Door zonne-energie en batterijopslag te combineren, kunnen hybrides ook in het donker elektriciteit blijven leveren. Petmal via Getty Images
Het Amerikaanse elektriciteitssysteem ondergaat een radicale verandering nu het overgaat van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare energie. Terwijl het eerste decennium van de jaren 2000 een enorme groei in de opwekking van aardgas te zien gaf, en de jaren 2010 het decennium van wind en zonne-energie waren, suggereren vroege tekenen dat de innovatie van de jaren 2020 een hausse in "hybride" energiecentrales zou kunnen zijn.
Een typische hybride energiecentrale combineert elektriciteitsopwekking met batterijopslag op dezelfde locatie. Dat betekent vaak een zonne- of windpark in combinatie met grootschalige batterijen. Door samen te werken, kunnen zonnepanelen en batterijopslag duurzame energie opwekken wanneer zonne-energie overdag op zijn hoogtepunt is en deze vervolgens weer vrijgeven als de zon ondergaat.
Een blik op de energie- en opslagprojecten in de ontwikkelingspijplijn biedt een glimp van de toekomst van hybride energie.
Ons team bij het Lawrence Berkeley National Laboratory ontdekte dat een verbluffende 1,400 gigawatts van de voorgestelde opwekkings- en opslagprojecten is toegepast om verbinding te maken met het net - meer dan alle bestaande Amerikaanse elektriciteitscentrales samen. De meeste zijn nu zonne-energieprojecten, en meer dan een derde van die projecten betreft hybride zonne-energie plus opslaginstallaties.
Hoewel deze energiecentrales van de toekomst veel voordelen bieden, bieden ze ook: vragen stellen over hoe het elektriciteitsnet het beste beheerd kan worden.
Waarom hybriden hot zijn
Naarmate wind en zonne-energie groeien, beginnen ze een grote impact te hebben op het net.
Zonne-energie al overschrijdt 25% van de jaarlijkse stroomopwekking in Californië en breidt zich snel uit in andere staten zoals Texas, Florida en Georgia. De "windgordel" -staten, van de Dakota's tot Texas, hebben gezien: massale inzet van windturbines, waarbij Iowa nu een meerderheid van zijn kracht uit de wind haalt.
Dit hoge percentage hernieuwbare energie roept de vraag op: hoe integreren we hernieuwbare bronnen die gedurende de dag grote maar wisselende hoeveelheden energie produceren?
Joshua Rhodes/Universiteit van Texas in Austin.
Dat is waar opslag om de hoek komt kijken. De prijzen van lithium-ionbatterijen hebben snel gevallen aangezien de productie voor de markt voor elektrische voertuigen de afgelopen jaren is opgeschaald. Hoewel er zorgen zijn over de toekomst uitdagingen in de toeleveringsketen, zal het batterijontwerp waarschijnlijk ook evolueren.
Door de combinatie van zonne-energie en batterijen kunnen operators van hybride installaties stroom leveren tijdens de meest waardevolle uren wanneer de vraag het sterkst is, zoals zomermiddagen en -avonden wanneer airconditioners op hoog draaien. Batterijen helpen ook om de productie van wind- en zonne-energie te vergemakkelijken, overtollige stroom op te slaan die anders zou worden beperkt, en congestie op het net te verminderen.
Hybriden domineren de projectpijplijn
Eind 2020 waren er in de VS 73 zonne- en 16 hybride windprojecten actief, goed voor 2.5 gigawatt aan opwekking en 0.45 gigawatt aan opslag.
Tegenwoordig domineren zonne-energie en hybriden de ontwikkelingspijplijn. Tegen eind 2021 zijn meer dan 675 gigawatt aan voorgestelde zonne-energie installaties hadden goedkeuring voor netaansluiting aangevraagd, waarvan meer dan een derde gepaard ging met opslag. Nog eens 247 gigawatt aan windparken was in lijn, met 19 gigawatt of ongeveer 8% daarvan als hybride.
De hoeveelheid voorgestelde zonne-, opslag- en windenergie die wacht om aan te sluiten op het net is de afgelopen jaren dramatisch gegroeid, terwijl kolen, gas en kernenergie zijn afgenomen. Lawrence Berkeley National Laboratory
Het aanvragen van een aansluiting is natuurlijk maar één stap in het ontwikkelen van een elektriciteitscentrale. Een ontwikkelaar heeft ook grond- en gemeenschapsovereenkomsten, een verkoopcontract, financiering en vergunningen nodig. Slechts ongeveer een op de vier nieuwe fabrieken die tussen 2010 en 2016 werden voorgesteld, werd commercieel in gebruik genomen. Maar de grote belangstelling voor hybride planten voorspelt een sterke groei.
In markten zoals Californië zijn batterijen in wezen verplicht voor nieuwe ontwikkelaars van zonne-energie. Aangezien zonne-energie vaak verantwoordelijk is voor de meerderheid van de macht in de dagmarkt voegt meer bouwen weinig waarde toe. Momenteel wordt 95% van alle voorgestelde grootschalige zonnecapaciteit in de wachtrij in Californië geleverd met batterijen.
5 lessen over hybriden en vragen voor de toekomst
De kans op groei in hernieuwbare hybriden is duidelijk groot, maar het roept enkele vragen op die: onze groep bij Berkeley Lab heeft onderzoek gedaan.
Hier zijn enkele van onze top bevindingen:
-
De investering loont in veel regio's. We ontdekten dat hoewel het toevoegen van batterijen aan een zonne-energiecentrale de prijs verhoogt, het ook de waarde van de stroom verhoogt. Door opwekking en opslag op dezelfde locatie te plaatsen, kunt u profiteren van belastingverminderingen, besparingen op de bouwkosten en operationele flexibiliteit. Kijkend naar het inkomstenpotentieel van de afgelopen jaren, en met behulp van federale belastingkredieten, lijkt de toegevoegde waarde de hogere prijs te rechtvaardigen.
-
Co-locatie betekent ook afwegingen. Wind- en zonne-energie presteren het best waar de wind- en zonne-energiebronnen het sterkst zijn, maar batterijen bieden de meeste waarde waar ze de grootste netvoordelen kunnen opleveren, zoals het verminderen van congestie. Dat betekent dat er afwegingen zijn bij het bepalen van de beste locatie met de hoogste waarde. Federale belastingverminderingen die alleen kunnen worden verdiend wanneer batterijen samen met zonne-energie worden geplaatst, kunnen in sommige gevallen suboptimale beslissingen aanmoedigen
-
Er is niet één beste combinatie. De waarde van een hybride plant wordt mede bepaald door de configuratie van de apparatuur. Zo kan de grootte van de batterij ten opzichte van een zonnegenerator bepalen hoe laat in de avond de plant stroom kan leveren. Maar de waarde van nachtstroom hangt af van de lokale marktomstandigheden, die gedurende het jaar veranderen.
-
De regels voor de energiemarkt moeten evolueren. Hybriden kunnen als een enkele eenheid of als afzonderlijke entiteiten deelnemen aan de energiemarkt, waarbij de zonne- en opslagbiedingen onafhankelijk van elkaar kunnen worden geboden. Hybriden kunnen ook verkopers of kopers van macht zijn, of beide. Dat kan ingewikkeld worden. De regels voor marktparticipatie voor hybrides zijn nog in ontwikkeling, waardoor exploitanten van installaties moeten experimenteren met de manier waarop ze hun diensten verkopen.
-
Kleine hybriden creëren nieuwe kansen: Hybride energiecentrales kunnen ook klein zijn, zoals zonne-energie en batterijen in een huis of bedrijf. Zo een hybriden zijn standaard geworden in Hawaii omdat zonne-energie het net verzadigt. In Californië voegen klanten die onderhevig zijn aan stroomuitval om bosbranden te voorkomen steeds meer opslag toe aan hun zonnestelsel. Deze "achter-de-meter" hybriden roepen vragen op over hoe ze moeten worden gewaardeerd en hoe ze kunnen bijdragen aan de werking van het net.
Hybriden zijn nog maar net begonnen, maar er komen er nog veel meer aan. Er is meer onderzoek nodig naar de technologieën, marktontwerpen en regelgeving om ervoor te zorgen dat het net en de prijszetting mee evolueren.
Hoewel er nog vragen blijven, is het duidelijk dat hybriden energiecentrales herdefiniëren. En ze kunnen het Amerikaanse energiesysteem in het proces opnieuw maken.
Over de Auteurs
Joachim Seel, Senior medewerker wetenschappelijk ingenieur, Lawrence Berkeley National Laboratory; Bentham Paulo, Aangesloten onderneming, elektriciteitsmarkten en beleidsgroep, Lawrence Berkeley National Laboratory en Zal Gorman, afgestudeerd studentonderzoeker in elektriciteitsmarkten en -beleid, Lawrence Berkeley National Laboratory
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
Related Books:
De toekomst die we kiezen: de klimaatcrisis overleven
door Christiana Figueres en Tom Rivett-Carnac
De auteurs, die een sleutelrol speelden in de Overeenkomst van Parijs over klimaatverandering, bieden inzichten en strategieën voor het aanpakken van de klimaatcrisis, inclusief individuele en collectieve actie.
Klik voor meer info of om te bestellen
De onbewoonbare aarde: leven na opwarming
door David Wallace-Wells
Dit boek onderzoekt de mogelijke gevolgen van ongecontroleerde klimaatverandering, waaronder massale uitsterving, voedsel- en waterschaarste en politieke instabiliteit.
Klik voor meer info of om te bestellen
Het Ministerie van de Toekomst: een roman
door Kim Stanley Robinson
Deze roman verbeeldt een wereld in de nabije toekomst die worstelt met de gevolgen van klimaatverandering en biedt een visie op hoe de samenleving zou kunnen transformeren om de crisis het hoofd te bieden.
Klik voor meer info of om te bestellen
Onder een witte lucht: de aard van de toekomst
door Elizabeth Kolbert
De auteur onderzoekt de menselijke impact op de natuurlijke wereld, inclusief klimaatverandering, en het potentieel voor technologische oplossingen om milieu-uitdagingen aan te pakken.
Klik voor meer info of om te bestellen
Drawdown: het meest uitgebreide plan ooit voorgesteld om opwarming van de aarde tegen te gaan
onder redactie van Paul Hawken
Dit boek presenteert een alomvattend plan voor het aanpakken van klimaatverandering, inclusief oplossingen uit een reeks sectoren zoals energie, landbouw en transport.
