Сочетая солнечную энергию и аккумуляторные батареи, гибриды могут продолжать обеспечивать электроэнергию даже после наступления темноты. Petmal через Getty Images

Электроэнергетическая система Америки претерпевает радикальные изменения по мере перехода от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии. В то время как в первом десятилетии 2000-х наблюдался огромный рост производства природного газа, а 2010-е были десятилетием ветра и солнца, ранние признаки указывают на то, что инновации 2020-х годов могут стать бумом «гибридных» электростанций.

Типичная гибридная электростанция сочетает в себе выработку электроэнергии и хранение аккумуляторов в одном и том же месте. Это часто означает солнечную или ветровую электростанцию ​​в сочетании с крупными батареями. Работая вместе, солнечные панели и аккумуляторные батареи могут генерировать возобновляемую энергию, когда солнечная энергия находится на пике в течение дня, а затем высвобождать ее по мере необходимости после захода солнца.

Взгляд на проекты в области энергетики и хранения данных, находящиеся в стадии разработки, позволяет заглянуть в будущее гибридной энергетики.

Наша команда в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли обнаружили, что ошеломляющая 1,400 gigawatts предложенных проектов генерации и хранения подали заявки на подключение к сети — больше, чем все существующие электростанции США вместе взятые. Большинство из них в настоящее время представляют собой солнечные проекты, и более трети этих проектов связаны с гибридными солнечными батареями и аккумулирующими установками.

Хотя эти электростанции будущего предлагают много преимуществ, они также поднимать вопросы о том, как лучше всего эксплуатировать электрическую сеть.

Почему гибриды популярны

По мере роста ветра и солнца они начинают оказывать большое влияние на энергосистему.

Солнечная энергия уже превышает 25% ежегодного производства электроэнергии в Калифорнии и быстро распространяется в других штатах, таких как Техас, Флорида и Джорджия. В штатах «ветрового пояса» от Дакоты до Техаса массовое развертывание ветряных турбин, а Айова теперь получает большую часть своей энергии от ветра.

Этот высокий процент возобновляемой энергии поднимает вопрос: как нам интегрировать возобновляемые источники, которые производят большое, но различное количество энергии в течение дня?

Джошуа Родс/Техасский университет в Остине.

Вот тут и приходит на помощь память. Цены на литий-ионные батареи снизились. быстро упал поскольку в последние годы производство для рынка электромобилей расширилось. Пока есть опасения по поводу будущего проблемы цепочки поставок, дизайн батареи также, вероятно, будет развиваться.

Комбинация солнечной энергии и аккумуляторов позволяет операторам гибридных установок обеспечивать электроэнергию в наиболее ценные часы, когда спрос наиболее высок, например, в летние дни и вечером, когда кондиционеры работают на полную мощность. Аккумуляторы также помогают сгладить производство энергии ветра и солнца, накапливать избыточную энергию, которая в противном случае была бы сокращена, и уменьшать перегрузки в сети.

Гибриды доминируют в портфеле проектов

По состоянию на конец 2020 года в США действовало 73 солнечных и 16 ветровых гибридных проектов, что составляет 2.5 гигаватт генерации и 0.45 гигаватт хранения.

Сегодня солнечные батареи и гибриды доминируют в процессе разработки. К концу 2021 года более 675 гигаватт предлагаемой солнечной заводы подали заявки на разрешение на подключение к сети, причем более трети из них связаны с хранилищем. Еще 247 гигаватт ветряных электростанций были в очереди, из них 19 гигаватт, или около 8%, были гибридными.

 Количество предлагаемой солнечной, аккумулирующей и ветровой энергии, ожидающей подключения к сети, резко выросло в последние годы, в то время как уголь, газ и ядерная энергия исчезли. Национальной лаборатории Лоренса Беркли

Конечно, подача заявки на подключение — это только один шаг в разработке силовой установки. Застройщику также нужны земельные и коммунальные соглашения, договор купли-продажи, финансирование и разрешения. Только одна из четырех новых установок, предложенных в период с 2010 по 2016 год, была запущена в коммерческую эксплуатацию. Но глубина интереса к гибридным растениям предвещает сильный рост.

На таких рынках, как Калифорния, батареи практически обязательны для новых разработчиков солнечной энергии. Поскольку на солнечную энергию часто приходится большая часть власти на дневном рынке строительство большего количества не добавляет ценности. В настоящее время 95% всех предлагаемых крупномасштабных солнечных мощностей в очереди на Калифорнию приходится на батареи.

5 уроков о гибридах и вопросы на будущее

Возможности для роста возобновляемых гибридов явно велики, но это поднимает некоторые вопросы, которые необходимо решить. Наша группа в лаборатории Беркли занимается расследованием.

Вот некоторые из наших лучшие выводы:

• Инвестиции окупаются во многих регионах. Мы обнаружили, что, хотя добавление батарей к солнечной электростанции увеличивает цену, это также увеличивает ценность энергии. Размещение генерации и хранения в одном и том же месте может принести выгоду от налоговых льгот, экономии затрат на строительство и эксплуатационной гибкости. Глядя на потенциальный доход за последние годы и с помощью федеральных налоговых льгот, кажется, что добавленная стоимость оправдывает более высокую цену.

• Совместное размещение также означает компромиссы. Ветер и солнечная энергия работают лучше всего там, где ветровая и солнечная энергия наиболее сильны, но батареи приносят наибольшую пользу там, где они могут принести наибольшие преимущества сети, например, уменьшить заторы. Это означает, что при определении наилучшего местоположения с наибольшей ценностью приходится идти на компромиссы. Федеральные налоговые льготы, которые можно получить только в том случае, если батареи расположены рядом с солнечными батареями, в некоторых случаях могут способствовать принятию неоптимальных решений.

• Не существует одной лучшей комбинации. Стоимость гибридной установки частично определяется конфигурацией оборудования. Например, размер батареи по сравнению с солнечным генератором может определить, насколько поздно вечером электростанция может поставлять электроэнергию. Но стоимость ночной мощности зависит от местных рыночных условий, которые меняются в течение года.

• Правила рынка электроэнергии должны развиваться. Гибриды могут участвовать в энергетическом рынке как единое целое или как отдельные объекты, при этом солнечная энергия и аккумулирующие устройства участвуют в торгах независимо друг от друга. Гибриды также могут быть либо продавцами, либо покупателями власти, либо и тем, и другим. Это может стать сложным. Правила участия на рынке для гибридов все еще развиваются, поэтому операторам заводов остается экспериментировать с тем, как они продают свои услуги.

• Малые гибриды открывают новые возможности: Гибридные электростанции также могут быть небольшими, например, солнечные батареи и батареи в доме или на предприятии. Такой гибриды стали стандартом на Гавайях поскольку солнечная энергия насыщает сеть. В Калифорнии клиенты, которые вынуждены отключать электроэнергию для предотвращения лесных пожаров, все чаще добавляют накопители к своим солнечным системам. Эти гибриды «за счетчиком» поднимают вопросы о том, как их следует оценивать и как они могут способствовать работе сети.

Гибриды только начинаются, но впереди еще много всего. Необходимы дополнительные исследования технологий, структуры рынка и правил, чтобы гарантировать, что сеть и ценообразование сети будут развиваться вместе с ними.

Хотя вопросы остаются, ясно, что гибриды переопределяют силовые установки. И в процессе они могут переделать энергетическую систему США.

Об авторах

Иоахим Сил, Старший научный сотрудник, инженер, Национальной лаборатории Лоренса Беркли; Бентам Паулос, Аффилированное лицо, Группа по рынкам электроэнергии и политике, Национальной лаборатории Лоренса Беркликачества Уилл Горман, аспирант-исследователь в области рынков электроэнергии и политики, Национальной лаборатории Лоренса Беркли

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Похожие книги:

Будущее, которое мы выбираем: пережить климатический кризис

Кристиана Фигерес и Том Риветт-Карнак

Авторы, сыгравшие ключевую роль в Парижском соглашении об изменении климата, предлагают идеи и стратегии преодоления климатического кризиса, включая индивидуальные и коллективные действия.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Необитаемая Земля: жизнь после потепления

Дэвид Уоллес-Уэллс

В этой книге исследуются потенциальные последствия неконтролируемого изменения климата, включая массовое вымирание, нехватку продовольствия и воды и политическую нестабильность.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Министерство будущего: роман

Ким Стэнли Робинсон

Этот роман представляет мир ближайшего будущего, борющийся с последствиями изменения климата, и предлагает видение того, как общество может измениться, чтобы справиться с кризисом.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Под белым небом: природа будущего

Элизабет Колберт

Автор исследует влияние человека на мир природы, включая изменение климата, и потенциал технологических решений для решения экологических проблем.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Просадка: самый всеобъемлющий план, когда-либо предлагаемый для обратного глобального потепления

под редакцией Пола Хокена

В этой книге представлен всеобъемлющий план решения проблемы изменения климата, включая решения для ряда секторов, таких как энергетика, сельское хозяйство и транспорт.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа