Д-р Джорджио Локателли из Инженерной школы Университета Линкольна, Великобритания, опубликовал серию исследовательских работ по ключевым аспектам устойчивых энергетических систем в ведущем академическом журнале Energy. Основные выводы изложены в следующем отчете.
Проблема спроса и предложения
«« Электрические сети могут работать, если и только если количество электроэнергии, вводимой в сеть от электростанций, посекундно соответствует количеству электроэнергии, извлеченной из сети потребителями ». Если этого не происходит, возникают затемнения.
Чтобы поддерживать это равновесие, мы должны сосредоточиться на двух вещах: спросе и поставке электроэнергии в сеть. Во-первых, мы должны прогнозировать потребление электроэнергии (как всегда было), а во-вторых, мы должны иметь возможность «настраивать» электростанции на производство точного количества необходимой энергии. Эта вторая задача становится все сложнее, особенно с периодически возникающими возобновляемыми источниками, такими как ветер и солнце.
Предложение здесь, конечно, определяется самой непредсказуемой из переменных: погодой.
Есть два варианта сбалансировать спрос и предложение.
Мы можем хранить электроэнергию, когда она произведена, но не нужна, чтобы ее можно было снова включить в сеть, когда это необходимо, или использовать электроэнергию для других « внесетевых приложений » (например, опреснение соленой воды для производства пресной воды) в периоды низкий спрос, например, ночью или в выходные дни.
За последнее десятилетие производство электроэнергии из возобновляемых источников во всем мире увеличилось. В Европе, где дальнейшее развитие крупных гидроэлектростанций сейчас ограничено нехваткой новых мест, солнечные, биомассовые и особенно ветряные электростанции станут более заметными в структуре возобновляемых источников энергии в ближайшие годы.
Растущее проникновение технологий переменной возобновляемой энергии в энергоснабжение уже ставит сложные вопросы для общего эффективного управления электрическими сетями.
Многие из этих технологий требуют гибких энергосистем, способных быстро реагировать на колебания спроса и предложения.
Вместе с академическими коллегами я работал над разработкой новой методологии оценки экономики электростанций. Мы считаем, что наши выводы имеют три ключевых значения для того, как энергетическая отрасль адаптируется к этой проблеме.
Во-первых, наше исследование предполагает возможность создания «оптимальной емкости» для складских помещений.
Во-вторых, без субсидий ни одна из существующих технологий хранения энергии не является экономически устойчивой. В-третьих, возможность использования электростанций для различных целей была определена как средство уменьшения субсидий на технологии хранения энергии.
Ядерный вариант
Помимо возобновляемых источников энергии, в настоящее время единственной доступной технологией для производства электроэнергии с незначительным выбросом углекислого газа является ядерная энергия. Малые модульные реакторы (ММР) являются частью конструкции атомных электростанций нового поколения, привлекающей все большее внимание промышленности и правительства.
Современные SMR — относительно «новый продукт» в атомной отрасли, но интерес к этой технологии растет как в Великобритании, так и за рубежом.
Привлекательность SMR как инвестиций в основном основана на принципе модульного развертывания. Их небольшой размер делает их хорошим вариантом для мест, где не могут размещаться крупные заводы, и они также требуют ограниченных первоначальных капиталовложений.
Учитывая их постоянную стоимость, ядерные реакторы считаются энергетической технологией с базовой нагрузкой — технологией, которая должна производить энергию непрерывно 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, чтобы быть экономичной. Однако сочетание добавления большего количества ядерной энергии и периодических источников возобновляемой энергии, таких как солнечная и ветровая, потребует еще большей гибкости и адаптируемости внутри сети, чтобы компенсировать разницу между спросом и предложением энергии в разное время.
В настоящее время ядерные реакторы адаптируются к спросу на электроэнергию, называемому «отслеживание нагрузки», путем изменения реактивности в активной зоне. Таким образом, выходная мощность снижается с потерей потенциальной энергии. Это также создает термомеханическую нагрузку на установку всякий раз, когда изменяется режим мощности. В отличие от газовых электростанций, при эксплуатации ядерного реактора на более низком уровне мощности нет существенной экономии затрат из-за существенного фиксированного характера ядерных затрат.
В нашем исследовании мы проверили идею поддержания первичной цепи на полной мощности и следования кривой нагрузки, используя мощность для совместного производства ценных побочных продуктов. Когенерация — это использование теплового двигателя или электростанции для одновременного производства электроэнергии и других продуктов.
Мы оценили технико-экономическую осуществимость этого подхода применительно к малым модульным реакторам с двумя когенерационными технологиями: водорослевое биотопливо и опреснение.
Наши результаты показывают, что мощность, требуемая заводом по производству биотоплива из водорослей, недостаточна для обоснования подхода, следующего за нагрузкой.
Однако в случае опреснения это было жизнеспособным. Наш последовательный экономический анализ демонстрирует экономическую жизнеспособность подхода к опреснению воды в нескольких сценариях.
В заключение отметим, что соединение SMR с опреснительной установкой является реалистичным решением для выполнения эффективной нагрузки при производстве ядерной энергии.
Препятствия на пути к большему количеству SMR
Если бы SMR могли внести ценный вклад в энергоснабжение, то следующим шагом была бы оценка юридической осуществимости реализации этого подхода.
Это, конечно, звучит проще, чем есть на самом деле! Работая с Тристано Сайнати, одним из моих аспирантов в Университете Линкольна, мы пришли к выводу, что адаптация процесса лицензирования для SMR, как часть сильной политической приверженности нескольких стран, имеет важное значение.
Нет ни одного международного органа, обладающего полномочиями, чтобы это произошло, а различные национальные регулирующие органы имеют ограниченные возможности по изменению своей собственной системы лицензирования. Политическая приверженность МСП потребует серьезных правовых реформ, глубоко изменяющих архитектуру и принципы, регулирующие процессы лицензирования. Это вряд ли произойдет в краткосрочной перспективе и представляет собой одно из основных препятствий, мешающих широкому распространению этой многообещающей технологии."