典型的混合电站将发电与电池储能结合起来。
由于可再生能源发电本身具有间歇性，混合电站正日益普及——风不会一直吹，太阳也不会一直照耀
风力带动涡轮机、阳光照射太阳能板时，电池可以储存多余的电力，之后再释放出来。
这类电站可能会在2020年代迎来建设热潮；在美国，太阳能和混合电站已在开发项目储备中占据主导地位。
不过，成本、配置以及如何将其融入电力市场等问题仍待解决。
随着美国从化石燃料转向可再生能源，其电力系统正经历深刻变革。21世纪头十年天然气发电大幅增长，2010年代则是风能和太阳能发展的十年；种种早期迹象表明，2020年代的一项创新可能是“混合”电站的蓬勃发展。
典型的混合电站在同一地点将发电与电池储能结合起来。这通常意味着太阳能或风电场配备大型电池。太阳能板与电池储能协同工作，可以在白天太阳能达到峰值时发电，并在日落后按需释放电力。
审视正在开发的发电和储能项目，可以一窥混合电力的未来。
我们的团队在劳伦斯伯克利国家实验室发现，数量惊人的1,400吉瓦拟建发电和储能项目已申请接入电网——其总量超过美国所有现有电站的总和。目前数量最多的是太阳能项目，其中超过三分之一是太阳能与电池储能相结合的混合项目。
这些未来电站虽然带来诸多益处，但也引发了疑问：电网应如何以最佳方式运行？
混合电站为何备受关注
随着风能和太阳能不断增长，它们开始对电网产生重大影响。
太阳能发电目前已超过25%的加州年发电量，并在得克萨斯州、佛罗里达州和佐治亚州等其他州迅速普及。从达科他州到得克萨斯州的“风能带”各州，已大规模部署风力涡轮机，如今艾奥瓦州的大部分电力都来自风能。
如此高比例的可再生能源发电引出了一个问题：如何将可再生能源整合进电网？这些能源一天之中产生的电力总量很大，但波动不定。
这正是储能发挥作用的地方。近年来，随着电动汽车市场带动产量扩大，锂离子电池价格已迅速下降。尽管人们担忧未来可能出现供应链挑战，电池设计也很可能不断演进。
太阳能与电池相结合，使混合电站运营商能够在需求最旺盛、价值最高的时段供电，例如夏季空调全速运行的午后和傍晚。电池还有助于平抑风能和太阳能发电的波动，储存原本会被弃用的多余电力，并缓解电网拥堵。
混合电站在项目储备中占据主导地位
截至2020年底，美国有73个太阳能混合项目和16个风能混合项目投入运行，发电容量合计2.5吉瓦，储能容量为0.45吉瓦。
如今，太阳能和混合电站在开发项目储备中占据主导地位。到2021年底，超过675吉瓦的拟建太阳能电站已申请电网接入许可，其中超过三分之一配备了储能。另有247吉瓦的风电场项目正在排队等待接入，其中19吉瓦，即约8%，属于混合项目。
当然，申请接入只是开发电站的一个步骤。开发商还需要土地和社区协议、销售合同、融资及许可证。2010年至2016年间提出的新建电站项目中，只有约四分之一实现商业运营。不过，人们对混合电站兴趣浓厚，预示着其将强劲增长。
在加州这样的市场，电池对新的太阳能开发商来说几乎已是必需品。由于太阳能往往占白天电力市场发电量的多数，继续增加太阳能发电的价值有限。目前，加州排队等待接入的大型太阳能拟建项目中，95%都配有电池。
关于混合电站的5点启示及未来问题
可再生能源混合电站显然拥有巨大的增长空间，但也带来了一些问题，我们团队在伯克利实验室一直在研究这些问题。
以下是我们的一些主要发现：
在许多地区，这项投资都能带来回报。我们发现，虽然为太阳能电站配备电池会增加成本，但也能提高电力的价值。在同一地点建设发电和储能设施，可以获得税收抵免、节省建设成本并提升运营灵活性。根据近年来的收入潜力分析，在联邦税收抵免的助力下，增加的价值似乎足以抵消更高的成本。
共址也意味着取舍。风能和太阳能设施在风能和太阳能资源最丰富的地方表现最佳，但电池在能够带来最大电网效益的地方价值最高，例如缓解拥堵。因此，确定价值最高的最佳选址时需要权衡取舍。在某些情况下，只有电池与太阳能共址才能获得的联邦税收抵免，可能会促使人们作出次优选择。
不存在唯一的最佳组合。混合电站的价值部分取决于设备配置。例如，电池相对于太阳能发电设备的规模，可能决定电站能在傍晚多晚持续供电。但夜间电力的价值取决于当地市场状况，而市场状况会全年变化。
电力市场规则需要与时俱进。混合电站可以作为一个整体参与电力市场，也可以作为独立实体参与，由太阳能和储能设施分别竞价。混合电站也可以是电力卖方、买方，或两者兼具。这会使情况变得复杂。混合电站的市场参与规则仍在演进，电站运营商只能摸索如何出售其服务。
小型混合系统创造了新的机遇：混合电站也可以规模较小，例如在住宅或企业中配备太阳能和电池。这类混合系统在夏威夷已成为标准配置，因为太阳能发电已使电网接近饱和。在加州，因防范野火而面临断电的用户也越来越多地为太阳能系统增配储能。这些“表后”混合系统引发了有关如何评估其价值，以及它们如何为电网运行作出贡献的问题。
混合电站才刚刚起步，未来还会有更多项目。我们需要进一步研究相关技术、市场设计和监管措施，确保电网及电价机制与之同步发展。
尽管仍有问题待解，混合电站正在重新定义发电站，这一点已十分明晰。它们也可能在这一过程中重塑美国电力系统。
