الصين تحقق تقدماً في تكنولوجيا المفاعلات الدقيقة من خلال اختبار توربين هيليوم بقدرة ميغاوات

في إنجاز فارق لبحوث الطاقة النووية المتقدمة، نجحت شركة الهندسة الصينية CNNC Huaxing في توليد الكهرباء باستخدام منشأة اختبار توربين هيليوم ذات حلقة مغلقة من فئة الميغاوات. وتعد هذه العملية خطوة تقنية رئيسية إلى الأمام في تطوير معدات تحويل الطاقة المصممة خصيصاً للمفاعلات النووية الدقيقة، وفقاً لما أفاد به تقرير أعده Aman Tripathi.

ويأتي تشغيل الاختبار الناجح بعد أن عالج مهندسو المشروع تحديات تقنية معقدة متأصلة في أنظمة التوربينات الغازية ذات الحرارة العالية والضغط العالي. ومن خلال تحقيق توليد طاقة مستقر داخل حلقة هيليوم مغلقة، يثبت المشروع جدوى استخدام التوربينات الغازية لتحويل الطاقة الحرارية مباشرة إلى طاقة كهربائية على نطاق الميغاوات.

## توليد ناجح في منشأة الاختبار

وتم تحقيق هذا الإنجاز التشغيلي في منشأة اختبار متخصصة صُممت لتقييم أداء التوربينات الغازية تحت ظروف مفاعل محاكاة. ووفقاً لما أفاد به تقرير أعده Aman Tripathi، تغلبت الفرق الهندسيّة في CNNC Huaxing على سلسلة من العقبات التقنية الصعبة لتحقيق توليد الكهرباء ضمن إعداد الهيليوم ذي الحلقة المغلقة.

وعلى عكس محطات الطاقة النووية التقليدية التي تعتمد على التوربينات البخارية لإدارة المولدات الكهربائية، يستخدم النظام الذي اختبرته CNNC Huaxing غاز الهيليوم المضغوط كمائع تشغيل. ويثبت تحقيق توليد كهرباء مستقر بقدرة من فئة الميغاوات أن الآلات التوربينية ومعدات الدوران ذات الحلقة المغلقة يمكنها العمل بفاعلية تحت أحمال ثيرموديناميكية عالية.

## عقبات هندسية في الآلات التوربينية للهيليوم

لطالما شكل تطبيق دورات الطاقة القائمة على الهيليوم عوائق تقنية كبيرة أمام المهندسين النوويين والمهندسين الميكانيكيين. ويتميز الهيليوم بموصلية حرارية عالية وخمول كيميائي، مما يجعله مادة تبريد ووسط تشغيل مثالياً للتطبيقات النووية ذات درجات الحرارة العالية. ومع ذلك، فإن خصائصه الفيزيائية تفرض أيضاً متطلبات تصميمية ميكانيكية وتشغيلية فريدة.

ونظراً لأن ذرات الهيليوم صغيرة للغاية ومنخفضة الكثافة، فإن منع تسرب الغاز عبر المحاور الدوارة والوصلات الثابتة يتطلب أختاماً ديناميكية متخصصة للغاية وأنظمة احتواء عالية الدقة. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تعمل الآلات التوربينية للهيليوم بسرعات دوران أعلى بكثير مقارنة بالتوربينات البخارية التقليدية أو توربينات الغاز العاملة بالهواء الجوي لتحقيق نسب ضغط وعمل أيروديناميكي متكافئين. كما يتوجب على المهندسين العاملين على دورات الهيليوم ذات الحلقة المغلقة التغلب على التحديات المتعلقة بجهد المواد عند درجات الحرارة العالية، وتزييت المحامل في بيئات خالية من الأكسجين، واستخلاص الحرارة بفاعلية داخل مبادلات حرارية مدمجة.

## مبادئ تكنولوجيا المفاعلات الدقيقة

تمثل المفاعلات الدقيقة فئة متميزة من أنظمة الطاقة النووية المتقدمة، وتُعرف عادة بأنها وحدات تولد ما بين ميغاوات واحد وعشرين ميغاوات من الكهرباء. ونظراً لأنها صُممت لتُصنّع في المصانع، وتُنقل بواسطة الشاحنات أو حاويات الشحن، وتُنشر بسرعة في الموقع، فإن المفاعلات الدقيقة تتطلب أنظمة تحويل طاقة مدمجة للغاية وفعالة للحفاظ على مساحتها التشغيلية الصغيرة.

في نظام توربين الهيليوم ذي الحلقة المغلقة — الذي يعمل غالباً وفق دورة Brayton مباشرة أو غير مباشرة — يتمدد الغاز ذو الحرارة العالية مباشرة عبر توربين متصل بمولد كهربائي. ثم يُبرَّد الغاز ويُعاد ضغطه وتدويره مجدداً عبر مصدر الحرارة. ويتيح الاستغناء عن مولدات البخار الوسيطة، وأنظمة معالجة المياه، والبنية التحتية الضخمة للمكثفات التي تتطلبها محطات البخار التقليدية، لوحدة تحويل الطاقة بأكملها أن تظل خفيفة الوزن ومدمجة للغاية.

## تطبيقات وحدات الطاقة النمطية

يتوافق تطوير توربينات الهيليوم من فئة الميغاوات مع جهود إستراتيجية أوسع لإنشاء حلول طاقة متنقلة ولا مركزية. وقد صُممت المفاعلات الدقيقة المقترنة بتوربينات غازية ذات حلقة مغلقة لتوفير كهرباء أحمال أساسية موثوقة ومستمرة في المواقع التي تعاني من محدودية الاتصال بالشبكة الكهربائية أو انعدامه.

وتشمل البيئات التشغيلية المحتملة لهذه الأنظمة المواقع الصناعية المعزولة، وعمليات التعدين النائية، والمجتمعات الجزرية، والقواعد العسكرية الأمامية، والمناطق التي تتعافى من الكوارث الطبيعية الشديدة. ولأن دورات الهيليوم ذات الحلقة المغلقة لا تعتمد على إمدادات مستمرة كبيرة من مياه التبريد، فإنها مناسبة تماماً للنشر في المناطق القاحلة أو الأقاليم الشمالية ذات المناخ القاسي حيث تكون المفاعلات التقليدية المبردة بالماء غير عملية. علاوة على ذلك، يمكن للمفاعلات الدقيقة ذات الحرارة العالية توفير حرارة العمليات للتطبيقات الصناعية، والتحليل الكهربائي عالي الحرارة لإنتاج الهيدروجين، ومشاريع تحلية المياه إلى جانب توليد الكهرباء.

## سياق أوسع للطاقة النووية المتقدمة

ويأتي الاختبار الناجح للتوربين في خضم جهود عالمية متسارعة لتصميم وتجربة وتسويق تقنيات الجيل القادم من الطاقة النووية، والتي يُشار إليها غالباً باسم مفاعلات Generation IV والمفاعلات النمطية الصغيرة (SMRs). ويرى مخططو الطاقة العالميون على نحو متزايد أن الأنظمة النووية المدمجة هي أدوات حاسمة لخفض الانبعاثات الكربونية مع دعم استقرار الشبكة إلى جانب مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.

وتسعى برامج طاقة وطنية مختلفة وشركات تكنولوجيا خاصة بجدية لترسيخ المفاعلات المبردة بالغاز ذات الحرارة العالية، والمفاعلات السريعة المبردة بالمعدن السائل، وأنظمة الملح المنصهر. وفي إطار هذا المشهد التقني التنافسي، فرضت الصين نفسها كميدان اختبار بارز للتصاميم النووية المتقدمة، بعد أن أنشأت وربطت سابقاً محطات توضيحية مبردة بالغاز ذات حرارة عالية على نطاق صناعي بشبكتها الكهربائية الوطنية. وإثبات تشغيل آلات توربين الهيليوم ذات الحلقة المغلقة على نطاق الميغاوات يعزز المسعى المستمر نحو تسويق المفاعلات الدقيقة المبردة بالغاز على نحو تجاري كامل.

## الخطوات القادمة

ورغم أن التوليد الناجح للكهرباء في منشأة CNNC Huaxing يثبت الفاعلية التشغيلية لحلقة اختبار توربين الهيليوم من فئة الميغاوات، فإن التكامل التجاري الكامل في المنصات النووية يتطلب مراحل تطوير إضافية. وعادة ما تُخضع الفرق الهندسيّة منشآت الاختبار لتجارب تحمل ممتدة لتقييم تآكل المكونات، ومقاومة الإجهاد الحراري، وسلامة الأختام على المدى الطويل تحت التشغيل المستمر.

وتتضمن المراحل التطويرية اللاحقة بوجه عام دمج التوربينات الاختبارية مع مصادر حرارية تحاكي ديناميكيات القلب النووي الفعلي، والتحقق من أنظمة التحكم الآلي، والحصول على الموافقات التنظيمية للسلامة التشغيلية. ومع تقدم الاختبارات، يُرجح أن تسهم البيانات المجمعة من منشأة الحلقة المغلقة في تحديد المواصفات التصميمية النهائية للمفاعلات الدقيقة التشغيلية المخصصة للنشر التجاري.

يستند هذا التقرير إلى تغطية إخبارية أصلية نشرها Aman Tripathi.