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La energía nuclear y fuentes de energía renovables variables como el viento y la energía solar "no jueguen bien juntos."

Eso es una pepita comúnmente aceptada de la sabiduría en estos días. I y durante un coloquio interesante en Twitter esta semana con el director general de Energía fresca, reportero, y autor y editor de Renovables Internacional.

Si es cierto, la idea de que las energías renovables y la nuclear no se mezclan tiene implicaciones importantes. Esto significaría que si queremos construir un sistema eléctrico de ultra bajo carbono para enfrentar el cambio climático, podemos hacer frente a dos caminos que se excluyen mutuamente: un camino dominado por la energía nuclear (lo llaman el paradigma francés) y el otro dominado por las energías renovables variables ( llamar el paradigma alemán).

(De hecho, los partidarios de la Energiewende alemán usan este argumento de que las grandes penetraciones de las energías renovables son incompatibles con nuclear como una de las justificaciones para la eliminación nuclear en curso en la actualidad).

Cuanto más pienso en ello, sin embargo, más estoy convencido de que la concepción tradicional de que las energías renovables y la mezcla nuclear como el aceite y el agua es verdad sólo hasta cierto punto.

De hecho, si queremos construir un sistema de ultra bajo carbono alimentado por energías renovables variables, vamos a tener que resolver precisamente los mismos desafíos técnicos que harán que un sistema de energías renovables híbridos y la energía nuclear sea posible así.

Mi pensamiento es el siguiente, y presentar esto como una hipótesis para la discusión y con planes para analizar esto con más detalle en el futuro (es decir, utilizando sistemas de potencia de modelado) ...

Comienzo con este punto básica: En términos gruesos, una vez que una fuente variable de las energías renovables, como la eólica o la energía solar, alcanza un nivel de penetración de la energía (medida como la proporción del suministro total de energía) igual al promedio de la producción total de esa fuente de esa fuente de energía renovable variable de fluctuará de manera rutinaria entre el 0 y el 100 por ciento de la demanda total de electricidad.

Por ejemplo, si el factor de capacidad promedio de la energía solar fotovoltaica es de 10 por ciento (sobre lo que se encuentra en Alemania), PV vez solar alcanza aproximadamente el 10 por ciento de la matriz energética de todo el sistema, la radiación solar varía de 100 por ciento de la demanda cuando la producción en plena capacidad en un día de mediados de los veranos brillante y 0 por ciento cuando cae la noche. Turbinas de viento en la brisa del Medio Oeste estadounidense tienen un factor de capacidad más cerca de 35-45 por ciento, para que el viento alcanzaría un techo a aproximadamente el 40 por ciento de la cuota de energía en esa región.

Hay dos implicaciones importantes para alcanzar este punto en el que las acciones de una fuente de energía renovable es igual a su factor de capacidad.

En primer lugar, sin almacenamiento de energía, alta penetración de las energías renovables no dejan mucho espacio en el sistema de energía de las centrales nucleares (o cualquier otra planta de energía "carga base").

Mientras variar o salida de arriba y abajo para seguir cargas (aunque menos flexible que las turbinas de gas), "bicicleta" o apagar por completo y empezar de nuevo más tarde es demasiado difícil para una planta nuclear que se puede hacer de forma rutinaria. Sin embargo, a altas penetraciones de las energías renovables variables, todas las otras plantas en el sistema tendría que ser capaz de ciclismo de forma rutinaria dentro y fuera.

• Resumen: es cierto entonces que el almacenamiento de energía ausente y flexibilidad, alta penetración de las energías renovables variables no juega bien con nuclear.

En segundo lugar, el aumento de la penetración de las energías renovables más allá del punto donde la cuota de energía es igual a factor de capacidad significaría la fuente renovable comenzaría a producir más electricidad que regularmente exigido. Sin almacenamiento de energía o sumideros dispuestos a comprar el exceso de potencia, generadores renovables tendrían que recortar una parte creciente de su producción y perder todos los ingresos asociados.

En la práctica, este límite máximo en realidad podría ser alcanzado antes de la penetración de las energías renovables es igual a factor de capacidad, ya que la producción comenzaría a superar regularmente la demanda de alto rendimiento / días de baja demanda mucho antes de este punto.

Además, si las energías renovables están expuestos a precios al por mayor (y no subvencionada fuera del mercado al por mayor, es decir, con tarifas de alimentación), los precios de mercado han sido obtenidos por las energías renovables se correlacionaron negativamente con su producción. precios al por mayor son los más bajos precisamente cuando los generadores renovables están poniendo hacia fuera de potencia (de nuevo, esto no asume ningún tipo de almacenamiento de energía / sumideros.) En algún momento, la adición de más energías renovables no serían rentables más. Si las energías renovables tienen que pagar por los servicios de balance del sistema y las necesidades de flexibilidad que, a contribuir a que se alcance incluso a principios de este límite económico.

Este punto en el factor de la energía cuota = capacidad es probablemente un techo generoso para la penetración de las energías renovables de almacenamiento ausente entonces.

Si los factores de capacidad solares suelen oscilar entre el 10-20 por ciento y el viento de 25-45 por ciento, que hace que sea muy difícil llegar a un sistema de energía de carbono de ultra baja potencia principalmente por las energías renovables. Una vez que estas fuentes alcanzan una cuota conjunta del quizá el 30-40 por ciento de la matriz energética, las limitaciones técnicas y económicas harán que sea muy difícil para aumentar aún más su cuota.

• Resumen: almacenamiento de energía ausente y sumideros que pueden hacer un uso provechoso de exceso de energía y la flexibilidad del sistema masivo de manejar variaciones en la producción renovable de 0 a 100 por ciento de la carga, la penetración de las energías renovables variables se ve limitado efectivamente por debajo del punto en el que su cuota de energía es igual a su capacidad factor.

Si queremos aumentar la penetración renovable a partir de estos niveles y conducir realmente profunda descarbonización del sistema de energía, por lo tanto, necesitamos grandes cantidades de nueva flexibilidad del sistema para satisfacer la demanda con diferentes producción de energía renovable.

Necesitaríamos y para desplazar la salida a cuando su necesaria, y para alinear la demanda con la producción, y '' hacer un uso productivo de exceso de producción.

Pero aquí viene lo bueno: si tenemos las enormes cantidades de almacenamiento y flexibilidad necesarias para lograr un sistema de ultra-bajo de electricidad de carbono dominado por las energías renovables variables, también tenemos el almacenamiento y la flexibilidad necesaria para hacer un sistema de energía nuclear renovable híbrida viable, así .

Con ese tipo de flexibilidad del sistema, podríamos almacenar cargas de energía y de cambio para evitar tener que ciclo de apagado y en las plantas nucleares y limitar su rampa sólo cuando es la forma más económica de proporcionar la flexibilidad del sistema.

• Aquí está mi argumento a continuación: Si desea un sistema de energía renovable de carbono ultra bajo, que necesita de almacenamiento y flexibilidad. Y si tienes flexibilidad de almacenamiento y, a continuación, las energías renovables jugar muy bien con nuclear.

Tal vez renovables y la nuclear pueden aprender a llevarse bien después de todo. Tal vez ellos no ofrecerán visiones que compiten por un sistema de energía baja en carbono en el final.

Vamos a discutir…

(Nota para los comentarios del hilo:.. Este post no se le pregunta si desea un sistema de energía híbrido nucleares renovable Es preguntando si un sistema híbrido renovable es técnica y económicamente factible si nos queríamos uno Este es un post sobre qué opciones tenemos, cuáles no queremos elegir. Así que vamos a guardar esos debates en los que usted debe elegir para otro día. Gracias! -Jesse)

recursos recomendados

• Instituto Central de informes de los talleres de análisis estratégico de la energía: ""
• Ruth et al. "" Conversión de Energía y Gestión 78 (2014): 684-694
• MIT Energy Initiative informe simposio: ""
• (Por reactor y en el agregado) que muestra la operación de seguimiento de carga y flexible.
• Electricité de France (EDF).
• / Agencia de Energía Nuclear de la OCDE papel blanco: ""
• Denholm et al. "," Política Energética 44 (2012): 301-311
• Consejo de Tecnología de California Ciencia e informan: ""
• Laboratorio Nacional de Energía Renovable: ""
• Fosberg "," Política Energética 62 (2013): 333-341.
• Mills & Wiser: "," LBNL (2012).
• Comisión Electrotécnica Internacional "," IEC (2012).