Les centrales nucléaires fonctionnent généralement à pleine capacité ou pas du tout. Pourtant, les centrales ont la capacité technique de s'adapter à l'évolution de la demande d'électricité et ainsi de mieux s'adapter aux sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie éolienne ou solaire.

Des chercheurs du Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE) et du Massachusetts Institute of Technology ont récemment exploré les avantages de faire exactement cela. Si les centrales nucléaires produisaient de l'électricité de manière plus flexible, disent les chercheurs, les centrales pourraient réduire les coûts d'électricité pour les consommateurs, permettre l'utilisation de plus d'énergies renouvelables, améliorer la rentabilité de l'énergie nucléaire et contribuer à réduire les émissions de gaz à effet de serre.

L'équipe a exploré les contraintes techniques sur les opérations flexibles dans les centrales nucléaires et a introduit une nouvelle façon de modéliser comment ces défis affectent le fonctionnement des systèmes électriques. « Les opérations d'énergie nucléaire flexible sont un « gagnant-gagnant-gagnant, ' réduire les coûts d'exploitation du système électrique, augmenter les revenus des propriétaires de centrales nucléaires et réduire considérablement la réduction des énergies renouvelables, " a écrit l'équipe dans un Énergie appliquée article publié en ligne le 24 avril.

Audun Botterud, ingénieur principal en systèmes énergétiques au sein de la division Systèmes énergétiques d'Argonne, est encouragé par la façon dont, pour la première fois, "Cette recherche évalue et démontre la valeur potentielle des opérations nucléaires flexibles dans un système électrique réaliste aux États-Unis confronté à une grande variabilité dans la production d'énergie renouvelable."

L'étude permet de dissiper les idées reçues de longue date selon lesquelles les centrales nucléaires doivent fonctionner en mode "baseload", produisant de l'énergie à la capacité nominale maximale chaque fois qu'ils sont en ligne. Les centrales nucléaires peuvent même répondre de manière dynamique aux prix horaires du marché de l'électricité et aux besoins de régulation de fréquence à la seconde près, l'équipe a trouvé. Les systèmes électriques qui incluent des énergies renouvelables doivent être plus flexibles pour équilibrer l'offre et la demande à tout moment. Les exploitants nucléaires en France, L'Allemagne et d'autres pays connaissent cette approche, mais moins aux États-Unis.

Les chercheurs ont développé une représentation mathématique des contraintes opérationnelles induites par la physique résultant de la dynamique des réacteurs nucléaires et du cycle d'irradiation du combustible dans l'article Applied Energy et un article d'accompagnement, Publié dans Technologie nucléaire . L'équipe interdisciplinaire a ensuite combiné la nouvelle approche avec des modèles de simulation de système électrique pour évaluer le coût global de la production d'électricité, les prix du marché et les revenus qui en découlent pour les centrales électriques, en supposant différents niveaux de flexibilité nucléaire.

"Les centrales nucléaires sont régies par un ensemble de principes différent par rapport aux autres générateurs, et notre approche permet de représenter ces relations dans l'analyse des systèmes électriques et des marchés de l'électricité, " a déclaré Francesco Ganda, le chercheur principal du projet et un ingénieur nucléaire principal dans la division des sciences et de l'ingénierie nucléaires d'Argonne.

En étant flexible, les exploitants de centrales peuvent réduire les coûts d'exploitation globaux du système électrique. Par exemple, les exploitants pourraient produire moins d'énergie nucléaire chaque fois que les énergies renouvelables sont largement disponibles. Les centrales nucléaires pourraient alors exploiter leur capacité inutilisée pour vendre de précieuses « réserves d'exploitation, " ou la capacité de modifier rapidement la puissance de sortie pour aider les opérateurs de réseau à rééquilibrer l'offre et la demande lorsque des événements inattendus se produisent, telles que les pannes de centrales électriques ou les erreurs dans les prévisions de la demande.

Cette flexibilité pourrait accroître la rentabilité des centrales nucléaires en augmentant les revenus des marchés de l'électricité et en réduisant les coûts variables d'exploitation et de maintenance. Globalement, La flexibilité des centrales nucléaires peut également aider à intégrer davantage de ressources éoliennes et solaires et à réduire la production d'énergie à partir de combustibles fossiles et les émissions de dioxyde de carbone associées.

Jesse Jenkins, chercheur diplômé au MIT Energy Initiative, note comment l'approche et l'étude de modélisation des chercheurs "nous donnent des outils pour explorer davantage les avantages potentiels des opérations nucléaires flexibles pour travailler en tandem avec une plus grande part de sources variables de production d'énergie renouvelable sur la voie d'un approvisionnement en électricité à faible émission de carbone".