Атомные электростанции обычно работают либо на полную мощность, либо не работают вообще. Тем не менее, электростанции имеют техническую возможность приспосабливаться к изменяющемуся спросу на электроэнергию и, таким образом, лучше использовать источники возобновляемой энергии, такие как энергия ветра или солнца.
Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) и Массачусетского технологического института недавно изучили преимущества именно этого. По словам исследователей, если бы атомные электростанции вырабатывали энергию более гибким образом, они могли бы снизить затраты на электроэнергию для потребителей, позволить использовать больше возобновляемых источников энергии, улучшить экономику атомной энергетики и помочь сократить выбросы парниковых газов.
Новое исследование «дает нам инструменты для дальнейшего изучения потенциальных преимуществ гибких ядерных операций для работы в тандеме с большей долей переменных источников выработки возобновляемой энергии…» - Джесси Дженкинс, аспирант MIT Energy Initiative
Команда изучила технические ограничения гибкой работы на атомных электростанциях и представила новый способ моделирования того, как эти проблемы влияют на работу энергосистем. «Гибкие операции с атомной энергетикой - это беспроигрышный вариант, который снижает эксплуатационные расходы энергосистемы, увеличивает доходы владельцев атомных станций и значительно снижает сокращение использования возобновляемых источников энергии», - написала команда в статье Applied Energy, опубликованной в Интернете 24 апреля.
Аудун Боттеруд, главный инженер по энергетическим системам в подразделении энергетических систем Аргонны, воодушевлен тем, как «впервые в этом исследовании оценивается и демонстрируется потенциальная ценность гибких ядерных операций в реальной энергетической системе в Соединенных Штатах». Государства сталкиваются с проблемой высокой изменчивости производства возобновляемой энергии."
Исследование помогает развеять давнее мнение о том, что атомные электростанции должны работать в режиме «базовой нагрузки», производя энергию на максимальной номинальной мощности, когда они подключены к сети. Группа обнаружила, что атомные электростанции могут даже динамически реагировать на почасовые рыночные цены на электроэнергию и потребности регулирования частоты каждую секунду. Энергетические системы, включающие возобновляемые источники энергии, должны быть более гибкими, чтобы постоянно уравновешивать спрос и предложение. Операторы атомных станций во Франции, Германии и других странах знакомы с этим подходом, но в меньшей степени в Соединенных Штатах.
Исследователи разработали математическое представление физических эксплуатационных ограничений, возникающих из динамики ядерных реакторов и цикла облучения топлива, в статье Applied Energy и сопутствующей статье, опубликованной в Nuclear Technology. Затем междисциплинарная группа объединила новый подход с имитационными моделями энергосистемы для оценки общей стоимости производства электроэнергии, рыночных цен и итоговых доходов электростанций, предполагая различные уровни ядерной гибкости.
«Атомные электростанции регулируются другим набором принципов по сравнению с другими генераторами, и наш подход позволяет представить эти взаимосвязи при анализе энергетических систем и рынков электроэнергии», - сказал Франческо Ганда, главный исследователь проект и главный инженер-ядерщик в Аргоннском подразделении ядерной науки и техники.
Благодаря гибкости операторы электростанций могут снизить общие эксплуатационные расходы в энергосистеме. Например, операторы могли бы генерировать меньше ядерной энергии всякий раз, когда широко доступны возобновляемые источники энергии. Затем атомные электростанции могли бы использовать свои резервные мощности для продажи ценных «операционных резервов» или возможности быстро изменять выходную мощность, чтобы помочь операторам энергосистем сбалансировать спрос и предложение в случае непредвиденных событий, таких как сбои электростанций или ошибки в прогнозах спроса.
Эта гибкость может повысить рентабельность атомных электростанций за счет увеличения доходов от рынков электроэнергии и снижения переменных затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание. В целом, гибкость атомных электростанций также может помочь интегрировать больше ветряных и солнечных ресурсов и сократить производство энергии, вырабатываемой на ископаемом топливе, и связанные с этим выбросы углекислого газа.
Джесси Дженкинс, аспирант Энергетической инициативы Массачусетского технологического института, отмечает, что подход исследователей к моделированию и исследования «дают нам инструменты для дальнейшего изучения потенциальных преимуществ гибких ядерных операций для работы в тандеме с большей долей переменных источников возобновляемой энергии». производство электроэнергии на пути к низкоуглеродному электроснабжению."
Среди других авторов исследования в Аргонне Ричард Вилим, Чжи Чжоу и Роберто Пончироли. Исследование частично финансировалось программой исследований и разработок Аргоннской лаборатории.