Kerncentrales draaien meestal op volle capaciteit of helemaal niet. Toch hebben de centrales het technische vermogen om zich aan te passen aan de veranderende vraag naar stroom en zo beter in te spelen op bronnen van hernieuwbare energie zoals wind- of zonne-energie.

Onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) en het Massachusetts Institute of Technology hebben onlangs de voordelen onderzocht om precies dat te doen. Als kerncentrales flexibeler stroom zouden opwekken, zeggen de onderzoekers, de centrales kunnen de elektriciteitskosten voor consumenten verlagen, het gebruik van meer hernieuwbare energie mogelijk maken, de economie van kernenergie verbeteren en de uitstoot van broeikasgassen helpen verminderen.

Het team onderzocht de technische beperkingen van flexibele operaties in kerncentrales en introduceerde een nieuwe manier om te modelleren hoe deze uitdagingen de werking van energiesystemen beïnvloeden. "Flexibele kernenergieoperaties zijn een 'win-win-win, ' het verlagen van de bedrijfskosten van het stroomsysteem, het verhogen van de inkomsten voor eigenaren van kerncentrales en het aanzienlijk verminderen van de beperking van hernieuwbare energie, " schreef het team in een Toegepaste energie artikel online gepubliceerd op 24 april.

Audun Botterud, een hoofdingenieur voor energiesystemen in de divisie Energy Systems van Argonne, wordt aangemoedigd door hoe, Voor de eerste keer, "Dit onderzoek evalueert en demonstreert de potentiële waarde van flexibele nucleaire operaties in een realistisch energiesysteem in de Verenigde Staten dat wordt uitgedaagd door een hoge variabiliteit in de opwekking van hernieuwbare energie."

De studie helpt om lang gekoesterde opvattingen te verdrijven dat kerncentrales in "baseload"-modus moeten werken, die stroom produceren bij maximale nominale capaciteit wanneer ze online zijn. Kerncentrales kunnen zelfs dynamisch reageren op uurtarieven op de elektriciteitsmarkt en tweede-op-tweede frequentiereguleringsbehoeften, het team gevonden. Energiesystemen die hernieuwbare energie bevatten, moeten flexibeler zijn om vraag en aanbod te allen tijde in evenwicht te houden. Kerncentrales in Frankrijk, Duitsland en andere landen kennen deze aanpak, maar minder in de Verenigde Staten.

De onderzoekers ontwikkelden een wiskundige weergave van de door fysica veroorzaakte operationele beperkingen die voortvloeien uit de dynamiek van kernreactoren en de brandstofbestralingscyclus in het Applied Energy-artikel en een begeleidend artikel, gepubliceerd in Nucleaire technologie . Het interdisciplinaire team combineerde vervolgens de nieuwe aanpak met simulatiemodellen voor energiesystemen om de totale kosten van elektriciteitsopwekking te evalueren, marktprijzen en de daaruit voortvloeiende inkomsten voor elektriciteitscentrales, uitgaande van verschillende niveaus van nucleaire flexibiliteit.

"Kerncentrales worden beheerst door een andere reeks principes in vergelijking met andere generatoren, en onze aanpak maakt het mogelijk om deze relaties weer te geven in de analyse van energiesystemen en elektriciteitsmarkten, " zei Francesco Ganda, de hoofdonderzoeker van het project en een hoofdnucleair ingenieur in de divisie Nuclear Science and Engineering van Argonne.

Door flexibel te zijn, exploitanten van installaties kunnen de totale bedrijfskosten in het elektriciteitssysteem verlagen. Bijvoorbeeld, exploitanten zouden minder kernenergie kunnen opwekken wanneer hernieuwbare energie algemeen beschikbaar is. Kerncentrales zouden dan hun reservecapaciteit kunnen exploiteren om waardevolle "operationele reserves, " of de mogelijkheid om snel het vermogen te wijzigen om netbeheerders te helpen vraag en aanbod opnieuw in evenwicht te brengen wanneer zich onverwachte gebeurtenissen voordoen, zoals uitval van elektriciteitscentrales of fouten in vraagprognoses.

Deze flexibiliteit zou de winstgevendheid van kerncentrales kunnen verhogen door de inkomsten uit de elektriciteitsmarkten te verhogen en de variabele bedrijfs- en onderhoudskosten te verlagen. Algemeen, flexibiliteit van kerncentrales kan ook helpen bij het integreren van meer wind- en zonne-energiebronnen en het verminderen van de productie van op fossiele brandstoffen gestookte energie en de daarmee samenhangende uitstoot van kooldioxide.

Jesse Jenkins, afgestudeerd onderzoeker bij het MIT Energy Initiative, merkt op hoe de modelleringsaanpak en studie van de onderzoekers "ons handvatten geeft om de potentiële voordelen van flexibele nucleaire operaties verder te onderzoeken om samen te werken met grotere aandelen van variabele bronnen van hernieuwbare energieopwekking op de weg naar een koolstofarme elektriciteitsvoorziening."