Zonne-energiecentrales die de warmte van de zon gebruiken om elektriciteit te maken, kunnen energie opslaan als gesmolten zout. Ministerie van Energie

Pacific Gas and Electric (PG&E) is onlangs begonnen met het sluiten van de Diablo Canyon-productiefaciliteit, de laatste actieve kerncentrale in Californië. De energiecentrale, gelegen nabij Avila Beach aan de centrale Californische kust, bestaat uit twee reactoren van 1,100 megawatt (MW) en produceert 18,000 gigawattuur (GWh) elektriciteit per jaar, ongeveer 8.5 procent van het elektriciteitsverbruik in Californië in 2015. , tot nu toe, de grootste installatie voor elektrische opwekking in de staat.

Opvallend over de aanstaande sluiting van Diablo Canyon is wetgevingswet van Californië SB 350of de Clean Energy and Pollution Reduction Act van 2015. De wet is een hoeksteen van de voortdurende inspanningen van de staat om zijn elektriciteitsnet koolstofvrij te maken door van nutsbedrijven te eisen dat ze hernieuwbare bronnen opnemen voor een deel van hun elektriciteitsopwekking in de komende jaren. Het mandaat vereist ook dat hulpprogramma's programma's uitvoeren die zijn ontworpen om de efficiëntie van elektriciteits- en aardgasverbruik te verdubbelen.

Maar er blijven een aantal belangrijke onbeantwoorde vragen over dit ambitieuze energiebeleid, zoals de geplande afsluiting 2025 van Diablo Canyon illustreert. Kunnen nutsbedrijven de klok rond elektriciteit leveren met behulp van deze alternatieve opwekkingsbronnen? En cruciaal: kunnen energieopslagtechnologieën de power on demand leveren die traditionele generatoren hebben gedaan?

Zich verwijderen van kernenergie

Kerncentrales zagen hun hoogtijdagen in de vroege 1970s en werden geprezen om hun vermogen om grote hoeveelheden elektriciteit te produceren met een constante snelheid zonder het gebruik van fossiele brandstoffen.

Echter vanwege negatieve mening en dure renovaties, we zien nu een trend waarbij langlopende kerncentrales stilvallen en er maar weinig nieuwe fabrieken worden gepland voor de bouw in de Verenigde Staten.


innerlijk abonneren grafisch


Nutsvoorzieningen evolueren naar hernieuwbare elektriciteitsopwekking, zoals zonne- en windenergie, gedeeltelijk als reactie op de marktkrachten en gedeeltelijk als reactie op nieuwe voorschriften die nut vereisen om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Met name in Californië heeft de verschuiving naar hernieuwbare energie om markt- en milieuredenen, naast de negatieve perceptie van kernenergie door het publiek, de oorzaak nutsbedrijven om kernenergie te verlaten.

Terwijl tegenstanders de sluiting van kerncentrales kunnen beschouwen als een gezondheids- en ecologisch succes, maakt het sluiten van kerncentrales de uitdagingen voor nutsbedrijven groter om aan de vraag naar elektriciteitsverbruik te voldoen en tegelijkertijd hun ecologische voetafdruk te verkleinen. PG&E heeft bijvoorbeeld toegezegd om meer hernieuwbare energiebronnen en energie-efficiëntie-inspanningen te leveren, maar dit alleen zal hen niet helpen om hun klanten de klok rond van elektriciteit te voorzien. Wat kan worden gebruikt om het grote gat op te vullen dat is ontstaan ​​door het sluiten van Diablo Canyon?

Zonne- en windenergiebronnen zijn wenselijk omdat ze koolstofvrije elektriciteit produceren zonder toxische en gevaarlijke afvalbijproducten te produceren. Ze hebben echter ook het nadeel dat ze gedurende de dag slechts af en toe elektriciteit kunnen produceren. Zonne-energie kan alleen worden gebruikt als de zon buiten is, en windsnelheden variëren onvoorspelbaar.

Om te voldoen aan de vraag naar elektriciteit van de klant op alle uren, zullen technologieën voor energieopslag, naast meer hernieuwbare bronnen en verhoogde energie-efficiëntie, nodig zijn.

Voer energieopslag in

Energieopslag wordt al lang geprezen als het wondermiddel om op grote schaal hernieuwbare energie in het net te integreren. Het vervangen van de stroomopwekking die door de sluiting van Diablo Canyon is achtergelaten, vereist uitgebreide toevoegingen aan wind en zon. Meer duurzame energieopwekking vereist echter meer opslag.

Er zijn momenteel veel verschillende energieopslagtechnologieën beschikbaar of worden in de handel gebracht, maar elk valt in een van de vier basiscategorieën: chemische opslag zoals in batterijen, kinetische opslag zoals vliegwielen, thermische opslag en magnetische opslag.

De verschillende technologieën binnen elk van deze categorieën kunnen worden gekarakteriseerd en vergeleken in termen van hun:

  • vermogen: hoeveel stroom is er geproduceerd
  • energiecapaciteit: hoeveel energie kan worden opgeslagen of ontladen, en
  • responstijd: de minimale hoeveelheid tijd die nodig is om energie te leveren.

De belangrijkste uitdaging waarmee nutsbedrijven nu worden geconfronteerd, is de integratie van energieopslagtechnologieën voor specifieke toepassingen voor stroomtoevoer op specifieke locaties.

Deze uitdaging wordt verder bemoeilijkt door het elektrisch vermogenstransmissiesysteem en consumentengedrag dat is geëvolueerd op basis van een energievoorzieningssysteem dat wordt gedomineerd door fossiele brandstoffen. Bovendien zijn opslagtechnologieën duur en ontwikkelen ze zich nog steeds, waardoor fossiele brandstofgeneratoren er op de korte termijn economisch gunstiger uitzien.

Implementeren van opslagtechnologieën

Momenteel wordt energieopslag in Californië effectief verzorgd door energiecentrales met fossiele brandstoffen. Deze door aardgas en kolen aangedreven fabrieken zorgen voor een stabiele "baseload" -kracht en kunnen de opwekking versnellen om aan pieken in de vraag te voldoen, die over het algemeen in de middag en de vroege avond plaatsvinden.

Een enkel energieopslagapparaat kan niet direct het capaciteitspotentieel van deze fossiele brandstofbronnen vervangen, die zo lang als nodig hoge snelheden kunnen genereren.

Het onvermogen om een ​​like-for-like vervanging uit te voeren, betekent dat er een meer gediversifieerde portfoliostrategie voor energieopslag moet worden aangenomen om een ​​soepele overgang naar een toekomst met minder CO 2 -emissies mogelijk te maken. Een dergelijke uitgebalanceerde portefeuille voor energieopslag zou noodzakelijkerwijs bestaan ​​uit een combinatie van:

  • kortdurende energieopslagsystemen die in staat zijn om de kwaliteit van de stroom te handhaven door te voldoen aan de piekvraag in lokale pieken en door schommelingen op korte termijn op te vangen. Deze kunnen bestaan ​​uit supercondensatoren, batterijen en vliegwielen die snel uitbarstingen van vermogen kunnen leveren.

  • Energieopslag met een lagere snelheid die veel stroom kan leveren en veel energie kan opslaan. Deze systemen, zoals gepompte hydro- en thermische opslag met geconcentreerde zonne-energie, zijn in staat om de seizoensgebondenheid van de productie van zonne-energie te verschuiven en de unieke vermogensvereisten te vervullen voor grootschalige of gevoelige stroomgebruikers in de commerciële en industriële sectoren.

Deze set van opslagtechnologieën zou moeten worden gekoppeld in een soort keten, genest en getrapt door eindgebruik, locatie en integratie in het netwerk. Daarnaast zijn beheersystemen nodig om te bepalen hoe de opslagtechnologieën op het net reageren.

Op dit moment gebruiken nutsbedrijven momenteel, zonder voldoende energieopslag, aardgas om de lacunes in de elektriciteitsvoorziening uit hernieuwbare bronnen op te vullen. Nutsbedrijven gebruiken "peaker" -fabrieken, aardgasgestookte centrales die de opwekking omhoog of omlaag kunnen draaien om aan de vraag naar elektriciteit te voldoen, zoals wanneer de zonne-energie daalt in de late namiddag en avond, terwijl tegelijkertijd luchtverontreiniging en broeikasgasemissies worden geproduceerd .

Met het aardgasverbruik voor elektriciteitsopwekking in opkomst, zou het beter zijn om kernenergie te behouden terwijl technologieën voor energieopslag verder opgroeien? Hoewel het minder vervuilend is dan kolen, veroorzaakt aardgas broeikasgasemissies en heeft het de potentie om te veroorzaken milieugevaarlijke lekken, zoals te zien in Aliso Canyon.

Met nucleair is het nog steeds niet duidelijk wat te doen met nucleair afval, en de ramp in de Japanse kerncentrale van Fukushima in 2011 benadrukt hoe catastrofaal gevaarlijke kerncentrales kunnen zijn.

Ongeacht de situatie die volgens u het beste is, is het duidelijk dat energieopslag de belangrijkste beperking is om een ​​koolstofvrij elektriciteitsnet te realiseren.

De inzet van Californië voor hernieuwbare energiebronnen heeft ertoe bijgedragen dat de staat minder gebruik maakt van fossiele brandstoffen en minder broeikasgassen uitstoot. Er is echter een zorgvuldige planning nodig om ervoor te zorgen dat energieopslagsystemen worden geïnstalleerd om de basistradingstaken die momenteel in handen zijn van aardgas en kernenergie over te nemen, aangezien hernieuwbare energie en energie-efficiëntie de lasten misschien niet kunnen dragen.

Over de Auteurs

Eric Daniel Fournier, post doctoraal onderzoeker, ruimtelijke informatica, University of California, Los Angeles

Alex Ricklefs, onderzoeksanalist in duurzame gemeenschappen, University of California, Los Angeles

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.

Verwante Boeken

at InnerSelf Market en Amazon