Afbalancering af atomkraft og vedvarende energi

Atomkraftværker kører typisk enten med fuld kapacitet eller slet ikke. Alligevel har anlæggene den tekniske evne til at tilpasse sig den skiftende efterspørgsel efter strøm og dermed bedre rumme kilder til vedvarende energi som vind- eller solenergi.

Forskere fra U.S. Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory og Massachusetts Institute of Technology undersøgte for nylig fordelene ved at gøre netop det. Hvis atomkraftværker producerede strøm på en mere fleksibel måde, siger forskerne, anlæggene kunne sænke elomkostningerne for forbrugerne, muliggøre brugen af ​​mere vedvarende energi, forbedre økonomien ved atomenergi og hjælpe med at reducere drivhusgasemissioner.

Holdet udforskede tekniske begrænsninger for fleksible operationer på atomkraftværker og introducerede en ny måde at modellere, hvordan disse udfordringer påvirker, hvordan kraftsystemer fungerer. "Fleksible atomkraftoperationer er en 'win-win-win', ' sænke driftsomkostningerne for elsystemet, øge indtægterne for ejere af kernekraftværker og væsentligt reducere begrænsningen af ​​vedvarende energi, " skrev holdet i en Anvendt energi artikel offentliggjort online den 24. april.

Audun Botterud, en ledende energisystemingeniør i Argonnes Energy Systems division, opmuntres af, hvordan for første gang, "denne forskning evaluerer og demonstrerer den potentielle værdi af fleksible nukleare operationer i et realistisk kraftsystem i USA udfordret af høj variabilitet i produktion af vedvarende energi."

Undersøgelsen hjælper med at fordrive langvarige synspunkter om, at atomkraftværker skal fungere i "baseload"-tilstand, producerer strøm med maksimal nominel kapacitet, når de er online. Atomkraftværker kan endda reagere dynamisk på elmarkedspriser på timebasis og behov for sekundær-til-sekund frekvensregulering, holdet fandt. Elsystemer, der omfatter vedvarende energi, skal være mere fleksible for til enhver tid at balancere udbud og efterspørgsel. Nukleare operatører i Frankrig, Tyskland og andre lande er bekendt med denne tilgang, men mindre i USA.

Forskerne udviklede en matematisk repræsentation af de fysik-inducerede operationelle begrænsninger, der opstår fra nuklear reaktor dynamik og brændstofbestrålingscyklussen i Applied Energy-artiklen og et ledsagende papir, udgivet i Nuklear teknologi . Det tværfaglige team kombinerede derefter den nye tilgang med strømsystemsimuleringsmodeller for at evaluere de samlede omkostninger ved elproduktion, markedspriser og deraf følgende indtægter for kraftværker, antage forskellige niveauer af nuklear fleksibilitet.

"Atomkraftværker er styret af et andet sæt principper sammenlignet med andre generatorer, og vores tilgang muliggør repræsentation af disse relationer i analysen af ​​elsystemer og elmarkeder, sagde Francesco Ganda, hovedefterforskeren af ​​projektet og en ledende atomingeniør i Argonnes Nuclear Science and Engineering division.

Ved at være fleksibel, anlægsoperatører kan sænke de samlede driftsomkostninger i elsystemet. For eksempel, operatører kunne generere mindre atomkraft, når vedvarende energi er bredt tilgængelig. Nukleare værker kunne så udnytte deres ledige kapacitet til at sælge værdifulde "driftsreserver, " eller evnen til hurtigt at ændre strømudgangen for at hjælpe netoperatører med at balancere udbud og efterspørgsel, når uventede hændelser opstår, såsom kraftværksfejl eller fejl i efterspørgselsprognoser.

Denne fleksibilitet kunne øge rentabiliteten af ​​atomkraftværker ved at øge indtægterne fra elmarkederne og reducere variable drifts- og vedligeholdelsesomkostninger. Samlet set, atomkraftværksfleksibilitet kan også hjælpe med at integrere flere vind- og solressourcer og reducere produktionen af ​​fossilt brændstoffyret energi og relaterede kuldioxidemissioner.

Jesse Jenkins, kandidatforsker ved MIT Energy Initiative, bemærker, hvordan forskernes modelleringstilgang og undersøgelse "giver os værktøjer til yderligere at udforske potentielle fordele ved fleksible nukleare operationer for at arbejde sammen med større andele af variable kilder til vedvarende elproduktion på vejen mod lav-carbon elektricitetsforsyning."