โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
“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 การนำพลังงานนิวเคลียร์มาใช้เพื่อผลิต ไฟฟ้า เป็นความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาประมาณ ๕๐ ปีที่ผ่านมานี้เอง โดยใน พ.ศ. ๒๔๙๔ ได้มีการทดลอง เดินเครื่องปฏิกรณ์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเป็นครั้งแรกของโลกขึ้นที่สถานีทดลองพลังงานไอดาโฮ เพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้แก่ เมืองอาร์โค มลรัฐไอดาโฮ ประเทศสหรัฐอเมริกา การก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์ความดันสูงในเชิงพาณิชย์ขนาด ๗๕ เมกะวัตต์ ได้เริ่มขึ้นที่ชิปปิงพอร์ต มลรัฐเพนซิลเวเนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา ใน พ.ศ. ๒๔๙๗ และได้จ่ายกระแสไฟฟ้าให้แก่เมืองพิตต์สเบิร์ก ใน พ.ศ. ๒๕๐๐ ต่อมาใน พ.ศ. ๒๕๐๒ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เดรสเดน (แบบปฏิกรณ์น้ำเดือด) ได้เดินเครื่องจ่ายกระแสไฟฟ้าให้แก่เมืองมอร์ริส มลรัฐอิลลินอยส์ หลังจากนั้น การก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้ง ๒ แบบได้ขยายตัวขึ้น และแพร่หลายไปยังประเทศอื่นๆ รวมทั้งการพัฒนาเทคโนโลยีโรงไฟฟ้า นิวเคลียร์ให้มีขนาดใหญ่ขึ้นกว่า ๑,๐๐๐ เมกะวัตต์ และมีความปลอดภัยยิ่งขึ้น
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มี่ส่วนประกอบที่สำคัญอะไรบ้าง
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีส่วนประกอบที่สำคัญ คือ
๑) อาคารปฏิกรณ์ ประกอบด้วย เครื่องปฏิกรณ์ เครื่องผลิตไอน้ำ เครื่องควบคุมความดัน ปั๊มน้ำระบายความร้อน อุปกรณ์อื่นๆ เช่น วัสดุกำบังรังสี ระบบควบคุมการเดินเครื่อง และระบบความปลอดภัยต่างๆ
๒) อาคารเสริมระบบปฏิกรณ์ ประกอบด้วย เครื่องมืออุปกรณ์สำหรับการเดินเครื่องปฏิกรณ์ อุปกรณ์ความปลอดภัย บ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว
๓) อาคารกังหันไอน้ำ ประกอบด้วย ชุดกังหันไอน้ำ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและอุปกรณ์ประกอบ
๔) สถานีไฟฟ้าแรงสูง ประกอบด้วย ระบบสายส่งไฟฟ้าแรงสูงและอุปกรณ์ประกอบ
๕) อาคารฝึกหัดเดินเครื่องโรงไฟฟ้า ประกอบด้วย แบบจำลองสำหรับฝึกหัดเดินเครื่องโรงไฟฟ้า ทั้งสภาวะปกติและฉุกเฉิน
๖) อาคารระบบคอมพิวเตอร์ ประกอบด้วย ระบบอุปกรณ์/ข้อมูลสำหรับ การเดินเครื่องโรงไฟฟ้า
๗) หม้อแปลงไฟฟ้า ประกอบด้วย หม้อแปลงไฟฟ้าหลัก และหม้อแปลงไฟฟ้าสำรองสำหรับการเดินเครื่อง
๘) อาคารอำนวยการ ประกอบด้วย สำนักงาน ห้องทำงานต่างๆ ห้องประชุม
๙) อาคารสำนักงานและฝึกอบรม ประกอบด้วย ห้องทำงาน ห้องฝึกอบรม ห้องประชุม ห้องปฏิบัติการทางเคมี ห้องอาหาร
๑๐) อาคารรักษาความปลอดภัย เป็นอาคารทางเข้าบริเวณโรงไฟฟ้า ประกอบด้วย เจ้าหน้าที่และอุปกรณ์เครื่องมือของระบบรักษาความปลอดภัยต่างๆ
๑๑) อาคารโรงสูบน้ำ เป็นอาคารที่สูบน้ำจากแหล่งน้ำธรรมชาติภายนอก เพื่อนำมาควบแน่นไอน้ำในระบบผลิตไอน้ำ ประกอบด้วย ชุดปั๊มน้ำ และอุปกรณ์ประกอบต่างๆ
๑๒) ส่วนประกอบอื่นๆ ได้แก่ ระบบสายส่งไฟฟ้าแรงสูง และหอระบายความร้อน (ถ้าไม่มีแหล่งน้ำธรรมชาติขนาดใหญ่)
๒) ส่วนผลิตกระแสไฟฟ้า ประกอบด้วย กังหันไอน้ำ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยส่วนผลิตความร้อนจะส่งผ่านความร้อนให้กระบวนการผลิตไอน้ำ เพื่อนำไปใช้ผลิต ไฟฟ้าต่อไป
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) เป็นสาร ระบายความร้อนและสารหน่วงนิวตรอน
ข้อแตกต่างระหว่างเชื้อเพลิงนิวเคลียร์กับเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์
๑. ใช้หลักปฏิกิริยาแตกตัวทางนิวเคลียร์ในการผลิตความร้อน ไม่มีเขม่าควัน หรือก๊าซจากการแตกตัวออกสู่บรรยากาศ
๒. โรงไฟฟ้าขนาด ๑,๐๐๐ เมกะวัตต์ ใช้ปริมาณเชื้อเพลิงประมาณ ๓๐ ตัน/ปี
๓. ราคาเชื้อเพลิงไม่ผันผวน เพราะใน ๑ รอบการเดินเครื่อง (cycle) จะใช้เชื้อเพลิงประมาณ ๑ ใน ๓ ของทั้งหมดที่อยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ เมื่อรวมกับเชื้อเพลิงสำรอง อีกประมาณ ๑.๕ เท่า จะทำให้สามารถเดินเครื่องได้ไม่ต่ำกว่า ๔ รอบ โดยต้นทุน เชื้อเพลิงไม่เปลี่ยนแปลงเลย (๑ รอบการเดินเครื่อง = ๑๘ เดือน)
๔. ต้องใช้เทคโนโลยีเฉพาะด้านในการผลิตเชื้อเพลิง
๕. กากเชื้อเพลิงที่เกิดขึ้นถูกกักอยู่ในแท่งเชื้อเพลิง เมื่อเลิกใช้งานแล้ว เชื้อเพลิง ยังคงสภาพทางกายภาพในลักษณะเดิม
๖. เชื้อเพลิงกลายเป็นกากกัมมันตรังสีสูง ที่ต้องใช้เทคโนโลยีเฉพาะด้านในการจัดการ แต่ใช้พื้นที่ไม่มาก
๗. ปริมาณสำรองเชื้อเพลิง (ธาตุยูเรเนียม/ทอเรียม) ในโลกเท่าที่สำรวจพบ มีอยู่ประมาณ ๖๐๐ Q ในกว่า ๒๐ ประเทศ (๑ Q ป ๑๐๒๑ จูล)
เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์
๑. ใช้หลักการเผาไหม้ในการผลิตความร้อน ทำให้เกิดเขม่าควัน ก๊าซเรือนกระจก จากการเผาไหม้ของสารไฮโดรคาร์บอน
๒. ใช้ปริมาณถ่านหิน ๒.๖ ล้านตัน หรือน้ำมัน ๒ ล้านตัน/ปี สำหรับโรงไฟฟ้าขนาดเดียวกัน
๓. หากเป็นการนำเข้าจากต่างประเทศ ราคาถ่านหินอาจมีการเปลี่ยนแปลงได้ เมื่อเทียบ กับรอบการเดินเครื่องที่เท่ากัน
๔. ใช้เทคโนโลยีทั่วไปในการผลิตเชื้อเพลิง
๕. เปลี่ยนรูปเป็นเถ้าปริมาณมากในกรณีของถ่านหิน
๖. ไม่ต้องใช้เทคโนโลยีขั้นสูงในการจัดการกากเถ้าของถ่านหิน แต่ต้องใช้พื้นที่มาก
๗. ปริมาณสำรองเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ทั่วโลกมีอยู่ประมาณ ๑๓๘ Q (ถ่านหิน ๑๓๒ Q น้ำมันและก๊าซ ๖ Q)
แหล่งอ้างอิง
โรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์.[ออนไลน์].เข้าถึงได้จาก:
เลนส์นูนแบบต่างๆ
อธิบาย 
