通过配对太阳能和电池存储，混合动力车可以在天黑后继续提供电力。 Petmal来自Getty Images
随着从化石燃料向可再生能源的转变，美国的电力系统正在发生根本性的变化。 虽然 2000 年代的前十年天然气发电量大幅增长，而 2010 年代是风能和太阳能的十年，但早期迹象表明 2020 年代的创新可能是“混合”发电厂的繁荣。
典型的混合动力发电厂在同一地点将发电与电池存储相结合。 这通常意味着太阳能或风电场与大型电池配对。 当太阳能在白天达到峰值时，太阳能电池板和电池存储可以共同产生可再生能源，然后在太阳下山后根据需要释放。
看看开发管道中的电力和存储项目，可以一窥混合动力的未来。
我们的团队 劳伦斯伯克利国家实验室发现一个惊人的 1,400吉瓦 的拟议发电和存储项目已申请连接到电网 - 超过所有现有美国发电厂的总和。 现在大部分是太阳能项目，其中超过三分之一的项目涉及混合太阳能加储能工厂。
虽然这些未来的发电厂提供了许多好处，但它们也 提出问题 关于如何最好地运行电网。
为什么混合动力车很受欢迎
随着风能和太阳能的发展，它们开始对电网产生重大影响。
太阳能已经 超过25％ 加利福尼亚州的年发电量，并在德克萨斯州、佛罗里达州和乔治亚州等其他州迅速普及。 从达科他州到德克萨斯州的“风带”州 大规模部署风力涡轮机，现在爱荷华州的大部分电力来自风能。
这种高比例的可再生能源引发了一个问题：我们如何整合全天产生大量但不同数量电力的可再生能源？
Joshua Rhodes/德克萨斯大学奥斯汀分校。
这就是存储的用武之地。锂离子电池价格 迅速下降 随着近年来电动汽车市场的生产规模扩大。 虽然对未来感到担忧 供应链挑战，电池设计也有可能进化。
太阳能和电池的结合使混合电厂运营商能够在需求最旺盛的最宝贵时间提供电力，例如夏季下午和空调开高的晚上。 电池还有助于平滑风能和太阳能的生产，储存原本会被削减的多余电力，并减少电网的拥堵。
混合动力在项目管道中占主导地位
截至 2020 年底，美国有 73 个太阳能和 16 个风能混合项目在运行，发电量为 2.5 吉瓦，储能为 0.45 吉瓦。
今天，太阳能和混合动力在开发过程中占据主导地位。 到2021年底，超过 675 吉瓦的拟议太阳能 工厂已申请并网批准，其中超过三分之一与存储配对。 另有 247 吉瓦的风电场符合要求，其中 19 吉瓦（约占其中的 8%）为混合式风电场。
近年来，等待并网的太阳能、储能和风能的数量急剧增加，而煤炭、天然气和核能的数量已经消退。 劳伦斯伯克利国家实验室
当然，申请并网只是开发电厂的一个步骤。 开发商还需要土地和社区协议、销售合同、融资和许可。 在 2010 年至 2016 年期间，只有大约四分之一的新工厂计划投入商业运营。 但对杂交植物的浓厚兴趣预示着强劲的增长。
在加利福尼亚等市场，电池对于新的太阳能开发商来说基本上是强制性的。 由于太阳能通常占 大多数权力 在日间市场，建筑多增加一点价值。 目前，加州队列中所有拟建的大规模太阳能容量中，有 95% 来自电池。
关于混合动力车的 5 节课和未来的问题
可再生能源混合动力的增长机会显然很大，但它提出了一些问题，即 我们的组 伯克利实验室一直在调查。
这是我们的一些 主要发现:
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投资在许多地区得到了回报。 我们发现，在太阳能发电厂添加电池会增加价格的同时，也会增加电力的价值。 将发电和存储放在同一地点可以从税收抵免、建筑成本节约和运营灵活性中获益。 从近年来的收入潜力来看，在联邦税收抵免的帮助下，附加值似乎证明了更高的价格是合理的。
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协同定位也意味着权衡。 风能和太阳能在风能和太阳能资源最强的地方表现最好，但电池在可以提供最大电网效益的地方提供最大价值，例如缓解拥堵。 这意味着在确定具有最高价值的最佳位置时需要权衡取舍。 仅当电池与太阳能位于同一地点时才能获得的联邦税收抵免在某些情况下可能会鼓励次优决策
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没有一种最佳组合。 混合工厂的价值部分取决于设备的配置。 例如，电池相对于太阳能发电机的大小可以决定工厂可以在深夜多长时间内提供电力。 但夜间电力的价值取决于当地市场状况，全年变化。
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电力市场规则需要发展。 混合动力车可以作为一个单一的单元或作为独立的实体参与电力市场，太阳能和储能独立投标。 混合动力车也可以是电力的卖家或买家，或两者兼而有之。 这可能会变得复杂。 混合动力车的市场参与规则仍在不断发展，让工厂运营商尝试如何销售他们的服务。
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小型混合动力车创造新机会： 混合发电厂也可以很小，例如家庭或企业中的太阳能和电池。 这样的 混合动力车已成为夏威夷的标准 由于太阳能使电网饱和。 在加利福尼亚州，为了防止野火而需要断电的客户越来越多地为他们的太阳能系统增加存储空间。 这些 “米后”混合动力车 提出有关如何评估它们以及它们如何为电网运营做出贡献的问题。
混合动力车才刚刚开始，但更多的动力正在路上。 需要对技术、市场设计和法规进行更多研究，以确保电网和电网定价随之发展。
虽然问题仍然存在，但很明显混合动力正在重新定义发电厂。 他们可能会在此过程中改造美国的电力系统。
作者简介
约阿希姆·塞尔，高级科学工程助理， 劳伦斯伯克利国家实验室; 边沁保罗（Bentham Paulos），会员，电力市场与政策小组， 劳伦斯伯克利国家实验室及 威尔·戈尔曼，电力市场与政策研究生研究员， 劳伦斯伯克利国家实验室
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