มารู้จักโรงงานไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์กันเถอะ

V

V
“โรงไฟฟ้านิวเคลียร์” คือ โรงงานผลิต กระแสไฟฟ้าที่ใช้พลังงานความร้อนจากปฏิกิริยาแตกตัวทางนิวเคลียร์ (nuclear fission reaction) ทำให้น้ำกลายเป็นไอน้ำที่มีแรงดันสูง แล้วส่งไอน้ำไปหมุนกังหันไอน้ำ ซึ่งต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เพื่อผลิตไฟฟ้า และส่งต่อไปยังผู้บริโภคต่อไป

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีหลักการผลิตไฟฟ้าคล้ายกับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทั่วไป กล่าวคือ จะใช้พลังงานความร้อนไปผลิตไอน้ำ แล้วส่งไอน้ำไปหมุนกังหันไอน้ำและ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ออกมา แต่มีข้อแตกต่างกันคือ ต้นกำเนิดพลังงานความร้อนของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เกิดจากปฏิกิริยาแตกตัวของยูเรเนียม-๒๓๕ ในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์

ส่วนความร้อนจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทั่วไปนั้นได้จากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง ซึ่งได้แก่ ถ่านหินหรือลิกไนต์ ก๊าซธรรมชาติหรือน้ำมัน เมื่อเปรียบเทียบปริมาณเชื้อเพลิงที่ใช้สำหรับการ ผลิตไฟฟ้า พบว่า หากใช้ยูเรเนียมธรรมชาติ (ความเข้มข้นของยูเรเนียม-๒๓๕ ประมาณร้อยละ ๐.๗) จำนวน ๑ ตัน จะสามารถผลิตไฟฟ้าได้มากกว่า ๔๐ ล้านกิโลวัตต์/ชั่วโมง ในขณะที่ต้องใช้ถ่านหินถึง ๑๖,๐๐๐ ตัน หรือใช้น้ำมันถึง ๘๐,๐๐๐ บาร์เรล (ประมาณ ๑๓ ล้านลิตร) จึงจะผลิตไฟฟ้าได้เท่ากัน

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบ่งการทำงานออก เป็น ๒ ส่วนใหญ่ๆ คือ

๑) ส่วนผลิตความร้อน ได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ระบบน้ำระบายความร้อน และเครื่องผลิตไอน้ำ

๒) ส่วนผลิตกระแสไฟฟ้า ประกอบด้วย กังหันไอน้ำ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยส่วนผลิตความร้อนจะส่งผ่านความร้อนให้กระบวนการผลิตไอน้ำ เพื่อนำไปใช้ผลิตไฟฟ้าต่อไป

พิจารณาจากหลักการทำงาน อาจแบ่งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ออกได้เป็น ๓ แบบดังนี้

๑. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์ความดันสูง (Pressurized Water Reactor : PWR) โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ PWR มีหลักการทำงานคือ เมื่อเครื่องปฏิกรณ์ทำงาน จะเกิดปฏิกิริยาแตกตัวกับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ทำให้เกิดความร้อน กัมมันตรังสี และผลิตผล จากการแตกตัว (fission product) หรือกาก เชื้อเพลิง โดยความร้อนจากเชื้อเพลิงจะถ่ายเทให้แก่น้ำระบายความร้อนวงจรที่ ๑ ซึ่งไหลเวียนตลอดเวลาด้วยปั๊มน้ำ โดยมีเครื่องควบคุมความดันคอยควบคุมความดันภายในระบบให้สูงและคงที่
ส่วนน้ำที่รับความร้อนจากเชื้อเพลิงจะไหลไปยังเครื่องผลิตไอน้ำ และถ่ายเทความร้อนให้ระบบน้ำวงจรที่ ๒ ซึ่งแยกเป็นอิสระจากกัน ทำให้น้ำเดือดกลายเป็นไอน้ำแรงดันสูง และถูกส่งผ่านไปหมุนกังหันไอน้ำ และเครื่องกำเนิด ไฟฟ้าซึ่งต่ออยู่กับกังหันไอน้ำ เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุน จะเกิดกระแสไฟฟ้าที่สามารถนำไปใช้งานได้ต่อไป ไอน้ำแรงดันสูงที่หมุนกังหันไอน้ำแล้ว จะมีแรงดันลดลง และถูกส่งผ่านมาที่เครื่องควบแน่นไอน้ำ เมื่อไอน้ำได้รับความเย็นจากวงจรน้ำเย็นจะกลั่นตัวเป็นน้ำและส่งกลับไปยังเครื่องผลิตไอน้ำด้วยปั๊มน้ำ เพื่อรับความร้อนจากระบบน้ำวงจรที่ ๑ วนเวียนเช่นนี้ตลอดการเดินเครื่องปฏิกรณ์

๒. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์น้ำเดือด (Boiling Water Reactor : BWR) โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ BWR มีหลัก การทำงานคล้ายโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ PWR แต่มีข้อแตกต่างกันที่ส่วนผลิตความร้อน เพราะความร้อนจากเชื้อเพลิงที่ถ่ายเทให้แก่วงจรน้ำระบายความร้อน จะทำให้น้ำเดือดกลายเป็นไอน้ำไปหมุนกังหันไอน้ำโดยตรง โดยไม่มีระบบน้ำวงจรที่ ๒ มารับความร้อน เหมือนแบบ PWR

๓. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์น้ำมวลหนัก (Pressurized Heavy Water Reactor : PHWR) โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ PHWR หรือมีชื่อทางการค้าว่า แคนดู (CANDU : CANada Deuterium Uranium) มีหลักการทำงานเหมือนโรงไฟฟ้าแบบ PWR แต่แตกต่างกันที่เครื่องปฏิกรณ์จะวางในแนวนอน ใช้ยูเรเนียมธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง และใช้น้ำมวลหนัก (Heavy water : D2O) เป็นสารระบายความร้อนและสารหน่วงนิวตรอน

ญี่ปุ่น มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เดินเครื่องอยู่ 55 โรง (48 GWe) กำลังก่อสร้าง 2 โรง อยู่ในแผนการก่อสร้าง 11 โรง (17 GWe) และมีเครื่องปฏิกรณ์วิจัยอีก 17 เครื่อง ญี่ปุ่นผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานนิวเคลียร์ 29% คาดว่าจะเพิ่มสูงขึ้นอีก หลังปี 2015 เพื่อให้เป็นไปตามสนธิสัญญาเกียวโต (Kyoto Protocol) และในระยะยาว การผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานนิวเคลียร์ จะมีสัดส่วนเพิ่มขึ้น 2 เท่า ( 90 GWe)

หลังปี 2050 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เดินเครื่องเมื่อไม่นานมานี้ ส่วนใหญ่ใช้เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ 3 (third generation advanced reactor) ซึ่งได้รับการปรับปรุงระบบความปลอดภัยแล้ว โดยเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรก เดินเครื่องจ่ายไฟฟ้าให้กับระบบ ในปี 1966 ญี่ปุ่นได้ทำสัญญา ในการนำเชื้อเพลิงใช้แล้วมาสกัดซ้ำ (reprocessing) เมื่อแยกยูเรเนียมกับพลูโตเนียมกลับมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าใหม่ โดยทำให้อยู่ในรูปเชื้อเพลิงออกไซด์ผสม (mixed-oxide fuel)

สำหรับเครื่องปฏิกรณ์แบบธรรมดา และเครื่องปฏิกรณ์แบบนิวตรอนเร็ว (fast neutron reactor) ในปี 2003 มีเครื่องปฏิกรณ์จำนวนมาก ที่ต้องดับเครื่องเป็นเวลาหลายเดือน เพื่อทำการตรวจสอบ หลังจากนั้น จึงเริ่มเดินเครื่องใหม่ ในปี 2005 ญี่ปุ่นมีเครื่องปฏิกรณ์ทดสอบแบบอุณหภูมิสูง (high temperature test reactor) ซึ่งใช้อุณหภูมิได้สูง 950 oC ซึ่งสูงพอที่จะใช้ในการผลิตไฮโรเจนด้วยปฏิกิริยาเคมีความร้อน

คาดว่า ในปี 2050 จะมีการผลิตไฮโดรเจน โดยใช้ความร้อนจากพลังงานนิวเคลียร์ 20 GW ซึ่งโรงงานแรกในเชิงพาณิชย์จะเข้าสู่ระบบ ในปี 2025 แผ่นดินไหวใต้ท้องทะเลมักทำให้เกิดสึนามิ ซึ่งเป็นคลื่นความดันที่เคลื่อนผ่านมหาสมุทรอย่างรวดเร็ว และกลายเป็นคลื่นยักษ์ที่มีความสูงมากกว่าสิบเมตรเมื่อไปถึงน้ำตื้น ก่อนจะโถมเข้าใส่แผ่นดินชายฝั่ง ในเดือนธันวาคมปี 2004 แผ่นดินไหวขนาด 9 ริกเตอร์ ทีอินโดนิเซีย ทำให้เกิดสึนามิไปถึงชายฝั่งตะวันตกของอินเดีย และทำให้เกิดผลกระทบต่อโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Kalpakkam ที่ตั้งอยู่ใกล้กับเมือง Madras/Chennai เมื่อเครื่องตรวจจับพบว่ามีระดับน้ำหล่อเย็นที่ผิดปกติ เครื่องปฏิกรณ์ได้ดับเครื่องลงโดยอัตโนมัติ และเดินเครื่องอีกครั้งใน 6 วันต่อมา

สำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ตั้งอยู่ใกล้กับระดับน้ำทะเล โครงสร้างอาคารที่คลุมเครื่องปฏิกรณ์ (containment) มีความแข็งแรงทนทาน สามารถป้องกันความเสียหายจากสึนามิ ต่อส่วนที่เป็นอุปกรณ์ทางนิวเคลียร์ได้ และหากส่วนอื่นของโรงไฟฟ้าได้รับความเสียหาย ก็จะไม่มีอันตรายที่เกิดจากรังสี

ข้อมูลจาก สารานุกรมไทยฉบับเยาวชน http://kanchanapisek.or.th/kp6/BOOK28/chapter7/t28-7-l1.htm#sect1
.
.