Ved at parre solenergi og batterilagring kan hybrider blive ved med at levere elektricitet efter mørkets frembrud. Petmal via Getty Images

Amerikas elektriske kraftsystem er under radikal forandring, da det går fra fossile brændstoffer til vedvarende energi. Mens det første årti af 2000'erne oplevede en enorm vækst i naturgasproduktion, og 2010'erne var årti med vind og sol, tyder tidlige tegn på, at innovationen i 2020'erne kan være et boom i "hybride" kraftværker.

Et typisk hybridkraftværk kombinerer elproduktion med batterilagring på samme sted. Det betyder ofte en sol- eller vindmøllepark parret med batterier i stor skala. Ved at arbejde sammen kan solpaneler og batteriopbevaring generere vedvarende energi, når solenergien er på sit højeste i løbet af dagen og derefter frigive den efter behov, efter solen går ned.

Et kig på kraft- og lagerprojekterne i udviklingspipeline giver et glimt af hybridkrafts fremtid.

Vores team ved Lawrence Berkeley National Laboratory fandt det en svimlende 1,400 gigawatt af foreslåede produktions- og lagringsprojekter har ansøgt om at forbinde til nettet – mere end alle eksisterende amerikanske kraftværker tilsammen. Størstedelen er nu solcelleprojekter, og over en tredjedel af disse projekter involverer hybrid solenergi plus lageranlæg.

Selvom disse fremtidens kraftværker byder på mange fordele, er de også rejse spørgsmål om hvordan el-nettet bedst skal drives.

Hvorfor hybrider er hotte

Efterhånden som vind og sol vokser, begynder de at have stor indflydelse på nettet.

Solenergi allerede overstiger 25 % af den årlige elproduktion i Californien og breder sig hurtigt i andre stater som Texas, Florida og Georgia. "Vindbælte"-staterne, fra Dakotas til Texas, har set massiv udbygning af vindmøller, hvor Iowa nu får størstedelen af ​​sin kraft fra vinden.

Denne høje procentdel af vedvarende energi rejser et spørgsmål: Hvordan integrerer vi vedvarende energikilder, der producerer store, men varierende mængder strøm i løbet af dagen?

Joshua Rhodes/University of Texas i Austin.

Det er her, opbevaring kommer ind. Priserne på lithium-ion-batterier har hurtigt faldet da produktionen er opskaleret til elbilmarkedet i de senere år. Mens der er bekymringer for fremtiden forsyningskædens udfordringer, batteridesign vil sandsynligvis også udvikle sig.

Kombinationen af ​​solenergi og batterier giver hybridanlægsoperatører mulighed for at levere strøm gennem de mest værdifulde timer, når efterspørgslen er størst, såsom sommereftermiddage og aftener, hvor klimaanlægget kører på højtryk. Batterier hjælper også med at udjævne produktionen fra vind- og solenergi, lagre overskydende strøm, der ellers ville være begrænset, og reducere overbelastning på nettet.

Hybrider dominerer projektpipelinen

Ved udgangen af ​​2020 var der 73 sol- og 16 vindhybridprojekter i drift i USA, svarende til 2.5 gigawatt produktion og 0.45 gigawatt lager.

I dag dominerer solenergi og hybrider udviklingspipelinen. Ved udgangen af ​​2021 var mere end 675 gigawatt foreslået sol anlæg havde ansøgt om nettilslutningsgodkendelse, hvor over en tredjedel af dem var parret med lager. Yderligere 247 gigawatt vindmølleparker var på linje, med 19 gigawatt, eller omkring 8% af dem, som hybrider.

 Mængden af ​​foreslået sol-, lager- og vindkraft, der venter på at blive tilsluttet nettet, er vokset dramatisk i de seneste år, mens kul, gas og atomkraft er falmet. Lawrence Berkeley National Laboratory

At søge om tilslutning er naturligvis kun et skridt i udviklingen af ​​et kraftværk. En bygherre har også brug for jord- og samfundsaftaler, en salgskontrakt, finansiering og tilladelser. Kun omkring hver fjerde nye anlæg, der blev foreslået mellem 2010 og 2016, kom til kommerciel drift. Men dybden af ​​interesse for hybridplanter varsler stærk vækst.

På markeder som Californien er batterier i det væsentlige obligatoriske for nye solcelleudviklere. Da sol ofte tegner sig for magtens flertal på dagsmarkedet giver det kun ringe værdi at bygge mere. I øjeblikket kommer 95% af al foreslået storskala solcellekapacitet i køen i Californien med batterier.

5 lektioner om hybrider og spørgsmål til fremtiden

Muligheden for vækst inden for vedvarende hybrider er klart stor, men det rejser nogle spørgsmål vores gruppe på Berkeley Lab har undersøgt.

Her er nogle af vores top fund:

• Investeringen betaler sig i mange regioner. Vi fandt ud af, at mens tilføjelse af batterier til et solcelleanlæg øger prisen, øger det også værdien af ​​strømmen. Anbringelse af produktion og lagring på samme sted kan opnå fordele fra skattefradrag, besparelser i byggeomkostninger og driftsfleksibilitet. Ser man på indtægtspotentialet over de seneste år, og ved hjælp af føderale skattefradrag, ser merværdien ud til at retfærdiggøre den højere pris.

• Samlokalisering betyder også afvejninger. Vind og sol fungerer bedst, hvor vind- og solressourcerne er stærkest, men batterier giver mest værdi, hvor de kan levere de største fordele ved nettet, som f.eks. afhjælpning af overbelastning. Det betyder, at der er afvejninger, når man skal bestemme den bedste placering med den højeste værdi. Føderale skattefradrag, der kun kan optjenes, når batterier er placeret sammen med solenergi, kan i nogle tilfælde opmuntre til suboptimale beslutninger

• Der er ikke én bedste kombination. Værdien af ​​et hybridanlæg bestemmes delvist af udstyrets konfiguration. For eksempel kan størrelsen på batteriet i forhold til en solgenerator afgøre, hvor langt ud på aftenen anlægget kan levere strøm. Men værdien af ​​natstrøm afhænger af lokale markedsforhold, som ændrer sig i løbet af året.

• Reglerne for elmarkedet skal udvikles. Hybrider kan deltage i elmarkedet som en enkelt enhed eller som separate enheder, hvor solenergi og lager byder uafhængigt. Hybrider kan også være enten sælgere eller købere af strøm eller begge dele. Det kan blive kompliceret. Reglerne for markedsdeltagelse for hybrider er stadig under udvikling, hvilket efterlader fabriksoperatører at eksperimentere med, hvordan de sælger deres tjenester.

• Små hybrider skaber nye muligheder: Hybridkraftværker kan også være små, såsom solceller og batterier i et hjem eller en virksomhed. Sådan hybrider er blevet standard på Hawaii da solenergi mætter nettet. I Californien tilføjer kunder, der er udsat for strømafbrydelser for at forhindre skovbrande, i stigende grad lagerplads til deres solsystemer. Disse "bag-måleren" hybrider rejse spørgsmål om, hvordan de skal værdsættes, og hvordan de kan bidrage til netdriften.

Hybrider er lige begyndt, men mange flere er på vej. Der er behov for mere forskning i teknologier, markedsdesign og reguleringer for at sikre, at nettet og netpriserne udvikler sig med dem.

Mens der stadig er spørgsmål, er det klart, at hybrider omdefinerer kraftværker. Og de kan lave det amerikanske magtsystem om i processen.

Om forfatterne

Joachim Seel, Senior Scientific Engineering Associate, Lawrence Berkeley National Laboratory; Bentham Paulos, Tilknyttet, elmarked og politikgruppe, Lawrence Berkeley National Laboratoryog Will Gorman, Kandidatstuderende forsker i elmarkeder og politik, Lawrence Berkeley National Laboratory

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

Relaterede Bøger:

Den fremtid, vi vælger: Overlevelse af klimakrisen

af Christiana Figueres og Tom Rivett-Carnac

Forfatterne, som spillede nøgleroller i Paris-aftalen om klimaændringer, tilbyder indsigt og strategier til at håndtere klimakrisen, herunder individuel og kollektiv handling.

Klik for mere info eller for at bestille

Den ubeboelige jord: Livet efter opvarmning

af David Wallace-Wells

Denne bog udforsker de potentielle konsekvenser af ukontrollerede klimaændringer, herunder masseudryddelse, mad- og vandknaphed og politisk ustabilitet.

Klik for mere info eller for at bestille

Fremtidsministeriet: En roman

af Kim Stanley Robinson

Denne roman forestiller sig en nær fremtids verden, der kæmper med virkningerne af klimaændringer og tilbyder en vision for, hvordan samfundet kan ændre sig for at håndtere krisen.

Klik for mere info eller for at bestille

Under a White Sky: The Nature of the Future

af Elizabeth Kolbert

Forfatteren udforsker den menneskelige indvirkning på den naturlige verden, herunder klimaændringer, og potentialet for teknologiske løsninger til at løse miljømæssige udfordringer.

Klik for mere info eller for at bestille

Nedtrapning: Den mest omfattende plan, der nogensinde er blevet foreslået til at vende global opvarmning

redigeret af Paul Hawken

Denne bog præsenterer en omfattende plan for håndtering af klimaændringer, herunder løsninger fra en række sektorer som energi, landbrug og transport.

Klik for mere info eller for at bestille