازه گیری و حفاظتی یک سیستم قدرت ایجاد می شود.

در یک دیدگاه عمومی تر تلفات عبارتست از آن بخش از توان الکتریکی که به کار مفید تبدیل نشود.

اما از دیدگاه ملی تلفات انرژی الکتریکی شامل تمامی اتلافهای انرژی الکتریکی در تمامی مراحل سیستم قدرت شامل بخشهای تولید، انتقال و توزیع میباشد و در این تعریف نه تنها تلفات فنی و غیر فنی بلکه تمامی الگوههای غلط مصرفی از سوی مصرف کنندگان نیز شامل تلفات انرژی الکتریکی محسوب می شود.

تلفات در یک سیستم قدرت از مجموع تلفات در هر سه قسمت تولید،انتقال و توزیع انرژی الکتریکی حاصل می شود اما معمولا شرکتهای برق تلفات در بخش تولید را برای طراحیها و بهینه سازی سیستم در نظر نمی گیرند به همین دلیل در این گزیده هم برای بخش تولید به مختصر اشاره ای اکتفا می شود.

رقابتی جدید در ترمیم سیستم های قدرت با مقیاس بزرگتری از تولید پراکنده

در طی سالهای اخیر لازم شد که تحول عمیقی در سیستم های قدرت اروپایی صورت گیرد و در بخش انرژی خط مشی ایجاد شود . روش های جدید از نظر محیطی ، مقرراتی و جنبه های اقتصادی که بتواند افزایش استقرار تولید پراکنده در سیستم های توزیع مخصوصاً اتصالات سیستم های توزیع را بیان کند.

اگر چه انتظار می رفت استقرار DG و نیاز به بهبود بخشیدن سود آوری هایش در سیستم های داخلی که با برنامه و در حال بهره برداری بود ، تغییر روش ایجاد کند. این به راه کارهای سیستم های الکتریکی جدیدی از قبیل شبکه های هوشمند ، توزیع اتوماسیون که سابقه آزمایشها و تحلیل های جهانی داشته است منجر شد.

مفروض بر این مطالب ، یک راه حل برای یکپارچه کردن DG در مدیریت سیستم قدرت ، به خصوص تحت شرایط بحرانی نیاز خواهد شد. این چنین دیدگاهی نباید در DG تنها به عنوان منبع اضافی تحت شرایط نرمال ملاحظه شود. اما گذشته از این احتمالاً در آینده پشتیبان قابل انعطاف و مؤثری در مواقعی که خطاهای بزرگ مانند blackout رخ می دهد خواهد بود.

در کتابها هدف استفاده از منابعDG توسط بسیاری از پژوهشگران بررسی    شده بود.

     برخی از فعالیت های آنها متمایل شدن به سمت فشرده سازی DG در بهره برداری از سیستم های قدرت بود. در حالیکه مقاصد دیگر استفاده از DG به عنوان توانایی پشتیبانی از شبکه ها است.

این مطالعه توسط choi et al ارائه شده است.

- راه کارهای پیشنهاد شده در بهره برداری از شبکه های توزیع اتوماتیک برای پیکر بندی دوباره شبکه ها با DG  .

- پیشنهاد راه کارهای بهره برداری و محاسباتی که نتیجه ای مثبتی از DG برای کاهش تلفات و ترمیم تجهیزات سیستم های توزیع را دارد مطرح شده است.

این روش سیستم توزیع در یک سطح اتوماسیون خیلی بالا که کلیدهای قابل کنترل از راه دور می- بایست در هر بخش از فیدرها قرار بگیرد مطرح شده است. که نتیجه آن هزینه سرمایه گذاری بالا در تجهیزات و کنترل و نیازهای ارتباطی می باشد.

تعاریف و اصطلاحات در خطوط انتقال

خطوط انتقال نیرو                 
دیدگاه های گونا گون فنی اقتصادی اجتماعی و زیست محیطی سبب می شود که همواره احداث نیروگاه ها در نز دیکی محل مصرف عملی نباشد . ضمن این که همواره هر مهندس برنامه ریز باید توجه داشته باشد که نیرو گاه حتی الا مکان به محل مصرف نزدیک باشد .
چرا که هر چه فاصله نیرو گاه با محل مصرف زیادتر باشد هزینه انتقال افزایش می یابد اما نزدیک کردن نیروایین بودن هزینه تولید نیرو تناقض داشته و عوامل مهمتری مورد نظر قرار میگیرد .به هر حال دلایل وعواملی که احداث خطوط انتقال را توجیه پذیر می کنند بدین قرارند :

• انتقال انرژی تولیدی نیروگاه ها به مراکز مصرف
• —برق رسانی به مراکز دور دستو پراکنده
• —افزایش قابلیت اطمینان سیستم  
• —ارتباط دو منطقه با پیک بار غیر همزمان
• —ارتباط الکتریکی بین کشور ها
• —تبدیل سایر انواع انرژی

ولتاژخطوط انتقال
به دلیل رابطه معکوس بین ولتاژ و جریان اگر برای انتقال نیرو از ولتاژ پایین استفاده شود مقدار جریان عبوری افزایش می یابد که برای مسافت های طولانی مشکل تلفات توان وافت ولتاژ را در انتهای خط خواهیم داشت لذا برای رفع این عیب ولتاژ تولیدی در نیروگاه ها از طریق پست های نیروگاه هی به ولتاژ انتقال فزایش می یابد .
رنج ولتاژ دارای چند استاندارد می باشد اما در ایران استاندارد عمومی تر بدین گونه است که ولتاژ های 400 و 230 و 132 کیلو ولت برای خطوط انتقال و63 کیلو ولت برای فوق توزیع و 20 کیلو ولت و پایین تر برای توزیع می باشد . لازم به ذکر است که در برخی از نقاط کشور و یا شبکه های داخلی صنایع از  ولتاژ های 33 و 11 و 6/3 کیلوولت نیز استفاده می شود.

دکل ها ( برج ها )

برج ها(دکل ها)

دکل ها وظیفه نگهداری هادی ها در فاصله معینی از زمین را بر عهده دارند که باید قادر باشند که در بدترین شرایط محیطی و جوی نیروهای مکانیکی وارد بر خود را تحمل نمایند. دکل ها از به هم پیوستن تعدادی میله بهم که اصطلاحا به آنها خرپا می گویند تشکیل می شود.

خرپا

خرپا یکی از سازه های اصلی مهندسی است و از اتصال تعدادی میله به یکدیگر تشکیل می گردد یا به بیان دیگر سازه ای که از چندین میله(عضو) که به همدیگر جوش یا پرچ شده باشند را خرپا می نامند.

هر خرپا شامل عضوها مستقیمی است که در مفصل ها به یکدیگر متصل اند.

خرپاها سازه هایی مفصلی هستند که شبکه مثلثی بوجود می آورند.این سازه ها به سادگی ساخته می شوند و وزنشان در مقایسه با انواع سازه های دیگر سبک تر هستند و همچنین دارای مقاومت زیادی نیز می باشند.

خرپا ها دو نوع هستند:خر پای ساده و خرپای فضایی که دکل ها از نوع خرپای فضایی هستند.

خرپای فضایی:وقتی چند عضو مستقیم طوری بهم متصل شده اند که یک پیکر بندی سه بعدی تشکیل بدهند سازه بدست آمده را خرپای فضایی می نامند.

انرژهای نو در دنیای امروزی

طبق آمارهای به ثبت رسیده طی 30 سال گذشته احتیاجات انرژی جهان به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش یافته است. در سال 1960 مصرف انرژی جهان معادل 3/3Gtoe  بوده است.در سال 1990 این رقم به 8/8Gtoe بالغ گردید ، که دارای رشد متوسط سالانه 3/3 درصد می باشد و در مجموع 166 در صد افزایش نشان می دهد و در حال حاضر مصرف انرژی جهان 10Gtoe/Year  بوده و پیش بینی می شود این رقم در سالهای 2010 و 2020 به 12 و 14 Gtoe/Year افزایش یابد . این ارقام نشان می دهند که میزان مصرف انرژی جهان در قرن آینده بالا می باشد و بالطبع این سوال مهم مطرح می باشد که آیا منابع انرژی های فسیلی در قرنهای آینده، جوابگوی نیاز انرژی جهان برای بقا، تکامل و توسعه خواهند بودیا خیر؟

حداقل به دو دلیل عمده پاسخ این سوال منفی است و باید منابع جدید انرژی را جایگزین این منابع نمود. این دلایل عبارتند از:
1 . محدودیت و در عین حال مرغوبیت انرژی های فسیلی چرا که این سوختها از نوع انرژی شیمیایی متمرکز بوده و مسلماً کاربردهای بهتر از احتراق دارند

2 .مسایل و مشکلات زیست محیطی بطوری که امروزه حفظ سلامت اتمسفر از مهمترین پیش شرطهای توسعه اقتصادی پایدار جهانی به شمار می آید. از این رو است که دهه های آینده بعنوان سالهای تلاش مشترک جامعه انسانی برای کنترل انتشار کربن، کنترل محیط زیست و در واقع تلاش برای تداوم انسان بر روی کره زمین خواهد بود .

بنابراین استفاده از منابع جدید انرژی به جای منابع فسیلی امری الزامی است. سیستمهای جدید انرژی در آینده باید متکی به تغییرات ساختاری و بنیادی باشد که در آن منابع انرژی بدون کربن نظیر انرژی خورشیدی و بادی و زمین گرمایی و کربن خنثی مانند انرژی بیوماس مورد استفاده قرار می گیرند. بدون تردید انرژی های تجدیدپذیر با توجه به سادگی فن آوریشان در مقابل فن آوری انرژی هسته ای از یک طرف و نیز بدلیل عدم ایجاد مشکلاتی نظیر زباله های اتمی از طرف دیگر نقش مهمی در سیستمهای جدید انرژی در جهان ایفا می کنند. در هر حال باید اذعان داشت که در عمل عوامل متعددی بویژه هزینه اولیه و قیمت تمام شده بالا، عدم سرمایه گذاری کافی برای بومی نمودن و بهبود کارآیی تکنولوژیهای مربوطه ، به حساب نیامدن هزینه های خارجی در معادلات اقتصادی، نبود سیاستهای حمایتی در سطح جهانی، منطقه ای و محلی، نفوذ و توسعه انرژی های نو را بسیار کند و محدود ساخته است. ولی پژوهشگران و صنعتگران همواره تلاش خود را جهت رفع این مشکلات مبذول می دارند.

بریکر ( کلید قدرت )

—نوعی کلید که توانایی قطع جریان برق تحت شرایط اتصالی را دارد. این کلید در ردیف ولتاژی فشار متوسط و فشار قوی، دژنگتور هم نامیده می‌شود.

—1. در بریکرها کنتاکها در یک محفظه موسوم به محفظه احتراق قرار دارند و غیر قابل رؤیت هستند.

—2. قطع و وصل کنتاکهای سکسیونر در هوای آزاد انجام میگیرد و در حالت باز از هوای آزاد بین کنتاکها بعنوان عایق استفاده میشود در صورتیکه در بریکرها قطع و وصل کنتتاکها در محفظه احتراق صورت گرفته و از عایقهای دیگری جهت عایق بین کنتاکها استفاده میشود.

— 3. جهت خاموش کردن جرقه از مواد خاموش کننده استفاده میشود. این مواد ممکن است در بعضی از کلیدها با عایق کلید یکسان باشد و با به حرکت در آمدن آن جرقه خاموش و از محفظه احتراق خارج شود.

— 4. قدرت قطع بریکرها بسیار بالاتر از سکسونرهای قابل قطع زیر بارند.

— 5. بریکروسیله ای مطمئن و ایمنی تر است.

نیروگاه بخار

نیروگاه های بخاری یکی از مهم ترین نیروگاه های حرارتی میباشند که در اکثر کشورها ، از جمله ایران سهم بسیار زیادی را در تولید انرژی الکتریکی بر عهده دارند به طوری که سهم تولید این نوع نیروگاهها حدود 47.3% کل تولید انرژی کشورمان میباشد از مهمترین این نیروگاه ها در کشورمان میتوان به نیروگاه های شهید سلیمی نکا،شهید رجایی قزوین،شهید محمد منتظری اصفهان، رامین اهواز، اسلام اباد اصفهان،طوس مشهد،بعثت تهران، شهید منتظر قائم کرج،تبریز،بیستون کرمانشاه،مفتح همدان، و بندرعباس اشاره نمود.مشخصات این نیروگاه ها به همراه دیگر نیروگاه های بخاری کشورمان در سال 1381،را میتوان درجدول اسلاید بعد مشاهده نمود.

انتقال داده بر روی خطوط انتقال انرزی

به منظور ایجاد ارتباط بین ایستگاههای فشارقوی در یک شبکه قدرت و انتقال اطلاعات نیاز به یک کانال مخابراتی میباشد. هادیهای فاز موجود در خطوط انتقال نقش این کانال را برعهده داشته و علاوه بر امواج ولتاژ و جریان فرکانس قدرت ( 50 هرتز)، سیگنالهای مخابراتی را نیز منتقل مینمایند این کانال به همراه تجهیزات مربوطه plc نامیده میشود  برای اینکه امو اج فرکانس قدرت و سیگنال های اطلاعات با هم تداخل نداشته باشند، سیگنالهای مخابراتی را در فرکانسهای بالا (محدوده 30 کیلوهرتز تا 500 کیلوهرتز ) ارسال و دریافت می نمایند . محدوده فرکانسی زیاد برای سیگنالهای مخابراتی سبب میشود که نتوان از روابط مربوط به مدارهای فشرده به منظور تحلیل انتشار و مدلسازی رفتار آنها درخطوط انتقال استفاده نمود.

بنابراین مطالعه چگونگی انتشار این امواج مستلزم استفاده از مدل گسترده خط انتقال میباشد. در این مقاله یک نمونه خط  Toff مدار باز در طول مسیر یک خط انتقال و تاثیر آن بر انتشار امواج PLC مطالعه شده و نشان داده شده است که این امر سبب تضعیف این امواج و اعلام خطای کانال PLC میگردد. به منظور برطرف نمودن این مشکل پیشنهاد شده است که خط Toff مذکور به صورت سری در مدار قرار بگیرد. ساختار این مقاله به این صورت است که ابتدا مقدمهای در این زمینه آورده شده است سپس سیستم PLC به همراه تجهیزات مربوطه معرفی و در ادامه تأثیر خط Toff در دو حالت مدار باز و مدارسر ، برروی انتشار امواج PLC با استفاده از روابط تئوری و با استفاده از شبیهسازی آورده شده است . در نهایت نیز به نتیجه گیری ازموارد یاد شده درمقاله بسنده شده است.

نیروگاه باد ساحلی

بشر از زمان های بسیار دور به نیروی لایزال باد پی برده و سال ها بود که از این   برای به حرکت درآوردن کشتی ها و آسیاب های بادی بهره می گرفت.

طی سالیان دراز ثابت شده است که می توان انرژی باد را به انرژی مکانیکی یا الکتریکی تبدیل کرد و مورد استفاده قرار داد. منابع تاریخی نشان می دهد که ساخت آسیاب ها در ایران، عراق، مصر و چین قدمت باستانی داشته و در این تمدن ها، از آسیاب های بادی برای خرد کردن دانه ها و پمپاژ آب استفاده می شده است. چنانچه از شواهد تاریخی برمی آید، در قرن 17 قبل از میلاد، هامورابی پادشاه بابل طرحی ارائه داده بود تا بتوان به کمک آن دشت حاصلخیز بین النهرین را توسط انرژی حاصل از باد آبیاری نمود. آسیاب هایی که در آن زمان ساخته می شدند از نوع ماشین های محور قائم و شبیه به آن هایی هستند که امروزه آثار آن ها در نواحی خواف و تایباد ایران به چشم می خورد.

ایرانیان اولین کسانی بودند که حدود 200 سال قبل از میلاد مسیح برای آرد کردن غلات از آسیاب های بادی با محور قائم استفاده کرده اند.

بعد از ایران کشورهای عربی و اروپایی پی به قدرت باد در تبدیل انرژی بردند.

در قرون وسطی، آسیاب های بادی در ایتالیا، فرانسه، اسپانیا و پرتغال متداول گردید و کمی بعد در بریتانیا، هلند و آلمان نیز به کار گرفته شد.

آسیاب های بادی که در اروپا ساخته می شدند از نوع آسیاب های محور افقی و 4 پره بودند که برای آرد کردن حبوبات و گندم به کار می رفتند.