Lernen Sie das Kraftwerk der Zukunft kennen: Solar- und Batterie-Hybride stehen vor einem explosionsartigen Wachstum

Das amerikanische Stromversorgungssystem befindet sich im Zuge der Umstellung von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energien in einem radikalen Wandel.Während im ersten Jahrzehnt der 2000er Jahre ein enormes Wachstum bei der Erdgaserzeugung zu verzeichnen war und die 2010er Jahre das Jahrzehnt der Wind- und Solarenergie waren, deuten erste Anzeichen darauf hin, dass die Innovation der 2020er Jahre ein Boom bei „Hybrid“-Kraftwerken sein könnte.

Ein typisches Hybridkraftwerk kombiniert Stromerzeugung mit Batteriespeicher am selben Standort.Das bedeutet oft einen Solar- oder Windpark gepaart mit großen Batterien.Zusammen können Solarmodule und Batteriespeicher erneuerbaren Strom erzeugen, wenn die Sonnenenergie tagsüber ihren Höhepunkt erreicht, und ihn dann bei Bedarf wieder abgeben, wenn die Sonne untergeht.

Ein Blick auf die Strom- und Speicherprojekte in der Entwicklungspipeline bietet einen Einblick in die Zukunft der Hybridenergie.

Unser Teamam Lawrence Berkeley National Laboratory fand das erstaunlich1.400 Gigawattder vorgeschlagenen Erzeugungs- und Speicherprojekte haben einen Netzanschluss beantragt – mehr als alle bestehenden US-Kraftwerke zusammen.Die größte Gruppe sind mittlerweile Solarprojekte, und über ein Drittel dieser Projekte umfasst hybride Solar- und Batteriespeicher.

Obwohl diese Kraftwerke der Zukunft viele Vorteile bieten, bieten sie auch viele VorteileFragen aufwerfendarüber, wie das Stromnetz am besten betrieben werden sollte.

Warum Hybriden angesagt sind

Mit zunehmender Wind- und Solarenergie beginnen sie große Auswirkungen auf das Stromnetz zu haben.

Solarenergie bereitsübersteigt 25 %der jährlichen Stromerzeugung in Kalifornien und breitet sich rasch in anderen Bundesstaaten wie Texas, Florida und Georgia aus.Die „Windgürtel“-Staaten, von Dakota bis Texas, haben es gesehenmassiver Einsatz von Windkraftanlagen, wobei Iowa nun einen Großteil seines Stroms aus Windkraft bezieht.

Dieser hohe Anteil erneuerbarer Energien wirft die Frage auf: Wie integrieren wir erneuerbare Energiequellen, die den ganzen Tag über große, aber schwankende Strommengen produzieren?

Hier kommt der Speicher ins Spiel. Die Preise für Lithium-Ionen-Batterien sind gestiegenschnell gefallenda die Produktion für den Elektrofahrzeugmarkt in den letzten Jahren ausgeweitet wurde.Zwar gibt es Bedenken hinsichtlich der ZukunftHerausforderungen in der LieferketteAuch das Batteriedesign dürfte sich weiterentwickeln.

Die Kombination aus Solarenergie und Batterien ermöglicht es Betreibern von Hybridanlagen, Strom in den wertvollsten Stunden bereitzustellen, in denen die Nachfrage am stärksten ist, beispielsweise an Sommernachmittagen und -abenden, wenn die Klimaanlagen auf Hochtouren laufen.Batterien tragen auch dazu bei, die Produktion von Wind- und Solarenergie zu glätten, überschüssigen Strom zu speichern, der andernfalls abgeschaltet würde, und die Überlastung des Netzes zu reduzieren.

Hybride dominieren die Projektpipeline

Ende 2020 waren in den USA 73 Solar- und 16 Wind-Hybridprojekte in Betrieb, was einer Erzeugung von 2,5 Gigawatt und einer Speicherung von 0,45 Gigawatt entspricht.

Heutzutage dominieren Solar- und Hybridantriebe die Entwicklungspipeline.Bis Ende 2021 mehr als675 Gigawatt geplante SolarenergieKraftwerke hatten eine Netzanschlussgenehmigung beantragt, über ein Drittel davon gekoppelt mit Speichern.Weitere 247 Gigawatt Windparks waren in Planung, davon 19 Gigawatt oder etwa 8 % als Hybrid-Windparks.

Natürlich ist die Beantragung eines Anschlusses nur ein Schritt bei der Entwicklung eines Kraftwerks.Ein Bauträger benötigt außerdem Grundstücks- und Gemeinschaftsverträge, einen Kaufvertrag, Finanzierung und Genehmigungen.Nur etwa jedes vierte neue Kraftwerk, das zwischen 2010 und 2016 vorgeschlagen wurde, gelangte in den kommerziellen Betrieb.Das große Interesse an Hybridpflanzen deutet jedoch auf ein starkes Wachstum hin.

In Märkten wie Kalifornien sind Batterien für neue Solarentwickler grundsätzlich obligatorisch.Da Solar oft dafür verantwortlich istMehrheit der MachtAuf dem Tagesmarkt bringt das Bauen von mehr Gebäuden kaum einen Mehrwert.Derzeit sind 95 % aller in Kalifornien vorgeschlagenen großen Solarkapazitäten mit Batterien ausgestattet.

5 Lektionen zu Hybriden und Fragen für die Zukunft

Die Wachstumschancen bei erneuerbaren Hybriden sind eindeutig groß, wirft jedoch einige Fragen aufunsere Gruppeam Berkeley Lab hat untersucht.

Hier sind einige unsererTop-Ergebnisse:

Die Investition rechnet sich in vielen Regionen.Wir haben festgestellt, dass der Einbau von Batterien in ein Solarkraftwerk zwar den Preis erhöht, aber auch den Wert des Stroms erhöht.Durch die Zusammenlegung von Erzeugung und Speicherung am selben Standort können Steuergutschriften, Baukosteneinsparungen und betriebliche Flexibilität erzielt werden.Betrachtet man das Einnahmepotenzial der letzten Jahre und mit Hilfe der Steuergutschriften des Bundes, scheint der Mehrwert den höheren Preis zu rechtfertigen.

Co-Location bedeutet auch Kompromisse.Wind- und Solarenergie funktionieren dort am besten, wo die Wind- und Solarressourcen am stärksten sind, aber Batterien bieten dort den größten Nutzen, wo sie die größten Netzvorteile liefern können, wie z. B. die Entlastung von Staus.Das bedeutet, dass bei der Bestimmung des besten Standorts mit dem höchsten Wert Kompromisse eingegangen werden müssen.Bundessteuergutschriften, die nur dann verdient werden können, wenn Batterien zusammen mit Solaranlagen installiert werden, können in manchen Fällen zu suboptimalen Entscheidungen führen.

Es gibt keine beste Kombination.Der Wert einer Hybridanlage wird teilweise durch die Konfiguration der Ausrüstung bestimmt.Beispielsweise kann die Größe der Batterie im Verhältnis zu einem Solargenerator darüber entscheiden, wie spät in den Abend hinein die Anlage Strom liefern kann.Der Wert des Nachtstroms hängt jedoch von den lokalen Marktbedingungen ab, die sich im Laufe des Jahres ändern.

Die Regeln für den Strommarkt müssen weiterentwickelt werden.Hybride können als einzelne Einheit oder als separate Einheiten am Strommarkt teilnehmen, wobei Solar- und Speichersysteme unabhängig voneinander bieten.Hybride können auch entweder Stromverkäufer oder -käufer oder beides sein.Das kann kompliziert werden.Die Marktbeteiligungsregeln für Hybride entwickeln sich noch weiter, so dass Anlagenbetreiber mit der Art und Weise experimentieren müssen, wie sie ihre Dienstleistungen verkaufen.

Kleine Hybriden schaffen neue Möglichkeiten:Hybridkraftwerke können auch klein sein, beispielsweise Solar- und Batterieanlagen in einem Haus oder Unternehmen.SolchHybriden sind auf Hawaii zum Standard gewordenda Solarenergie das Netz sättigt.In Kalifornien bauen Kunden, die zur Verhinderung von Waldbränden von Stromabschaltungen betroffen sind, ihre Solarsysteme zunehmend mit Speicher aus.Diese„Hinter-dem-Meter“-Hybridenwerfen Fragen darüber auf, wie sie bewertet werden sollten und welchen Beitrag sie zum Netzbetrieb leisten können.

Hybride sind gerade erst am Anfang, aber noch viel mehr sind auf dem Weg.Es bedarf weiterer Forschung zu den Technologien, Marktdesigns und Vorschriften, um sicherzustellen, dass sich das Netz und die Netzpreise mit ihnen weiterentwickeln.

Während Fragen offen bleiben, ist es klar, dass Hybride Kraftwerke neu definieren.Und sie könnten dabei das US-Energiesystem neu gestalten.