من خلال إقران الطاقة الشمسية وتخزين البطارية ، يمكن أن تستمر السيارات الهجينة في توفير الكهرباء بعد حلول الظلام. Petmal عبر Getty Images

يخضع نظام الطاقة الكهربائية في أمريكا لتغيير جذري في الوقت الذي ينتقل فيه من الوقود الأحفوري إلى الطاقة المتجددة. بينما شهد العقد الأول من العقد الأول من القرن الحادي والعشرين نموًا هائلاً في توليد الغاز الطبيعي ، وكان العقد الأول من القرن الحادي والعشرين هو عقد طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، تشير الدلائل المبكرة إلى أن ابتكار العقد الأول من القرن الحادي والعشرين قد يكون طفرة في محطات الطاقة "الهجينة".

تجمع محطة توليد الطاقة الهجينة النموذجية بين توليد الكهرباء وتخزين البطارية في نفس الموقع. هذا يعني غالبًا وجود مزرعة شمسية أو طاقة رياح مقترنة ببطاريات كبيرة الحجم. من خلال العمل معًا ، يمكن للألواح الشمسية وتخزين البطاريات توليد طاقة متجددة عندما تكون الطاقة الشمسية في ذروتها خلال النهار ثم إطلاقها حسب الحاجة بعد غروب الشمس.

تقدم نظرة على مشاريع الطاقة والتخزين في خط أنابيب التطوير لمحة عن مستقبل الطاقة الهجينة.

فريقنا في مختبر لورانس بيركلي الوطني وجدت هذا مذهلاً جيجنواتس 1,400 من مشاريع التوليد والتخزين المقترحة للتوصيل بالشبكة - أكثر من جميع محطات الطاقة الحالية في الولايات المتحدة مجتمعة. الغالبية الآن هي مشاريع للطاقة الشمسية ، وأكثر من ثلث هذه المشاريع تشمل محطات تخزين الطاقة الشمسية الهجينة.

في حين أن محطات توليد الطاقة هذه في المستقبل تقدم العديد من الفوائد ، فإنها أيضًا تثير تساؤلات حول أفضل طريقة لتشغيل الشبكة الكهربائية.

لماذا الهجينة ساخنة

مع نمو طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، بدأوا في إحداث تأثيرات كبيرة على الشبكة.

الطاقة الشمسية بالفعل تتجاوز 25٪ من توليد الطاقة السنوي في كاليفورنيا وينتشر بسرعة في ولايات أخرى مثل تكساس وفلوريدا وجورجيا. شهدت دول "حزام الرياح" ، من داكوتا إلى تكساس الانتشار الهائل لتوربينات الرياح، حيث تحصل ولاية أيوا الآن على غالبية قوتها من الرياح.

تثير هذه النسبة العالية من الطاقة المتجددة سؤالاً: كيف ندمج المصادر المتجددة التي تنتج كميات كبيرة ولكن متفاوتة من الطاقة على مدار اليوم؟

جوشوا رودس / جامعة تكساس في أوستن.

وهنا يأتي دور التخزين. أسعار بطاريات الليثيوم أيون موجودة سقطت بسرعة حيث ارتفع الإنتاج لسوق السيارات الكهربائية في السنوات الأخيرة. في حين أن هناك مخاوف بشأن المستقبل تحديات سلسلة التوريد، من المحتمل أيضًا أن يتطور تصميم البطارية.

يتيح الجمع بين الطاقة الشمسية والبطاريات لمشغلي المحطات الهجينة توفير الطاقة خلال الساعات الأكثر قيمة عندما يكون الطلب أقوى ، مثل فترات الظهيرة في الصيف وفي المساء عندما تعمل مكيفات الهواء على ارتفاع. تساعد البطاريات أيضًا على تسهيل الإنتاج من طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، وتخزين الطاقة الزائدة التي يمكن تقليصها ، وتقليل الازدحام على الشبكة.

الهجينة تهيمن على خط أنابيب المشروع

في نهاية عام 2020 ، كان هناك 73 مشروعًا للطاقة الشمسية و 16 مشروعًا هجينًا للرياح تعمل في الولايات المتحدة ، بتوليد 2.5 جيجاوات و 0.45 جيجاوات للتخزين.

اليوم ، تهيمن الطاقة الشمسية والهجينة على خط أنابيب التطوير. بحلول نهاية عام 2021 ، أكثر من 675 جيجاوات من الطاقة الشمسية المقترحة تقدمت مصانع للحصول على الموافقة على توصيل الشبكة ، مع أكثر من ثلثها مقترنًا بالتخزين. كانت 247 جيجاوات أخرى من مزارع الرياح متماشية مع 19 جيجاوات ، أو حوالي 8 ٪ منها ، كمزارع هجينة.

 لقد نمت كمية الطاقة الشمسية وطاقة التخزين وطاقة الرياح المقترحة التي تنتظر التوصيل بالشبكة بشكل كبير في السنوات الأخيرة ، بينما تلاشى الفحم والغاز والطاقة النووية. مختبر لورانس بيركلي الوطني

بالطبع ، التقدم بطلب للحصول على اتصال ليس سوى خطوة واحدة في تطوير محطة توليد الكهرباء. يحتاج المطور أيضًا إلى اتفاقيات الأرض والمجتمع ، وعقد البيع ، والتمويل والتصاريح. فقط حوالي واحد من كل أربعة مصانع جديدة تم اقتراحها بين عامي 2010 و 2016 تم تحويله إلى التشغيل التجاري. لكن عمق الاهتمام بالنباتات الهجينة ينذر بنمو قوي.

في أسواق مثل كاليفورنيا ، تعد البطاريات إلزامية بشكل أساسي لمطوري الطاقة الشمسية الجدد. نظرًا لأن الطاقة الشمسية غالبًا ما تكون مسؤولة عن غالبية السلطة في السوق النهاري ، يضيف بناء المزيد القليل من القيمة. في الوقت الحالي ، تأتي 95٪ من جميع السعة الشمسية واسعة النطاق المقترحة في قائمة انتظار كاليفورنيا مزودة ببطاريات.

5 دروس عن الهجينة وأسئلة للمستقبل

من الواضح أن فرصة النمو في السيارات الهجينة المتجددة كبيرة ، لكنها تثير بعض التساؤلات مجموعتنا في Berkeley Lab قد تحقق.

وهنا بعض من لدينا أعلى النتائج:

• الاستثمار يؤتي ثماره في العديد من المناطق. وجدنا أنه بينما تؤدي إضافة البطاريات إلى محطة للطاقة الشمسية إلى زيادة السعر ، فإنها تزيد أيضًا من قيمة الطاقة. يمكن أن يؤدي وضع عمليات التوليد والتخزين في نفس الموقع إلى الاستفادة من الإعفاءات الضريبية وتوفير تكاليف البناء والمرونة التشغيلية. بالنظر إلى الإيرادات المحتملة خلال السنوات الأخيرة ، وبمساعدة ائتمانات الضرائب الفيدرالية ، يبدو أن القيمة المضافة تبرر ارتفاع السعر.

• الموقع المشترك يعني أيضًا المفاضلات. تعمل طاقة الرياح والطاقة الشمسية بشكل أفضل عندما تكون موارد الطاقة الشمسية والرياح أقوى ، لكن البطاريات توفر أكبر قيمة حيث يمكنها تقديم أكبر فوائد الشبكة ، مثل تخفيف الازدحام. هذا يعني أن هناك مقايضات عند تحديد أفضل موقع بأعلى قيمة. قد تكون الإعفاءات الضريبية الفيدرالية التي لا يمكن الحصول عليها إلا عندما تكون البطاريات مشتركة مع الطاقة الشمسية تشجع على اتخاذ قرارات دون المستوى الأمثل في بعض الحالات

• لا يوجد أفضل مزيج. يتم تحديد قيمة المصنع الهجين جزئيًا من خلال تكوين المعدات. على سبيل المثال ، يمكن لحجم البطارية بالنسبة للمولد الشمسي أن يحدد متى يمكن للمحطة أن توفر الطاقة في وقت متأخر من المساء. لكن قيمة الطاقة الليلية تعتمد على ظروف السوق المحلية ، والتي تتغير على مدار العام.

• يجب أن تتطور قواعد سوق الطاقة. يمكن للمركبات الهجينة المشاركة في سوق الطاقة كوحدة واحدة أو ككيانات منفصلة ، مع عروض أسعار الطاقة الشمسية والتخزين بشكل مستقل. يمكن أن تكون السيارات الهجينة إما بائعين أو مشترين للسلطة أو كليهما. يمكن أن يصبح معقدًا. لا تزال قواعد المشاركة في السوق للمركبات الهجينة تتطور ، مما يترك مشغلي المصانع لتجربة كيفية بيع خدماتهم.

• الهجينة الصغيرة تخلق فرصًا جديدة: يمكن أن تكون محطات الطاقة الهجينة صغيرة أيضًا ، مثل الطاقة الشمسية والبطاريات في المنزل أو العمل. مثل أصبحت الهجينة هي المعيار في هاواي حيث أن الطاقة الشمسية تشبع الشبكة. في كاليفورنيا ، العملاء الذين يتعرضون لقطع التيار الكهربائي لمنع حرائق الغابات يضيفون بشكل متزايد مساحة تخزين لأنظمتهم الشمسية. هؤلاء الهجينة "خلف المتر" تثير أسئلة حول كيفية تقييمها ، وكيف يمكن أن تساهم في عمليات الشبكة.

السيارات الهجينة قد بدأت للتو ، ولكن المزيد في الطريق. هناك حاجة إلى مزيد من البحث حول التقنيات وتصميمات السوق واللوائح لضمان تطور أسعار الشبكة والشبكات معها.

بينما تظل الأسئلة قائمة ، من الواضح أن المحركات الهجينة تعيد تعريف محطات الطاقة. وقد يعيدون تشكيل نظام الطاقة الأمريكي في هذه العملية.

عن المؤلفين

يواكيم سيل، مساعد هندسة علمية أول ، مختبر لورانس بيركلي الوطني; بنثام بولوس، شركة منتسبة ، مجموعة أسواق الكهرباء والسياسات ، مختبر لورانس بيركلي الوطنيو ويل جورمانباحث في الدراسات العليا في أسواق الكهرباء وسياستها ، مختبر لورانس بيركلي الوطني

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

كتب ذات صلة:

المستقبل الذي نختاره: النجاة من أزمة المناخ

بقلم كريستيانا فيغيريس وتوم ريفيت كارناك

يقدم المؤلفون ، الذين لعبوا أدوارًا رئيسية في اتفاقية باريس بشأن تغير المناخ ، رؤى واستراتيجيات لمعالجة أزمة المناخ ، بما في ذلك العمل الفردي والجماعي.

انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب

الأرض غير الصالحة للسكن: الحياة بعد الاحترار

ديفيد والاس ويلز

يستكشف هذا الكتاب العواقب المحتملة للتغير المناخي غير الخاضع للرقابة ، بما في ذلك الانقراض الجماعي ، وندرة الغذاء والماء ، وعدم الاستقرار السياسي.

انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب

وزارة المستقبل: رواية

بواسطة كيم ستانلي روبنسون

تتخيل هذه الرواية عالم المستقبل القريب يتصارع مع تأثيرات تغير المناخ وتقدم رؤية لكيفية تحول المجتمع لمعالجة الأزمة.

انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب

تحت سماء بيضاء: طبيعة المستقبل

من اليزابيث كولبرت

يستكشف المؤلف تأثير الإنسان على العالم الطبيعي ، بما في ذلك تغير المناخ ، وإمكانية الحلول التكنولوجية لمواجهة التحديات البيئية.

انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب

السحب: الخطة الأكثر شمولاً على الإطلاق من أجل عكس الاحترار العالمي

حرره بول هوكين

يقدم هذا الكتاب خطة شاملة لمعالجة تغير المناخ ، بما في ذلك الحلول من مجموعة من القطاعات مثل الطاقة والزراعة والنقل.

انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب