02-904-93
دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر
دانشکده علوم دريايي و اقيانوسي
گروه فیزیکدریا
پاياننامهی کارشناسیارشد رشتهی فیزیکدریا
اثر حرارتی آب خروجی نیروگاه اتمی بوشهر بر دما و شوری آب
اساتید راهنما:
دکتر مسعود صدرینسب
دکتر امیر اشتری لرکی
استاد مشاور:
دکتر خسرو آیینجمشید
پژوهشگر:
مرتضی آیینجمشید
شهریور ماه 1393
کليه حقوق مادي و معنوي مترتب بر نتايج
مطالعات، ابتکارات و نوآوري هاي برآمده از
اين پايان نامه متعلق به دانشگاه علوم و فنون
دريايي خرمشهر مي‌باشد.
تعهدنامه اصالت اثر
اینجانب مرتضی آیینجمشید دانشجوی کارشناسیارشد رشته فیزیکدریا دانشگاه علوم و فنون دريايي خرمشهر، دانشکده علوم دریایی و اقیانوسی گروه فیزیک دریا تعهد می‌نمایم که محتواي اين پايان نامه نتيجه تلاش و تحقيقات خود بوده و از جايي كپي برداري نشده و به پایان رسانیدن آن نتیجه تلاش و مطالعات اینجانب بوده است.
با تقدیم احترام
مرتضی آیینجمشید
با تشکر از اساتید گرامی
«دکتر مسعود صدرینسب» ؛ «دکتر امیر اشتریلرکی» و «دکتر خسرو آیین جمشید» و همچنین مسئولین محترم نیروگاه اتمی بوشهر و پژوهشگاه ملّی اقیانوسشناسی و علوم جوّی (مرکز بوشهر)
و فرزندم کاووس
نام: مرتضی نام خانوادگی: آیین جمشید
مقطع تحصیلی: کارشناسی ارشد رشته و گرایش: فیزیک دریا
اساتید راهنما: دکتر مسعود صدری نسب – دکتر امیر اشتری لرکی تاریخ دفاع: 29/6/1393
استاد مشاور : دکتر خسرو آیین جمشید
کلید واژه ها: دما، شوری، چگالی، خلیج فارس، نیروگاه اتمی
اثر حرارتی آب خروجی نیروگاه اتمی بوشهر بر دما و شوری آب
چکیده
دمای آب یک کمیت فیزیکی بسیار مهم است که تأثیر زیادی بر روی شوری و چگالی آن دارد و میتواند حیات آبزیان را تحت تأثیر قرار دهد. کاربرد آب به‌عنوان خنک‌کننده نیروگاه اتمی بوشهر باعث افزایش دمای آب خلیج فارس در محل تخلیه آب نیروگاه میشود.
در پژوهش انجام‌شده به‌صورت میدانی تغییرات دما، شوری و چگالی در محل تخلیه پساب گرم نیروگاه اتمی بوشهر (در چهار ایستگاه) اندازه‌گیری شده و در یک دوره جزر و مدی نشان داده‌شده است. همچنین با اندازه‌گیری دما و شوری در نقاط مختلف در اطراف محل تخلیه پساب نحوه توزیع دما در اطراف محل تخلیه پساب نشان داده‌شده است.
نتایج اندازه‌گیری نشان می‌دهد توزیع دما در منطقه به شدت تحت تأثیر جریانات جزر و مدی است و طی یک چرخه جزر و مدی به سمت راست و چپ جریان خروجی اولیه پساب، متغیر است. این تغییر جهت دادن در ایام مهکشند1 شدیدتر از ایام کهکشند2 است.
همچنین در ایستگاه‌هایی که در مسیر جریان خروجی قرار دارند تغییر دمای آب از مقدار استاندارد بیشتر بود (فاصله هر ایستگاه از نقطه تخلیه پساب 200 متر بود).
تغییرات شوری و چگالی آب درنتیجه ورود پساب گرم در ایستگاه‌ها ناچیز بود.
فهرست مطالب
عنوانصفحهفصل اول : کلیات 1-1- مقدمه2 انرژی هسته ای2

شکافت هسته ای 2 همجوشی یا گداخت هسته ای 2 نیروگاه اتمی3 راکتور3 تاریخچه نیروگاه های اتمی5 نیروگاه اتمی بوشهر6 خنک کننده نیروگاه اتمی بوشهر8 مدار اول8 مدار دوم8 مدار سوم (مدار خنک کننده )9 نیروگاه اتمی بوشهر و محیط زیست9 آلودگی حرارتی10 تاثیرات آلودگی حرارتی12 منابع تولید آلودگی حرارتی13 آلودگي آب و خاک در نيروگاهها 13 اثر دما و شوری بر اکسیژن محلول در آب14 جزر و مد16 منطقه مورد مطالعه18 خلیج فارس19 تاریخچه پیدایش خلیج فارس19 ویژگی‌های جغرافیایی خلیج فارس19 موقعیت جغرافیایی خلیج فارس در خاورمیانه19 زمین شناسی منطقه20 اقلیم شناسی20 اهمیت خلیج فارس21 افق خلیج فارس در منطقه پارس جنوبی21 استان بوشهر22 1-15-1- مختصات جغرافيائي استان23 1-15-2- جریانات جوی زمستانه در استان بوشهر 23 1-15-3- جریانات جوی تابستانه در استان بوشهر24فصل دوم : پیشینه تحقیق2-1- مقدمه262-2- پیشینه تحقیق26فصل سوم : مواد و روش ها3-1- مقدمه313-2- روشهای بررسی یک پدیده اقیانوسی31 3-2-1- روش دادههای تاریخی31 3-2-2- روش تئوری31 3-2-2-1- روش تحیلی31 3-2-2-2- روش مدل سازی عددی32 3-2-3- روش تجربی323-3- روش تحقیق323-4- وسایل و ابزار مورد استفاده35 3-4-1- GPS35 3-4-2- دستگاه CTD (316 OCEAN SEVEN ) 36 3-4-3- نرم افزار اکسل37 3-4-4- نرم افزار متلب 37فصل چهارم : نتایج اندازهگیری 4-1- مقدمه394-2- دمای آب ورودی و خروجی نیروگاه404-3- نوسانات سطح آب414-4- اندازه گیری ها42 4-4-1- اندازه گیری در حالت مهکشند42 4-4-2- اندازه گیری در حالت کهکشند61 4-4-3- منحنیهای همارز دما و شوری در حالت مد کامل و جزر80 4-4-4- منحنی همارز دما در حالت مد86فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات 5-1- بررسی اثرات پسآب گرم بر دمای آب895-2- بررسی اثرات پسآب گرم بر شوری آب915-3- بررسی اثرات پسآب گرم بر چگالی آب914-4- بحث و نتیجه گیری92پیشنهادات 96پیوست97منابع103
فهرست جداولصفحه
جدول 4-1- دمای آب ورودی و خروجی اندازه گیری شده40جدول 4-2- شوری آب ورودی و خروجی اندازه گیری شده40جدول 4-3- دما در ایستگاه های 23 گانه در حالت مد کامل81جدول 4-4- شوری در ایستگاه های 23 گانه در حالت مد کامل83جدول 4-5- دما در ایستگاه های 23 گانه در حالت شدت جریانات جزری85جدول 4-6- دما در ایستگاه های 23 گانه در حالت شدت جریانات مدی87
فهرست شکل هاعنوانصفحه شکل 1-1- اجزای راکتور اتمی4شکل 1-2- توزیع نیروگاه های اتمی تولید برق در جهان 5شکل 1-3- نیروگاه اتمی بوشهر6شکل 1-4- طرح نیروگاه اتمی بوشهر7شکل 1-5- کانال روباز و تونل آب خروجی مدار خنک کننده9شکل 1-6- تأثیر درجه حرارت و شوری بر میزان حلالیت اکسیژن آب دریا15شکل 1-7- نیروهای جذر و مد16شکل 1-8- مهکشند و کهکشند17شکل 1-9- منطقه مورد مطالعه18شکل 1-10- نقشه استان بوشهر22شکل 3-1- ایستگاه‌های ثابت مورد مطالعه در حالت مهکشند و کهکشند33شکل 3-2- موقعیت ایستگاه‌های شعاعی در حالت مد کامل و جزر34شکل 3-3- موقعیت ایستگاه‌های شعاعی در حالت مد34شکل 3-4- دستگاه GPS35شکل 3-5- دستگاه CTD36شکل 4-1- حوضچه ورودی39شکل 4-2- کانال آب خروجی41شکل 4-3- نوسانات سطح آب در تاریخ 15/9/139241شکل 4-4- نوسانات سطح آب در تاریخ 5/10/1392 42شکل 4-5- نمودار دمای آب در حالت مهکشند ایستگاه A در لایه سطح43شکل 4-6- نمودار دمای آب در حالت مهکشند ایستگاه B در لایه سطح43شکل 4-7- نمودار دمای آب در حالت مهکشند ایستگاه C در لایه سطح43شکل 4-8- نمودار دمای آب در حالت مهکشند ایستگاه D در لایه سطح43شکل 4-9- نمودار جامع دمای آب در حالت مهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه سطح در یک چرخه جزر و مد 44شکل 4-10- نمودار دمای آب در حالت مهکشند ایستگاه A در لایه میانی45شکل 4-11- نمودار دمای آب در حالت مهکشند ایستگاه B در لایه میانی45شکل 4-12- نمودار دمای آب در حالت مهکشند ایستگاه C در لایه میانی45شکل 4-13- نمودار دمای آب در حالت مهکشند ایستگاه D در لایه میانی45شکل 4-14- نمودار جامع دمای آب در حالت مهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه میانی در یک چرخه جزر و مد46شکل 4-15- نمودار دمای آب در حالت مهکشند ایستگاه A در لایه زیرین47شکل 4-16- نمودار دمای آب در حالت مهکشند ایستگاه B در لایه زیرین47شکل 4-17- نمودار دمای آب در حالت مهکشند ایستگاه C در لایه زیرین47شکل 4-18- نمودار دمای آب در حالت مهکشند ایستگاه D در لایه زیرین47شکل 4-19- نمودار جامع دمای آب در حالت مهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه زیرین در یک چرخه جزر و مد48شکل 4-20- نمودار شوری آب در حالت مهکشند ایستگاه A در لایه سطح49شکل 4-21- نمودار شوری آب در حالت مهکشند ایستگاه B در لایه سطح49شکل 4-22- نمودار شوری آب در حالت مهکشند ایستگاه C در لایه سطح49شکل 4-23- نمودار شوری آب در حالت مهکشند ایستگاه D در لایه سطح49شکل 4-24- نمودار جامع شوری آب در حالت مهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه سطح در یک چرخه جزر و مد50شکل 4-25- نمودار شوری آب در حالت مهکشند ایستگاه A در لایه میانی51شکل 4-26- نمودار شوری آب در حالت مهکشند ایستگاه B در لایه میانی51شکل 4-27- نمودار شوری آب در حالت مهکشند ایستگاه C در لایه میانی51شکل 4-28- نمودار شوری آب در حالت مهکشند ایستگاه D در لایه میانی51شکل 4-29- نمودار جامع شوری آب در حالت مهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه میانی در یک چرخه جزر و مد52شکل 4-30- نمودار شوری آب در حالت مهکشند ایستگاه A در لایه زیرین53شکل 4-31- نمودار شوری آب در حالت مهکشند ایستگاه B در لایه زیرین53شکل 4-32- نمودار شوری آب در حالت مهکشند ایستگاه C در لایه زیرین53شکل 4-33- نمودار شوری آب در حالت مهکشند ایستگاه D در لایه زیرین53شکل 4-34- نمودار جامع شوری آب در حالت مهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه زیرین در یک چرخه جزر و مد54شکل 4-35- نمودار چگالی آب در حالت مهکشند ایستگاه A در لایه سطح55شکل 4-36- نمودار چگالی آب در حالت مهکشند ایستگاه B در لایه سطح55شکل 4-37- نمودار چگالی آب در حالت مهکشند ایستگاه C در لایه سطح55شکل 4-38- نمودار چگالی آب در حالت مهکشند ایستگاه D در لایه سطح55شکل 4-39- نمودار جامع چگالی آب در حالت مهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه سطح در یک چرخه جزر و مد56شکل 4-40- نمودار چگالی آب در حالت مهکشند ایستگاه A در لایه میانی57شکل 4-41- نمودار چگالی آب در حالت مهکشند ایستگاه B در لایه میانی57شکل 4-42- نمودار چگالی آب در حالت مهکشند ایستگاه C در لایه میانی57شکل 4-43- نمودار چگالی آب در حالت مهکشند ایستگاه D در لایه میانی57شکل 4-44- نمودار جامع چگالی آب در حالت مهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه میانی در یک چرخه جزر و مد58شکل 4-45- نمودار چگالی آب در حالت مهکشند ایستگاه A در لایه زیرین59شکل 4-46- نمودار چگالی آب در حالت مهکشند ایستگاه A در لایه زیرین59شکل 4-47- نمودار چگالی آب در حالت مهکشند ایستگاه A در لایه زیرین59شکل 4-48- نمودار چگالی آب در حالت مهکشند ایستگاه A در لایه زیرین59شکل 4-49- نمودار جامع چگالی آب در حالت مهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه زیرین در یک چرخه جزر و مد60شکل 4-50- نمودار دمای آب در حالت کهکشند ایستگاه A در لایه سطح62شکل 4-51- نمودار دمای آب در حالت کهکشند ایستگاه B در لایه سطح62شکل 4-52- نمودار دمای آب در حالت کهکشند ایستگاه C در لایه سطح62شکل 4-53- نمودار دمای آب در حالت کهکشند ایستگاه D در لایه سطح62شکل 4-54- نمودار جامع دمای آب در حالت کهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه سطح در یک چرخه جزر و مد63شکل 4-55- نمودار دمای آب در حالت کهکشند ایستگاه A در لایه میانی64شکل 4-56- نمودار دمای آب در حالت کهکشند ایستگاه B در لایه میانی64شکل 4-57- نمودار دمای آب در حالت کهکشند ایستگاه C در لایه میانی64شکل 4-58- نمودار دمای آب در حالت کهکشند ایستگاه D در لایه میانی64شکل 4-59- نمودار جامع دمای آب در حالت کهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه میانی در یک چرخه جزر و مد65شکل 4-60- نمودار دمای آب در حالت کهکشند ایستگاه A در لایه زیرین66شکل 4-61- نمودار دمای آب در حالت کهکشند ایستگاه B در لایه زیرین66شکل 4-62- نمودار دمای آب در حالت کهکشند ایستگاه C در لایه زیرین66شکل 4-63- نمودار دمای آب در حالت کهکشند ایستگاه D در لایه زیرین66شکل 4-64- نمودار جامع دمای آب در حالت کهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه زیرین در یک چرخه جزر و مد67شکل 4-65- نمودار شوری آب در حالت کهکشند ایستگاه A در لایه سطح68شکل 4-66- نمودار شوری آب در حالت کهکشند ایستگاه B در لایه سطح68شکل 4-67- نمودار شوری آب در حالت کهکشند ایستگاه C در لایه سطح68شکل 4-68- نمودار شوری آب در حالت کهکشند ایستگاه D در لایه سطح68شکل 4-69- نمودار جامع شوری آب در حالت کهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه سطح در یک چرخه جزر و مد69شکل 4-70- نمودار شوری آب در حالت کهکشند ایستگاه A در لایه میانی70شکل 4-71- نمودار شوری آب در حالت کهکشند ایستگاه B در لایه میانی70شکل 4-72- نمودار شوری آب در حالت کهکشند ایستگاه C در لایه میانی70شکل 4-73- نمودار شوری آب در حالت کهکشند ایستگاه D در لایه میانی70شکل 4-74- نمودار جامع شوری آب در حالت کهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه میانی در یک چرخه جزر و مد71شکل 4-75- نمودار شوری آب در حالت کهکشند ایستگاه A در لایه زیرین72شکل 4-76- نمودار شوری آب در حالت کهکشند ایستگاه B در لایه زیرین72شکل 4-77- نمودار شوری آب در حالت کهکشند ایستگاه C در لایه زیرین72شکل 4-78- نمودار شوری آب در حالت کهکشند ایستگاه D در لایه زیرین72شکل 4-79- نمودار جامع شوری آب در حالت کهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه زیرین در یک چرخه جزر و مد73شکل 4-80- نمودار چگالی آب در حالت کهکشند ایستگاه A در لایه سطح74شکل 4-81- نمودار چگالی آب در حالت کهکشند ایستگاه B در لایه سطح74شکل 4-82- نمودار چگالی آب در حالت کهکشند ایستگاه C در لایه سطح74شکل 4-83- نمودار چگالی آب در حالت کهکشند ایستگاه D در لایه سطح74شکل 4-84- نمودار جامع چگالی آب در حالت کهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه سطح در یک چرخه جزر و مد75شکل 4-85- نمودار چگالی آب در حالت کهکشند ایستگاه A در لایه میانی76شکل 4-86- نمودار چگالی آب در حالت کهکشند ایستگاه B در لایه میانی76شکل 4-87- نمودار چگالی آب در حالت کهکشند ایستگاه C در لایه میانی76شکل 4-88- نمودار چگالی آب در حالت کهکشند ایستگاه D در لایه میانی76شکل 4-89- نمودار جامع چگالی آب در حالت کهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه میانی در یک چرخه جزر و مد77شکل 4-90- نمودار چگالی آب در حالت کهکشند ایستگاه A در لایه زیرین78شکل 4-91- نمودار چگالی آب در حالت کهکشند ایستگاه B در لایه زیرین78شکل 4-92- نمودار چگالی آب در حالت کهکشند ایستگاه C در لایه زیرین78شکل 4-93- نمودار چگالی آب در حالت کهکشند ایستگاه D در لایه زیرین78شکل 4-94- نمودار جامع چگالی آب در حالت کهکشند ایستگاه‌های (A,B,C,D) در لایه زیرین در یک چرخه جزر و مد79شکل 4-95- منحنی هم ارز دما در حالت مد کامل80شکل 4-96- منحنی هم ارز شوری در حالت مد کامل82شکل 4-97- کانتور دما در حالت شدت جریانات جزری84شکل 4-98- منحنی هم ارز دما در حالت شدت جریانات مدی86شکل 5-1- جهت جریانات جزر و مدی در منطقه اندازه گیری مطابق داده های هواشناسی بوشهر89شکل 5-2- جهت چرخش پسآب وقتی جریانات مدی وجود دارد92شکل 5-3- جهت انتشار پسآب در حالت مد و جزر کامل93شکل 5-4- جهت چرخش پسآب وقتی جریانات جزری وجود دارد93
فصل اول
مقدمه و کلیات
1-1- مقدمه
دما و شوری دو کمیت بنیادی در اقیانوس‌شناسی فیزیکی و اساس کار اقیانوس شناسان در مطالعه و شناخت فرآیندها در اقیانوس‌ها و حوزه‌های آبی میباشند، که میتوانند در اثر ورود یک پساب گرم تغییر کرده و باعث آلودگی حرارتی شوند.
ورود پساب گرم نیروگاه اتمی بوشهر میتواند سبب تغییر دما و شوری آب در مناطق ساحلی بوشهر شود که خود دارای اثرات زیست‌محیطی بوده و میتواند بر کارایی نیروگاه مؤثر باشد.
اندازه‌گیری میدانی دما و شوری در محدوده ورود پساب نیروگاه بوشهر به خلیج‌فارس راهکاری مناسب برای بررسی اثرات تغییرات این دو کمیت در منطقه است.
1-2- انرژی هسته‌ای
انرژی به‌دست‌آمده از فعل‌وانفعالات هستهای را انرژی هستهای می‌گویند. این انرژی از دو منشأ میتواند سرچشمه بگیرد. یکی شکافت هسته‌ی اتم‌های سنگین و دیگری همجوشی یا گداخت هستهی اتمهای سبک، به‌اختصار این دو فعل‌وانفعال هستهای که به تولید انرژی هستهای منجر می‌شوند به‌صورت زیر می‌باشند.
1-2-1- شکافت هسته‌ای
شکافت هسته‌های سنگین به دو هسته سبک‌تر همراه با آزاد شدن مقدار زیادی انرژی است که این فرآیند تنها در هسته‌های سنگینی چون اورانیوم و پلوتونیوم اتفاق می‌افتد. برای ایجاد شکافت مناسب باید واکنش هسته‌ای به‌صورت زنجیره وار و پیوسته انجام گردد.
واکنش شکافت اورانیوم 235 به‌صورت زیر است :
(1-1) (_92^235)U+1n→Kr+Ba+3n+200Mev
1-2-2- همجوشی یا گداخت هسته‌ای
همجوشی یا گداخت هستهای را می‌توان به‌عنوان فرآیند عکس شکافت هستهای قلمداد کرد یعنی فرآیندی که در آن دست‌کم یکی از محصولات واکنش هسته‌ای از هر یک از مواد واکنش زای اولیه پرجرم تر باشد. گداخت هسته‌ای در مواردی که جرم کل هسته‌های محصول از جرم کل مواد واکنش زا کمتر باشد منجر به رهایی انرژی خواهد شد. ازآنجاکه راکتورهای گداخت دارای درجهی بالای ایمنی هستند و پسماندهای رادیواکتیو نیز ندارند سرچشمه انرژی فردای بشر خواهند بود.
1-3- نیروگاه اتمی
استفاده صلح‌آمیز از انرژی اتمی، ساخت راکتورهای هسته‌ای جهت تولید برق است. امروزه نیروگاه‌های اتمی زیادی برای تولید برق ساخته‌شده‌اند. همانند نیروگاه‌های بخاری، در نیروگاه اتمی نیز بخار برای راه‌اندازی توربین مصرف می‌شود و انرژی چرخشی آن در یک ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل می‌گردد. در یک نیروگاه اتمی که برای تولید برق بکار میرود از انرژی هستهای برای تولید حرارت و نهایتاً برای تولید بخار استفاده می‌شود، درصورتی‌که در نیروگاه‌های بخاری، سوختن موادی مانند زغال‌سنگ، نفت و یا گاز عامل ایجاد حرارت است. در نیروگاه‌های اتمی که برای تولید برق بکار می‌روند ماده خنک‌کننده آب است. بنابراین اختلاف نیروگاه اتمی با نیروگاه‌های حرارتی عادی در روش تولید انرژی حرارتی است که در نیروگاه‌های حرارتی معمولاً سوخت‌های فسیلی منشأ تولید انرژی هستند ولی در نیروگاه اتمی انرژی گرمایی به‌وسیله واکنش‌های زنجیره‌ای کنترل‌شده ایجاد می‌گردد.
1-3-1- راکتور
راکتور یک ساختار فلزی است که در آن سوخت هستهای، مادهی کند کننده نوترون و مادهی خنک‌کننده در کنار یکدیگر قرارگرفته‌اند. محدوده‌ی سوخت هسته‌ای یک راکتور که در آنجا واکنش هستهای رخ میدهد و انرژی گرمایی تولید می‌شود، قلب راکتور نام دارد. انرژی گرمایی تولیدشده در راکتور توسط ماده خنک‌کننده به یک مبدل گرمایی منتقل و در آنجا توسط بخارآب به توربین منتقل میشود. بخارآب بخشی از انرژی گرمایی خود را به پره‌های توربین منتقل کرده و محور توربین را به گردش درمی‌آورد. در شکل (1-1) اجزای یک راکتور (مشابه راکتور اتمی بوشهر) نشان داده شده است (www.articles.ir).
شکل 1-1- اجزای راکتور اتمی
راکتور هسته‌ای را یک ساختار بتنی به نام پوشش ایمنی احاطه کرده است تا در صورت بروز حادثه، از پخش مواد رادیواکتیو به محیط اطراف جلوگیری شود. در راکتورهای هستهای فرآیند شکافت هستهای به‌صورت کنترل‌شده انجام میگردد، به‌نحوی‌که مثلاً در اثر شکافت نیم کیلوگرم اورانیوم انرژی‌ای معادل 1500 تن زغال‌سنگ به دست میآید. در جهان راکتورهای مختلفی وجود دارند که بسیاری از آن‌ها برای تولید برق، برخی برای تولید رادیو ایزوتوپ‌ها و تحقیقات علمی و برخی آموزشی و تعدادی برای راندن کشتی‌ها و زیردریایی‌ها ساخته ‌شده است. ( کجوئیان جعفری، 1379 )

1-4- تاریخچه نیروگاه‌های اتمی
اولین راکتور اتمی در آمریکا به‌وسیله شرکت « وستینگهاوس » و به‌منظور استفاده در زیردریایی‌ها ساخته شد. این راکتور پایه اصلی و استخوان‌بندی فنّاوری فعلی نیروگاه‌های اتمی PWR 3 را تشکیل داد. سپس شرکت جنرال الکتریک موفق به ساخت راکتورهایی از نوع BWR 4 گردید. اما اولین راکتوری که اختصاصاً جهت تولید برق طراحی شد در ژوئن 1954 شهر “آبنينسک” در نزديکي مسکو در کشور شوروي سابق احداث گرديد که بيشتر جنبه نمايشي داشت. توليد الکتريسيته از راکتورهاي اتمي در مقياس صنعتي در سال 1956 در انگلستان آغاز گرديد. تا سال 1965 روند ساخت نیروگاه‌های اتمي از رشد محدودي برخوردار بود اما طي دو دهه 1966 تا 1985 جهش زيادي در ساخت نیروگاه‌های اتمي به وجود آمده است. اين جهش طي سال‌های 1972 تا 1976 که به‌طور متوسط هرسال 30 نيروگاه ساخته شد، بسيار زياد و قابل‌توجه است ( Henderson, 2000 ). شکل (1-2) توزیع نیروگاه های اتمی تولید برق را در سطح جهان نشان میدهد. ( www.wikipower.ir )
شکل 1-2- توزیع نیروگاه‌های اتمی تولید برق در جهان
نیروگاه اتمی بوشهر
در تاريخ آذر 1353 قرارداد اوليه طراحي و ساخت دو واحد نيروگاه بين سازمان انرژي اتمي ايران و شرکت کرافت ورک اونيون5 آلمان منعقد گرديد، محل ساخت آن در تاريخ ارديبهشت 1354 در 18 کيلومتري جنوب بندر بوشهر بين دو روستاي هليله و بندرگاه انتخاب گرديد، در تاريخ تير 1355 کار ساختماني آن آغاز شد و در تاريخ 14 تير 1355 قرارداد به امضاي نهايي رسيد.
با پيروزي انقلاب اسلامي عمليات ساخت اين نيروگاه متوقف و در طول جنگ تحميلي تأسیسات موجود چندين بار موردحمله هوايي واقع گرديد. در مرداد 1377 بار ديگر اين قرارداد مورد بازبيني کلي قرار گرفت و ساخت نيروگاه به شرکت اتم استروي اکسپورت روسي محول گرديد.
راکتور اين نيروگاه از نوع آب سبک تحت‌فشار با قدرت توليد انرژي الکتريکي 1000 مگاوات است. براي سوخت اين راکتور از اورانيوم 235 (به‌صورت اکسيد اورانيوم) استفاده ميشود که تا حدود 3 درصد غنی‌شده است. برق تولیدشده در اين نيروگاه به‌وسیله خطوط انتقال 400 کيلوولتي به شبکه سراسري منتقل میشود. کليه ساختمان‌ها و تجهيزات نيروگاه در زميني به مساحت تقريبي 200 هکتار قرارگرفته است.
شکل 1-3- نیروگاه اتمی بوشهر
راکتور نیروگاه هسته‌ای بوشهر توان تولید Mw3000 انرژی گرمایی را داشته و متشکل از یک پوسته از جنس فولاد کربنی است که با فولاد ضدزنگ پوشش داده‌شده است و درون آن قلب راکتور6، سپر حرارتی و نوترونی7، نگه‌دارنده قلب8، محافظ کانال‌های هادی9 قرارگرفته و توسط درپوش راکتور10 بسته می‌شود. آب که به‌عنوان کند کننده نوترون و خنک‌کننده استفاده می‌شود، توسط پمپ‌های مدار اول با فشار bar157 و حرارت C˚291 از طریق 4 نازل خط سرد11 وارد راکتور می‌شود و پس از برداشت حرارت از قلب راکتور با حرارت C˚321 از طریق 4 نازل خط گرم12 به سمت مولدهای بخار هدایت‌شده، و در آنجا با تبادل حرارت با آب مدار دوم بخار تولید می‌شود.
منبع تولید گرما، سوخت هستهای از نوع دی‌اکسید اورانیوم غنی‌شده با غنای % 02/4، % 62/3، % 4/2، % 6/1 می‌باشد. سوخت هسته‌ای به‌صورت قرص‌های استوانه‌ای به قطر 57/7 و ارتفاع 12 میلی‌متر ساخته‌شده که درون میله‌های سوخت قرار دارد. ( حسینی، 1386 )
1. قلب راکتور هسته‌ای
2. میله‌های کنترل سرعت سوخت
3. دیگ بخار
4. توربین بخار
5. موتوربرق
6. لوله‌های انتقال و پمپ آب برای رادیاتور داخلی
7. پمپ و مسیر انتقال آب برای تولید بخار
8. سیستم خنک‌کننده نهایی شکل 1-4- طرح نیروگاه اتمی بوشهر (www.articles.ir)
9. آب‌های آزاد
تعداد 311 میله سوخت با آرایش شش‌ضلعی، یک مجتمع سوخت را می‌سازند و تعداد 163 مجتمع سوخت در کنار هم قلب راکتور را تشکیل می‌دهند. مکانیزم تولید گرما، واکنش هسته‌ای شکافت اورانیوم و تبدیل آن به پاره‌های شکافت سبک‌تر است که همراه با آزاد شدن انرژی و تولید نوترون برای ادامه این زنجیره است. کنترل واکنش هسته‌ای و درنتیجه کنترل راکتور به کمک اسیدبوریک محلول در آب، به همراه میله‌های کنترل که به محرک‌های سیستم کنترل و حفاظت متصل است، انجام می‌شود. ( حسینی، 1386 )
خنک‌کننده نیروگاه اتمی بوشهر
علیرغم پیچیدگی فناوری یک نیروگاه هسته‌ای از نوع نیروگاه بوشهر، فرآیند تولید انرژی الکتریکی در نیروگاه هسته‌ای را می‌توان به‌طور ساده به سه مرحله کاملاً مجزا تقسیم نمود که در سه مدار مستقل شامل مدار اول، مدار دوم و مدار خنک‌کننده انجام می‌پذیرد.
مدار اول
شکافت اورانیوم غنی‌شده در راکتور، منبع تولید انرژی به‌صورت گرمایی است. این انرژی گرمایی توسط آب مدار اول که در یک مسیر بسته (چهار حلقه) جریان دارد به مولدهای بخار منتقل می‌شود. مولد بخار یک مبدل حرارتی است که آب مدار اول درون لوله‌های U شکل فولادی آن جریان دارد و آب مدار دوم در یک چرخه کاملاً مجزا با گردش در اطراف این لوله‌ها، ضمن برداشت حرارت به بخار تبدیل میشود. آب مدار اول پس از خروج از مولد بخار توسط پمپ مدار اول برای برداشت مجدد گرما به راکتور بازگردانده می‌شود.
مدار دوم
در مدار دوم، بخار تولیدشده در مولد بخار به توربین هدایت شده و در آن جا به انرژی مکانیکی تبدیل میشود (چرخش توربین به طور مستقیم ژنراتور نیروگاه را به حرکت درآورده، که منجر به تولید انرژی الکتریکی میشود). سپس بخار خروجی از توربین، به وسیله چگالنده به آب تبدیل شده و مجدداً برای تکمیل و تکرار این چرخه به مولد بخار بازگردانده میشود.

مدار سوم ( مدار خنک کننده )
برای چگالش بخار خروجی از توربین، آب دریا به عنوان خنک کننده، در یک مدار کاملاً مجزا از مدار دوم توسط چهار عدد پمپ به چگالنده هدایت میشود و پس از برداشت گرما، از طریق یک کانال روباز به طول تقریبی 290 متر و به دنبال آن چهار تونل 1200 متری در زیر بستر دریا، در عمق 7 متری به دریا باز میگردد. ( حسینی، 1386 )

شکل 1-5- کانال رو باز و تونل آب خروجی مدار خنک کننده

نیروگاه اتمی بوشهر و محیط زیست
امروزه از انرژی هستهای به‌عنوان یکی از رهیافت‌های زیست‌محیطی برای مقابله با افزایش دمای کره زمین و کاهش آلودگی محیط‌زیست یاد می‌شود. در حال حاضر نیروگاه‌های هستهای جهان با ظرفیت نصب‌شده فعلی توانسته‌اند سالانه از انتشار 8 درصد از گازهای گلخانه‌ای در فضا جلوگیری کنند.
لازم به ذکر است در نیروگاه‌های اتمی تمامی خروجی‌ها (گازها و مایعات) به محیط اطراف ازنقطه‌نظر رادیواکتیو و شیمیایی کنترل می‌شود و ملزم به رعایت نُرم‌ها و استانداردهای لازم می‌باشند، به‌طوری‌که در مسیر خروجی آب و گاز به محیط اطراف فیلترهای مختلفی وجود دارد که در آن‌ها رادیواکتیو به‌صورت خودکار و پیوسته و همچنین به‌صورت دستی و دورهای کنترل می‌شوند و تا رادیواکتیو آن‌ها به حد مجاز قابل‌خروج نرسد، در محیط رهاسازی نمی‌شوند.

آلودگی حرارتی
به‌طورکلی آلودگی آب عبارت است از هر تغییر فیزیکی ، شیمیایی یا بیولوژیکی که به‌طور مضر بر سلامت، بقا یا فعالیت‌های ارگانیسم‌های زنده اثر بگذارد یا این‌که محیط‌زیست را به‌صورت نامطلوب تغییر دهد. بنابراین یکی از عواملی که ممکن است سبب ایجاد آلودگی شود تغییر درجه حرارت است . ظرفیت گرمایی بالای آب، از موجودات زنده در مقابل نوسانات دما حمایت می‌کند و سبب می‌شود در بسیاری از فرایندهای صنعتی از آب به‌عنوان واسطه‌ی انتقال گرما استفاده شود ( چالکش امیری، 1381 ). در محفظه بخار، آب تبدیل به بخار می‌شود یعنی تغییر فاز وجود دارد، اما در بسیاری از موارد برای خنک کردن جریان‌های داغ و یا کاهش دمای قطعات گرم نیز از آب استفاده می‌شود. در چنین کاربردهایی، آب‌ خنک‌کننده ورودی، پس از تبادل حرارت، بدون آن‌که تغییر فاز دهد دمایش افزایش می‌یابد و به‌وسیله‌ی لوله تخلیه به محیط آبی بازگشت داده می‌شود. به‌طوری‌که در طی سال‌های اخیر یکی از عوامل مهم در تغییر و افزایش درجه حرارت آب دریاها بودهاند و توانستهاند تغییرات منطقهای در اکوسیستم‌ها به وجود آورند و منجر به بروز پدیده‌ای به نام آلودگی حرارتی یا آلودگی گرمایی شوند. ( جوکار، 1386 )
محققین مختلف تعاریف گوناگونی از آلودگی حرارتی ارائه نموده‌اند. ( اکبری، 1391 )
آلودگی حرارتی هر نوع انتقال حرارت نامطلوب به محیط‌زیست است که میتواند آلودگی حرارتی آبی ( پساب حاصل از زیرآب محفظه‌های بخار ، پساب خروجی از سیستم‌های خنک‌کننده ) و یا آلودگی حرارتی گازی ( بخار یا هوای داغ خروجی از سیستم‌های خنک‌کننده و گاز خروجی از اگزوزها ) باشد.
آلودگی حرارتی عبارت است از تغییر دما در یک مجموعه‌ی آب که معمولاً به‌وسیله‌ی فعالیت‌های بشر ایجاد می‌شود. منظور از تغییر دما، افزایش یا کاهش دما است . علت عمومی آلودگی حرارتی، کاربرد آب به‌عنوان خنک‌کننده ( بخصوص در نیروگاه‌ها ) است. اما آلودگی حرارتی معمولاً به‌واسطه‌ی رهاسازی آب خیلی سرد از منابع آبی عمیقی که پشت سدهای بزرگ قرار دارد نیز ایجاد می‌شود که می‌تواند اجتماع زیست‌محیطی پایین رود را تغییر دهد.
گسترده‌ترین تعریف آلودگی حرارتی عبارت است از تنزل یا کاهش کیفیت آب به‌واسطه هر فرایندی که دمای آب یک مجموعه را تغییر دهد.
آلودگی حرارتی از دو جنبه حائز اهمیت است. اول به دلیل تغییرات فیزیکی و شیمیایی که در آب ایجاد میکند و دوم به دلیل اثرات آن بر محیط‌زیست و زندگی آبزیان.
بسیاری از فاکتورهای فیزیکی آب تابع دما هستند. با افزایش دما، چگالی و لزجت کاهش مییابد که این خود باعث می‌شود که بر طبق قانون استوکس سرعت ته‌نشین شدن جامدات و رسوب‌گذاری افزایش یابد.
(1-2) v_t=(D^2 g)/18μ (ρ_s-ρ_f )
در فرمول (1-2)، v_t سرعت رسوب‌گذاری، D شعاع ذره، µ لزجت دینامیکی، g شتاب گرانش، ρ_s چگالی ذره جامد و ρ_f چگالی شاره است. (Shaker ,2005 )
همچنین با افزایش دما سرعت تبخیر طبق فرمول زیر افزایش می‌یابد. (Bigg ,2003 )
(1-3) E=c_E ρ_a u(q_s-q_a )
در فرمول (1-3)، E سرعت تبخیر ، c_E عدد بی‌بعد تقریباً برابر با 1.5×〖10〗^(-3) ، ρ_a چگالی هوا، u سرعت باد ، q_a رطوبت ویژه در 10 متری بالای سطح دریا و q_s رطوبت ویژه اشباع در سطح دریا جایی که هوا هم‌دمای سطح دریا است.
وقتی دمای سطح آب افزایش یابد، q_s افزایش‌یافته و درنتیجه E یعنی سرعت تبخیر زیاد میشود که با افزایش سرعت تبخیر، میزان شوری آب نیز افزایش خواهد یافت.
قابلیت انحلال گازها در آب به دمای آب بستگی دارد که این خود نقش اساسی در زندگی جانوران در آب ایفا میکند. بدون اکسیژن محلول کافی، بسیاری از انواع موجودات آبزی نمیتوانند به حیات خود ادامه دهند . اکسیژن محلول در آب در تجزیه مواد آلی موجود در آب نیز مؤثر است. به‌طوری‌که در بسیاری از موارد تلفات ماهی‌ها ناشی از کمبود اکسیژنی است که به دلیل مصرف اکسیژن در تجزیه‌ی بیولوژیکی مواد آلاینده ایجاد گردیده است.
همچنین حلالیت گازها متأثر از دما است و با افزایش دما کاهش مییابد. البته حلالیت اکسیژن در آب به فشار جزئی اکسیژن در اتمسفر و شوری آب نیز بستگی دارد. ( ماناهان، 1379 )
همچنین تغییرات دمای ناگهانی می‌تواند باعث کشته شدن برخی از موجودات آبزی شود. به‌طوری‌که گونه‌هایی که نمیتوانند حرکت کنند مثل گیاهان ریشه‌دار و صدف‌ها از بین خواهند رفت و گونه‌هایی که می‌توانند حرکت کنند مثل ماهی‌ها مهاجرت می‌کنند و ساختار اجتماع آبی دگرگون خواهد شد. برای مثال تنها جمعیت عظیم لاک‌پشت‌های دریایی در کالیفرنیا در قسمت جنوبی خلیج سان دیگو نزدیک محل تخلیه یک نیروگاه برق مشاهده‌شده است. (koh et al.,1974 )
یکی دیگر از آثار آلودگی حرارتی پدیده مرگ یا بی‌رنگ شدن مرجان‌ها است. (Systech Engineering Inc.,1997 )
آلودگی حرارتی سرعت متابولیسم موجودات آبزی را افزایش میدهد که باعث میشود غذای بیشتری مصرف کنند و کمبود منابع غذایی و کاهش سریع جمعیت آبزیان اتفاق بیفتد.
موجودات آبزی خود را با بازهی دمایی خاصی تطبیق داده‌اند که در اثر تغییر سریع دمای آب وقتی یک نیروگاه شروع به کار می‌کند و یا وقتی‌که برای تعمیر تعطیل میشود، دچار شک گرمایی شده و از بین میروند.
علاوه بر مواردی که ذکر شد اثرات آلودگی حرارتی میتواند باعث افزایش نیتروژن آب و تغییر در دوره زندگی حشرات آبزی و افزایش سرعت رشد جلبک‌ها شود.
با توجه به اثری که کمیت دما و شوری در مواردی که ذکر شد دارد، به بررسی تغییرات دما و شوری در محل ورود پساب نیروگاه اتمی بوشهر به آب‌های ساحلی پرداخته خواهد شد.
1-8-1- تأثیرات آلودگی حرارتی
به‌طورکلی تمام موجودات زنده موجود در یک محیط خود را با شرایط موجود در آن محیط (مثل بازة دمایی موردنیازشان) وفق داده‌اند. موجودات آبزی نیز از این قاعده مستثنا نیستند. با افزایش دمای آب یک ناحیه (بیش‌ازحد تحمل جانداران موجود)، آن‌گونه از جانداران که قادر به حرکت نیستند، نظیر : گیاهان دریایی و نرم‌تنان صدف دار، خواهند مرد. ماهی‌ها و دیگر جاندارانی که قادر به تحرک سریع هستند به امید یافتن منطقه‌ای خنک‌تر، آن ناحیه را ترک میکنند.
واضح است که در یک دریاچه بسته این امکان وجود ندارد و این به معنی مرگ آن ماهی‌ها است. درنهایت موجودات دیگری که اغلب برای آن محیط ناخوشایند هستند واردشده و باعث برهم خوردن چرخه حیاتی و اکوسیستم آن ناحیه میشود.
آب‌های سرد به دلیل داشتن اکسیژن محلول در آب بیشتر، محیط‌های مناسب‌تری برای زندگی آبزیان میباشند. مثلاً ماهی قزل‌آلا و ماهی آزاد در آب گرم بیمار میشوند. در ضمن ارگانیزم‌های دیگری در آب گرم شروع به رشد و تکثیر می‌نمایند که متوالیا تأثیرات ناخوشایندی دارند : جلبک‌ها و نظیر آن‌ها در آب‌های گرم به‌سرعت رشد میکنند (که وجود آن‌ها در سطح آب مانع نفوذ اکسیژن و نور خورشید به آب شده و آلودگی آب را در پی دارد ). البته جلبک‌ها در آب گرم زودتر می‌میرند، اما مشکل با مرگ این نوع گیاهان حل نمیشود. باکتری‌هایی که آن‌ها را تجزیه میکنند به مقادیر زیادی اکسیژن نیاز دارند و این باعث میشود که مقادیر باقی‌مانده اکسیژن نیز از بین برود.
مرگ گیاهان آبزی موجود به همراه فرایند تجزیه شدن آن‌ها آن‌قدر در آب آلودگی ایجاد میکنند که ماهی‌هایی که میتوانستند در دمای بالا نیز زنده بمانند از بین میروند. ( شریعت و منوری، 1375 )
1-8-2- منابع تولید آلودگی حرارتی
آلودگی حرارتی اغلب با تخلیه فاضلاب‌های صنعتی همراه است. مهم‌ترین منابع آلاینده حرارتی، نیروگاه‌های برق ( فسیلی و هستهای )، آب‌شیرین‌کن‌ها، صنایع کاغذی و صنایعی هستند که دارای پسماندهای آلی بوده و بهوسیله اکسیداسیون مواد آلی، باعث آزاد شدن مقادیر زیادی حرارت میگردند. (جوکار ، 1386) اما مشکل گرم شدن رودخانه‌ها از مدیریت نامناسب سیلاب‌ها و آب باران در مناطق توسعه‌یافته، تغییر آب‌وهوای زمین ناشی از فعالیت‌های بشر و عدم حفاظت از پوشش گیاهی در مناطق ساحلی نیز ناشی میشود.
1-8-3- آلودگي آب و خاک در نیروگاه‌ها :
در نیروگاه‌ها، آب‌های مورداستفاده در بخش‌های مختلف به روش‌های گوناگون آلوده مي‌شوند. اين آلودگيها مي‌تواند با رها شدن فاضلاب‌ها در آب‌های سطحي و يا نفوذ به آب‌های زیرزمینی موجب آلودگي در آن‌ها گردد. عمده آب استفاده‌شده در نیروگاه‌های حرارتي صرف خنک کردن می‌شود. اين آب پس از جذب مقدار کافي حرارت و افزايش دماي آن به ميزان 4 تا 8 درجه سانتي‏گراد به مبدأ خود بازمی‌گردد. آب‌خنک کننده تقريباً 60 تا 80 درصد انرژي سوخت را در قالب اتلاف حرارتي جذب می‌کند. نیروگاه‌هایی که با سيستم خنک‌کننده مداربسته طراحي نشده‌اند، براي توليد هر مگاوات ساعت الکتریسیته به 160 تا 220 مترمکعب آب نياز دارند. نیروگاه‌ها، جدا از مصرف سیستم‌های آب خنک کننده شان، نياز بسيار کمي به آب براي تغذيه و جبران بخار سيکل دارند. ( ميزان مصرف آب ترميمي در نیروگاه‌ها با برج تر حدود 2/3-7/2 مترمكعب بازاء هر مگاوات ‏ساعت و نیروگاه‌ها با برج خشك 200-170 ليتــر و سيكل‏هـاي تـركيبي معــادل 150-120 ليتـر بـازاء هر مگاوات‏ ساعت توليد مي‏باشد ). ( جوکار، 1386 )
اثر دما و شوری بر اکسیژن محلول در آب
یکی از آلودگی‌های موجود در دریاها، آلودگی حرارتی است. استفاده از آب دریا به‌منظور خنک کردن نیروگاه‌ها موجب افزایش دمای آب میگردد و ازآنجایی‌که در این رابطه هر نیروگاه روزانه مقدار زیادی آب دریا مصرف مینماید، این افزایش دما اثرات سوء و مخربی بر زندگی موجودات دریا میگذارد. آبزیان به‌شدت نسبت به تغییرات درجه حرارت آب دریا حساس هستند. زیرا که درجه حرارت بالا منجر به تخم‌ریزی و تولیدمثل زودرس، مهاجرت ماهی‌ها، کاهش مقدار اکسیژن محلول در آب و درنهایت مرگ برخی از جانداران آبزی میگردد.
برخی از اثرات مخرب آلودگی حرارتی در آب دریا به شرح زیر میباشد :
همان‌گونه که اشاره گردید هر چه حرارت آب افزایش یابد به همان نسبت از



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه

دیدگاهتان را بنویسید