Das Kraftwerk der nahen Zukunft sind Hybride

 Durch die Kombination von Solarenergie und Batteriespeicher können Hybride auch nach Einbruch der Dunkelheit Strom liefern. Petmal über Getty Images

Amerikas elektrisches Energiesystem unterliegt einem radikalen Wandel, da es von fossilen Brennstoffen zu erneuerbaren Energien übergeht. Während das erste Jahrzehnt der 2000er Jahre ein enormes Wachstum bei der Erdgaserzeugung verzeichnete 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 und Batteriespeicher am gleichen Standort. Das bedeutet oft einen Solar- oder Windpark gepaart mit Großbatterien. Durch die Zusammenarbeit können Solarmodule und Batteriespeicher erneuerbare Energie erzeugen, wenn die Sonnenenergie tagsüber ihren Höhepunkt erreicht, und sie dann nach Sonnenuntergang nach Bedarf freisetzen.

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

Unser Team am Lawrence Berkeley National Laboratory fand das erstaunlich 1,400 Gigawatt der vorgeschlagenen Erzeugungs- und Speicherprojekte haben sich für den Anschluss an das Netz beworben – mehr als alle bestehenden US-Kraftwerke zusammen. Die Mehrheit sind jetzt Solarprojekte, und über ein Drittel dieser Projekte sind Hybrid-Solar-Plus-Speicher-Anlagen.

Diese Kraftwerke der Zukunft bieten viele Vorteile, aber auch Fragen aufwerfen darüber, wie das Stromnetz am besten betrieben werden sollte.

Warum Hybriden heiß sind

Mit dem Wachstum von Wind und Sonne beginnen sie, große Auswirkungen auf das Stromnetz zu haben.

Solarstrom schon übersteigt 25% der jährlichen Stromerzeugung in Kalifornien und breitet sich schnell in anderen Bundesstaaten wie Texas, Florida und Georgia aus. Die „Windgürtel“-Staaten, von Dakotas bis Texas, gesehen haben massiver Einsatz von Windkraftanlagen, wobei Iowa jetzt einen Großteil seiner Energie aus dem Wind bezieht.

Dieser hohe Anteil an erneuerbarer Energie wirft eine Frage auf: Wie integrieren wir erneuerbare Quellen, die über den Tag hinweg große, aber unterschiedliche Mengen an Energie produzieren?

Joshua Rhodes/Universität von Texas in Austin.

Hier kommt die Speicherung ins Spiel. Die Preise für Lithium-Ionen-Batterien haben schnell gefallen da die Produktion für den Elektrofahrzeugmarkt in den letzten Jahren skaliert wurde. Während es Sorgen um die Zukunft gibt Herausforderungen in der LieferketteAuch das Batteriedesign wird sich wahrscheinlich weiterentwickeln.

Die Kombination aus Solarenergie und Batterien ermöglicht Betreibern von Hybridanlagen, Strom während der wertvollsten Stunden bereitzustellen, wenn die Nachfrage am stärksten ist, wie z. B. an Nachmittagen und Abenden im Sommer, wenn die Klimaanlagen auf Hochtouren laufen. Batterien tragen auch dazu bei, die Produktion aus Wind- und Sonnenenergie zu glätten, überschüssigen Strom zu speichern, der andernfalls eingeschränkt würde, und Engpässe im Netz zu reduzieren.

Hybride dominieren die Projektpipeline

Ende 2020 waren in den USA 73 Solar- und 16 Wind-Hybridprojekte mit einer Erzeugungsleistung von 2.5 Gigawatt und einer Speicherkapazität von 0.45 Gigawatt in Betrieb.

Heute dominieren Solar- und Hybridfahrzeuge die Entwicklungspipeline. Bis Ende 2021 mehr als 675 Gigawatt vorgeschlagene Solarenergie Kraftwerke hatten eine Netzanschlussgenehmigung beantragt, davon mehr als ein Drittel mit Speichern gekoppelt. Weitere 247 Gigawatt Windparks waren an der Reihe, davon 19 Gigawatt oder etwa 8 % als Hybride.

 Die Menge der vorgeschlagenen Solar-, Speicher- und Windenergie, die darauf warten, an das Netz angeschlossen zu werden, ist in den letzten Jahren dramatisch gewachsen, während Kohle, Gas und Kernenergie verblasst sind. Lawrence Berkeley National Laboratory

Natürlich ist die Beantragung eines Anschlusses nur ein Schritt bei der Entwicklung eines Kraftwerks. Ein Bauträger benötigt auch Grundstücks- und Gemeinschaftsvereinbarungen, einen Kaufvertrag, Finanzierung und Genehmigungen. Nur etwa jede vierte neue Anlage, die zwischen 2010 und 2016 vorgeschlagen wurde, schaffte es in den kommerziellen Betrieb. Aber das große Interesse an Hybridpflanzen deutet auf ein starkes Wachstum hin.

In Märkten wie Kalifornien sind Batterien für neue Solarentwickler im Wesentlichen obligatorisch. Da entfällt oft die Solarenergie Mehrheit der Macht Auf dem Tagesmarkt bringt das Bauen von mehr wenig Wert. Derzeit werden 95 % aller vorgeschlagenen großen Solarkapazitäten in der kalifornischen Warteschlange mit Batterien geliefert.

5 Lektionen zu Hybriden und Fragen für die Zukunft

Die Wachstumschancen für erneuerbare Hybride sind eindeutig groß, werfen jedoch einige Fragen auf unsere Gruppe im Berkeley Lab hat nachgeforscht.

Hier sind einige von unseren Top-Ergebnisse:

• Die Investition rechnet sich in vielen Regionen. Wir haben festgestellt, dass das Hinzufügen von Batterien zu einem Solarkraftwerk zwar den Preis erhöht, aber auch den Wert des Stroms erhöht. Die Unterbringung von Stromerzeugung und -speicherung am selben Standort kann Vorteile durch Steuergutschriften, Baukosteneinsparungen und betriebliche Flexibilität erzielen. Betrachtet man die Ertragspotenziale der letzten Jahre und mit Hilfe von Steuergutschriften des Bundes, scheint der Mehrwert den höheren Preis zu rechtfertigen.

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

• Es gibt nicht die eine 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 bestimmen, wie spät am Abend 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 Speicher unabhängig voneinander bieten. Hybride können auch entweder Verkäufer oder Käufer von Strom oder beides sein. Das kann kompliziert werden. Die Marktbeteiligungsregeln für Hybride befinden sich noch in der Entwicklung und überlassen es den Anlagenbetreibern, damit zu experimentieren, wie sie ihre Dienstleistungen verkaufen.

• Kleine Hybride schaffen neue Möglichkeiten: Hybridkraftwerke können auch klein sein, wie z. B. Solaranlagen und Batterien in einem Haushalt oder Unternehmen. Solch Hybriden sind in Hawaii zum Standard geworden da Solarstrom das Netz sättigt. In Kalifornien rüsten Kunden, die wegen Waldbränden von Stromabschaltungen betroffen sind, ihre Solarsysteme zunehmend mit Speicher aus. Diese „Hinter-dem-Meter“-Hybride Fragen aufwerfen, wie sie bewertet werden sollten und wie sie zum Netzbetrieb beitragen können.

Hybride stehen noch 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 entwickeln.

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

Über den Autor

Joachim Seele, Senior wissenschaftlicher Ingenieur, Lawrence Berkeley National Laboratory; Bentham Paulos, Affiliate, Electricity Markets & Policy Group, Lawrence Berkeley National Laboratoryund Will Gorman, Doktorandin im Bereich Strommärkte und -politik, Lawrence Berkeley National Laboratory

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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