原子力発電所が閉鎖される中、各国はエネルギー貯蔵に大きく賭ける必要がある

: By カリフォルニア大学ロサンゼルス校のEricDanielFournierとカリフォルニア大学ロサンゼルス校のAlexRicklefs

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太陽の熱を使って電気を作るソーラー発電所は、溶融塩としてエネルギーを蓄えることができます。エネルギー省

パシフィック・ガス・アンド・エレクトリック（PG&E）は最近、カリフォルニア州で稼働中の最後の原子力発電所であるディアブロ・キャニオン発電施設を停止する手続きを開始した。この発電所はカリフォルニア中央海岸のアビラビーチ近くに位置し、1,100メガワット（MW）の原子炉18,000基で構成され、年間8.5ギガワット時（GWh）の電力を生産しており、これは2015年のカリフォルニアの電力消費量の約XNUMXパーセントに相当する。、この時点まで、州内で単一最大の発電施設です。

ディアブロキャニオンの差し迫った閉鎖にカリフォルニア州議会の法案が迫っている SB 350この法律は、電力会社に対し、将来の発電量の一部に再生可能エネルギーを含めることを義務付けることで、電力網の脱炭素化に向けた州の継続的な取り組みの基礎となっている。この義務はまた、電力と天然ガスの消費効率を倍増するように設計されたプログラムを実行することを公益事業者に義務付けている。

しかし、この野心的なエネルギー政策に関しては、未解決の重要な疑問が数多く残されている。 2025 ディアブロキャニオンのイラストです。電力会社は、これらの代替発電源を使用して XNUMX 時間電力を供給できますか? そして重要なことに、エネルギー貯蔵技術は従来の発電機が行っていたオンデマンドの電力を提供できるのでしょうか?

脱原発

原子力発電所は 1970 年代初頭に全盛期を迎え、化石燃料を使用せずに一定速度で大量の電力を生産できる能力が賞賛されました。

しかし、否定的な意見多額の費用がかかる改修工事が行われているため、現在、米国では長期間稼働している原子力発電所が停止し、新しい原子力発電所の建設が予定されている発電所はほとんどないという傾向が見られます。

電力会社は太陽光や風力などの再生可能発電への移行を進めており、一部は市場原理に対応し、一部は電力会社に温室効果ガス排出削減を義務付ける新たな規制に対応している。特にカリフォルニアでは、市場や環境上の理由から再生可能エネルギーへの移行が進み、原子力エネルギーに対する国民の否定的な認識も相まって、電力会社は原発を放棄する.

反対派は原子力発電所の閉鎖を健康と環境の面での成功とみなすこともできるが、原子力発電所の閉鎖は電力消費需要を満たすと同時に二酸化炭素排出量を削減するという電力会社が直面する課題をさらに深刻にする。たとえば、PG&E は再生可能エネルギー源とエネルギー効率の取り組みを増やすことを約束していますが、これだけでは顧客に XNUMX 時間電力を供給するのに役立ちません。ディアブロキャニオンの閉鎖によって残された大きなギャップを埋めるために何ができるでしょうか?

太陽光および風力エネルギー源は、有毒で危険な廃棄副産物を生成せずにカーボンフリーの電力を生成するため、望ましいものです。ただし、一日を通して断続的にしか発電できないという欠点もあります。太陽エネルギーは太陽が出ているときにのみ利用でき、風速は予測不可能に変化します。

顧客の電力需要を常に満たすためには、より多くの再生可能資源とエネルギー効率の向上とともに、エネルギー貯蔵技術が必要となります。

エネルギー貯蔵に参入する

エネルギー貯蔵は、再生可能エネルギーを大規模に送電網に統合するための万能薬として長い間宣伝されてきました。ディアブロキャニオンの閉鎖によって残された発電を代替するには、風力と太陽光を大規模に追加する必要があります。ただし、再生可能エネルギーの生成が増えると、より多くの貯蔵が必要になります。

現在利用可能な、または商業化の途上にあるさまざまなエネルギー貯蔵技術が数多くありますが、それぞれが XNUMX つの基本カテゴリのいずれかに分類されます。バッテリーなどの化学的貯蔵、電池などの動的貯蔵です。フライホイール, 蓄熱 & 磁気ストレージ.

これらの各カテゴリ内のさまざまなテクノロジーは、次の観点から特徴付け、比較できます。

定格電力: 生成される電流の量
エネルギー容量: どれだけのエネルギーを貯蔵または放出できるか、そして
応答時間: エネルギーを供給するために必要な最小時間。

電力会社が現在直面している主な課題は、特定の場所での特定の電力供給アプリケーション向けにエネルギー貯蔵技術をどのように統合するかです。

この課題は、化石燃料が主流のエネルギー供給システムに基づいて進化した送電システムと消費者の行動によってさらに複雑になっています。さらに、貯蔵技術は高価であり、まだ発展途上であるため、短期的には化石燃料発電機の方が経済的に有益であるように見えます。

ストレージテクノロジーの実装

現在、カリフォルニアでは、エネルギー貯蔵は化石燃料発電所によって効果的に提供されています。これらの天然ガスおよび石炭火力発電所は、安定した「ベースロード」電力を提供し、通常午後から夕方に発生する需要のピークに合わせて発電量を増やすことができます。

単一のエネルギー貯蔵装置は、必要な限り高率の電力を生成できるこれらの化石燃料源の潜在的な容量を直接置き換えることはできません。

同等の代替を実行できないということは、低炭素エネルギーの未来へスムーズに移行するには、エネルギー貯蔵に向けてより多様なポートフォリオ戦略を採用する必要があることを意味します。このようなバランスの取れたエネルギー貯蔵ポートフォリオは、必然的に以下の組み合わせで構成されます。

局所的なピーク需要の急増に対応し、短期的な供給変動を緩衝することで電力品質を維持できる短期エネルギー貯蔵システム。これらには、瞬時に電力を供給できるスーパーキャパシタ、バッテリー、フライホイールが含まれる可能性があります。
大量の電力を供給し、大量のエネルギーを貯蔵できる低速エネルギー貯蔵装置。揚水水力や集中太陽光発電による蓄熱などのこれらのシステムは、太陽光発電の季節性を変更し、商業および産業部門の大規模または敏感な電力ユーザーの固有の電力要件に対応できます。

この一連のストレージテクノロジは、一種のチェーンでリンクされ、エンド用途、場所、グリッドへの統合によってネストおよび階層化される必要があります。さらに、ストレージテクノロジーがグリッドとどのように対話するかを制御するための管理システムも必要になります。

現在、十分なエネルギー貯蔵施設が整備されていないため、電力会社は再生可能エネルギーによる電力供給の不足を埋めるために天然ガスを使用しています。電力会社は「ピーカー」プラントを使用しています。これは、太陽の出力が午後遅くや夕方に低下するときなど、電力需要を満たすために発電量を増減できる天然ガス燃料プラントですが、その過程で大気汚染や温室効果ガスの排出が発生します。。

発電用の天然ガス消費量が増加している中、エネルギー貯蔵技術が成熟するまで原子力発電を維持し続ける方が良いでしょうか? 天然ガスは石炭よりも汚染が少ないものの、温室効果ガスを排出し、次のような問題を引き起こす可能性があります。環境的に危険な漏れ、アリソ渓谷で見られる。

原子力に関しては、核廃棄物をどうするかはいまだ明確ではなく、2011 年の日本の福島原子力発電所の事故は、原子力発電所がいかに壊滅的な危険性があるかを浮き彫りにしました。

どの状況が最善であると考えるかに関係なく、エネルギー貯蔵がカーボンフリー電力網の実現にとって大きな制限となることは明らかです。

カリフォルニア州の再生可能エネルギー源への取り組みは、同州が化石燃料の使用を減らし、温室効果ガスの排出を減らす方向に移行するのに役立ってきた。ただし、再生可能エネルギーとエネルギー効率ではその負荷に耐えられない可能性があるため、天然ガスと原子力発電が現在担っている基準負荷の役割を引き継ぐエネルギー貯蔵システムの設置を確実に行うには、慎重な計画が必要です。