一個被稱為“光伏調峰電廠”的有點令人困惑的裝置能否開始解決美國一些最緊迫的與氣候相關的能源問題？
這是公用事業公司、一些州以及最近的能源部開始著手解決的問題。在這項技術探索中處於領先地位的是陽光充足的夏威夷群島。
在過去四年中，當特朗普政府專注於重振美國煤炭工業時，美國公司AES Corp.、一家農村電力合作社和海軍一直在開創無排放的區域系統，這些系統正在取代大量化石燃料電力。
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它們是太陽能電池陣列與更高效、更靈活的控制、儲存和配電系統相結合。它們可以儲存太陽能電力，然後在傍晚（下午4點至晚上10點）和清晨（早上6點至9點）陽光減弱或剛開始增強時，用其來滿足峰值電力需求。
其中一個調峰電廠正在夏威夷第四大島考艾島上執行，另一個可能在今年年底前完工。現在，運營該州三家最大公用事業公司的夏威夷電力公司已決定增加該州的實驗。它正在權衡 75 項提案，其中許多提案將儲存用於太陽能、風力發電和其他相對較新的技術。
可再生能源儲存是一個快速增長的行業。國家可再生能源實驗室 (NREL) 最近的一份報告稱，2019 年第三季度新設施增加了 93%。一些最新的提案將取代夏威夷現有的兩座最大發電廠，這些發電廠目前燃燒石油和煤炭。
夏威夷電力公司和州監管機構希望今年透過計劃將更多配備儲能的可再生能源發電廠與大約 80,000 個私人屋頂太陽能系統整合，從而緩解轉型過程——這是美國太陽能住房比例最高的。潛在的好處將包括大幅降低二氧化碳排放量，併為越來越多的電動汽車提供更清潔的燃料，因為可再生能源的使用正在整個島嶼上蔓延。
“要使這一切順利進行，很多事情都必須到位，”夏威夷電力公司戰略規劃高階副總裁吉姆·阿爾伯茨在一份宣告中說。但他補充說，一個進步的跡象是，夏威夷很快將“遠遠超過一半”，以實現其到 2045 年 100% 依賴可再生能源的目標。
這可能是自 1881 年以來夏威夷最驚人的能源轉變，當時卡拉卡瓦國王前往紐約在他家中會見托馬斯·愛迪生，觀看他非凡的白熾燈泡。幾年後，愛迪生還提出了一個很有前途的鋰離子電池配方。
他的電池想法當時沒有產生任何影響，但燈泡產生了影響。卡拉卡瓦國王返回檀香山，於 1882 年建造了他的伊奧拉尼宮。四年後，他將其電氣化，使其成為世界上首批閃耀著愛迪生看似神奇發明的皇家住所之一。檀香山的電燈街燈緊隨其後，於 1888 年出現。
但與其他州相比，夏威夷發現發電的經濟性非常困難。它長期以來擁有全美最昂貴的電價。這是因為該州沒有石油、天然氣、煤炭或可以提供水力發電的大型河流。
其發電廠的大部分燃料（主要是柴油）必須從美國大陸進口。一些小型發電機燃燒甘蔗作物的廢料來發電。
總部位於弗吉尼亞州阿靈頓的國際電力公司 AES 的一家子公司總裁伍迪·魯賓將光伏（光伏）電廠組裝起來，他仍然發現自己將其描述為“新玩具”，邀請人們開始“玩它”。
他的子公司位於科羅拉多州博爾德，找到了一個有趣的玩耍場所。它在美國國家可再生能源實驗室附近的弗拉特艾恩斯校區建造了其第一個太陽能儲能系統的較小版本，研究人員在那裡研究電網整合問題。
在那裡，能源部下屬機構國家可再生能源實驗室 (NREL) 完成了它自己的“玩具”。它是一個高效能計算使用者設施，是一臺非常大的計算機，配備了資料，甚至還有電源，可以模擬給定區域電網的怪癖。
“我們能夠像在夏威夷一樣測試這個裝置，”國家可再生能源實驗室研究工程師普熱梅斯瓦夫·科拉萊維奇說。
魯賓引入了一個模型電池儲存系統，並開發了一個控制系統，該系統使用稱為逆變器的裝置，將儲存在電池中的直流電轉換為可以在考艾島電網上傳輸的交流電，同時保持其所需的電壓限制。
然後，AES 帶來了一些感興趣的客戶。其中一位是考艾島公用事業合作社，它想要一個複雜的太陽能電池陣列和儲能設施。它幫助魯賓修改了設計，並同意如果 AES 同意擁有和運營該工廠，則購買電力。該專案於去年在一個佔地 150 英畝的以前的甘蔗種植園上完工。
一些事件促成了這筆交易，包括大型鋰離子電池價格的急劇下降以及消費者對太陽能的需求不斷增加，因為太陽能價格暴跌。去年 6 月，代表美國私營電力行業的愛迪生電力研究所向 AES 頒發了最高獎項，表彰其“以空前的規模整合光伏電池和儲能，將可變可再生能源發電轉化為安全、可靠且易於排程的電力”。
在接受該獎項時，AES 總裁兼執行長安德烈斯·格盧斯基表示，該專案已證明太陽能加儲能可以提供“全天候可再生能源”，並取代“全球許多其他市場中的傳統發電形式”。
格盧斯基表示，第一個目標將是取代數百座傳統的燃油和燃氣調峰電廠，但美國國家可再生能源實驗室的專家表示，太陽能調峰電廠的市場將比這更廣闊，因為太陽能電池陣列可以足夠大，以幫助公用事業公司減少白天對化石燃料的需求。
清潔能源在夏威夷蓬勃發展
公用事業人員稱為調峰電廠的發電廠已經存在多年，但似乎沒有人確切知道在任何給定時間有多少正在使用。公用事業公司在美國執行 1,800 多臺發電機。大多數調峰電廠的發電能力都很小，但有時會引入更大的發電廠來處理季節性需求，例如隨著夏季變暖而不斷增長的空調需求。
“其他調峰電廠一年中會在短時間內頻繁執行，”美國能源資訊署負責研究電力統計和能源創新的團隊負責人格倫·麥格拉斯解釋道。“目前，只有大約十幾個電池具有支援調峰任務的持續時間，但隨著安裝更多電池，這種情況可能會改變。”
在將他的第一個太陽能儲能調峰電廠的輸出賣給考艾島合作社後，魯賓將另一位客戶帶入了美國國家可再生能源實驗室。那是海軍，它想要一些略有不同的東西來為包括夏威夷 Kekaha 附近一個基地在內的區域供電，該基地有一個大型導彈試驗場。海軍專家與 AES 合作，在美國國家可再生能源實驗室計算機和電力模擬器上調整了設計。
最終產生了太陽能調峰電廠，該電廠可以在緊急情況下轉變為微電網，從而可以在島嶼停電的情況下，全天候保持基地內重要設施的執行。據為 33,000 名客戶服務的考艾島合作社稱，該版本計劃於今年完成，將使該島的可再生能源使用率超過 60%，使其成為美國最清潔的電力系統之一。
夏威夷未來將走向何方尚不完全清楚，但特朗普政府雖然未能恢復衰落的煤炭工業，但剛剛宣佈了一項能源戰略，可能會像卡拉卡瓦國王為檀香山所做的那樣。它可能會使夏威夷新興的可再生能源發電和儲存技術成為美國未來多年能源現代化工作的榜樣。
1 月 8 日，新任命的能源部長丹·布魯耶特公佈了他所謂的能源儲存大挑戰。它是特朗普總統 2020 年預算中隱藏的 1.58 億美元計劃的一部分，該計劃旨在創造和“維持美國在全球能源儲存領域的領導地位”。
正如布魯耶特所描述的那樣，其目標是建立“到 2030 年獨立於國外關鍵材料來源的安全國內製造業供應鏈”。
經 E&E 新聞許可轉載自 Climatewire。E&E 在www.eenews.net上每日提供重要的能源和環境新聞。