Pacific Gas and Electric (PG&E) ha recentemente avviato il processo di chiusura dell'impianto di generazione di Diablo Canyon, l'ultima centrale nucleare attiva in California. La centrale, situata vicino a Avila Beach, sulla costa centrale della California, è composta da due reattori da 1,100 megawatt (MW) e produce 18,000 gigawattora (GWh) di elettricità all'anno, circa l'8.5% del consumo di elettricità della California nel 2015. È stato , fino a questo punto, il più grande impianto di generazione elettrica dello stato.

Incombe sulla chiusura imminente di Diablo Canyon è il disegno di legge dello Stato della California SB 350o la legge sulla riduzione dell'energia e dell'inquinamento di 2015. L'atto è una pietra miliare degli sforzi in corso dello stato per decarbonizzare la sua rete elettrica richiedendo ai servizi pubblici di includere fonti rinnovabili per una parte della loro generazione elettrica negli anni futuri. Il mandato prevede inoltre che i servizi pubblici eseguano programmi progettati per raddoppiare l'efficienza del consumo di elettricità e gas naturale.

Ma una serie di importanti domande senza risposta rimangono su questa ambiziosa politica energetica, mentre la chiusura prevista è prevista 2025 di Diablo Canyon illustra. Le utility possono fornire elettricità 24 ore su 24 utilizzando queste fonti di generazione alternative? E soprattutto, le tecnologie di accumulo di energia possono fornire la potenza su richiesta che hanno fatto i generatori tradizionali?

Allontanandosi dal nucleare

Le centrali nucleari hanno visto il loro apogeo nei primi 1970 e sono state elogiate per la loro capacità di produrre grandi quantità di elettricità a un ritmo costante senza l'uso di combustibili fossili.

Tuttavia, a causa di opinione negativa e costosi lavori di ristrutturazione, stiamo ora osservando una tendenza in base alla quale le centrali nucleari di lunga data si stanno spegnendo e pochissimi nuovi impianti sono previsti per la costruzione negli Stati Uniti.

I servizi pubblici si stanno muovendo verso la generazione di elettricità rinnovabile, come il solare e l'eolico, in parte in risposta alle forze del mercato e in parte in risposta alle nuove normative che richiedono servizi di pubblica utilità per ridurre le emissioni di gas a effetto serra. In California, in particolare, il passaggio alle energie rinnovabili per ragioni di mercato e ambientali, insieme alla percezione negativa del pubblico sull'energia nucleare, ha causato utilità per abbandonare l'energia nucleare.

Mentre gli oppositori possono considerare la chiusura delle centrali nucleari come un successo per la salute e l'ambiente, la chiusura delle centrali nucleari intensifica le sfide affrontate dalle utility per soddisfare la domanda di consumo di elettricità riducendo contemporaneamente la loro impronta di carbonio. PG&E, ad esempio, si è impegnata ad aumentare le fonti energetiche rinnovabili e gli sforzi per l'efficienza energetica, ma questo da solo non li aiuterà a fornire elettricità ai propri clienti XNUMX ore su XNUMX. Cosa si può usare per colmare il considerevole vuoto lasciato dalla chiusura di Diablo Canyon?

Le fonti di energia solare ed eolica sono desiderabili in quanto producono elettricità priva di carbonio senza produrre sottoprodotti di rifiuti tossici e pericolosi. Tuttavia, soffrono anche dello svantaggio di poter produrre elettricità solo in modo intermittente durante il giorno. L'energia solare può essere utilizzata solo quando il sole è fuori e la velocità del vento varia in modo imprevedibile.

Per soddisfare la domanda di elettricità dei clienti a tutte le ore, saranno necessarie tecnologie di accumulo di energia, oltre a più fonti rinnovabili e maggiore efficienza energetica.

Inserisci accumulo di energia

Lo stoccaggio di energia è stato a lungo pubblicizzato come la panacea per l'integrazione di energia rinnovabile nella rete su larga scala. La sostituzione della generazione di energia lasciata dalla chiusura di Diablo Canyon richiederà aggiunte estese al vento e al solare. Tuttavia, una maggiore produzione di energia rinnovabile richiederà un maggiore stoccaggio.

Esistono molte tecnologie di accumulo di energia diverse attualmente disponibili o in fase di commercializzazione, ma ognuna rientra in una delle quattro categorie di base: stoccaggio chimico come nelle batterie, stoccaggio cinetico come volani, accumulo termico ed memoria magnetica.

Le diverse tecnologie all'interno di ciascuna di queste categorie possono essere caratterizzate e confrontate in termini di:

• potenza nominale: quanta corrente elettrica prodotta
• capacità energetica: quanta energia può essere immagazzinata o scaricata, e
• tempo di risposta: il minimo tempo necessario per fornire energia.

La sfida principale che devono affrontare le utility è come integrare le tecnologie di accumulo di energia per specifiche applicazioni di erogazione di energia in luoghi specifici.

Questa sfida è ulteriormente complicata dal sistema di trasmissione dell'energia elettrica e dai comportamenti dei consumatori che si sono evoluti sulla base di un sistema di approvvigionamento energetico dominato dai combustibili fossili. Inoltre, le tecnologie di stoccaggio sono costose e ancora in via di sviluppo, il che rende i generatori di combustibili fossili più economici a breve termine.

Implementazione di tecnologie di archiviazione

Attualmente in California, lo stoccaggio di energia è effettivamente fornito dalle centrali elettriche a combustibile fossile. Queste centrali alimentate a gas naturale e carbone forniscono energia di "carico di base" costante e possono accelerare la generazione per soddisfare i picchi di domanda, che generalmente si verificano nel pomeriggio e nella prima serata.

Un singolo dispositivo di accumulo di energia non può sostituire direttamente il potenziale di capacità di queste fonti di combustibili fossili, che possono generare alti tassi di energia per tutto il tempo necessario.

L'incapacità di eseguire una sostituzione like-for-like significa che deve essere adottata una strategia di portafoglio più diversificata verso lo stoccaggio di energia al fine di effettuare una transizione graduale verso un futuro di energia a basse emissioni di carbonio. Tale portafoglio bilanciato di accumulo di energia consisterebbe necessariamente in una combinazione di:

• sistemi di accumulo di energia di breve durata che sono in grado di mantenere la qualità dell'energia soddisfacendo picchi localizzati nella domanda di picco e tamponando le fluttuazioni dell'offerta a breve termine. Questi potrebbero includere supercondensatori, batterie e volani in grado di fornire rapidamente esplosioni di potenza.

• Accumulo di energia a bassa velocità che può fornire molta energia e immagazzinare molta energia. Questi sistemi, come l'idroelettrico pompato e lo stoccaggio termico con energia solare concentrata, sono in grado di spostare la stagionalità della produzione solare e soddisfare i requisiti di alimentazione unici per utenti su larga scala o sensibili nei settori commerciale e industriale.

Questo insieme di tecnologie di archiviazione dovrebbe essere collegato in una sorta di catena, nidificato e suddiviso per uso finale, posizione e integrazione nella griglia. Inoltre, saranno necessari sistemi di gestione per controllare il modo in cui le tecnologie di archiviazione interagiscono con la griglia.

Attualmente senza un sufficiente accumulo di energia in atto, i servizi pubblici ora utilizzano il gas naturale per colmare le lacune nella fornitura di energia elettrica da fonti rinnovabili. I servizi pubblici utilizzano impianti a "picco", che sono impianti alimentati a gas naturale che possono aumentare o diminuire la generazione per soddisfare la domanda di elettricità, ad esempio quando la produzione di energia solare cala nel tardo pomeriggio e alla sera, producendo nel contempo l'inquinamento dell'aria e le emissioni di gas serra nel processo .

Con l'aumento del consumo di gas naturale per la generazione di elettricità, sarebbe meglio mantenere l'energia nucleare mentre le tecnologie di accumulo dell'energia maturano? Sebbene meno inquinante del carbone, il gas naturale produce emissioni di gas serra e ha il potenziale per causare perdite pericolose per l'ambiente, come visto in Aliso Canyon.

Con il nucleare, non è ancora chiaro cosa fare con le scorie nucleari e il disastro nella centrale nucleare di Fukushima in Giappone a 2011 evidenzia quanto possano essere pericolose le centrali nucleari catastroficamente pericolose.

Indipendentemente dalla situazione che ritieni migliore, è chiaro che l'accumulo di energia è la principale limitazione alla realizzazione di una rete elettrica senza emissioni di carbonio.

L'impegno della California nei confronti delle fonti energetiche rinnovabili ha contribuito a spostare lo stato nell'uso di meno combustibili fossili e nell'emissione di meno gas serra. Tuttavia, è necessaria un'attenta pianificazione per garantire che siano installati sistemi di accumulo dell'energia per assumere le funzioni di carico di base attualmente detenute da gas naturale e energia nucleare, poiché le energie rinnovabili e l'efficienza energetica potrebbero non essere in grado di sostenere l'onere.

Riguardo agli Autori

Eric Daniel Fournier, Post Doctoral Researcher, Spatial Informatics, University of California, Los Angeles

Alex Ricklefs, analista di ricerca in comunità sostenibili, University of California, Los Angeles

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.

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