不久的將來的發電廠是混合動力的

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 通過配對太陽能和電池存儲,混合動力車可以在天黑後繼續提供電力。 Petmal來自Getty Images

隨著從化石燃料向可再生能源的轉變,美國的電力系統正在發生根本性的變化。 雖然 2000 年代的前十年天然氣發電量大幅增長,而 2010 年代是風能和太陽能的十年,但早期跡象表明 2020 年代的創新可能是“混合”發電廠的繁榮。

典型的混合動力發電廠在同一地點將發電與電池存儲相結合。 這通常意味著太陽能或風電場與大型電池配對。 當太陽能在白天達到峰值時,太陽能電池板和電池存儲可以共同產生可再生能源,然後在太陽下山後根據需要釋放。

看看開發管道中的電力和存儲項目,可以一窺混合動力的未來。

我們的團隊 勞倫斯伯克利國家實驗室發現一個驚人的 1,400千兆瓦 的擬議發電和存儲項目已申請連接到電網 - 超過所有現有美國發電廠的總和。 現在大部分是太陽能項目,其中超過三分之一的項目涉及混合太陽能加儲能工廠。

雖然這些未來的發電廠提供了許多好處,但它們也 提出問題 關於如何最好地運行電網。

為什麼混合動力車很受歡迎

隨著風能和太陽能的發展,它們開始對電網產生重大影響。

太陽能已經 超過25% 加利福尼亞州的年發電量,並在德克薩斯州、佛羅里達州和喬治亞州等其他州迅速普及。 從達科他州到德克薩斯州的“風帶”州 大規模部署風力渦輪機,現在愛荷華州的大部分電力來自風能。

這種高比例的可再生能源引發了一個問題:我們如何整合全天產生大量但不同數量電力的可再生能源?

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Joshua Rhodes/德克薩斯大學奧斯汀分校。

這就是存儲的用武之地。鋰離子電池價格 迅速下降 隨著近年來電動汽車市場的生產規模擴大。 雖然對未來感到擔憂 供應鏈挑戰,電池設計也有可能進化。


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太陽能和電池的結合使混合電廠運營商能夠在需求最旺盛的最寶貴時間提供電力,例如夏季下午和空調開高的晚上。 電池還有助於平滑風能和太陽能的生產,儲存原本會被削減的多餘電力,並減少電網的擁堵。

混合動力在項目管道中占主導地位

截至 2020 年底,美國有 73 個太陽能和 16 個風能混合項目在運行,發電量為 2.5 吉瓦,儲能為 0.45 吉瓦。

今天,太陽能和混合動力在開發過程中佔據主導地位。 到2021年底,超過 675 吉瓦的擬議太陽能 工廠已申請並網批准,其中超過三分之一與存儲配對。 另有 247 吉瓦的風電場符合要求,其中 19 吉瓦(約佔其中的 8%)為混合式風電場。

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 近年來,等待並網的太陽能、儲能和風能的數量急劇增加,而煤炭、天然氣和核能的數量已經消退。 勞倫斯伯克利國家實驗室

當然,申請並網只是開發電廠的一個步驟。 開發商還需要土地和社區協議、銷售合同、融資和許可。 在 2010 年至 2016 年期間,只有大約四分之一的新工廠計劃投入商業運營。 但對雜交植物的濃厚興趣預示著強勁的增長。

在加利福尼亞等市場,電池對於新的太陽能開發商來說基本上是強制性的。 由於太陽能通常佔 大多數權力 在日間市場,建築多增加一點價值。 目前,加州隊列中所有擬建的大規模太陽能容量中,有 95% 來自電池。

關於混合動力車的 5 節課和未來的問題

可再生能源混合動力的增長機會顯然很大,但它提出了一些問題,即 我們的組 伯克利實驗室一直在調查。

這是我們的一些 主要發現:

  • 投資在許多地區得到了回報。 我們發現,在太陽能發電廠添加電池會增加價格的同時,也會增加電力的價值。 將發電和存儲放在同一地點可以從稅收抵免、建築成本節約和運營靈活性中獲益。 從近年來的收入潛力來看,在聯邦稅收抵免的幫助下,附加值似乎證明了更高的價格是合理的。

  • 協同定位也意味著權衡。 風能和太陽能在風能和太陽能資源最強的地方表現最好,但電池在可以提供最大電網效益的地方提供最大價值,例如緩解擁堵。 這意味著在確定具有最高價值的最佳位置時需要權衡取捨。 僅當電池與太陽能位於同一地點時才能獲得的聯邦稅收抵免在某些情況下可能會鼓勵次優決策

  • 沒有一種最佳組合。 混合工廠的價值部分取決於設備的配置。 例如,電池相對於太陽能發電機的大小可以決定工廠可以在深夜多長時間內提供電力。 但夜間電力的價值取決於當地市場狀況,全年變化。

  • 電力市場規則需要發展。 混合動力車可以作為一個單獨的單元或作為單獨的實體參與電力市場,太陽能和儲能獨立投標。 混合動力車也可以是電力的賣家或買家,或兩者兼而有之。 這可能會變得複雜。 混合動力車的市場參與規則仍在不斷發展,讓工廠運營商嘗試如何銷售他們的服務。

  • 小型混合動力車創造新機會: 混合發電廠也可以很小,例如家庭或企業中的太陽能和電池。 這樣的 混合動力車已成為夏威夷的標準 由於太陽能使電網飽和。 在加利福尼亞州,為了防止野火而需要斷電的客戶正在越來越多地為其太陽能係統增加存儲容量。 這些 “米後”混合動力車 提出有關如何評估它們以及它們如何為電網運營做出貢獻的問題。

混合動力車才剛剛開始,但更多的動力正在路上。 需要對技術、市場設計和法規進行更多研究,以確保電網和電網定價隨之發展。

雖然問題仍然存在,但很明顯混合動力正在重新定義發電廠。 他們可能會在此過程中改造美國的電力系統。談話

關於作者

約阿希姆·塞爾,高級科學工程助理, 勞倫斯伯克利國家實驗室; 邊沁保羅(Bentham Paulos),會員,電力市場與政策小組, 勞倫斯伯克利國家實驗室威爾·戈爾曼,電力市場與政策研究生研究員, 勞倫斯伯克利國家實驗室

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.


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