1403/01/21
پرونده «ایران قوی با صنعت هسته‌ای پیشرفته»
افق روشن صنعت هسته‌ای با ورود به فناوری راکتورهای کوچک
حضرت آیت‌الله خامنه‌ای همواره بر اهمیت صنعت هسته‌ای کشور تأکید داشته و این صنعت را به عنوان یکی از مؤلّفه‌های اساسی و مهمّ اعتبار کشور؛ همچنین مایه قوّت، قدرت و توسعه آن برشمرده‌اند. رهبر انقلاب اسلامی در دیدار دانشمندان، متخصصان، کارشناسان و مسئولان صنعت هسته‌ای کشور فرمودند: «این صنعت، هم از لحاظ پیشرفت کشور و توانایی‌های کشور در عرصه‌های فنّی، اقتصادی، سلامت و غیره که به کشور آبرو میبخشد و زندگی را برای مردم بهتر میکند دارای اهمّیّت است، هم از جهت وزن سیاسی جهانی و بین‌المللی برای کشور؛ یعنی وقتی که شما در بخشهای مختلف این صنعت پیشرفت دارید و دارید کار انجام میدهید و گره‌گشایی میکنید، مراکز اطّلاعاتی جهان و بسیاری از سیاستمداران دنیا و شاید خیلی از دانشمندان و اهل مطالعه میفهمند و این برای کشور آبرو است؛ پس پیشرفت این صنعت از لحاظ بین‌المللی و از لحاظ وزن و جایگاه و آبروی ملّی هم دارای اهمّیّت است. این، دو جهت. جهت سوّم از لحاظ روحیه‌ی اعتماد به نفْس ملّی است...زیرساخت‌های موجودِ صنعتیِ هسته‌ای دست نخورد. در طول این سالها مدیران و مسئولان و فعّالانِ این صنعت کارهای مهمّی انجام داده‌اند، زیرساخت‌های مهمّی را ایجاد کرده‌اند. ممکن است در یک زمینه‌هایی بخواهید توافقهایی بکنید؛ عیب ندارد، توافق کنید، امّا زیرساخت‌ها دست نخورد، اینها خراب نشود، اینها محصول زحمت دیگران است.» ۱۴۰۲/۰۳/۲۱رسانه KHAMENEI.IR به مناسبت ۲۰ فروردین روز ملی فناوری هسته‌ای در یادداشتی به قلم آقای محمد امین فخیمی، مدیر اندیشکده پرتو (پژوهش‌های راهبردی توسعه صنعت هسته‌ای) به بررسی فناوری راکتورهای کوچک ماژولار از منظر جهانی و ملی پرداخته است.
مقدمهرهبر معظم انقلاب همواره رویکردی ویژه به صنعت هسته‌ای، به‌عنوان یکی از مؤلفه‌های ایران قوی داشته‌اند. ایشان حدود ۱۷ سال پیش، حرکت ارزشمند ایران در دستیابی به دانش بومی هسته‌ای را یک اقدام تاریخ‌ساز و تمدن‌ساز دانسته و بیان نمودند این حرکت علمی باید با قوّت به پیش رود و در ابعاد مختلف گسترش یابد(۱). از آن سال تاکنون با توسعه فناوری‌های تحول‌آفرین هسته‌ای در دنیا ابعاد مختلفی از این جمله ارزشمند رهبر انقلاب روشن گردیده و توسعه بهره‌برداری از ظرفیت‌های فناوری هسته‌ای در صنایع گوناگون مورد توجه کشورها قرار گرفته است. در این راستا رهبر انقلاب در دیدار ۲۱ خرداد ۱۴۰۲ با کارشناسان صنعت هسته‌ای بر محورهای حائز اهمیتی همچون استفاده از ظرفیت دانش هسته‌ای در بخشهای مختلف زندگی مردم و در میان گذاشتن این ظرفیت با آنان و نیز بهره‌گیری از سرریز این دانش در صنعت، سلامت، کشاورزی، محیط‌زیست و فناوری آب‌شیرین‌کن هسته‌ای تأکید داشتند. علاوه بر آن، تأکید ایشان بر تکریم، حفظ و صیانت از نیروی انسانی، اهمیت توجه به برنامه‌های آموزشی و ارتقای سطح دانشی آنان را نشان می‌دهد. ایشان همچنین ضمن تأکید بر عدم تخطی از قانون مجلس و نیز ارتباط با آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، به صورت خاص حرکت این صنعت به سمت توسعه درون‌زای نیروگاه‌های هسته‌ای با ظرفیت پایین (حتی کمتر از ۱۰۰ مگاوات) و نیز تجاری‌سازی محصولات و خدمات هسته‌ای را خواستار شدند. در ادامه توضیحاتی در خصوص این فناوری نوظهور (راکتورهای کوچک) ارائه می‌گردد.
شکل ۱ بازدید رهبر انقلاب از نمایشگاه دستاوردهای صنعت هسته‌ای کشور (۲۱/۰۳/۱۴۰۲)
فناوری راکتورهای کوچک، تحولی مهم در صنعت هسته‌ای دنیاراکتورهای هسته‌ای تجهیزاتی هستند که امکان بهره‌برداری از شکافت هسته‌ای برای تولید گرما و انرژی در نیروگاه را فراهم می‌کنند. در حال حاضر شواهدی مبنی بر تغییر پارادایم فناورانه صنعت‌هسته‌ای از راکتورهای بزرگ و سنتی به نسل جدید راکتورهای هسته‌ای یعنی راکتورهای کوچک ماژولار (SMR(۲)) دیده می‌شود. طبق تعریف آژانس بین‌المللی انرژی اتمی (IAEA) منظور از کوچک بودن علاوه بر ابعاد فیزیکی، این است که توان تولیدی آن کمتر از ۳۰۰ مگاوات می‌باشد (۱). ماژولار بودن نیز بدین معناست که سیستم‌ها و قطعات در کارخانه مونتاژ شده و به عنوان یک واحد به مکان مورد نظر برای نصب منتقل می‌گردند که این موضوع فرایند تولید، نصب و صادرات این فناوری را بسیار پویاتر میکند. فناوری راکتورهای کوچک به دلیل مزایایی همچون ایمنی و امنیت بیشتر، ساخت داخل کارخانه و نصب سریع‌تر، نیاز کمتر به دسترسی به آب خنک‌کننده و قابلیت جابه‌جایی به نقاط دورافتاده و کم جمعیت، قابلیت ازرده‌خارج سازی راحت‌تر و سریع‌تر، قابلیت مادام‌العمر شدن و رفع نیاز به سوخت‌گذاری دوره‌ای، نیاز به سرمایه‌اولیه کمتر و دیگر مزایا، قابلیت «تغییر بازی صنعت هسته‌ای در دنیا» را دارد (۲). به گزارش آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، تا پایان سال ۲۰۲۰، حدود ۷۰ طرح راکتور SMR در ۱۸ کشور جهان ارائه شده که از این تعداد، ۱۸ طرح در مرحله ساخت و ۵۲ طرح در مرحله طراحی قرار دارند (۳).
شکل ۲ ملاقات نمایندگان عربستان سعودی و مؤسسه تحقیقات اتمی کره جنوبی در خصوص انتقال فناوری راکتور ماژولار کوچک کره‌ای (SMART) به عربستان
به گزارش آینده‌پژوهی نهادهای معتبر بین‌المللی تعداد این راکتورهای کوچک در سطح جهان تا سال ۲۰۴۳ رشد بیش از ۲۰ برابری را تجربه خواهد کرد. به گونه‌ای که سهم بازار آن از ۷۲.۴ میلیارد دلار در ۲۰۲۳ به ۲۹۵ میلیارد دلار در ۲۰۴۳ خواهد رسید. این مطالعات نشان می‌دهد تا آن سال راکتورهای کوچک به تنهایی بیش از ۲ درصد از سبد انرژی جهانی را به خود اختصاص خواهند داد (۴).
شکل ۳ پیش‌بینی سیر رشد تعداد راکتورهای کوچک در دنیا به تفکیک قاره تا سال ۲۰۴۳ (۴)
همچنین ارزیابی اقتصادی و بازار انجام شده توسط نهاد NEA وابسته به OECD نشان می‌دهد که باتوجه به کمتر بودن هزینه‌های ساخت و ساز این راکتورها نسبت به راکتورهای بزرگ، SMR ها بین ۱۶ الی ۳۳ درصد از سهم تولید انرژی هسته‌ای را به خود اختصاص خواهند داد که بسته به سطح نفوذ انرژی‌های تجدید پذیر این درصد متغیر است (۵).
در فناوری راکتورهای کوچک نقش مؤلفه بازار بسیار پررنگ و حیاتی است و در بسیاری از منابع بر برتری‌های اقتصادی، تجاری و صادراتی آن در مقایسه با راکتورهای بزرگ تأکید می‌شود. هرچند در سطح مجموع توان تولیدی یکسان، هزینه‌های عملیاتی راکتورهای بزرگ کمتر از راکتورهای کوچک است، ولی در برخی بررسی‌ها نشان داده شده است به دلیل کمتر بودن هزینه‌های ساخت و تأسیس SMR ها، شاخص هزینه یکسان‌سازی شده انرژی (LCOE) در راکتورهای کوچک بیش از ۵۰ درصد کمتر از راکتورهای بزرگ خواهد بود. البته عامل جذابیت این فناوری در مقابل راکتورهای بزرگ‌مقیاس، نه صرفاً تأکید بر مؤلفه اقتصادی در کوتاه‌مدت، بلکه توجه به اثرات منحنی یادگیری(۳) و کاهش هزینه‌های توسعه ماژول‌های بعدی، طراحی بهینه(۴) و صرفه‌جویی در هزینه‌های طراحی به دلیل کوچک بودن، اقتصاد همسایگی(۵) و امکان استفاده در مناطق شهری به دلیل ایمنی قابل قبول، ماژولار بودن(۶) و امکان ساخت در کارخانه، زمان مورد نیاز کمتر برای رسیدن به بازار مقصد و دیگر مؤلفه‌ها همچون قابلیت جابه‌جایی، ایمنی، نیاز به سرمایه اولیه کمتر در کشورهای با اقتصاد کوچک‌تر و سهولت ازرده‌خارج سازی می‌باشد [۶]. این موضوعات نشان می‌دهد آینده درخشانی در انتظار این فناوری است و کشورهایی که به موقع در آن سرمایه‌گذاری کنند برندگان این رقابت بین‌المللی خواهند بود.
دستیابی به فناوری راکتورهای کوچک، نیاز ایران در آینده نزدیک تقاضای روبه‌رشد انرژی در دنیا که طبق گزارش‌های جهانی تا سال ۲۰۵۰ دو برابر خواهد شد، از یک سو و تناوب انرژی‌های تجدیدپذیر، که منبع دائمی و قابل اتکایی نیستند، از سوی دیگر دنیا را به برآورده‌کردن این تقاضا به روشی پایدار و سازگار با محیط‌زیست سوق داده است. باتوجه به اینکه از راکتورهای کوچک برای تولید برق در مقیاس کوچک و متوسط، تأمین انرژی مناطق دورافتاده، صنایع و زیرساخت های حیاتی استفاده کرد، این فناوری نوظهور می‌تواند نقش مهمی در تأمین انرژی پایدار در هر کشور ایفا کند و پاسخ امروزه بسیاری از کشورها به این تقاضا، حرکت در مسیر دستیابی به فناوری راکتورهای کوچک می‌باشد.
پیدایش نشانه‌هایی از تنش‌های آبی در غرب آسیا، بهره‌مندی از این مزایا را برای کشورهای منطقه جذاب‌تر میکند. به صورت خاص کشورمان با شرایط خشکسالی مواجه است و پیش بینی‌های بارش‌های کشور، کاهشی و دمای هوا در ایران افزایشی است، که این موضوع شرایط آبی را با خطر جدی مواجه کرده است. ۹۳ شهر در حاشیه خلیج‌فارس و ۱۰۴ شهر در فلات مرکزی ایران درگیر تنش آبی شدید هستند. حل معضل کمبود آب کشور مستلزم استفاده از فناوری آب‌شیرین‌کن بوده و با توجه به هدف‌گذاری کشور برای رساندن سهم برق هسته‌ای به ۲۰ هزار مگاوات تا سال ۲۰۴۰ از طریق راکتورهای هسته‌ای، این نیروگاه‌ها می‌توانند برای شیرین‌سازی آب نیز بکار گرفته شوند. قابلیت‌های راکتورهای کوچک باعث شده تا این فناوری به‌عنوان راه‌حل تأمین انرژی مورد نیاز واحدهای آب‌شیرین‌کن مطرح باشد؛ به‌نحوی‌که فرایند عقد قرارداد و اجرای آب‌شیرین‌کن در مجاورت راکتورهای کوچک‌مقیاس در کشورهایی همچون عربستان سعودی و امارات در حال انجام است.
مزیت دیگر این فناوری برای کشورمان تأمین تقاضای هیدروژن است. در راستای کربن‌زدایی سیستم‌های انرژی در دنیا، به نظر می‌رسد آینده انرژی عمدتاً به تولید هیدروژن وابسته بوده و جالب این است که شرکت‌های نفتی اروپایی مانند شل، بریتیش‌پترولیوم، توتال و همچنین شرکت‌های بزرگی مثل زیمنس و اورستد دانمارکی از بزرگ‌ترین سرمایه‌گذاران در این زمینه هستند. کشور ایران نیز برای رهایی از مشکلات زیست‌محیطی و بازنماندن از جریان به‌روز دنیا باید به سمت تولید این محصول راهبردی حرکت کند. امروزه ۹۵ درصد از هیدروژن تولید شده در جهان به طور مستقیم از سوخت‌های فسیلی به دست می‌آید. استفاده از راکتورهای کوچک برای تولید هیدروژن بازدهی آن را بسیار بیشتر و آلودگی آن را نسبت به روش‌های موجود به‌شدت کاهش می‌دهد.
توسعه راکتورهای کوچک در ایران، فرصتی برای پیشروی و جهش فناورانهبا توجه به نوپا بودن این نوع از راکتورها و حضور آن در مراحل اولیه چرخه عمر فناوری، ورود ایران به مرحله تولید آن مزیت‌های زیادی برای کشور خواهد داشت. به‌طورکلی یک مبحث مهم در پیشرفت اقتصادی، «ورود به‌موقع» به فناوری‌های راهبردی است. برخلاف راکتورهای بزرگ که مراحل انتهایی چرخه عمر خود را سپری می‌کنند، توسعه و اکتساب این فناوری می‌تواند بستر مناسبی باشد تا ایران در شرایطی وارد این فناوری شود که در دنیا هنوز فراگیر نشده است و اصطلاحاً در ابتدای مسیر توسعه فناوری قرار بگیریم. به‌عبارت‌دیگر اکتساب این فناوری راهبردی در مراحل اولیه چرخه عمر آن باعث می‌شود ایران تبدیل به یکی از کشورهای رهبر و پیشرو در این حوزه شده و از آن به‌عنوان یک مزیت رقابتی و ابزار قدرت بهره ببرد. لازم به ذکر است که تجربه ورود به‌هنگام در مراحل اولیه چرخه عمر، برای کشور ما در فناوری‌هایی مانند پهپاد و نانو موفقیت‌آمیز بوده است و اکنون که این فناوری‌ها در دنیا فراگیر شده است، ایران به‌عنوان کشور پیشتاز شناخته می‌شود.
از منظر اقتصادی نیز همان‌طور که اشاره شد، تقاضا برای راکتورهای کوچک در دنیا روبه‌افزایش بوده و کشورهای پیشرو در این صنعت مانند روسیه، آمریکا، کره جنوبی و دیگر کشورها برنامه‌هایی برای صادرات و درآمدزایی از این حوزه را در نظر دارند. هزینه تولید راکتورهای کوچک با توجه به طراحی، اندازه و موقعیت آن، نسبت به مدل‌های بزرگ‌مقیاس سرمایه اولیه کمتری نیاز دارد(۷). این رقم در ابعادی است که بدون نیاز به طی‌کردن مسیرهای طولانی تخصیص بودجه، برخی از نهادهای اقتصادی کشور نیز توانایی تأمین مالی و سرمایه‌گذاری در آن را داشته و در صورت تجاری‌سازی صحیح، می‌تواند سودآوری قابل‌توجهی برای این مجموعه‌ها داشته باشد.
جمهوری اسلامی ایران در مسیر دستیابی به فناویضرورت توسعه فناوری‌های نوین نیروگاه‌های هسته‌ای در سیاست‌های مندرج در اسناد بالادستی مرتبط ازجمله «سیاست‌های کلی نظام در بخش انرژی»، «سند نقشه جامع علمی کشور»، «سند ملی راهبرد انرژی کشور» و «قوانین برنامه پنج‌ساله توسعه (برنامه توسعه ششم و هفتم)» مورد تأکید است. علاوه بر اسناد بالادستی ذکر شده، برخی از قوانین مصوب مجلس نیز راهبرد‌هایی را جهت توسعه نیروگاه‌های هسته‌ای نوین تعیین کرده‌اند. از جمله این قوانین می‌توان به «قانون دستیابی به فناوری هسته‌ای صلح‌آمیز»، «قانون اقدام متناسب و متقابل دولت جمهوری اسلامی ایران»، «قانون اقدام راهبردی برای لغو تحریم‌‌ها و صیانت از منافع ایران» و طرح در دست تصویب «توسعه بهره‌برداری صلح‌آمیز از فناوری هسته‌ای» اشاره نمود. در اسناد و قوانین فوق‌الذکر به موارد زیر اشاره گردیده است.
برنامه‌ریزی جهت ایجاد بیست هزار مگاوات ظرفیت برق هسته‌ای برنامه‌ریزی و اقدام جهت ساخت پیشران‌ها، باطری‌های هسته‌ای، تصویربرداری نوترونی و پزشکی هسته‌ای تحقیق و توسعه در زمینه ساخت نسل جدید واکنش‌گاه‌های قدرت، شامل واکنش‌گاه‌های کوچک پیمانه‌ای (راکتورهای کوچک ماژولار) و واکنش‌گاه‌های نوترون سریع.
با توجه به تأکیدات رهبر انقلاب و نیز پشتیبانی اسناد و قوانین بالادستی از توسعه راکتورهای کوچک، روند توسعه این فناوری در کشور سرعت گرفته است. از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به نیروگاه ۳۰۰ مگاواتی کارون اشاره نمود که احداث آن و قراردادهای ساخت داخلی تجهیزات آغاز گردیده است. علاوه بر این پژوهشکده‌ها و شرکت‌های مربوطه ذیل سازمان انرژی اتمی در حال توسعه طرح‌های توسعه راکتورهای کوچک‌مقیاس می‌باشند که این موضوع نشان‌دهنده عزم راسخ جوانان فرهیخته فعال در بخش هسته‌ای برای عینیت‌بخشی به توصیه‌های رهبر فرزانه انقلاب در راستای توسعه این صنعت راهبردی است.
جمع بندی
صنعت هسته‌ای ایران به‌عنوان یکی از راهبردی‌ترین بخشهای فناورانه کشور، نماد خودباوری و صرف فعل توانستن است. رهبر انقلاب می‌فرمایند: «کار انرژی هسته‌ای مستقیماً به منافع ملی ارتباط پیدا میکند(۸)». از آنجایی که طبق شواهد، روند کنونی صنعت در دنیا گرایش به نیروگاه‌های نوین هسته‌ای با راکتورهای کوچک ماژولار (SMR) را نشان می‌دهد، لازم است با به‌کارگیری ظرفیت‌های عظیم انسانی، دانشی و صنعتی موجود در کشور و با سرعت بالا به سمت توسعه این فناوری قدم برداشت. توسعه این فناوری به دلیل پیچیدگی بالای آن، موضوعی است که نیازمند مجموعه‌ای از توانمندی‌های دانشی تخصصی، تعاملی و مدیریتی در کنار زیرساخت‌های فناورانه، نهادی و قانونی می‌باشد و اکتساب آن به‌صورت معمول شدنی نیست؛ لذا بایستی حکمرانی توسعه فناوری راکتورهای کوچک در ایران با تکیه بر اصل بسیج امکانات و مشارکت دهی همه ظرفیت‌های بالقوه کشور چه در بخش دانشگاهی و چه در بخش صنعتی تحقق یابد و در کنار آن تعامل با بخش بازار و تجاری‌سازی فناوری مورد توجه قرار گیرد. امید است که با برنامه‌ریزی صحیح و نهادسازی به‌موقع، بستر فعالیت جوانان نخبه این سرزمین برای دستیابی به این فناوری فراهم آمده و زمینه پیشتازی ایران اسلامی در عرصه راکتورهای کوچک هسته‌ای هموار گردد.
۷.منابع
۱) “Official Web Site of the IAEA,” International Atomic Energy Agency. Accessed: Sep. ۰۸, ۲۰۲۳. [Online]. Available: https://www.iaea.org/, https://www.iaea.org
۲) R. K. Lester, “A Roadmap for US Nuclear Energy Innovation,” Issues Sci. Technol., vol. ۳۲, ۲۰۱۶, Accessed: Sep. ۰۸, ۲۰۲۳. [Online]. Available: https://issues.org/a-roadmap-for-u-s-nuclear-energy-innovation/
۳) I. A. E. Agency, Advances in Small Modular Reactor Technology Developments: A Supplement to the IAEA Advanced Reactors Information System (ARIS). IAEA, ۲۰۱۴.
۴) S. Dale, “Nuclear Small Modular Reactors (SMRs) ۲۰۲۳-۲۰۴۳,” IDTechEx, Cambridge, UK, Forecasting ۹۳۴, ۲۰۲۳. [Online]. Available: https://www.idtechex.com/en/research-report/nuclear-small-modular-reactors-smrs-۲۰۲۳-۲۰۴۳/۹۳۴
۵) N. OECD, “Current Status, Technical Feasibility and Economics of Small Nuclear Reactors,” Nucl. Dev. June ۲۰۱۱, ۲۰۱۱.
۶) B. Mignacca and G. Locatelli, “Economics and finance of Small Modular Reactors: A systematic review and research agenda,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. ۱۱۸, p. ۱۰۹۵۱۹, Feb. ۲۰۲۰, doi: ۱۰.۱۰۱۶/j.rser.۲۰۱۹.۱۰۹۵۱۹.
پی‌نوشت:
۲) R. K. Lester, “A Roadmap for US Nuclear Energy Innovation,” Issues Sci. Technol., vol. ۳۲, ۲۰۱۶, Accessed: Sep. ۰۸, ۲۰۲۳. [Online]. Available: https://issues.org/a-roadmap-for-u-s-nuclear-energy-innovation/
۳) I. A. E. Agency, Advances in Small Modular Reactor Technology Developments: A Supplement to the IAEA Advanced Reactors Information System (ARIS). IAEA, ۲۰۱۴.
۴) S. Dale, “Nuclear Small Modular Reactors (SMRs) ۲۰۲۳-۲۰۴۳,” IDTechEx, Cambridge, UK, Forecasting ۹۳۴, ۲۰۲۳. [Online]. Available: https://www.idtechex.com/en/research-report/nuclear-small-modular-reactors-smrs-۲۰۲۳-۲۰۴۳/۹۳۴
۵) N. OECD, “Current Status, Technical Feasibility and Economics of Small Nuclear Reactors,” Nucl. Dev. June ۲۰۱۱, ۲۰۱۱.
۶) B. Mignacca and G. Locatelli, “Economics and finance of Small Modular Reactors: A systematic review and research agenda,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. ۱۱۸, p. ۱۰۹۵۱۹, Feb. ۲۰۲۰, doi: ۱۰.۱۰۱۶/j.rser.۲۰۱۹.۱۰۹۵۱۹.
پی‌نوشت:
(۱ دیدار با مسئولان سازمان انرژی اتمی در ۲۵ خرداد ۱۳۸۵
۲) Small modular reactors
۳) Learning Factor
۴) Design Factor
۵) Co-siting economies
۶) Modularization Factor
(۷ برای مثال مقایسه هزینه ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای بزرگ و کوچک با یکدیگر نشان می دهد، هزینه سرمایه‌گذاری برای راکتور کوچک کی ال تی – ۴۰ اس با توان الکتریکی ۲۱۰ مگاوات حدود ۴۱۱.۶۶ میلیون دلار خواهد بود؛ درحالیکه این رقم برای راکتور بزرگ وی وی ای آر-۱۲۰۰ رقمی در حدود ۹۰۰۰ میلیون دلار و برای نیروگاه توان هسته‌ای هالونگ وان، حدود ۱۷۷۰۰ میلیون دلار می باشد.
(۸ ۱۳۹۰/۱۲/۰۳