Pacific Gas and Electric (PG&E) startade nyligen processen att stänga av produktionsanläggningen i Diablo Canyon, det sista aktiva kärnkraftverket i Kalifornien. Kraftverket, som ligger nära Avila Beach vid den centrala Kaliforniska kusten, består av två 1,100 megawatt (MW) reaktorer och producerar 18,000 8.5 gigawattimmar (GWh) el per år, cirka 2015 procent av Kaliforniens elförbrukning XNUMX. Det har varit , fram till denna punkt, den enskilt största elproduktionsanläggningen i staten.

Looming över den nära förestående stängningen av Diablo Canyon är Kalifornien statliga lagförslaget SB 350, eller lagen om ren energi och förorening av 2015. Handlingen är en hörnsten i statens pågående ansträngningar att avkolka sin elnät genom att kräva att verktyg innehåller förnybara källor för en del av sin elproduktion i framtida år. Mandatet kräver också verktyg för att driva program som syftar till att fördubbla effektiviteten i förbrukning av el och naturgas.

Men ett antal betydande obesvarade frågor kvarstår om denna ambitiösa energipolitik, som den planerade stängningen av 2025 av Diablo Canyon visar. Kan verktyg leverera el dygnet runt med hjälp av dessa alternativa generationskällor? Och avgörande, kan energilagringsteknologier ge ström på efterfrågan som traditionella generatorer har gjort?

Flytta sig från kärnkraft

Kärnkraftverk såg deras blomstrande i de tidiga 1970-erna och praised för deras förmåga att producera stora mängder elektricitet i en konstant takt utan användning av fossila bränslen.

Men på grund av negativ åsikt och kostsamma renoveringar, observerar vi nu en trend där långa kärnkraftverk stängs av och mycket få nya anläggningar planeras för byggande i USA.

Verktygen rör sig mot förnybar elproduktion, såsom sol och vind, delvis till följd av marknadskrafterna och delvis som svar på nya regler som kräver verktyg för att minska utsläppen av växthusgaser. I Kalifornien har förskjutningen mot förnybar energi för marknads- och miljöskäl, tillsammans med allmänhetens negativa uppfattning om kärnkraft, orsakat verktyg för att överge kärnkraft.

Medan motståndare kan se avstängningen av kärnkraftverk som en hälso- och miljöframgång, stängs kärnkraftverkens utmaningar för att tillgodose elförbrukningens behov samtidigt som de minskar deras koldioxidavtryck. PG&E har till exempel lovat att öka förnybara energikällor och energieffektiviseringsinsatser, men det ensamma hjälper dem inte att förse sina kunder med el dygnet runt. Vad kan användas för att fylla det stora gap som lämnades av Diablo Canyon's stängning?

Sol- och vindenergikällor är önskvärda eftersom de producerar kolfri elektricitet utan att producera giftiga och farliga biprodukter. Men de lider också av nackdelen med att kunna producera elektricitet endast intermittent hela dagen. Solenergi kan användas endast när solen är ute och vindhastigheten varierar oförutsägbart.

För att kunna tillgodose kundernas elbehov på alla timmar, kommer energilagringsteknologier, tillsammans med fler förnyelsebara källor och ökad energieffektivitet, att behövas.

Ange energilagring

Energilagring har länge blivit uppskattad som panacea för att integrera förnybar energi i nätet i stor skala. Byte av elproduktion som lämnas av Diablo Canyon stängning kräver omfattande tillägg till vind och sol. Men mer förnybar energi kommer att kräva mer lagring.

Det finns många olika energilagringsteknologier som för närvarande finns eller i kommersialiseringsprocessen, men faller i en av fyra grundläggande kategorier: kemisk lagring som i batterier, kinetisk lagring, t.ex. svänghjul, termisk lagring och magnetisk lagring.

De olika teknikerna inom var och en av dessa kategorier kan karakteriseras och jämföras med avseende på deras:

• effektvärde: hur mycket elström produceras
• Energikapacitet: Hur mycket energi kan lagras eller släppas ut, och
• svarstid: den minsta tid som krävs för att leverera energi.

Den viktigaste utmaningen som verktygen står inför är hur man integrerar energilagringsteknologier för specifika kraftleveransprogram på specifika platser.

Denna utmaning är ytterligare komplicerad av elkraftöverföringssystemet och konsumentbeteenden som har utvecklats baserat på ett energiförsörjningssystem dominerat av fossila bränslen. Dessutom är lagringsteknologier dyra och fortfarande utvecklas, vilket gör att fossila bränslegeneratorer ser mer ekonomiskt fördelaktigt på kort sikt.

Genomföra lagringsteknik

För närvarande i Kalifornien tillhandahålls energilagring effektivt av fossila kraftverk. Dessa naturgas- och koldrivna växter ger stabil "baselast" -kraft och kan raka upp generationen för att möta toppar i efterfrågan, som vanligtvis händer på eftermiddagen och tidigt på kvällen.

En enda energilagringsenhet kan inte direkt ersätta kapacitetspotentialen hos dessa fossila brännskällor, vilket kan generera höga mängder ström så länge som behövs.

Oförmågan att genomföra en likadant ersättning innebär att en mer diversifierad portföljstrategi mot energilagring måste antas för att göra en smidig övergång till en lägre koldioxidenergi framtid. En sådan balanserad energilagringsportfölj skulle nödvändigtvis bestå av en kombination av:

• kortvariga energilagringssystem som kan upprätthålla effektkvaliteten genom att möta lokaliserade spikar i högsta efterfrågan och buffrande kortfristiga leveransfluktuationer. Dessa kan innefatta superkapacitorer, batterier och svänghjul som snabbt kan leverera strömbrytningar.

• Energislagring med lägre hastighet som kan ge mycket ström och spara mycket energi. Dessa system, såsom pumpad hydro och termisk lagring med koncentrerad solkraft, kan ändra säsongens solproduktion och betjäna de unika kraven för storskaliga eller känsliga strömanvändare inom kommersiella och industriella sektorer.

Denna uppsättning lagringsteknologier måste kopplas upp i en slags kedja, kapslade och tierade av slutanvändning, placering och integration i nätet. Dessutom kommer styrsystem att behöva styra hur lagringstekniken interagerar med nätet.

För närvarande utan tillräcklig energi lagring på plats, använder verktyg nu naturgas för att fylla i luckorna i elförsörjning från förnybara källor. Verktyg använder "peaker" -planter, som är naturgasbaserade växter som kan vända generationen upp och ner för att möta efterfrågan på el, till exempel när solutsläppet sänker på sen eftermiddag och kväll samtidigt som luftföroreningar och växthusgasutsläpp produceras .

Med naturgasförbrukningen för elproduktion ökar, skulle det vara bättre att hålla kärnkraft medan energilagringsteknik mognar? Även om mindre förorenande än kol, producerar naturgas växthusgasutsläpp och har potential att orsaka miljöfarliga läckor, som ses i Aliso Canyon.

Med kärnkraft är det fortfarande inte klart vad man ska göra med kärnavfall, och katastrofen i Japans kärnkraftverk i Fukushima i 2011 belyser hur katastrofalt farliga kärnkraftverk kan vara.

Oavsett vilken situation du tror är bäst, är det tydligt att energilagring är den största begränsningen för att uppnå ett kolfrit elnät.

Kaliforniens engagemang för förnybara energikällor har hjälpt staten att använda mindre fossila bränslen och släppa ut mindre växthusgaser. Det krävs emellertid noggrann planering för att säkerställa att energilagringssystem installeras för att ta över de basbelastningsuppgifter som för närvarande hålls av naturgas och kärnkraft eftersom förnybar energi och energieffektivitet kanske inte kan bära bördan.

Om Författarna

Eric Daniel Fournier, doktorandforskare, rumsinformatik, University of California, Los Angeles

Alex Ricklefs, forskningsanalytiker i hållbara samhällen, University of California, Los Angeles

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon