Łącząc energię słoneczną i akumulator, hybrydy mogą nadal dostarczać energię elektryczną po zmroku. Petmal przez Getty Images
Amerykański system elektroenergetyczny przechodzi radykalne zmiany, przechodząc z paliw kopalnych na energię odnawialną. Podczas gdy pierwsza dekada XXI wieku przyniosła ogromny wzrost produkcji gazu ziemnego, a lata 2000 były dekadą wiatru i słońca, wczesne sygnały sugerują, że innowacja lat 2010 może być boomem w elektrowniach „hybrydowych”.
Typowa elektrownia hybrydowa łączy wytwarzanie energii elektrycznej z magazynowaniem baterii w tym samym miejscu. Często oznacza to farmę słoneczną lub wiatrową połączoną z bateriami na dużą skalę. Współpracując ze sobą, panele słoneczne i akumulatory mogą generować energię odnawialną, gdy energia słoneczna osiąga szczyt w ciągu dnia, a następnie uwalniać ją w razie potrzeby po zachodzie słońca.
Spojrzenie na projekty w zakresie zasilania i magazynowania energii w trakcie prac rozwojowych daje wgląd w przyszłość energetyki hybrydowej.
Nasz zespół w Lawrence Berkeley National Laboratory stwierdził, że oszałamiający Gigawatty 1,400 proponowanych projektów wytwarzania i magazynowania energii ubiegało się o podłączenie do sieci – więcej niż wszystkie istniejące elektrownie w USA razem wzięte. Większość z nich to obecnie projekty fotowoltaiczne, a ponad jedna trzecia tych projektów dotyczy hybrydowych elektrowni słonecznych i magazynowych.
Te elektrownie przyszłości oferują wiele korzyści, ale także powstają pytania o tym, jak najlepiej obsługiwać sieć elektryczną.
Dlaczego hybrydy są gorące
Wraz z rozwojem energii wiatrowej i słonecznej zaczynają mieć duży wpływ na sieć.
Energia słoneczna już przekracza 25% rocznej produkcji energii w Kalifornii i szybko rozprzestrzenia się w innych stanach, takich jak Teksas, Floryda i Georgia. Stany „pasa wiatru”, od Dakoty po Teksas, widziały masowe rozmieszczenie turbin wiatrowych, a Iowa czerpie teraz większość swojej mocy z wiatru.
Ten wysoki procent energii odnawialnej rodzi pytanie: jak zintegrować źródła odnawialne, które wytwarzają duże, ale różne ilości energii w ciągu dnia?
Joshua Rhodes/Uniwersytet Teksasu w Austin.
W tym miejscu pojawia się przechowywanie. Ceny baterii litowo-jonowych mają szybko upadł Ponieważ produkcja wzrosła w ostatnich latach na rynek pojazdów elektrycznych. Chociaż istnieją obawy o przyszłość wyzwania łańcucha dostaw, konstrukcja baterii również prawdopodobnie będzie ewoluować.
Połączenie energii słonecznej i akumulatorów pozwala operatorom elektrowni hybrydowych na dostarczanie energii przez najbardziej wartościowe godziny, kiedy zapotrzebowanie jest największe, takie jak letnie popołudnia i wieczory, kiedy klimatyzatory pracują na wysokich obrotach. Baterie pomagają również w wygładzeniu produkcji energii wiatrowej i słonecznej, magazynowaniu nadmiaru energii, która w innym przypadku zostałaby ograniczona, oraz zmniejszeniu przeciążenia sieci.
Hybrydy dominują w potoku projektów
Na koniec 2020 r. w Stanach Zjednoczonych działały 73 projekty hybrydowe wykorzystujące energię słoneczną i 16 wiatrowych, które zapewniały 2.5 gigawata mocy wytwórczej i 0.45 gigawata magazynowania.
Obecnie na rynku dominuje energia słoneczna i hybrydowa. Do końca 2021 r. ponad 675 gigawatów proponowanej energii słonecznej zakłady wystąpiły o zatwierdzenie przyłączenia do sieci, przy czym ponad jedna trzecia z nich została połączona z magazynami. Kolejne 247 gigawatów farm wiatrowych było zgodnych, z czego 19 gigawatów, czyli około 8% z nich, jako hybrydy.
Ilość proponowanej energii słonecznej, magazynowej i wiatrowej oczekującej na podłączenie do sieci dramatycznie wzrosła w ostatnich latach, podczas gdy węgiel, gaz i energia jądrowa zanikły. Lawrence Berkeley National Laboratory
Oczywiście ubieganie się o przyłączenie to tylko jeden krok w rozwoju elektrowni. Deweloper potrzebuje także umów gruntowych i komunalnych, umowy sprzedaży, finansowania i pozwoleń. Tylko około jedna czwarta nowych elektrowni zaproponowanych w latach 2010-2016 trafiła do komercyjnej eksploatacji. Ale głębokość zainteresowania roślinami hybrydowymi zapowiada silny wzrost.
Na rynkach takich jak Kalifornia baterie są w zasadzie obowiązkowe dla nowych producentów energii słonecznej. Ponieważ energia słoneczna często odpowiada za większość władzy na rynku dziennym budowanie większej liczby dodaje niewielką wartość. Obecnie 95% wszystkich proponowanych na dużą skalę pojemności słonecznych w kolejce kalifornijskiej pochodzi z baterii.
5 lekcji o hybrydach i pytania na przyszłość
Szansa na rozwój odnawialnych hybryd jest wyraźnie duża, ale rodzi to kilka pytań, które nasza grupa w Berkeley Lab prowadzi dochodzenie.
Oto niektóre z naszych najlepsze wyniki:
-
Inwestycja opłaca się w wielu regionach. Odkryliśmy, że dodawanie baterii do elektrowni słonecznej zwiększa cenę, ale jednocześnie zwiększa wartość energii. Umieszczenie wytwarzania i magazynowania w tej samej lokalizacji może przynieść korzyści z ulg podatkowych, oszczędności kosztów budowy i elastyczności operacyjnej. Patrząc na potencjał dochodów w ostatnich latach i przy pomocy federalnych ulg podatkowych, wartość dodana wydaje się uzasadniać wyższą cenę.
-
Kolokacja oznacza również kompromisy. Wiatr i słońce działają najlepiej tam, gdzie zasoby wiatru i słońca są najsilniejsze, ale baterie zapewniają największą wartość tam, gdzie mogą zapewnić największe korzyści z sieci, takie jak zmniejszanie zatorów. Oznacza to, że przy określaniu najlepszej lokalizacji o najwyższej wartości istnieją kompromisy. Federalne ulgi podatkowe, które można uzyskać tylko wtedy, gdy baterie znajdują się w pobliżu baterii słonecznych, mogą w niektórych przypadkach zachęcać do podejmowania nieoptymalnych decyzji
-
Nie ma jednej najlepszej kombinacji. Wartość instalacji hybrydowej jest częściowo określona przez konfigurację wyposażenia. Na przykład wielkość baterii w stosunku do generatora słonecznego może decydować o tym, jak późnym wieczorem elektrownia może dostarczać energię. Jednak wartość energii w nocy zależy od lokalnych warunków rynkowych, które zmieniają się w ciągu roku.
-
Zasady rynku energii muszą ewoluować. Hybrydy mogą uczestniczyć w rynku energii elektrycznej jako pojedyncza jednostka lub jako oddzielne podmioty, z niezależnymi ofertami dotyczącymi energii słonecznej i magazynowania. Hybrydy mogą być również sprzedającymi lub kupującymi władzę, lub obydwoma. To może się skomplikować. Zasady uczestnictwa w rynku dla hybryd wciąż ewoluują, pozostawiając operatorom zakładów eksperymentowanie ze sposobem sprzedaży swoich usług.
-
Małe hybrydy stwarzają nowe możliwości: Elektrownie hybrydowe mogą być również małe, takie jak panele słoneczne i baterie w domu lub firmie. Taki hybrydy stały się standardem na Hawajach ponieważ energia słoneczna nasyca sieć. W Kalifornii klienci, którzy są narażeni na przerwy w dostawie prądu, aby zapobiec pożarom, coraz częściej dodają magazyny do swoich systemów słonecznych. Te hybrydy „za metr” zadają pytania o to, jak należy je wyceniać i jak mogą przyczynić się do funkcjonowania sieci.
Hybrydy dopiero się zaczynają, ale w drodze jest o wiele więcej. Potrzebne są dalsze badania nad technologiami, projektami rynkowymi i regulacjami, aby zapewnić ewolucję sieci i cen sieci wraz z nimi.
Chociaż pytania pozostają, jasne jest, że hybrydy na nowo definiują elektrownie. A przy okazji mogą przebudować system elektroenergetyczny USA.
O Autorach
Joachima Seela, Starszy specjalista ds. Inżynierii naukowej, Lawrence Berkeley National Laboratory; Benthama Paulosa, Podmiot stowarzyszony, Grupa ds. Rynków i polityki energii elektrycznej, Lawrence Berkeley National Laboratory, Willa Gormana, absolwent studiów magisterskich w zakresie rynków i polityki energii elektrycznej, Lawrence Berkeley National Laboratory
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Powiązane książki:
Przyszłość, którą wybieramy: przetrwanie kryzysu klimatycznego
autorstwa Christiany Figueres i Toma Rivetta-Carnaca
Autorzy, którzy odegrali kluczową rolę w porozumieniu paryskim w sprawie zmian klimatu, przedstawiają spostrzeżenia i strategie radzenia sobie z kryzysem klimatycznym, w tym działania indywidualne i zbiorowe.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Ziemia niezamieszkana: życie po ociepleniu
David Wallace-Wells
Ta książka bada potencjalne konsekwencje niekontrolowanych zmian klimatu, w tym masowe wymieranie, niedobór żywności i wody oraz niestabilność polityczną.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Ministerstwo dla przyszłości: powieść
autorstwa Kima Stanleya Robinsona
Ta powieść przedstawia świat niedalekiej przyszłości zmagający się ze skutkami zmian klimatu i oferuje wizję tego, jak społeczeństwo może się zmienić, aby stawić czoła kryzysowi.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Pod białym niebem: natura przyszłości
Elżbieta Kolbert
Autor bada wpływ człowieka na świat przyrody, w tym zmiany klimatyczne, oraz potencjał rozwiązań technologicznych w odpowiedzi na wyzwania środowiskowe.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Awaria: najbardziej kompleksowy plan, jaki kiedykolwiek zaproponowano, aby odwrócić globalne ocieplenie
pod redakcją Paula Hawkena
Ta książka przedstawia kompleksowy plan przeciwdziałania zmianom klimatycznym, w tym rozwiązania z różnych sektorów, takich jak energetyka, rolnictwo i transport.
