Le centrali nucleari in genere funzionano a piena capacità o non funzionano affatto. Tuttavia, gli impianti hanno la capacità tecnica di adattarsi alla mutevole domanda di energia e quindi di accogliere meglio le fonti di energia rinnovabile come l'energia eolica o solare.

I ricercatori del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) Argonne National Laboratory e del Massachusetts Institute of Technology hanno recentemente esplorato i vantaggi di fare proprio questo. Se le centrali nucleari generassero energia in modo più flessibile, dicono i ricercatori, gli impianti potrebbero abbassare i costi dell'elettricità per i consumatori, consentire l'uso di più energie rinnovabili, migliorare l'economia dell'energia nucleare e contribuire a ridurre le emissioni di gas serra.

Il team ha esplorato i vincoli tecnici sulle operazioni flessibili nelle centrali nucleari e ha introdotto un nuovo modo per modellare il modo in cui tali sfide influenzano il funzionamento dei sistemi energetici. "Le operazioni flessibili dell'energia nucleare sono un 'win-win-win, ' riduzione dei costi operativi del sistema di alimentazione, aumentare le entrate per i proprietari di centrali nucleari e ridurre significativamente la riduzione delle energie rinnovabili, " ha scritto la squadra in an Energia applicata articolo pubblicato online il 24 aprile.

Audun Botterud, un ingegnere di sistemi energetici principale nella divisione Energy Systems di Argonne, è incoraggiato da come, per la prima volta, "questa ricerca valuta e dimostra il valore potenziale delle operazioni nucleari flessibili in un sistema energetico realistico negli Stati Uniti sfidato dall'elevata variabilità nella generazione di energia rinnovabile".

Lo studio aiuta a dissipare le opinioni di vecchia data secondo cui le centrali nucleari devono operare in modalità "carico di base", produrre energia alla massima capacità nominale ogni volta che sono online. Gli impianti nucleari possono persino rispondere dinamicamente ai prezzi orari del mercato dell'elettricità e alle esigenze di regolazione della frequenza da un secondo all'altro, la squadra ha trovato. I sistemi energetici che includono l'energia rinnovabile devono essere più flessibili per bilanciare domanda e offerta in ogni momento. Operatori nucleari in Francia, La Germania e altri paesi hanno familiarità con questo approccio, ma meno negli Stati Uniti.

I ricercatori hanno sviluppato una rappresentazione matematica dei vincoli operativi indotti dalla fisica derivanti dalla dinamica del reattore nucleare e dal ciclo di irraggiamento del combustibile nell'articolo Applied Energy e in un documento complementare, pubblicato in Tecnologia nucleare . Il team interdisciplinare ha quindi combinato il nuovo approccio con modelli di simulazione del sistema di alimentazione per valutare il costo complessivo della generazione di energia elettrica, prezzi di mercato e conseguenti ricavi per centrali elettriche, assumendo diversi livelli di flessibilità nucleare.

"Le centrali nucleari sono governate da un diverso insieme di principi rispetto ad altri generatori, e il nostro approccio consente la rappresentazione di queste relazioni nell'analisi dei sistemi energetici e dei mercati elettrici, " disse Francesco Ganda, l'investigatore principale del progetto e un ingegnere nucleare principale nella divisione di scienze e ingegneria nucleare di Argonne.

Essendo flessibile, gli operatori dell'impianto possono ridurre i costi operativi complessivi nel sistema di alimentazione. Per esempio, gli operatori potrebbero generare meno energia nucleare ogni volta che l'energia rinnovabile è ampiamente disponibile. Le centrali nucleari potrebbero quindi sfruttare la loro capacità inutilizzata per vendere preziose "riserve operative, " o la capacità di modificare rapidamente la produzione di energia per aiutare gli operatori di rete a riequilibrare l'offerta e la domanda quando si verificano eventi imprevisti, come guasti alle centrali elettriche o errori nelle previsioni della domanda.

Questa flessibilità potrebbe aumentare la redditività degli impianti nucleari aumentando i ricavi dai mercati dell'elettricità e riducendo i costi variabili di esercizio e manutenzione. Globale, la flessibilità degli impianti nucleari può anche aiutare a integrare più risorse eoliche e solari e ridurre la produzione di energia da combustibili fossili e le relative emissioni di anidride carbonica.

Jesse Jenkins, ricercatore laureato presso il MIT Energy Initiative, osserva come l'approccio e lo studio di modellizzazione dei ricercatori "ci forniscano gli strumenti per esplorare ulteriormente i potenziali benefici delle operazioni nucleari flessibili per lavorare in tandem con maggiori quote di fonti variabili di generazione di energia rinnovabile sulla strada verso la fornitura di elettricità a basse emissioni di carbonio".