Associando l'energia solare e l'accumulo della batteria, gli ibridi possono continuare a fornire elettricità anche dopo il tramonto. Petmal tramite Getty Images
Il sistema elettrico americano sta subendo un cambiamento radicale mentre passa dai combustibili fossili all'energia rinnovabile. Mentre il primo decennio degli anni 2000 ha visto un'enorme crescita nella generazione di gas naturale e gli anni 2010 sono stati il decennio dell'eolico e del solare, i primi segnali suggeriscono che l'innovazione degli anni 2020 potrebbe essere un boom delle centrali elettriche "ibride".
Una tipica centrale elettrica ibrida combina la generazione di elettricità con l'accumulo di batterie nello stesso luogo. Ciò significa spesso un parco solare o eolico abbinato a batterie su larga scala. Lavorando insieme, i pannelli solari e l'accumulo di batterie possono generare energia rinnovabile quando l'energia solare è al suo apice durante il giorno e quindi rilasciarla secondo necessità dopo il tramonto.
Uno sguardo ai progetti di alimentazione e storage nella pipeline di sviluppo offre uno sguardo sul futuro dell'energia ibrida.
La nostra squadra al Lawrence Berkeley National Laboratory ha scoperto che è sbalorditivo 1,400 gigawatt dei progetti di generazione e stoccaggio proposti si sono applicati per la connessione alla rete, più di tutte le centrali elettriche statunitensi esistenti messe insieme. La maggior parte sono ora progetti solari e oltre un terzo di questi progetti riguarda impianti ibridi solari più impianti di accumulo.
Sebbene queste centrali elettriche del futuro offrano molti vantaggi, anche loro sollevare domande su come gestire al meglio la rete elettrica.
Perché gli ibridi sono caldi
Man mano che l'eolico e il solare crescono, iniziano ad avere un grande impatto sulla rete.
Già l'energia solare supera il 25% di produzione annuale di energia in California e si sta diffondendo rapidamente in altri stati come il Texas, la Florida e la Georgia. Gli stati della "cintura del vento", dal Dakota al Texas, hanno visto massiccio dispiegamento di turbine eoliche, con l'Iowa che ora ottiene la maggior parte della sua energia dal vento.
Questa elevata percentuale di energia rinnovabile solleva una domanda: come integriamo le fonti rinnovabili che producono grandi ma variabili quantità di energia durante il giorno?
Joshua Rhodes/Università del Texas ad Austin.
È qui che entra in gioco lo storage. I prezzi delle batterie agli ioni di litio hanno rapidamente caduto poiché la produzione è aumentata per il mercato dei veicoli elettrici negli ultimi anni. Mentre ci sono preoccupazioni per il futuro sfide della catena di approvvigionamento, è probabile che anche il design della batteria si evolva.
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La combinazione di solare e batterie consente agli operatori di impianti ibridi di fornire energia nelle ore più preziose quando la domanda è più forte, come i pomeriggi estivi e le sere quando i condizionatori d'aria sono in funzione. Le batterie aiutano anche a regolare la produzione di energia eolica e solare, immagazzinare energia in eccesso che altrimenti verrebbe ridotta e ridurre la congestione sulla rete.
Gli ibridi dominano la pipeline del progetto
Alla fine del 2020 negli Stati Uniti erano operativi 73 progetti solari e 16 ibridi eolici, per un totale di 2.5 gigawatt di generazione e 0.45 gigawatt di accumulo.
Oggi, il solare e gli ibridi dominano la pipeline di sviluppo. Entro la fine del 2021, più di 675 gigawatt di solare proposto gli impianti avevano richiesto l'autorizzazione alla connessione alla rete, di cui oltre un terzo abbinato allo stoccaggio. Altri 247 gigawatt di parchi eolici erano in linea, con 19 gigawatt, ovvero circa l'8% di questi, come ibridi.
La quantità di energia solare, di accumulo ed eolica proposta in attesa di collegarsi alla rete è cresciuta notevolmente negli ultimi anni, mentre carbone, gas e nucleare sono svaniti. Lawrence Berkeley National Laboratory
Naturalmente, richiedere una connessione è solo un passo nello sviluppo di una centrale elettrica. Uno sviluppatore ha anche bisogno di accordi fondiari e comunitari, un contratto di vendita, finanziamenti e permessi. Solo circa uno su quattro nuovi impianti proposti tra il 2010 e il 2016 è entrato in esercizio commerciale. Ma il profondo interesse per le piante ibride fa presagire una forte crescita.
In mercati come la California, le batterie sono essenzialmente obbligatorie per i nuovi sviluppatori solari. Dal momento che il solare rappresenta spesso il maggioranza del potere nel mercato diurno, costruire di più aggiunge poco valore. Attualmente il 95% di tutta la capacità solare su larga scala proposta nella coda della California viene fornita con batterie.
5 lezioni sugli ibridi e domande per il futuro
L'opportunità di crescita negli ibridi rinnovabili è chiaramente ampia, ma solleva alcune domande il nostro gruppo al Berkeley Lab ha indagato.
Ecco alcuni dei nostri risultati migliori:
L'investimento si ripaga in molte regioni. Abbiamo scoperto che mentre l'aggiunta di batterie a una centrale solare aumenta il prezzo, aumenta anche il valore dell'energia. Mettere generazione e stoccaggio nella stessa posizione può trarre vantaggio da crediti d'imposta, risparmi sui costi di costruzione e flessibilità operativa. Osservando il potenziale di reddito degli ultimi anni e con l'aiuto dei crediti d'imposta federali, il valore aggiunto sembra giustificare il prezzo più elevato.
Co-location significa anche compromessi. L'eolico e il solare funzionano meglio dove le risorse eoliche e solari sono più forti, ma le batterie forniscono il maggior valore dove possono offrire i maggiori vantaggi della rete, come alleviare la congestione. Ciò significa che ci sono dei compromessi quando si determina la posizione migliore con il valore più alto. I crediti d'imposta federali che possono essere guadagnati solo quando le batterie sono collocate insieme al solare possono in alcuni casi incoraggiare decisioni non ottimali
Non esiste una combinazione migliore. Il valore di un impianto ibrido è determinato in parte dalla configurazione delle apparecchiature. Ad esempio, la dimensione della batteria rispetto a un generatore solare può determinare fino a che ora la sera l'impianto può fornire energia. Ma il valore dell'energia elettrica notturna dipende dalle condizioni del mercato locale, che cambiano nel corso dell'anno.
Le regole del mercato elettrico devono evolversi. Gli ibridi possono partecipare al mercato dell'energia elettrica come una singola unità o come entità separate, con l'offerta solare e di stoccaggio in modo indipendente. Gli ibridi possono anche essere venditori o acquirenti di energia, o entrambi. Può diventare complicato. Le regole di partecipazione al mercato per gli ibridi sono ancora in evoluzione, lasciando agli operatori degli impianti la possibilità di sperimentare come vendono i loro servizi.
I piccoli ibridi creano nuove opportunità: Le centrali elettriche ibride possono anche essere di piccole dimensioni, come l'energia solare e le batterie in una casa o in un'azienda. Tale gli ibridi sono diventati standard alle Hawaii poiché l'energia solare satura la rete. In California, i clienti soggetti a interruzioni di corrente per prevenire gli incendi stanno aggiungendo sempre più storage ai loro sistemi solari. Questi ibridi "dietro il metro". sollevare domande su come dovrebbero essere valutati e su come possono contribuire alle operazioni di rete.
Gli ibridi sono solo all'inizio, ma molti altri sono in arrivo. Sono necessarie ulteriori ricerche sulle tecnologie, sui progetti di mercato e sui regolamenti per garantire che la rete e i prezzi della rete si evolvano con essi.
Mentre le domande rimangono, è chiaro che gli ibridi stanno ridefinendo le centrali elettriche. E potrebbero rifare il sistema elettrico degli Stati Uniti nel processo.
Riguardo agli Autori
Gioacchino Seel, Associato senior di ingegneria scientifica, Lawrence Berkeley National Laboratory; Bentham Paulo, Affiliato, mercati elettrici e gruppo di politiche, Lawrence Berkeley National Laboratorye Will Gorman, Dottorando Ricercatore in Mercati e Politiche dell'Energia Elettrica, Lawrence Berkeley National Laboratory
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.
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