Bằng cách ghép nối năng lượng mặt trời và bộ lưu trữ pin, những con lai có thể tiếp tục cung cấp điện sau khi trời tối. Petmal qua Getty Images

Hệ thống điện của Mỹ đang trải qua sự thay đổi căn bản khi nó chuyển từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng tái tạo. Trong khi thập kỷ đầu tiên của những năm 2000 chứng kiến ​​sự phát triển vượt bậc trong sản xuất khí tự nhiên, và những năm 2010 là thập kỷ của gió và mặt trời, những dấu hiệu ban đầu cho thấy sự đổi mới của những năm 2020 có thể là sự bùng nổ của các nhà máy điện “lai”.

Một nhà máy điện hỗn hợp điển hình kết hợp phát điện với tích trữ pin tại cùng một địa điểm. Điều đó thường có nghĩa là một trang trại năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió được ghép nối với pin quy mô lớn. Hoạt động cùng nhau, các tấm pin mặt trời và bộ lưu trữ pin có thể tạo ra năng lượng tái tạo khi năng lượng mặt trời ở mức cực đại trong ngày và sau đó giải phóng nó khi cần thiết sau khi mặt trời lặn.

Việc xem xét các dự án điện và lưu trữ trong lộ trình phát triển cung cấp một cái nhìn thoáng qua về tương lai của điện hybrid.

Nhóm chúng tôi tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley phát hiện ra rằng một GigUMX gigawatt của các dự án phát điện và lưu trữ được đề xuất đã áp dụng để kết nối với lưới điện - nhiều hơn tất cả các nhà máy điện hiện có của Hoa Kỳ cộng lại. Phần lớn hiện nay là các dự án năng lượng mặt trời và hơn một phần ba trong số đó liên quan đến các nhà máy lưu trữ năng lượng mặt trời kết hợp.

Trong khi các nhà máy điện trong tương lai này mang lại nhiều lợi ích, chúng cũng nêu các câu hỏi về cách tốt nhất nên vận hành lưới điện.

Tại sao lai lại hot

Khi gió và mặt trời phát triển, chúng bắt đầu có những tác động lớn đến lưới điện.

Năng lượng mặt trời đã vượt quá 25% phát điện hàng năm ở California và đang lan nhanh ở các tiểu bang khác như Texas, Florida và Georgia. Các bang "vành đai gió", từ Dakotas đến Texas, đã chứng kiến triển khai ồ ạt các tuabin gió, với việc Iowa hiện nhận được phần lớn sức mạnh từ gió.

Tỷ lệ năng lượng tái tạo cao này đặt ra một câu hỏi: Làm thế nào để chúng ta tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo tạo ra lượng điện năng lớn nhưng thay đổi trong suốt cả ngày?

Joshua Rhodes / Đại học Texas tại Austin.

Đó là nơi có dung lượng lưu trữ. Giá pin Lithium-ion có giảm nhanh chóng vì sản xuất đã mở rộng cho thị trường xe điện trong những năm gần đây. Trong khi có những lo ngại về tương lai thách thức chuỗi cung ứng, thiết kế pin cũng có thể sẽ phát triển.

Sự kết hợp của năng lượng mặt trời và pin cho phép các nhà vận hành nhà máy hỗn hợp cung cấp năng lượng trong những giờ có giá trị nhất khi nhu cầu cao nhất, chẳng hạn như buổi chiều mùa hè và buổi tối khi máy điều hòa không khí hoạt động ở mức cao. Pin cũng giúp thực hiện suôn sẻ quá trình sản xuất từ ​​năng lượng gió và năng lượng mặt trời, lưu trữ lượng điện dư thừa mà nếu không sẽ bị cắt giảm và giảm tắc nghẽn trên lưới điện.

Các giống lai chiếm ưu thế trong dự án

Vào cuối năm 2020, có 73 dự án năng lượng mặt trời và 16 dự án lai gió đang hoạt động ở Mỹ, với sản lượng 2.5 gigawatt phát điện và 0.45 gigawatt lưu trữ.

Ngày nay, năng lượng mặt trời và hybrid chiếm ưu thế trong quá trình phát triển. Đến cuối năm 2021, hơn 675 gigawatt năng lượng mặt trời được đề xuất các nhà máy đã nộp đơn xin phê duyệt kết nối lưới điện, với hơn một phần ba trong số chúng được ghép nối với kho lưu trữ. 247 gigawatt khác của các trang trại gió cũng phù hợp, với 19 gigawatt, hay khoảng 8% trong số đó, là giống lai.

 Lượng năng lượng mặt trời, năng lượng lưu trữ và điện gió được đề xuất chờ hòa vào lưới điện đã tăng đáng kể trong những năm gần đây, trong khi than, khí đốt và hạt nhân đã giảm dần. Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley

Tất nhiên, việc xin đấu nối chỉ là một bước trong quá trình phát triển nhà máy điện. Một nhà phát triển cũng cần các thỏa thuận về đất đai và cộng đồng, hợp đồng mua bán, tài chính và giấy phép. Chỉ khoảng một trong bốn nhà máy mới được đề xuất từ ​​năm 2010 đến năm 2016 đã đi vào hoạt động thương mại. Nhưng mức độ quan tâm sâu sắc đến cây lai biểu hiện sự phát triển mạnh mẽ.

Ở những thị trường như California, pin về cơ bản là bắt buộc đối với các nhà phát triển năng lượng mặt trời mới. Vì năng lượng mặt trời thường chiếm phần lớn quyền lực trong thị trường ban ngày, việc xây dựng nhiều hơn sẽ tăng thêm ít giá trị. Hiện tại, 95% công suất năng lượng mặt trời quy mô lớn được đề xuất trong hàng đợi ở California đi kèm với pin.

5 bài học về lai và câu hỏi cho tương lai

Cơ hội để phát triển các giống lai tái tạo rõ ràng là rất lớn, nhưng nó đặt ra một số câu hỏi rằng nhóm của chúng tôi tại Berkeley Lab đã được điều tra.

Đây là một số phát hiện hàng đầu:

• Khoản đầu tư mang lại hiệu quả ở nhiều khu vực. Chúng tôi nhận thấy rằng trong khi việc lắp thêm pin vào nhà máy điện mặt trời làm tăng giá thành, nó cũng làm tăng giá trị của nguồn điện. Đặt hệ thống tạo và lưu trữ ở cùng một vị trí có thể thu được lợi ích từ các khoản tín dụng thuế, tiết kiệm chi phí xây dựng và tính linh hoạt trong vận hành. Nhìn vào tiềm năng doanh thu trong những năm gần đây và với sự trợ giúp của các khoản tín dụng thuế liên bang, giá trị gia tăng dường như biện minh cho mức giá cao hơn.

• Đồng vị trí cũng có nghĩa là sự cân bằng. Gió và năng lượng mặt trời hoạt động tốt nhất ở những nơi có nguồn năng lượng mặt trời và gió mạnh nhất, nhưng pin mang lại giá trị cao nhất khi chúng có thể mang lại lợi ích lớn nhất cho lưới điện, chẳng hạn như giảm tắc nghẽn. Điều đó có nghĩa là có sự đánh đổi khi xác định vị trí tốt nhất với giá trị cao nhất. Các khoản tín dụng thuế liên bang chỉ có thể kiếm được khi pin được đặt cùng vị trí với năng lượng mặt trời có thể khuyến khích các quyết định chưa tối ưu trong một số trường hợp

• Không có một sự kết hợp tốt nhất. Giá trị của một cây lai được xác định một phần bởi cấu hình của thiết bị. Ví dụ, kích thước của pin so với máy phát điện năng lượng mặt trời có thể xác định xem nhà máy có thể cung cấp điện đến mức nào vào buổi tối. Nhưng giá trị của điện năng vào ban đêm phụ thuộc vào điều kiện thị trường địa phương và thay đổi trong năm.

• Các quy tắc thị trường quyền lực cần phải phát triển. Hybrids có thể tham gia vào thị trường điện như một đơn vị duy nhất hoặc như các thực thể riêng biệt, với việc đấu thầu năng lượng mặt trời và lưu trữ một cách độc lập. Người lai cũng có thể là người bán hoặc người mua quyền lực, hoặc cả hai. Điều đó có thể trở nên phức tạp. Các quy tắc tham gia thị trường đối với cây lai vẫn đang phát triển, khiến các nhà điều hành nhà máy phải thử nghiệm cách họ bán dịch vụ của mình.

• Các giống lai nhỏ tạo ra cơ hội mới: Các nhà máy điện hybrid cũng có thể nhỏ, chẳng hạn như năng lượng mặt trời và pin trong gia đình hoặc cơ sở kinh doanh. Như là các giống lai đã trở thành tiêu chuẩn ở Hawaii khi năng lượng mặt trời bão hòa lưới điện. Ở California, những khách hàng phải cắt điện để ngăn cháy rừng ngày càng tăng thêm dung lượng lưu trữ vào hệ thống năng lượng mặt trời của họ. Này Lai "sau-mét" nêu câu hỏi về việc chúng nên được đánh giá như thế nào và chúng có thể đóng góp như thế nào vào các hoạt động của lưới điện.

Các giống lai chỉ mới bắt đầu, nhưng còn rất nhiều nữa đang trên đường. Cần nghiên cứu thêm về các công nghệ, thiết kế thị trường và các quy định để đảm bảo lưới điện và giá lưới điện phát triển cùng với chúng.

Trong khi các câu hỏi vẫn còn, rõ ràng là hybrid đang xác định lại các nhà máy điện. Và họ có thể sẽ làm lại hệ thống điện của Hoa Kỳ trong quá trình này.

Giới thiệu về tác giả

Joachim Seel, Kỹ sư Khoa học Cao cấp, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley; Bentham Paulos, Chi nhánh, Thị trường Điện & Nhóm Chính sách, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeleyvà Will Gorman, Nghiên cứu sinh sau đại học về Chính sách và Thị trường Điện, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan:

Tương lai chúng ta chọn: Sống sót qua Khủng hoảng Khí hậu

của Christiana Figueres và Tom Rivett-Carnac

Các tác giả, những người đóng vai trò quan trọng trong Thỏa thuận Paris về biến đổi khí hậu, đưa ra những hiểu biết sâu sắc và chiến lược để giải quyết khủng hoảng khí hậu, bao gồm cả hành động cá nhân và tập thể.

Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng

Trái đất không thể ở được: Sự sống sau khi ấm lên

của David Wallace-Wells

Cuốn sách này khám phá những hậu quả tiềm tàng của biến đổi khí hậu không được kiểm soát, bao gồm sự tuyệt chủng hàng loạt, khan hiếm thực phẩm và nước, và bất ổn chính trị.

Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng

Bộ cho tương lai: Tiểu thuyết

bởi Kim Stanley Robinson

Cuốn tiểu thuyết này tưởng tượng về một thế giới trong tương lai gần đang vật lộn với những tác động của biến đổi khí hậu và đưa ra một tầm nhìn về cách xã hội có thể chuyển đổi để giải quyết khủng hoảng.

Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng

Dưới bầu trời trắng: Bản chất của tương lai

của Elizabeth Kolbert

Tác giả khám phá tác động của con người đối với thế giới tự nhiên, bao gồm biến đổi khí hậu và tiềm năng của các giải pháp công nghệ để giải quyết các thách thức môi trường.

Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng

Giải ngân: Kế hoạch toàn diện nhất từng được đề xuất để đảo ngược sự nóng lên toàn cầu

Paul Hawken biên tập

Cuốn sách này trình bày một kế hoạch toàn diện để giải quyết biến đổi khí hậu, bao gồm các giải pháp từ nhiều lĩnh vực như năng lượng, nông nghiệp và giao thông vận tải.

Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng