พบกับโรงไฟฟ้าแห่งอนาคต: พลังงานแสงอาทิตย์ + แบตเตอรี่ไฮบริดพร้อมสำหรับการเติบโตแบบก้าวกระโดด

ระบบไฟฟ้ากำลังของอเมริกาอยู่ระหว่างการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่เมื่อเปลี่ยนจากเชื้อเพลิงฟอสซิลไปเป็นพลังงานหมุนเวียนในขณะที่ทศวรรษแรกของทศวรรษ 2000 มีการเติบโตอย่างมากในการผลิตก๊าซธรรมชาติ และทศวรรษ 2010 เป็นทศวรรษแห่งพลังงานลมและแสงอาทิตย์ สัญญาณเริ่มต้นบ่งชี้ว่านวัตกรรมแห่งทศวรรษ 2020 อาจเป็นการเติบโตอย่างรวดเร็วในโรงไฟฟ้าแบบ "ไฮบริด"

โรงไฟฟ้าไฮบริดทั่วไปจะรวมการผลิตไฟฟ้าเข้ากับที่เก็บแบตเตอรี่ในตำแหน่งเดียวกันนั่นมักหมายถึงฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์หรือกังหันลมที่จับคู่กับแบตเตอรี่ขนาดใหญ่การทำงานร่วมกัน แผงโซลาร์เซลล์และที่เก็บแบตเตอรี่สามารถผลิตพลังงานหมุนเวียนได้เมื่อพลังงานแสงอาทิตย์ถึงจุดสูงสุดในตอนกลางวัน แล้วปล่อยออกตามความจำเป็นหลังจากพระอาทิตย์ตกดิน

การดูโครงการด้านพลังงานและการจัดเก็บในขั้นตอนการพัฒนาช่วยให้มองเห็นอนาคตของพลังงานไฮบริดได้

ทีมงานของเราที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Berkeley พบว่าน่าตกใจ1,400 กิกะวัตต์ของโครงการผลิตไฟฟ้าและการจัดเก็บที่เสนอเพื่อเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า มากกว่าโรงไฟฟ้าที่มีอยู่ทั้งหมดในสหรัฐฯ รวมกันกลุ่มที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบันคือโครงการพลังงานแสงอาทิตย์ และมากกว่าหนึ่งในสามของโครงการเหล่านั้นเกี่ยวข้องกับระบบจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์แบบไฮบริดพร้อมแบตเตอรี่

แม้ว่าโรงไฟฟ้าแห่งอนาคตเหล่านี้จะให้ประโยชน์มากมาย แต่ก็เช่นกันตั้งคำถามเกี่ยวกับวิธีการใช้งานโครงข่ายไฟฟ้าให้ดีที่สุด

ทำไมไฮบริดถึงร้อน

เมื่อลมและแสงอาทิตย์เติบโตขึ้น พวกมันก็เริ่มส่งผลกระทบอย่างมากต่อโครงข่ายไฟฟ้า

พลังงานแสงอาทิตย์แล้วเกิน 25%ของการผลิตไฟฟ้าประจำปีในแคลิฟอร์เนีย และกำลังแพร่กระจายอย่างรวดเร็วในรัฐอื่นๆ เช่น เท็กซัส ฟลอริดา และจอร์เจียได้เห็นรัฐ "แถบลม" ตั้งแต่ดาโกต้าไปจนถึงเท็กซัสการติดตั้งกังหันลมจำนวนมหาศาลโดยที่ตอนนี้ไอโอวาได้รับพลังส่วนใหญ่จากลม

เปอร์เซ็นต์พลังงานหมุนเวียนที่สูงนี้ทำให้เกิดคำถาม: เราจะบูรณาการแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ผลิตพลังงานจำนวนมากแต่แตกต่างกันตลอดทั้งวันได้อย่างไร

นั่นคือที่มาของการจัดเก็บข้อมูล ราคาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนก็มีลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการผลิตได้ขยายตัวมากขึ้นสำหรับตลาดรถยนต์ไฟฟ้าในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาขณะที่มีความกังวลเกี่ยวกับอนาคตความท้าทายของห่วงโซ่อุปทานการออกแบบแบตเตอรี่ก็มีแนวโน้มที่จะพัฒนาเช่นกัน

การผสมผสานระหว่างพลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานในโรงงานแบบไฮบริดสามารถจ่ายพลังงานได้ในช่วงเวลาที่มีค่าที่สุด ซึ่งเป็นช่วงที่มีความต้องการมากที่สุด เช่น ช่วงบ่ายของฤดูร้อนและช่วงเย็นที่เครื่องปรับอากาศทำงานด้วยไฟสูงแบตเตอรี่ยังช่วยให้การผลิตพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไปอย่างราบรื่น กักเก็บพลังงานส่วนเกินที่อาจจะถูกจำกัด และลดความแออัดบนโครงข่ายไฟฟ้า

ลูกผสมครองไปป์ไลน์ของโครงการ

ณ สิ้นปี 2563 มีโครงการพลังงานแสงอาทิตย์ 73 โครงการและโครงการพลังงานลม 16 โครงการที่ดำเนินการในสหรัฐอเมริกา คิดเป็นกำลังการผลิต 2.5 กิกะวัตต์ และพื้นที่จัดเก็บ 0.45 กิกะวัตต์

ปัจจุบัน พลังงานแสงอาทิตย์และลูกผสมครองเส้นทางการพัฒนาภายในสิ้นปี 2564 มากกว่านั้นพลังงานแสงอาทิตย์ที่เสนอ 675 กิกะวัตต์โรงงานได้ยื่นขออนุมัติการเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้า โดยมากกว่าหนึ่งในสามจับคู่กับพื้นที่จัดเก็บฟาร์มกังหันลมอีก 247 กิกะวัตต์อยู่ในแนวเดียวกัน โดยมี 19 กิกะวัตต์หรือประมาณ 8% ของนั้นเป็นฟาร์มลูกผสม

แน่นอนว่าการสมัครเชื่อมต่อเป็นเพียงขั้นตอนเดียวในการพัฒนาโรงไฟฟ้านักพัฒนายังต้องการข้อตกลงที่ดินและชุมชน สัญญาการขาย การเงิน และใบอนุญาตโรงงานใหม่เพียงประมาณหนึ่งในสี่ที่เสนอระหว่างปี 2553 ถึง 2559 เท่านั้นที่สามารถเปิดดำเนินการเชิงพาณิชย์ได้แต่ความสนใจในเชิงลึกในพืชลูกผสมนั้นแสดงถึงการเติบโตที่แข็งแกร่ง

ในตลาดเช่นแคลิฟอร์เนีย แบตเตอรี่ถือเป็นข้อบังคับสำหรับนักพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์รายใหม่เนื่องจากแสงอาทิตย์มักเป็นสาเหตุของอำนาจส่วนใหญ่ในตลาดช่วงกลางวัน การสร้างมากขึ้นจะเพิ่มมูลค่าเพียงเล็กน้อยปัจจุบัน 95% ของกำลังการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ที่เสนอทั้งหมดในคิวแคลิฟอร์เนียมาพร้อมกับแบตเตอรี่

5 บทเรียนเกี่ยวกับลูกผสมและคำถามสำหรับอนาคต

โอกาสในการเติบโตของลูกผสมหมุนเวียนนั้นมีมากอย่างเห็นได้ชัด แต่ก็ทำให้เกิดคำถามบางประการเช่นกันกลุ่มของเราที่ Berkeley Lab ได้ทำการตรวจสอบแล้ว

นี่คือบางส่วนของเราผลการวิจัยยอดนิยม:

การลงทุนให้ผลตอบแทนในหลายภูมิภาคเราพบว่าการเพิ่มแบตเตอรี่ให้กับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์จะทำให้ราคาเพิ่มขึ้น แต่ยังเพิ่มมูลค่าของพลังงานด้วยการผลิตและการจัดเก็บในสถานที่เดียวกันสามารถได้รับประโยชน์จากเครดิตภาษี การประหยัดต้นทุนการก่อสร้าง และความยืดหยุ่นในการดำเนินงานเมื่อพิจารณาถึงศักยภาพของรายได้ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และด้วยความช่วยเหลือจากเครดิตภาษีของรัฐบาลกลาง มูลค่าเพิ่มดูเหมือนจะพิสูจน์ให้เห็นถึงราคาที่สูงขึ้น

Co-location ยังหมายถึงการแลกเปลี่ยนอีกด้วยลมและแสงอาทิตย์ทำงานได้ดีที่สุดในบริเวณที่มีลมและพลังงานแสงอาทิตย์แรงที่สุด แต่แบตเตอรี่จะให้คุณค่าสูงสุดเมื่อสามารถให้ประโยชน์สูงสุดแก่โครงข่ายไฟฟ้าได้ เช่น การบรรเทาความแออัดนั่นหมายความว่าต้องมีข้อเสียในการพิจารณาทำเลที่ดีที่สุดและมีมูลค่าสูงสุดเครดิตภาษีของรัฐบาลกลางที่สามารถได้รับเฉพาะเมื่อมีแบตเตอรี่อยู่ร่วมกับพลังงานแสงอาทิตย์อาจสนับสนุนการตัดสินใจที่ไม่ดีนักในบางกรณี

ไม่มีการผสมผสานที่ดีที่สุดมูลค่าของโรงงานไฮบริดส่วนหนึ่งถูกกำหนดโดยการกำหนดค่าของอุปกรณ์ตัวอย่างเช่น ขนาดของแบตเตอรี่ที่สัมพันธ์กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์สามารถกำหนดได้ว่าโรงไฟฟ้าจะสามารถจ่ายไฟฟ้าได้ในช่วงดึกแค่ไหนแต่มูลค่าไฟกลางคืนขึ้นอยู่กับสภาวะตลาดท้องถิ่นที่เปลี่ยนแปลงตลอดทั้งปี

กฎเกณฑ์ของตลาดพลังงานจำเป็นต้องได้รับการพัฒนาไฮบริดสามารถมีส่วนร่วมในตลาดพลังงานเป็นหน่วยเดียวหรือเป็นหน่วยงานที่แยกจากกัน โดยมีการประมูลพลังงานแสงอาทิตย์และการจัดเก็บอย่างเป็นอิสระลูกผสมอาจเป็นผู้ขายหรือผู้ซื้อพลังงานหรือทั้งสองอย่างก็ได้นั่นอาจซับซ้อนได้กฎการมีส่วนร่วมในตลาดสำหรับรถไฮบริดยังคงมีการพัฒนาอยู่ ทำให้ผู้ประกอบโรงงานต้องทดลองวิธีการขายบริการของตน

รถไฮบริดขนาดเล็กสร้างโอกาสใหม่:โรงไฟฟ้าไฮบริดอาจมีขนาดเล็ก เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ในบ้านหรือธุรกิจเช่นลูกผสมกลายเป็นมาตรฐานในฮาวายเนื่องจากพลังงานแสงอาทิตย์ทำให้กริดอิ่มตัวในแคลิฟอร์เนีย ลูกค้าที่ต้องปิดไฟฟ้าเพื่อป้องกันไฟป่ากำลังเพิ่มพื้นที่จัดเก็บข้อมูลให้กับระบบสุริยะของตนมากขึ้นเหล่านี้ลูกผสม "หลังเมตร"ตั้งคำถามเกี่ยวกับวิธีการประเมินคุณค่าของสิ่งเหล่านี้ และวิธีที่สิ่งเหล่านี้สามารถสนับสนุนการดำเนินงานของโครงข่ายไฟฟ้าได้

ไฮบริดเพิ่งเริ่มต้น แต่ยังมีสิ่งอื่นๆ อีกมากมายที่กำลังเกิดขึ้นจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคโนโลยี การออกแบบตลาด และกฎระเบียบเพื่อให้แน่ใจว่าราคากริดและกริดจะพัฒนาไปพร้อมกับพวกเขา

แม้ว่าจะยังคงมีคำถามอยู่ แต่ก็ชัดเจนว่าระบบไฮบริดกำลังให้นิยามใหม่ของโรงไฟฟ้าและอาจสร้างระบบไฟฟ้าของสหรัฐฯ ใหม่ในกระบวนการนี้