Pacific Gas and Electric (PG&E) hat kürzlich mit der Abschaltung der Kraftwerksanlage Diablo Canyon, dem letzten aktiven Kernkraftwerk in Kalifornien, begonnen. Das Kraftwerk liegt in der Nähe von Avila Beach an der zentralen kalifornischen Küste und besteht aus zwei 1,100 Megawatt (MW)-Reaktoren und produziert jährlich 18,000 Gigawattstunden (GWh) Strom, etwa 8.5 Prozent des kalifornischen Stromverbrauchs im Jahr 2015. Das war schon so , bis zu diesem Zeitpunkt die größte Stromerzeugungsanlage des Bundesstaates.

Über der bevorstehenden Schließung des Diablo Canyons droht ein Gesetzesentwurf des US-Bundesstaates Kalifornien SB 350, oder der Clean Energy and Pollution Reduction Act von 2015. Das Gesetz ist ein Eckpfeiler der laufenden Bemühungen des Staates, sein Stromnetz zu dekarbonisieren, indem es die Energieversorger verpflichtet, in den kommenden Jahren einen Teil ihrer Stromerzeugung auf erneuerbare Energien zu beziehen. Das Mandat verpflichtet die Versorgungsunternehmen außerdem dazu, Programme durchzuführen, die darauf abzielen, die Effizienz des Strom- und Erdgasverbrauchs zu verdoppeln.

Zu dieser ehrgeizigen Energiepolitik bleiben jedoch noch eine Reihe wichtiger Fragen unbeantwortet, ebenso wie der geplante Abschluss 2025 des Diablo Canyon veranschaulicht. Können Energieversorger mithilfe dieser alternativen Erzeugungsquellen rund um die Uhr Strom liefern? Und vor allem: Können Energiespeichertechnologien den Strom nach Bedarf bereitstellen, den herkömmliche Generatoren leisten?

Abkehr von der Atomkraft

Kernkraftwerke erlebten ihre Blütezeit in den frühen 1970er Jahren und wurden für ihre Fähigkeit gelobt, große Mengen Strom konstant und ohne den Einsatz fossiler Brennstoffe zu erzeugen.

Aufgrund von negative Meinung und kostspieligen Sanierungen beobachten wir jetzt einen Trend, bei dem langjährige Kernkraftwerke abgeschaltet werden und nur sehr wenige neue Anlagen in den USA für den Bau geplant sind.

Die Energieversorger orientieren sich zunehmend an der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen wie Solar- und Windenergie, teilweise als Reaktion auf die Marktkräfte und teilweise als Reaktion auf neue Vorschriften, die von den Energieversorgern eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen verlangen. Insbesondere in Kalifornien hat die Umstellung auf erneuerbare Energien aus Markt- und Umweltgründen sowie die negative Wahrnehmung der Kernenergie in der Öffentlichkeit dazu geführt Energieversorger verzichten auf Atomkraft.

Während Gegner die Abschaltung von Kernkraftwerken als gesundheitlichen und ökologischen Erfolg betrachten können, verschärft die Schließung von Kernkraftwerken die Herausforderungen für die Versorgungsunternehmen, den Stromverbrauchsbedarf zu decken und gleichzeitig ihren COXNUMX-Fußabdruck zu verringern. PG&E hat sich beispielsweise dazu verpflichtet, die erneuerbaren Energiequellen und die Energieeffizienz zu steigern, doch dies allein wird ihnen nicht dabei helfen, ihre Kunden rund um die Uhr mit Strom zu versorgen. Was kann verwendet werden, um die beträchtliche Lücke zu schließen, die durch die Schließung von Diablo Canyon entstanden ist?

Solar- und Windenergiequellen sind wünschenswert, da sie kohlenstofffreien Strom erzeugen, ohne giftige und gefährliche Abfallnebenprodukte zu produzieren. Allerdings haben sie auch den Nachteil, dass sie den ganzen Tag über nur zeitweise Strom produzieren können. Solarenergie kann nur genutzt werden, wenn die Sonne scheint und die Windgeschwindigkeit unvorhersehbar schwankt.

Um den Strombedarf der Kunden rund um die Uhr zu decken, sind Energiespeichertechnologien sowie mehr erneuerbare Energiequellen und eine höhere Energieeffizienz erforderlich.

Geben Sie Energiespeicher ein

Energiespeicherung wird seit langem als Allheilmittel für die groß angelegte Integration erneuerbarer Energien in das Netz angepriesen. Um die durch die Schließung von Diablo Canyon verbleibende Stromerzeugung zu ersetzen, sind umfangreiche Erweiterungen der Wind- und Solarenergie erforderlich. Allerdings wird eine stärkere Erzeugung erneuerbarer Energien mehr Speicherung erfordern.

Es gibt viele verschiedene Energiespeichertechnologien, die derzeit verfügbar sind oder sich in der Kommerzialisierung befinden, aber jede fällt in eine von vier Grundkategorien: chemische Speicherung wie in Batterien, kinetische Speicherung wie z Schwungräder, Wärmespeicher und magnetischer Speicher.

Die verschiedenen Technologien innerhalb jeder dieser Kategorien können im Hinblick auf Folgendes charakterisiert und verglichen werden:

• Nennleistung: wie viel elektrischer Strom erzeugt wird
• Energiekapazität: Wie viel Energie kann gespeichert oder abgegeben werden, und
• Reaktionszeit: die minimale Zeit, die zur Bereitstellung von Energie benötigt wird.

Die größte Herausforderung für Energieversorger besteht derzeit darin, Energiespeichertechnologien für bestimmte Stromversorgungsanwendungen an bestimmten Standorten zu integrieren.

Diese Herausforderung wird durch das Stromübertragungssystem und das Verbraucherverhalten, das sich auf der Grundlage eines von fossilen Brennstoffen dominierten Energieversorgungssystems entwickelt hat, noch komplizierter. Darüber hinaus sind Speichertechnologien teuer und befinden sich noch in der Entwicklung, sodass Generatoren mit fossilen Brennstoffen kurzfristig wirtschaftlich vorteilhafter erscheinen.

Implementierung von Speichertechnologien

Derzeit wird die Energiespeicherung in Kalifornien effektiv durch Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen bereitgestellt. Diese erdgas- und kohlebetriebenen Kraftwerke liefern konstante „Grundlast“-Strom und können die Stromerzeugung hochfahren, um Nachfragespitzen zu decken, die in der Regel am Nachmittag und am frühen Abend auftreten.

Ein einzelner Energiespeicher kann das Kapazitätspotenzial dieser fossilen Brennstoffquellen nicht direkt ersetzen, da sie so lange wie nötig hohe Stromraten erzeugen können.

Die Unfähigkeit, einen gleichwertigen Ersatz durchzuführen, bedeutet, dass eine stärker diversifizierte Portfoliostrategie für die Energiespeicherung angenommen werden muss, um einen reibungslosen Übergang zu einer kohlenstoffärmeren Energiezukunft zu ermöglichen. Ein solches ausgewogenes Energiespeicherportfolio würde zwangsläufig aus einer Kombination von Folgendem bestehen:

• Kurzfristige Energiespeichersysteme, die in der Lage sind, die Stromqualität aufrechtzuerhalten, indem sie lokale Nachfragespitzen ausgleichen und kurzfristige Angebotsschwankungen abfedern. Dazu könnten Superkondensatoren, Batterien und Schwungräder gehören, die schnell Stromstöße liefern können.

• Energiespeicher mit niedrigerer Geschwindigkeit, der viel Strom liefern und viel Energie speichern kann. Diese Systeme, wie Pumpwasser- und Wärmespeicher mit konzentrierter Solarenergie, sind in der Lage, die Saisonalität der Solarproduktion zu verschieben und den besonderen Strombedarf großer oder sensibler Stromverbraucher im gewerblichen und industriellen Sektor zu decken.

Diese Speichertechnologien müssten in einer Art Kette verknüpft, verschachtelt und nach Endverbrauch, Standort und Integration in das Netz gestaffelt werden. Darüber hinaus werden Managementsysteme benötigt, um zu steuern, wie die Speichertechnologien mit dem Netz interagieren.

Da derzeit keine ausreichenden Energiespeicher vorhanden sind, nutzen Energieversorger nun Erdgas, um die Lücken in der Stromversorgung aus erneuerbaren Quellen zu schließen. Energieversorger nutzen „Peak“-Kraftwerke, bei denen es sich um erdgasbetriebene Kraftwerke handelt, die die Erzeugung erhöhen oder verringern können, um den Strombedarf zu decken, beispielsweise wenn die Solarleistung am späten Nachmittag und Abend sinkt, und dabei Luftverschmutzung und Treibhausgasemissionen verursachen .

Wäre es angesichts des steigenden Erdgasverbrauchs zur Stromerzeugung besser, die Kernenergie beizubehalten, während die Energiespeichertechnologien ausgereift sind? Obwohl Erdgas weniger umweltschädlich als Kohle ist, verursacht es Treibhausgasemissionen und hat das Potenzial, Treibhausgasemissionen zu verursachen umweltgefährdende Lecks, wie im Aliso Canyon zu sehen.

Bei der Atomkraft ist immer noch nicht klar, was mit dem Atommüll geschehen soll, und die Katastrophe im japanischen Kernkraftwerk Fukushima im Jahr 2011 zeigt, wie katastrophal gefährlich Atomkraftwerke sein können.

Unabhängig davon, welche Situation Ihrer Meinung nach die beste ist, ist es klar, dass die Energiespeicherung das größte Hindernis für die Verwirklichung eines COXNUMX-freien Stromnetzes darstellt.

Das Engagement Kaliforniens für erneuerbare Energiequellen hat dazu beigetragen, dass der Staat weniger fossile Brennstoffe verbraucht und weniger Treibhausgase ausstößt. Es ist jedoch eine sorgfältige Planung erforderlich, um sicherzustellen, dass Energiespeichersysteme installiert werden, um die Grundlastaufgaben zu übernehmen, die derzeit von Erdgas und Kernkraft übernommen werden, da erneuerbare Energien und Energieeffizienz diese Last möglicherweise nicht tragen können.

Über den Autor

Eric Daniel Fournier, Postdoktorand, Rauminformatik, University of California, Los Angeles

Alex Ricklefs, Forschungsanalyst für nachhaltige Gemeinschaften, University of California, Los Angeles

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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