Ved å koble sammen solenergi og batterilagring, kan hybrider fortsette å levere strøm etter mørkets frembrudd. Petmal via Getty Images

Amerikas elektriske kraftsystem gjennomgår radikal endring når det går over fra fossilt brensel til fornybar energi. Mens det første tiåret av 2000-tallet så stor vekst i naturgassproduksjon, og 2010-tallet var tiåret for vind og sol, tyder tidlige tegn på at innovasjonen på 2020-tallet kan være en boom i "hybride" kraftverk.

Et typisk hybridkraftverk kombinerer elektrisitetsproduksjon med batterilagring på samme sted. Det betyr ofte en sol- eller vindpark sammen med storskala batterier. Ved å jobbe sammen kan solcellepaneler og batterilagring generere fornybar kraft når solenergien er på topp i løpet av dagen og deretter frigjøre den etter behov etter at solen går ned.

En titt på kraft- og lagringsprosjektene i utviklingspipeline gir et glimt av hybridkrafts fremtid.

Vårt team ved Lawrence Berkeley National Laboratory fant det en svimlende 1,400 gigawatt av foreslåtte produksjons- og lagringsprosjekter har søkt om å koble til nettet – mer enn alle eksisterende amerikanske kraftverk til sammen. Flertallet er nå solenergiprosjekter, og over en tredjedel av disse prosjektene involverer hybrid solenergi pluss lagringsanlegg.

Selv om disse fremtidens kraftverk tilbyr mange fordeler, har de også reise spørsmål om hvordan el-nettet best skal driftes.

Hvorfor hybrider er hotte

Etter hvert som vind og sol vokser, begynner de å få store innvirkninger på nettet.

Solenergi allerede overstiger 25% av årlig kraftproduksjon i California og sprer seg raskt i andre stater som Texas, Florida og Georgia. "Vindbeltet" stater, fra Dakotas til Texas, har sett massiv utplassering av vindturbiner, med Iowa som nå får mesteparten av sin kraft fra vinden.

Denne høye andelen fornybar kraft reiser et spørsmål: Hvordan integrerer vi fornybare kilder som produserer store, men varierende mengder kraft gjennom dagen?

Joshua Rhodes/University of Texas i Austin.

Det er der lagring kommer inn. Prisene på litium-ion-batterier har raskt falt ettersom produksjonen har skalert opp for elbilmarkedet de siste årene. Mens det er bekymringer for fremtiden leverandørkjedeutfordringer, batteridesign vil sannsynligvis også utvikle seg.

Kombinasjonen av solenergi og batterier gjør at hybridanleggsoperatører kan levere strøm gjennom de mest verdifulle timene når etterspørselen er størst, for eksempel sommerettermiddager og kvelder når klimaanlegget går på høyt. Batterier bidrar også til å jevne ut produksjonen fra vind- og solkraft, lagre overflødig kraft som ellers ville blitt begrenset, og redusere overbelastning på nettet.

Hybrider dominerer prosjektrørledningen

Ved utgangen av 2020 var det 73 solenergi- og 16 vindhybridprosjekter i drift i USA, tilsvarende 2.5 gigawatt produksjon og 0.45 gigawatt lagring.

I dag dominerer solenergi og hybrider utviklingsrørledningen. Ved utgangen av 2021 var mer enn 675 gigawatt foreslått solenergi anlegg hadde søkt om nettilknytning, med over en tredjedel av dem sammenkoblet med lager. Ytterligere 247 gigawatt med vindparker var på linje, med 19 gigawatt, eller omtrent 8% av dem, som hybrider.

 Mengden foreslått sol-, lagrings- og vindkraft som venter på å koble seg til nettet har vokst dramatisk de siste årene, mens kull, gass og kjernekraft har falmet. Lawrence Berkeley National Laboratory

Å søke om tilknytning er selvsagt bare ett trinn i utviklingen av et kraftverk. En utbygger trenger også tomte- og fellesskapsavtaler, salgskontrakt, finansiering og tillatelser. Bare rundt én av fire nye anlegg som ble foreslått mellom 2010 og 2016, kom til kommersiell drift. Men dybden av interesse for hybridplanter gir sterk vekst.

I markeder som California er batterier i hovedsak obligatoriske for nye solcelleutviklere. Siden solenergi ofte står for flertall av makten på dagtidsmarkedet gir det å bygge mer liten verdi. For tiden kommer 95 % av all foreslått storskala solenergikapasitet i California-køen med batterier.

5 leksjoner om hybrider og spørsmål for fremtiden

Muligheten for vekst innen fornybare hybrider er helt klart stor, men det reiser noen spørsmål at vår gruppe ved Berkeley Lab har undersøkt.

Her er noen av våre topp funn:

• Satsingen gir resultater i mange regioner. Vi fant ut at mens å legge til batterier til et solenergiverk øker prisen, øker det også verdien av kraften. Å plassere produksjon og lagring på samme sted kan fange opp fordelene fra skattefradrag, besparelser på byggekostnader og operasjonell fleksibilitet. Ser man på inntektspotensialet de siste årene, og ved hjelp av føderale skattefradrag, ser det ut til at merverdien rettferdiggjør den høyere prisen.

• Samlokalisering betyr også avveininger. Vind og sol presterer best der vind- og solressursene er sterkest, men batterier gir mest verdi der de kan levere de største fordelene ved nett, som å lindre overbelastning. Det betyr at det er avveininger når man skal bestemme den beste plasseringen med høyest verdi. Føderale skattefradrag som bare kan tjenes når batterier er samlokalisert med solenergi, kan i noen tilfeller oppmuntre til suboptimale beslutninger

• Det er ingen beste kombinasjon. Verdien av et hybridanlegg bestemmes delvis av konfigurasjonen av utstyret. For eksempel kan størrelsen på batteriet i forhold til en solgenerator avgjøre hvor sent på kvelden anlegget kan levere strøm. Men verdien av nattkraft avhenger av lokale markedsforhold, som endrer seg gjennom året.

• Reglene for kraftmarkedet må utvikles. Hybrider kan delta i kraftmarkedet som en enkelt enhet eller som separate enheter, med solenergi og lagringstilbud uavhengig. Hybrider kan også være enten selgere eller kjøpere av kraft, eller begge deler. Det kan bli komplisert. Markedsdeltakelsesregler for hybrider er fortsatt i utvikling, og lar anleggsoperatører eksperimentere med hvordan de selger tjenestene sine.

• Små hybrider skaper nye muligheter: Hybridkraftverk kan også være små, for eksempel solenergi og batterier i et hjem eller en bedrift. Slik hybrider har blitt standard på Hawaii som solenergi metter nettet. I California legger kunder som er utsatt for strømavstengninger for å forhindre skogbranner i økende grad lagring til solsystemet. Disse "bak-meteren" hybrider reise spørsmål om hvordan de skal verdsettes, og hvordan de kan bidra til nettdrift.

Hybrider har så vidt begynt, men mye mer er på vei. Mer forskning er nødvendig på teknologiene, markedsdesignene og reguleringene for å sikre at nett- og nettpriser utvikler seg med dem.

Mens spørsmål gjenstår, er det klart at hybrider redefinerer kraftverk. Og de kan gjøre det amerikanske kraftsystemet på nytt i prosessen.

Om forfatterne

Joachim Seel, Senior Scientific Engineering Associate, Lawrence Berkeley National Laboratory; Bentham Paulos, Tilknyttet, elektrisitetsmarked og policy-gruppe, Lawrence Berkeley National Laboratoryog Vil Gorman, Graduate Student Researcher in Electricity Markets and Policy, Lawrence Berkeley National Laboratory

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Relaterte bøker:

Fremtiden vi velger: Overleve klimakrisen

av Christiana Figueres og Tom Rivett-Carnac

Forfatterne, som spilte nøkkelroller i Parisavtalen om klimaendringer, tilbyr innsikt og strategier for å håndtere klimakrisen, inkludert individuell og kollektiv handling.

Klikk for mer info eller for å bestille

Den ubeboelige jorden: Livet etter oppvarmingen

av David Wallace-Wells

Denne boken utforsker de potensielle konsekvensene av ukontrollerte klimaendringer, inkludert masseutryddelse, mat- og vannmangel og politisk ustabilitet.

Klikk for mer info eller for å bestille

Fremtidsdepartementet: En roman

av Kim Stanley Robinson

Denne romanen forestiller en nær fremtidig verden som kjemper med virkningene av klimaendringer og tilbyr en visjon for hvordan samfunnet kan endre seg for å møte krisen.

Klikk for mer info eller for å bestille

Under a White Sky: The Nature of the Future

av Elizabeth Kolbert

Forfatteren utforsker menneskets påvirkning på naturen, inkludert klimaendringer, og potensialet for teknologiske løsninger for å møte miljøutfordringer.

Klikk for mer info eller for å bestille

Drawdown: Den mest omfattende planen som noen gang har foreslått å reversere global oppvarming

redigert av Paul Hawken

Denne boken presenterer en omfattende plan for å håndtere klimaendringer, inkludert løsninger fra en rekke sektorer som energi, landbruk og transport.

Klikk for mer info eller for å bestille