Компания Pacific Gas and Electric (PG&E) недавно начала процесс закрытия электростанции Diablo Canyon, последней действующей атомной электростанции в Калифорнии. Электростанция, расположенная недалеко от пляжа Авила на центральном побережье Калифорнии, состоит из двух реакторов мощностью 1,100 мегаватт (МВт) и вырабатывает 18,000 8.5 гигаватт-часов (ГВтч) электроэнергии в год, что составляет около 2015 процентов от потребления электроэнергии Калифорнии в XNUMX году. , до этого момента, крупнейший объект по производству электроэнергии в штате.

Надвигающийся на неизбежное закрытие Diablo Canyon является законодательным законопроектом штата Калифорния SB 350, или Закон о чистой энергии и загрязнении 2015. Этот акт является краеугольным камнем постоянных усилий государства по декарбонизации своей электросети, требуя от коммунальных предприятий включения возобновляемых источников для части своего производства электроэнергии в последующие годы. Мандат также требует от коммунальных предприятий программ, направленных на удвоение эффективности потребления электроэнергии и природного газа.

Но ряд важных нерешенных вопросов по-прежнему относятся к этой амбициозной энергетической политике, поскольку запланированное закрытие 2025 из Diablo Canyon. Могут ли коммунальные предприятия поставлять электроэнергию круглосуточно, используя эти альтернативные источники генерации? И что важно, могут ли технологии энергосбережения обеспечивать электроэнергию по требованию традиционных генераторов?

Переход от ядерной энергетики

Атомные электростанции увидели свой расцвет в начале 1970 и получили высокую оценку за их способность производить большое количество электроэнергии с постоянной скоростью без использования ископаемого топлива.

Однако из-за негативное мнение и дорогостоящие ремонтные работы, мы сейчас наблюдаем тенденцию, по которой прекращаются длительные атомные электростанции, и очень мало новых заводов планируется построить в Соединенных Штатах.

Коммунальные предприятия движутся к производству возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия и ветер, частично в ответ на рыночные силы и частично в ответ на новые правила, которые требуют от коммунальных предприятий сокращения выбросов парниковых газов. В частности, в Калифорнии переход к возобновляемым источникам энергии по рыночным и экологическим причинам, а также негативное восприятие общественности ядерной энергией вызвал утилиты отказаться от ядерной энергетики.

В то время как оппоненты могут рассматривать остановку атомных электростанций как успех для здоровья и окружающей среды, закрытие атомных станций усугубляет проблемы, с которыми сталкиваются коммунальные предприятия при удовлетворении спроса на электроэнергию, одновременно сокращая их углеродный след. PG&E, например, взяла на себя обязательство увеличить использование возобновляемых источников энергии и усилия по повышению энергоэффективности, но одно это не поможет им обеспечивать своих клиентов электричеством круглосуточно. Что можно использовать, чтобы заполнить значительный пробел, оставшийся после закрытия Diablo Canyon?

Солнечные и ветряные источники энергии желательны, поскольку они производят углеродное электричество без побочных продуктов токсичных и опасных отходов. Тем не менее, они также страдают от недостатка способности производить электричество только периодически в течение дня. Солнечная энергия может быть использована только тогда, когда солнце выходит, а скорости ветра изменяются непредсказуемо.

Чтобы удовлетворить потребности потребителей в электроэнергии в любое время, потребуются технологии хранения энергии, наряду с более возобновляемыми источниками и повышением энергоэффективности.

Войдите в хранилище энергии

Энергохранилище давно рекламируется как панацея для интеграции возобновляемых источников энергии в сетку в больших масштабах. Замена энергии, оставленная закрытием Diablo Canyon, потребует обширных дополнений к ветру и солнечной энергии. Однако для производства возобновляемых источников энергии потребуется больше места для хранения.

В настоящее время существует много технологий хранения энергии или в процессе коммерциализации, но каждый из них относится к одной из четырех основных категорий: химическое хранение, как в батареях, кинетическое хранение, такое как маховики, тепловое хранение и магнитное хранилище.

Различные технологии в каждой из этих категорий можно охарактеризовать и сравнить с точки зрения их:

• номинальная мощность: сколько произведенного электрического тока
• энергетическая емкость: сколько энергии можно хранить или выгружать, и
• время отклика: минимальное время, необходимое для доставки энергии.

Основная проблема, с которой сейчас сталкиваются коммунальные предприятия, заключается в том, как интегрировать технологии хранения энергии для конкретных приложений подачи электроэнергии в конкретных местах.

Эта задача еще более усложняется системой передачи электроэнергии и поведением потребителей, которые эволюционировали на основе системы энергоснабжения, в которой доминируют ископаемые виды топлива. Кроме того, технологии хранения дорогостоящие и продолжают развиваться, что делает генераторы ископаемого топлива более экономически выгодными в краткосрочной перспективе.

Внедрение технологий хранения

В настоящее время в Калифорнии энергообеспечение эффективно обеспечивается электростанциями на ископаемом топливе. Эти заводы, работающие на природном газе и угле, обеспечивают устойчивую «базовую» мощность и могут наращивать производство для удовлетворения пиков спроса, которые обычно происходят днем ​​и ранним вечером.

Единое хранилище энергии не может напрямую заменить потенциал потенциала этих источников ископаемого топлива, который может генерировать высокие темпы мощности до тех пор, пока это необходимо.

Неспособность выполнить подобную замену означает, что для обеспечения плавного перехода к более низкоуглеродной энергетической энергии должна быть принята более диверсифицированная стратегия портфеля в отношении хранения энергии. Такой сбалансированный портфель хранения энергии обязательно должен состоять из комбинации:

• кратковременные системы хранения энергии, способные поддерживать качество электроэнергии за счет удовлетворения локальных пиков пикового спроса и буферизации краткосрочных колебаний предложения. Они могут включать суперконденсаторы, батареи и маховики, которые могут быстро подавать импульсы мощности.

• Более низкая скорость хранения энергии, которая может обеспечить большую мощность и хранить много энергии. Эти системы, такие как насосное гидро- и тепловое хранение с концентрированной солнечной энергией, способны переносить сезонность производства солнечной энергии и обслуживать уникальные требования к мощности для крупных или чувствительных потребителей электроэнергии в коммерческом и промышленном секторах.

Этот набор технологий хранения данных должен быть связан в виде цепочки, вложенных и многоуровневых путем конечного использования, местоположения и интеграции в сетку. Кроме того, потребуются системы управления, чтобы контролировать, как технологии хранения взаимодействуют с сетью.

В настоящее время без достаточного хранения энергии коммунальные предприятия в настоящее время используют природный газ для восполнения пробелов в поставках электроэнергии из возобновляемых источников. Коммунальные предприятия используют «пиковые» заводы, которые являются заводами на природном газе, которые могут превращать генерацию вверх или вниз для удовлетворения спроса на электроэнергию, например, когда солнечная мощность падает днем ​​и вечером, одновременно производя загрязнение воздуха и выбросы парниковых газов в процессе ,

С ростом потребления природного газа для производства электроэнергии, было бы лучше сохранить ядерную энергию, пока технологии хранения энергии будут зрелыми? Несмотря на меньшее загрязнение, чем уголь, природный газ производит выбросы парниковых газов и может вызвать экологически опасные утечки, как видно в Каньоне Алисо.

С ядерным до сих пор неясно, что делать с ядерными отходами, а катастрофа на японской атомной электростанции Фукусима в 2011 показывает, насколько катастрофически опасны атомные электростанции.

Независимо от того, какая ситуация, по вашему мнению, является лучшей, ясно, что хранение энергии является основным ограничением для создания энергосберегающей сети без выбросов углерода.

Приверженность Калифорнии использованию возобновляемых источников энергии помогла перевести государство на использование менее ископаемых видов топлива и выбросить меньше парниковых газов. Тем не менее, требуется тщательное планирование, чтобы гарантировать, что системы хранения энергии будут установлены на базовые нагрузки, которые в настоящее время занимают природный газ и ядерная энергия, поскольку возобновляемые источники энергии и энергоэффективность, возможно, не смогут нести бремя.

Об авторах

Эрик Даниэль Фурнье, научный сотрудник, пространственная информатика, Университет Калифорнии, Лос-Анджелес

Алекс Риклс, аналитик по исследованиям в устойчивых сообществах, Университет Калифорнии, Лос-Анджелес

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon