পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্রের উপর জলবায়ু পরিবর্তনের সম্ভাব্য প্রভাব

Author: Dr. Javed Akhter, Project Scientist at IITM-Pune;

Contact: akhterexpressju@gmail.com

Prologue

Practicing serious science in one's mother tongue was one of the call that I have been propagating for a long time now. When we talked about it back in 2021, my dear brother Dr. Javed Akhter took the lead and converted some portion of his research on 'Effect of Climate Chane on Nuclear Power Plant' into Bangla and drafted this article for the first version of Prodeeptika. I am publishing it now in the hope that the whole world, at least the Bengali Nationals living in West Bengal, Assam, Bangladesh, Tripura and within the rest of the world shall be able to draw inspiration and start practicing science in their own mother tongue.

~~Editor

---

সাম্প্রতিক দশকগুলিতে দ্রুত ক্রমবর্ধমান এবং Representative Concentration Pathways (RCPs) দ্বারা চিত্রিত ভবিষ্যতের সম্ভাব্য Green House Gas (GHG) নির্গমন রুখতে বিশ্ব-উষ্ণায়নের 1.5 ডিগ্রি সেলসিয়াস সীমা বজায় রাখা আবশ্যক। যেটার জন্য বিশ্বজুড়ে ব্যাপক mitigation প্রচেষ্টার প্রয়োজন । 1750 সাল থেকে পৃথিবীর মোট radiative forcing ক্ষেত্রে সবচেয়ে বড় অবদান রেখেছে CO2 এর বায়ুমণ্ডলীয় ঘনত্ব বৃদ্ধি (IAEA, 2016) । এর অন্যতম কারন হল Energy সেক্টরে প্রচুর পরিমাণে জীবাশ্ম জ্বালানি দহন ।জলবায়ু পরিবর্তনের সম্ভাব্য গুরুতর ঝুঁকি হ্রাস করার জন্য, বিশ্বব্যাপী GHG নির্গমন এবং বিশেষ করে CO2 নির্গমন, দ্রুতগতিতে হ্রাস করা প্রয়োজন। পারমাণবিক শক্তি এবং অন্যান্য low carbon প্রযুক্তি দ্বারা বিশ্বকে কাঙ্খিত mitigation এর পথে ধাবিত করার উপর মৌলিক গুরুত্ত্ব আরোপ করতে হবে (IAEA, 2016) ।

পারমাণবিক প্রযুক্তি 1940-এর দশকে বিকশিত হয়েছিল এবং প্রাথমিক পর্যায়ে পারমাণবিক গবেষণা অস্ত্র তৈরির ক্ষেত্রে নিয়োজিত হয়েছিল। কিন্তু 1950 এর দশক থেকে পারমাণবিক শক্তিকে বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য ব্যবহার করা শুরু হয়। আজ বিশ্বের প্রায় 11% বিদ্যুৎ পারমাণবিক শক্তি দ্বারা সরবরাহ করা হয়ে থাকে (PRIS, 2017)। বিশ্বব্যাপী 31টি দেশে 448টি চুল্লির সামগ্রিক বৈদ্যুতিক ক্ষমতা প্রায় 391.744 গিগাওয়াট । এছাড়া আরও অনেক দেশ আঞ্চলিক ট্রান্সমিশন গ্রিডের মাধ্যমে পারমাণবিক শক্তির ওপর নির্ভরশীল। ওয়ার্ল্ড নিউক্লিয়ার অ্যাসোসিয়েশনের প্রতিবেদনে দেখানো হয়েছে যে ষোলটি দেশ তাদের বিদ্যুতের অন্তত এক চতুর্থাংশ পারমাণবিক শক্তির উপর নির্ভরশীল। ফ্রান্স তার শক্তির প্রায় তিন-চতুর্থাংশ পায় পারমাণবিক শক্তি থেকে, আর বেলজিয়াম, চেক প্রজাতন্ত্র, ফিনল্যান্ড, হাঙ্গেরি, স্লোভাকিয়া, সুইডেন, সুইজারল্যান্ড, স্লোভেনিয়া এবং ইউক্রেন এক-তৃতীয়াংশ বা তার বেশি পায়। দক্ষিণ কোরিয়া এবং বুলগেরিয়া সাধারণত পারমাণবিক শক্তি থেকে তাদের 30% এর বেশি শক্তি পায়, যেখানে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, যুক্তরাজ্য, স্পেন, রোমানিয়া এবং রাশিয়ার প্রায় এক-পঞ্চমাংশ পারমাণবিক শক্তি থেকে পাওয়া যায়। জাপান তার বিদ্যুতের এক-চতুর্থাংশেরও বেশি পারমাণবিক শক্তির উপর নির্ভর করতে অভ্যস্ত এবং সেই স্তরে ফিরে আসবে বলে আশা করা হচ্ছে। যেসব দেশ পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রের উৎপাদক নয়, তাদের মধ্যে ইতালি এবং ডেনমার্ক তাদের শক্তির প্রায় 10% পারমাণবিক থেকে পায়।

ভারতে 22টি সক্রিয় পারমাণবিক চুল্লি রয়েছে এবং ছয়টি নির্মাণাধীন রয়েছে যা 34,999.86 গিগাওয়াট বিদ্যুৎ উৎপাদন করেছে যা দেশের মোট বিদ্যুৎ উৎপাদনের 3.38%। 1997-2002 এর মধ্যে পরমাণু শেয়ার ক্রমান্বয়ে বেড়েছে তারপর 2009 পর্যন্ত কমতে শুরু করেছে এবং পরে বৃদ্ধি পেয়েছে। 22টি সক্রিয় চুল্লির মধ্যে সর্বাধিক সংখ্যক চুল্লি (ছয়টি) রাজস্থানের কোটাতে অবস্থিত যেখানে তারাপুর (মহারাষ্ট্র) এবং কাইগা (কর্নাটক) প্রতিটিতে চারটি চুল্লি রয়েছে। কাকরাপার (গুজরাট), নারোরা (উত্তরপ্রদেশ), মাদ্রাজের কালপক্কম এবং কুদনকুলাম (তামিলনাড়ু) এ দুটি করে চুল্লি রয়েছে।

শীতলীকরণের পদ্ধতির উপর নির্ভর করে দুই ধরনের পারমাণবিক প্লান্ট হয়। প্রথমত, একবার শীতলকরণের মাধ্যমে (Once through cooling) চালিত প্লান্ট এবং দ্বিতীয়ত, পুনঃপ্রবর্তনকারী শীতলীকরণ (recirculating cooling) দ্বারা চালিত প্লান্ট। Once through প্লান্টের কাছাকাছি জলাশয় (নদী, পুকুর, হ্রদ বা সাগর) থেকে শীতল জল (coolant water) উত্তোলন করে একটি Heat exchanger মধ্যে পাঠিয়ে দেয়া হয় যেখানে এটি condenser থেকে তাপ শোষণ করে । তাপ শোষণের পর নিঃসৃত উষ্ণ জলকে (যার তাপমাত্রা এখন আগের থেকে কয়েক ডিগ্রি বেশি) আবার জলাশয়ে নিষ্কাশিত করা হয়। জলের ঘনত্বকে নির্দিষ্ট রাখা হলে, তাপ স্থানান্তর হার নির্ভর করে coolant প্রবাহের হার, coolant এর আপেক্ষিক তাপ এবং coolant এবং কার্যকরী তরলের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্যের উপর। জলের উৎসের তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে condenser এর কার্যকারিতা সর্বোচ্চ রাখতে উচ্চতর জল নিষ্কাশন হার প্রয়োজন। যেখানে জল সরবরাহ পর্যাপ্ত, সেখানে এটি কোনও সমস্যা উপস্থাপন করে না। উষ্ণ অঞ্চলে, যেখানে জলের বিধিনিষেধ এবং কোটা প্রায়ই থাকে Thermodynamic চক্রের কার্যকারিতা মারাত্মকভাবে হ্রাস পেতে পারে। এই সমস্যাটি বিশেষত গ্রীষ্মকালে বেশি দেখা যায়, যখন জলের তাপমাত্রা এবং খরার ঝুঁকি উভয়ই বেশি থাকে।

পুনঃপ্রবর্তনকারী শীতল প্লান্টের জলের প্রয়োজন একবারের মাধ্যমে শীতলকরণ প্লান্টের তুলনায় অনেক কম। এখানে জলাশয়ে উষ্ণ জল নিষ্কাশনের পরিবর্তে জলের বাষ্পীভবনের মাধ্যমে তাপ বায়ুমণ্ডলে প্রত্যাখ্যান করা হয়। শীতল প্রক্রিয়ার সময় যে জল বাষ্পীভূত হয় না তা পুনরায় ব্যবহার করা হয়। শীতল জলের প্রয়োজনীয়তা মূলত বায়ুমণ্ডলীয় পরামিতি যেমন বায়ু তাপমাত্রা এবং আর্দ্রতার উপর নির্ভর করে। প্লান্টে আগত জলের তাপমাত্রা এখানে খুব একটা গুরুত্ব পায় না।

উষ্ণতর বিশ্বে জলের তাপমাত্রা বৃদ্ধি, জলের সম্পদের ঘাটতি, তাপপ্রবাহ ইত্যাদির কারণে শীতলীকরণ ব্যবস্থার জন্য আরও বেশি জলের প্রয়োজন হবে নইলে বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলি কম দক্ষতার সাথে কাজ করবে। প্রকৃতপক্ষে, যখন কুলিং সিস্টেম দক্ষতার সাথে কাজ করতে পারে না, তখন পাওয়ার প্লান্টগুলি বন্ধ করতে বা এর উৎপাদন কমাতে বাধ্য হতে পারে (Kibria, 2017)। উদাহরন স্বরুপ, 2003 সালের গ্রীষ্মে তাপ্প্রবাহের কারণে ইউরোপের প্রায় 30টির বেশি পারমাণবিক কেন্দ্রের উৎপাদন কমাতে হয়েছিল বা সাময়িক বন্ধ রাখতে হয়েছিল (Koch and vogel, 2009)।পারিপার্শ্বিক তাপমাত্রা বৃদ্ধি পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলির কার্যক্ষমতা হ্রাস করবে। Linnerud et al. (2011) Regression বিশ্লেষণের মাধ্যমে পরিবেষ্টিত তাপমাত্রা এবং প্ল্যান্ট দক্ষতার মধ্যে সম্পর্ক দেখিয়েছেন । পরিবেষ্টিত বায়ুর তাপমাত্রা বৃদ্ধির ফলে শীতল করার উদ্দেশ্যে প্রয়োজনীয় জলের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পাবে। তাই তাপগতিবিদ্যার নিয়ম মেনে পারমাণবিক শক্তির উৎপাদন কমাতে হবে। বিশ্ব উষ্ণায়নের পরিস্থিতিতে এটি পারমাণবিক কেন্দ্রগুলির জন্য প্রধান উদ্বেগ।

জল সরবরাহের প্রয়োজনীয়তা মেটাতে পারমাণবিক কেন্দ্রগুলি প্রায়ই উপকূল বরাবর নির্মিত হয়ে থাকে ।আন্তর্জাতিক পরমাণু শক্তি সংস্থার তথ্যভাণ্ডার (http://gcmd.nasa.gov/records/GCMD_GNV181.html) নির্দেশ করে যে উল্লেখযোগ্য সংখ্যক পারমাণবিক কেন্দ্র উপকূলরেখা বরাবর অবস্থিত। সমুদ্রপৃষ্ঠের উচ্চতা বৃদ্ধি উপকূলীয় প্লান্টের জন্য একটি প্রধান উদ্বেগের বিষয়। যদিও প্ল্যান্টগুলি সাধারণত সমুদ্রের কয়েক মিটার বা দশ মিটার উপরে অবস্থিত, তবে গড় সমুদ্রপৃষ্ঠের উচ্চতা সেই মাত্রায় পৌঁছবে বলে আশা করা যায় না। কিন্তু সমুদ্রতলের উত্থান চুল্লির স্থানগুলিতে ক্ষয় এবং প্লাবনের জন্য দায়ী হতে পারে যা প্লান্ট কাঠামোর ক্ষতি করতে সক্ষম।

ঝড় এবং হ্যারিকেনের মতো বিপর্যয়মূলক ঘটনাগুলি বন্যা এবং উচ্চ গতিবেগ সম্পন্ন বায়ুপ্রবাহের মাধ্যমে উপকূলীয় প্লান্টের জন্য উদ্বেগ বয়ে আনতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, জাপানের ফুকুশিমা প্ল্যান্ট ভূমিকম্পের পরে সুনামি তরঙ্গ দ্বারা প্রভাবিত হয়েছিল। বন্যা অভ্যন্তরীণ পারমাণবিক প্ল্যান্টকে প্রভাবিত করতে পারে যেমন কাঠামো ডুবিয়ে, যন্ত্রপাতির ক্ষতি করে ইত্যাদি। ফ্রান্সের লে ব্লেইস পারমাণবিক কেন্দ্রে বন্যার ঘটনা (1999, 2003) শীতলীকরনের করার উদ্দেশ্যে ব্যবহৃত জলে কাদা পাথর ইত্যাদির প্রবেশের দ্বারা প্ল্যান্টের শীতলকরণ ব্যবস্থার ক্ষতি করে ( Kopytko এবং Perkins, 2011) এবং অবশেষে প্ল্যান্ট বন্ধ করতে বাধ্য করে।

অধিকাংশ বিশেষজ্ঞ ভবিষ্যতে উষ্ণতর পরিস্থিতিতে পারমাণবিক শক্তি উৎপাদন হ্রাসের রিপোর্ট করেছেন। Forster and Liliestam (2010) দেখিয়েছেন যে নদীর স্রোত প্রবাহ অপরিবর্তিত থাকলে্ জলের তাপমাত্রা 1K-5K বৃদ্ধির কারণে once-through প্ল্যান্টের উৎপাদনে 1.6-11.8% হ্রাস হতে পারে। যদি একই সাথে স্রোত প্রবাহও কমে যায় তবে পরিস্থিতি আরও খারাপ হবে। তাপমাত্রার 1 K বৃদ্ধির জন্য এবং স্রোত প্রবাহের 10-50% হ্রাসের জন্য বিদ্যুৎ উৎপাদন 8.4-26.2% হ্রাস পেতে পারে যেখানে 5 K বৃদ্ধির জন্য 27.8-39.2% ঘাটতি হতে পারে।

Hoffman et.al (2013) জার্মানিতে once-through এবং recirculating কুলিং সিস্টেম উভয়ের জন্য পারমাণবিক প্ল্যান্ট সহ thermo-electric প্ল্যান্টের ক্ষতির সম্ভাবনা দেখিয়েছেন। তারা দেখেছে্ন যে recirculating প্ল্যান্টের জন্য ক্ষতির পরিমাণ তুলনামূলকভাবে কম হবে। IPCC Special Report Emissions Scenarios (SRES) A1B পরিস্থিতি অনুযায়ী, 2011-2070 সালের মধ্যে recirculating প্ল্যান্টের জন্য প্রতি বছর 0.10 মেগাওয়াট হ্রাস অনুমান করা হয়েছে once-through প্ল্যান্টের জন্য প্রতি বছর 0.33 মেগাওয়াট হ্রাস হবার সম্ভাবনা আছে। A2 পরিস্থিতিতে, 2041-2070 এর মধ্যে প্ল্যান্টগুলির উৎপাদন ক্ষমতা 66.4% এ নেমে আসতে পারে। Ganguli et al. (2017) দেখিয়েছেন যে 2030-এর দশকে উষ্ণ এবং দুষ্প্রাপ্য জলের কারণে পারমাণবিক শক্তি সহ মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে প্রায় 27% থার্মো-ইলেকট্রিক পাওয়ার উৎপাদন মারাত্মকভাবে প্রভাবিত হতে পারে। Van Vliet et al. (2012) ইউরোপীয় পাওয়ার প্ল্যান্টের জন্য 2040 এর দশকে 6.3% এবং 19% এর হ্রাস পরিলক্ষন করেছে্ন।

Akhter et al. (2020) CMIP5 (Couple model inter-comparison project 5) জলবায়ু মডেল ব্যবহার করে ভারতের ছয়টি পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রের অবস্থানে (কাকরাপার, কোটা এবং নারোরার অন্তর্দেশীয় প্ল্যান্ট এবং কোডানকুলাম, কালপাক্কম এবং তারাপুরের উপকূলীয় প্ল্যান্ট) সম্ভাব্য জলসঙ্কটের পরিস্থিতি মূল্যায়ন করেছেন। অন্তর্দেশীয় প্ল্যান্টগুলোর ক্ষেত্রে নিকতবরতি নদীর জলের তাপমাত্রা এবং freshwater এর প্রাপ্যতার ভিত্তিতে multivariate standardized water stress index (MSWSI) প্রণয়নের মাধ্যমে জলসঙ্কটের পরিমাপ করা হয়েছে। উপকূলীয় প্ল্যান্টগুলোর ক্ষেত্রে শুধুমাত্র সমুদ্রপৃষ্ঠের তাপমাত্রার (SST) ভিত্তিতে univariate index এর সাহায্যে জলসঙ্কটের পরিস্থিতি নির্ধারণ করা হয়েছে। ফলাফলগুলি ইঙ্গিত করেছে যে তিনটি অভ্যন্তরীণ বিদ্যুৎ কেন্দ্র বিশ্ব উষ্ণায়নের পরিস্থিতিতে জলের তাপমাত্রার উচ্চ উষ্ণতার হারের কারণে একবিংশ শতাব্দীর মাঝামাঝি থেকে শেষ পর্যন্ত উচ্চ থেকে তীব্র জলের সঙ্কটের সম্মুখীন হতে পারে৷ একইভাবে, SST এর ক্রমাগত বৃদ্ধির মাধ্যমে তিনটি উপকূলীয় বিদ্যুৎ কেন্দ্র উচ্চ থেকে তীব্র জলের সঙ্কট দেখা দিতে পারে৷ তাই, পরিবর্তিত জলবায়ু পরিস্থিতিতে পারমাণবিক প্ল্যান্টের কার্যক্ষমতা ও উৎপাদনশীলতা হ্রাস পেতে পারে।

গ্রীনহাউস গ্যাস নির্গমন কমাতে পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলিকে একটি mitigation option হিসাবে বিবেচনা করা হয়। কিন্তু পূর্ববর্তী আলোচনা থেকে এটা স্পষ্ট যে অন্যান্য thermo-electric প্লান্টের মতো পারমাণবিক প্ল্যান্টগুলিও জলবায়ু পরিবর্তনের বিভিন্ন প্রভাবের দ্বারা ক্ষতিগ্রস্ত হতে পারে। তাই জলবায়ু পরিবর্তনের ঝুঁকি বিবেচনা করে স্থিতিশীল বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য দীর্ঘমেয়াদি কৌশল প্রণয়ন করা প্রয়োজন। জলবায়ু পরিবর্তনের সম্ভাব্য প্রভাব থেকে প্লান্টকে রক্ষা করতে এবং বিদ্যুৎ উৎপাদনের অপ্রত্যাশিত ব্যাঘাত এড়াতে নতুন প্রজন্মের প্রযুক্তির ব্যবহার প্রয়োজন। ঝড়, বন্যা এবং সমুদ্রপৃষ্ঠের উচ্চতা বৃদ্ধির বিপদের মতো বিপর্যয়মূলক ঘটনা মোকাবিলার জন্য প্রতিরোধমূলক বিনিয়োগ প্রয়োজন। বিদ্যুত সরবরাহে বিভ্রাট সমাজের উপর সুদূরপ্রসারী প্রভাব ফেলতে সক্ষম যেমন বিদ্যুতের দামের হঠাৎ বৃদ্ধি, জল ব্যবস্থাপনার উপর ব্যাঘাত এবং বিভিন্ন দেশে বিদ্যুতের বিনিময়ের ক্ষেত্রে বিঘ্ন সৃষ্টি (Vogele, 2010; Koch and vogel, 2009) ইত্যাদি । আবার প্লান্ট কর্তৃক পরিত্যক্ত জলের তাপমাত্রার উপর নিয়ন্ত্রণ শিথিল করা হলে সেটা নদীর জীববৈচিত্র্যের উপর নেতিবাচক প্রভাব ফেলবে (Linnerud et al., 2011) । সুতরাং, সবদিকে ভেবেচিন্তে নীতিনির্ধারকগণ এবং সরকারকেও যথাযথ এবং ভারসাম্যপূর্ণ কর্মপরিকল্পনা নিতে হবে।

References

1. Akhter, J., Das, L. & Deb, A.,2020. Assessing future water stress scenarios over six nuclear power plant locations of India through downscaled CMIP5 models. Theoretical and Applied Climatology 142, 191–204. https://doi.org/10.1007/s00704-020-03278-1

2. Förster, H. and Lilliestam, J., 2010. Modeling thermoelectric power generation in view of climate change. Regional Environmental Change, 10(4): 327-338.

3. Hoffmann, B., Häfele, S. and Karl, U., 2013. Analysis of performance losses of thermal power plants in Germany—A System Dynamics model approach using data from regional climate modelling. Energy, 49: 193-203.

4. Ganguli, P., Kumar, D. and Ganguly, A.R., 2017. US Power Production at Risk from Water Stress in a Changing Climate. Scientific Reports, 7(1): 11983.

5. International Atomic Energy Agency (IAEA), 2016. Climate Change and Nuclear Power 2016, Vienna. (http://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/CCANP16web-86692468.pdf)

6. International Atomic Energy Agency (IAEA), 2004. Operating experience with nuclear power stations in member states in 2003.

7. Intergovernmental Panel on Climate Change, 2013. Climate Change 2013: The Physical Science Basis (Working Group I: Contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change), IPCC Cambridge University Press, Cambridge.

8. Intergovernmental Panel on Climate Change, 2014. Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability (Working Group II: Contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change), IPCC, Cambridge University Press, Cambridge.

9. Kibria, G., 2017. Nuclear Power - Pros and cons and threats of climate change. ResearchGate Online. https://www.researchgate.net/publication/321376073_Nuclear_Power_Pros_and_Cons_and_Threats_of_Climate_Change.

10. Koch, H. and Vögele, S., 2009. Dynamic modelling of water demand, water availability and adaptation strategies for power plants to global change. Ecological Economics, 68(7): 2031-2039.

11. Kopytko, N. and Perkins, J., 2011. Climate change, nuclear power, and the adaptation–mitigation dilemma. Energy Policy, 39(1): 318-333.

12. Linnerud, K., Mideksa, T.K. and Eskeland, G.S., 2011. The impact of climate change on nuclear power supply. The Energy Journal, 149-168.

13. Power Reactor Information System (PRIS), Dec 13, 2017. https://www.iaea.org/pris/

14. Van Vliet, M.T., Yearsley, J.R., Ludwig, F., Vögele, S., Lettenmaier, D.P. and Kabat, P., 2012. Vulnerability of US and European electricity supply to climate change. Nature Climate Change, 2(9): 676-681.

Editor: Kunal Konar, Consultant (Business Development & Analytic Hydrology)