Pacific Gas and Electric (PG&E) startet nylig prosessen med å legge ned Diablo Canyon-produksjonsanlegget, det siste aktive atomkraftverket i California. Kraftverket, som ligger i nærheten av Avila Beach på den sentrale kaliforniske kysten, består av to 1,100 megawatt (MW) reaktorer og produserer 18,000 8.5 gigawatt-timer (GWh) strøm i året, omtrent 2015 prosent av Californias strømforbruk i XNUMX. Det har vært , frem til dette punktet, det største enkeltproduksjonsanlegget i staten.

Looming over den forestående nedleggelsen av Diablo Canyon er California State lovforslaget SB 350, eller 2015 Clean Energy and Pollution Reduction Act. Handlingen er en hjørnestein i statens løpende satsing på å avkalkere sitt elnett ved å kreve verktøy for å inkludere fornybare kilder for en del av sin elektriske generasjon i de kommende årene. Mandatet krever også verktøy for å drive programmer som er designet for å doble effektiviteten til strøm og naturgassforbruk.

Men en rekke betydelige ubesvarte spørsmål forblir om denne ambisiøse energipolitikken, som den planlagte avslutningen av 2025 av Diablo Canyon illustrerer. Kan verktøyene levere elektrisitet døgnet rundt ved hjelp av disse alternative generasjonskildene? Og viktigst, kan energilagringsteknologier gi strøm på etterspørsel som tradisjonelle generatorer har gjort?

Flytter seg bort fra atomkraft

Kjernekraftverkene fikk sin blomstrende tid i de tidlige 1970ene, og ble lovet for deres evne til å produsere store mengder elektrisitet i konstant hastighet uten bruk av fossile brensler.

Men på grunn av negativ mening og kostbare renoveringer, observerer vi nå en trend der langsgående kjernekraftverk stenger ned og det er svært få nye anlegg planlagt for bygging i USA.

Verktøy beveger seg mot fornybar elektrisitetsproduksjon, som sol og vind, delvis som respons på markedskreftene og delvis som svar på nye forskrifter som krever verktøy for å redusere klimagassutslipp. I California, spesielt, har skiftet mot fornybar energi av markedsmessige og miljømessige grunner, sammen med offentlighetens negative oppfatning av atomenergi, forårsaket verktøy for å forlate kjernekraft.

Mens motstandere kan se på nedleggelse av kjernekraftverk som en helse- og miljøsuksess, stenger kjernefysiske anlegg utfordringene som verktøyene står overfor for å møte etterspørselen etter strømforbruk, samtidig som de reduserer karbonavtrykket. PG&E har for eksempel lovet å øke fornybare energikilder og energieffektivisering, men dette alene vil ikke hjelpe dem å forsyne kundene med strøm døgnet rundt. Hva kan brukes til å fylle det store hullet som Diablo Canyon stengte igjen?

Sol- og vindenergikilder er ønskelige da de produserer karbonfri elektrisitet uten å produsere giftige og farlige avfallsbiprodukter. Imidlertid lider de også av ulempen ved å kunne produsere elektrisitet bare intermittent gjennom dagen. Solenergi kan bare brukes når solen er ute, og vindhastigheten varierer uforutsigbart.

For å møte kundenes strømforbruk hele tiden, vil energilagringsteknologier, sammen med flere fornybare kilder og økt energieffektivitet, være nødvendig.

Oppgi energilagring

Energilagring har lenge vært spurt som et paradigm for å integrere fornybar energi i nettet i stor skala. Bytting av kraftproduksjonen som forlates av Diablo Canyon, vil kreve omfattende tillegg til vind og sol. Men mer fornybar energi vil kreve mer lagring.

Det finnes mange forskjellige energilagringsteknologier som er tilgjengelige eller i ferd med kommersialisering, men hver faller inn i en av fire grunnleggende kategorier: kjemisk lagring som i batterier, kinetisk lagring som f.eks. svinghjul, termisk lagring og magnetisk lagring.

De ulike teknologiene innenfor hver av disse kategoriene kan karakteriseres og sammenlignes med hensyn til deres:

• Strøm vurdering: hvor mye elektrisk strøm produsert
• Energikapasitet: hvor mye energi kan lagres eller utlades, og
• responstid: minimum tid som trengs for å levere energi.

Den viktigste utfordringen som verktøyene nå står overfor, er hvordan man integrerer energilagringsteknologier for bestemte kraftleveranser på bestemte steder.

Denne utfordringen er ytterligere komplisert av det elektriske transmisjonssystemet og forbrukeradferdene som har utviklet seg basert på et energiforsyningssystem dominert av fossile brensler. I tillegg er lagringsteknologier dyrt og fremdeles i utvikling, noe som gjør at fossile brenselgeneratorer ser mer økonomisk fordelaktig på kort sikt.

Implementering av lagringsteknologi

For tiden i California, er energilagring effektivt gitt av fossile brenselkraftverk. Disse naturgass- og kulldrevne anleggene gir stabile "baseload" kraft og kan rampe opp generasjon for å møte toppene i etterspørselen, som vanligvis skjer i ettermiddag og tidlig kveld.

En enkelt energilagringsenhet kan ikke direkte erstatte kapasitetspotensialet til disse fossile brennstoffkildene, noe som kan generere høye mengder strøm så lenge som nødvendig.

Manglende evne til å utføre en like-for-lignende erstatning innebærer at en mer diversifisert porteføljestrategi mot energilagring må vedtas for å gjøre en jevn overgang til en lavere CO2-energi fremtid. En slik balansert energilagringsportefølje vil nødvendigvis bestå av en kombinasjon av:

• kortvarige energilagringssystemer som er i stand til å opprettholde strømkvaliteten ved å møte lokaliserte toppene i topp etterspørsel og buffering på kort sikt forsyningsfluktuasjoner. Disse kan inkludere superkapasitorer, batterier og svinghjul som raskt kan gi strømbrudd.

• Energisparing med lavere hastighet som kan gi mye kraft og lagre mye energi. Disse systemene, som pumpet hydro og termisk lagring med konsentrert solkraft, er i stand til å forandre sesongproduksjonen av solproduksjon og betjene de unike kraven til storskala eller sensitive strømbrukere i kommersielle og industrielle sektorer.

Dette settet med lagringsteknologier må kobles sammen i en slags kjede, nestet og lagdelt etter sluttbruk, plassering og integrering i rutenettet. I tillegg vil styringssystemer være nødvendig for å kontrollere hvordan lagringsteknologiene samhandler med nettet.

Foreløpig uten tilstrekkelig energilagring på plass, bruker verktøyene nå naturgass for å fylle hullene i strømforsyning fra fornybare kilder. Verktøy bruker "peaker" -planter, som er naturgassdrevne planter som kan slå generasjonen opp eller ned for å møte etterspørselen etter elektrisitet, for eksempel når solproduksjonen senker på sen ettermiddag og kveld, samtidig som det produserer luftforurensning og klimagassutslipp i prosessen. .

Med naturgassforbruk for elektrisitetsproduksjon i økende grad, vil det være bedre å beholde atomkraft mens energilagringsteknologier blir modne? Selv om det er mindre forurensende enn kull, produserer naturgass klimagassutslipp og har potensial til å forårsake miljøfarlige lekkasjer, som sett i Aliso Canyon.

Med atomkraft er det fremdeles ikke klart hva som skal gjøres med kjernefysisk avfall, og katastrofen i Japans Fukushima-atomkraftverk i 2011 fremhever hvordan katastrofalt farlige atomkraftverk kan være.

Uansett hvilken situasjon du mener er best, er det klart at energilagring er den største begrensningen for å oppnå et karbonfritt strømnettet.

Kaliforniens forpliktelse til fornybare energikilder har bidratt til å skifte staten til å bruke mindre fossile brensler og utslipp av mindre drivhusgasser. Imidlertid er det nødvendig med nøye planlegging for å sikre at energilagringssystemer installeres for å overta grunnbelastningsoppgavene som for tiden holdes av naturgass og atomkraft, da fornybar energi og energieffektivitet kanskje ikke kan bære byrden.

Om forfatterne

Eric Daniel Fournier, postdoktorforsker, romlig informatikk, University of California, Los Angeles

Alex Ricklefs, forskningsanalytiker i bærekraftige fellesskap, University of California, Los Angeles

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på Den Conversation. Les opprinnelige artikkelen.

Relaterte bøker

at InnerSelf Market og Amazon