- برنامج STEP Fusion يقترح تصميمًا جديدًا يهدف إلى تحقيق توليد كهرباء مستقر.
- تصميم SPP3 يوفر تدفقًا مستمرًا للطاقة عبر هيكل مستقر.
- ستعتمد المحطة على هيكل «الحلقات المكدسة» لتبسيط عملية الصيانة.
- يهدف البرنامج إلى تمهيد الطريق لتطوير محطات طاقة الاندماج عالميًا.
أعرب برنامج STEP Fusion الذي تقوده المملكة المتحدة مؤخرًا عن أمل جديد في طاقة الاندماج التي طالما اعتبرت بعيدة المنال بـ 30 عامًا، وقدم سلسلة من المخططات. وقد دفعت هيئة الطاقة الذرية البريطانية (UKAEA) بتصميم محطة طاقة الاندماج STEP، بهدف توفير طاقة اندماج نظيفة متصلة بالشبكة. وفي مؤتمر تكنولوجيا الاندماج الرابع والثلاثين (SOFT 2026) الذي عقد في إكس أون بروفانس بفرنسا، كشف برنامج الاندماج الرئيسي في المملكة المتحدة عن إصدار التصميم من الجيل الثالث SPP3، وهو أحدث تكرار لمحطة نموذجية لإنتاج الطاقة من tokomak كروي.
تكمن المشكلة الأساسية في طاقة الاندماج عادةً ليس في كيفية تشغيلها، بل في كيفية إبقائها تعمل لفترة كافية لتحقيق الربحية. يغير تصميم SPP3 من خلال تصميم tokomak كروي على شكل قلب مدمج هذه الديناميكية. يتيح هذا الهيكل المستقر للمحطة العمل بشكل مستمر، مما يوفر تدفقًا مستقرًا للطاقة لدعم إمدادات الشبكة بشكل موثوق. وقال سام ديفيس، رئيس هندسة آلة tokomak في STEP Fusion: «كل هذا صعب للغاية، لكن يجب أن نركز على الفوائد. نحن نقبل عن قصد بعض التحديات التقنية وحالات عدم اليقين لأن ذلك سيطلق العنان للتشغيل المستقر والصيانة العملية.»
تشغيل SPP3 المستقر
لتحقيق هذه الرؤية، ركز المهندسون على أجهزة تسخين الميكروويف العملاقة في المحطة، أي الجيروترونات (gyrotrons). يمكن لهذه الأنظمة تسخين البلازما إلى أكثر من 1.5 مليون درجة مئوية. يعني تحسين كفاءتها تقليل الطاقة المستهلكة فقط للحفاظ على درجات الحرارة العالية الداخلية. ومع ذلك، فإن إنشاء نجم صغير مستدام ذاتيًا ليس سوى نصف المعركة. عند حدوث عطل، يجب أن يكون قابلاً للإصلاح. الحرارة الشديدة والنيوترونات عالية الطاقة تلحق الضرر بسرعة بأجزاء المفاعل الداخلية. إذا استغرق استبدال مكون عدة أشهر، ستصبح المحطة مجرد وزن ورق باهظ الثمن.
يتمثل حل STEP في اعتماد هيكل «الحلقات المكدسة» مع طريقة الصيانة الرأسية، والتي عُرضت علنًا لأول مرة في SOFT 2026. يمكن للفنيين الوصول إلى المكونات الداخلية للمفاعل رأسيًا دون الحاجة إلى تفكيك الآلات المعقدة طبقة طبقة مثل تقشير البصل. وذكر البيان الصحفي: «تهدف هذه الابتكارات إلى تبسيط الوصول إلى المكونات الداخلية للمفاعل، وتقليل وقت التوقف عن الصيانة، ودعم مستويات التوافر العالية المطلوبة لمحطات طاقة الاندماج المستقبلية.»
ابتكارات تبسيط الصيانة
على الرغم من أن المخاطر لا تزال عالية، إلا أن الهندسة المطلوبة للتحكم في نجم في بيئة شبكة تجارية تكاد تكون عبثية. وأضاف ديفيس: «بالطبع، نبذل قصارى جهدنا لتقليل المخاطر، على سبيل المثال من خلال اختبار كل ما يمكننا اختباره.» يعد STEP Fusion برنامجًا رائدًا للتكنولوجيا والبنية التحتية في المملكة المتحدة، يهدف إلى إنشاء محطة نموذجية لطاقة الاندماج. سيُظهر هذا المرفق إنتاج الطاقة الصافي، والاكتفاء الذاتي من الوقود، واستراتيجيات الصيانة العملية، مما يمهد الطريق لتطوير محطات طاقة الاندماج التجارية عالميًا.
توفر عملية طبيعية لتشغيل نجم حلاً آمنًا ووفيرًا ومنخفض الكربون لمواجهة تحديات الطاقة المتزايدة للبشرية. تخطط المشروع للبناء على موقع محطة طاقة فحم متقاعدة في ويست بيرتون في نوتنغهامشاير بالمملكة المتحدة، بإجمالي ميزانية قدرها 2.5 مليار جنيه إسترليني، بهدف تزويد الشبكة الوطنية بحوالي 100 ميغاواط من الطاقة الصافية بحلول عام 2040. بالإضافة إلى الإمداد المستمر بالطاقة، صُمم SPP3 أيضًا بقدرة على تربية وقود التريتيوم النادر ذاتيًا، مما سيثبت في النهاية أن طاقة الاندماج يمكن أن تتحول من تجربة فيزيائية عالية المخاطر إلى شبكة كهرباء تجارية قابلة للتكرار.
تحديات وفرص تجارة طاقة الاندماج
تُعتبر طاقة الاندماج مفتاح الطاقة النظيفة المستقبلية، لكن تجاريها يواجه العديد من التحديات. لا يعتمد نجاح برنامج STEP Fusion على الابتكار التقني فحسب، بل يتطلب أيضًا استراتيجيات صيانة فعالة لضمان توافر المحطة العالي. ومن خلال تصميم SPP3 الجديد، يحاول المهندسون حل مشاكل استقرار التشغيل طويلة الأمد، وهو أمر حاسم لتحقيق طاقة الاندماج في الشبكات التجارية. مع تقدم التكنولوجيا، تتمتع محطات طاقة الاندماج المستقبلية بإمكانية التحول إلى مصادر طاقة مستدامة وقابلة للتكرار، وبالتالي تلبية الطلب العالمي المتزايد على الطاقة.