Ядерная энергия может быть гибким источником в энергосистеме без ископаемого топлива

Рассмотрение ядерной энергии как гибкого источника энергии — производства электроэнергии, водорода и тепла с крупномасштабным хранением энергии — а не просто как источника энергии базовой нагрузки, означает, что она может дополнять изменчивость возобновляемых источников энергии без необходимости резервных электростанций, работающих на природном газе, говорится в новом отчете Далтонского ядерного института.

Отчет, Путь к нулевому уровню: совместная работа возобновляемых источников энергии и атомной энергетики, говорит, что такое изменение может помочь Великобритании достичь своей цели по созданию нулевой энергосистемы и энергосистемы к 2050 году, одновременно создавая больше рабочих мест и снижая прогнозируемые затраты до 14 миллиардов фунтов стерлингов (17,9 миллиардов долларов США).

Зара Ходжсон, директор Далтонского ядерного института Манчестерского университета, говорит в предисловии: «Великобритания добилась больших успехов в продвижении вперед расширения возобновляемых источников энергии для вытеснения электростанций, сжигающих ископаемое топливо… тем не менее, ветер и солнечная энергия по своей сути являются переменными… установка резервных электростанций, сжигающих природный газ, и технологий хранения энергии до сих пор была предложенным решением переменчивой островной погоды Великобритании, несмотря на недостатки высокой стоимости электроэнергии, напрасная трата энергии и продолжающиеся выбросы CO2.

«Поэтому мы задались вопросом, следует ли Великобритании еще раз взглянуть на то, как ядерная электроэнергия и ядерное тепло могут ускорить переход к возобновляемым источникам энергии, что приведет к переходу к нулевому уровню, а также поддержать лидерство Великобритании в решении проблемы изменения климата»

Потенциальный сценарий будущего без ископаемого топлива, «чтобы вызвать дальнейшее обсуждение», предусматривает электрификацию общего объема поставок более 840 ТВтч; три четверти из которых поставляются за счет переменных возобновляемых источников энергии, 10% — за счет атомных электростанций и 0% — за счет ископаемого топлива. Это примерно удвоит текущий общий объем поставок, а также текущую ядерную добычу Великобритании.

В сценарии “Flexible Nuclear” отчета ядерная энергия в первую очередь поставляет тепло для производства водорода и других видов топлива, которые необходимы для декарбонизации Великобритании, при этом возобновляемые источники энергии обеспечивают основную часть производства электроэнергии, а когда возобновляемые источники энергии падают, ядерная энергия затем перенаправляется на производство электроэнергии. для сети, таким образом, избегая необходимости иметь новые газовые электростанции, предназначенные только для покрытия времени низкой выработки возобновляемых источников энергии.

Соавторы Хуан Мэтьюз, Уильям Бодел и Грегг Батлер говорят, что в нынешнем официальном моделировании Великобритании ядерная энергия рассматривается как источник энергии базовой нагрузки, при этом производство газа будет работать «лишь небольшой процент времени», и отмечают, что «кажется, дешевые источники электроэнергии становятся дорогими, когда коэффициент мощности снижается» а также потенциальные затраты на сокращение производства энергии в периоды максимальной выработки энергии из возобновляемых источников.

«Один из методов повышения гибкости ядерной энергетики — объединить ее с хранением тепла». Более высокие температуры, производимые некоторыми AMR (передовыми модульными реакторами), делают их особенно подходящими для производства водорода и других синтетических видов топлива, а также для отопления для широкого спектра промышленных применений. Этот потенциал дополнительно используется в нескольких концептуальных проектах УПП, которые предпочитают включать термическое хранение расплавленной соли… такое расположение реактора плюс теплового хранилища открывает перспективу более широкого коммерческого внедрения конечными пользователями за счет значительной доступности экономичной, гибкой и полезной энергии и должно быть исследовано», — говорится в отчете.

В нем поясняется, что концепция теплового хранения соответствует опыту использования солнечной тепловой энергии, «где она доказала свою эффективность и экономичность в странах с обильным солнечным светом». расплавленные соли используются для хранения тепла в больших изолированных силосах, а затем расплавленные соли запускаются через парогенераторы или теплообменники. Охлажденная расплавленная соль затем хранится в отдельных силосах, которые будут использоваться в следующем цикле… альтернативно, тепло может храниться в больших изолированных массах дешевых твердых материалов, таких как песок или гравий, которые нагреваются и обедняются расплавленными солями, но эта система имеет более низкий тепловой КПД, чем двухрезервуарный вариант расплавленной соли… несколько концептуальных проектов AMR включают теплоаккумулирование расплавленной соли в сочетании с установками по преобразованию энергии, мощность которых в три раза превышает мощность реакторной системы. В моменты низкой потребности в электроэнергии энергия направляется в теплохранилище, в моменты высокой потребности эта запасенная тепловая энергия может быть преобразована в электроэнергию вместе с выходом реактора. Это обеспечивает непрерывную работу реакторной установки, обеспечивая при этом неограниченную нагрузку, в том числе при очень низких уровнях подачи электроэнергии в сеть.

Он рекомендует правительству Великобритании уделить приоритетное внимание исследованиям, позволяющим углубленно изучить возможности использования реакторов с тепловым хранением. Он также рекомендует, чтобы правительственные оценки воздействия новых ядерных мощностей учитывали и включали приложения когенерации, и заявляет, что «правительство и промышленность должны стремиться уменьшить необходимость сокращения использования возобновляемой электроэнергии за счет использования когенерированного ядерного тепла для производства высокотемпературного электролизного водорода». в дополнение к краткосрочному хранению», а «планирование будущего развертывания ядерной энергии должно предусматривать интегрированную систему, в которой ядерные и переменные возобновляемые источники энергии работают в гармонии посредством когенерации и хранения энергии, в то время как планирование поставок энергетической (а не только электроэнергии) инфраструктуры должно быть полностью скоординировано, чтобы наилучшим образом обеспечить наличие в Великобритании функциональной всей системы. «.

Для потенциальных следующих шагов говорится, что «необходимы дальнейшие исследования и разработки в области технологии хранения тепловой энергии, поскольку инженерная осуществимость технологии имеет решающее значение для достижения потенциальных экономических выгод от подхода «гибкая ядерная энергия».

Зара Ходжсон добавляет: «Наш анализ указывает на будущие перспективы создания гибкой, свободной от ископаемого топлива энергетической системы, которая объединяет синергетические преимущества возобновляемых источников энергии и совместного производства ядерной энергии, поскольку технологии станут применимыми в системе с настоящего момента до 2030 года, а затем до 2040 года, и наконец, полная реализация к 2050 году. Использование гибкости ядерной энергетики для внесения большего, чем просто низкоуглеродная электроэнергия, является ключевой инновационной возможностью для Великобритании и предлагает лидерство в международных инициативах «нетто-ноль» и повышении энергетической безопасности.