爱达荷国家实验室 ( INL )的一项研究表明，公用事业规模的电池可能显著提高水力发电的可靠性。这些电池通常与太阳能和风能搭配使用，可以储存低需求时期产生的多余能量，然后在需求上升时使用。尽管水力发电占美国可再生能源的 29%，但对“水电混合动力”(使用电池储存的水力发电厂)益处的研究有限。

“建造新水坝需要满足许多环境限制和程序，”爱达荷国家实验室 (INL) 的电力系统工程师 Venkat Durvasulu 说道。“水力发电的增长速度不如风能和太阳能快，而且大多数水力发电研究都与扩建现有基础设施有关。我们认为应该更多地研究将电池储能与水力发电厂结合起来，因为水非常重要，我们希望可持续地利用水。添加电池有助于实现这一点。”

Durvasulu 及其团队在美国能源部水力技术办公室的资助下，最近在《可再生和可持续能源评论》上发表的一项研究中探讨了水电混合动力的优势。

水电混合动力的优势

“电池具有各种好处，例如降低维护成本、提高产量以及投资和生产税收优惠，”INL 电力系统工程师、该研究报告的合著者 Hill Balliet 指出。水电混合动力车还因其可预测性而比风能和太阳能具有关键优势。虽然风能和太阳能的输出可能会波动，但水电运营商可以控制水流，尤其是那些有水库的水电运营商。

Durvasulu 表示：“太阳能和风能发电依赖于天气预报，而天气预报并不总是可以预测的。而水力发电则可以提前几天计算出下游的大致水量，水力发电业主可以大致了解自己可以发电多少电力。”

这种可预测性使水电混合动力能够有效利用电厂的互连“余量”，即电厂生产量与电网额定连接量之间的余量。利用这一余量可减少昂贵的互连升级和监管评估。

Balliet 解释道：“当净空容量下降时，水电混合动力车会储存多余的电力，而当净空容量上升时，则会向电网输送更多电力。不仅如此，添加电池还可以使重新获得许可变得更加容易。”

此外，水电混合动力系统能够在停电后重新启动电网。“如果你在水力发电厂安装一块电池，就可以在停电后启动电力，并为警察局、消防局和医院等关键服务机构供电，而太阳能和风能则无法做到这一点，”Balliet 说道。

环境和运营挑战

水电运营商必须考虑对下游社区和生态系统的影响，包括其他水电站、当地用水者、土著居民和野生动物。Durvasulu 强调了环境管理的重要性，他说：“河流是生命之源，与许多土著居民的遗产息息相关。联邦机构需要确保河流生态得到保护。如果维护不当，水电站会影响下游水的含氧量和温度，从而造成生态破坏。”

满足这些环境要求的成本可能很高，占水力发电成本的 5% 至 10%。当发电厂在高峰需求期间无法充分利用河流水量时，公用事业规模的电池可以通过利用储存的能量提供电力来提供帮助。

Balliet说：“电池增加了一定程度的灵活性，可以帮助水电运营商满足所有依赖水的各个群体的需求。”

进一步研究的障碍

采用水电混合动力的一个障碍是，现有模型往往忽略了潜在的成本节约，例如减少维护、提高电网稳定性、税收抵免和碳信用。为了解决这个问题，Durvasulu、Balliet 和他们的团队开发了“水电 + 储能规模”，这是一种在线工具，通过考虑这些避免的成本来估算不同电池尺寸的盈利能力。

“还有其他尚未开发的价值和机会，”巴利埃特补充道，“更多的就业机会，更高的承载能力，更低的运营和环境成本，更好的水资源管理，以及更大的利润。”

如果没有这样的工具，关于采用水电混合能源的决策可能会错失提升水电对电厂所有者、电网、利益相关者和环境的价值的机会。

“归根结底，这关乎生态和水资源管理，”Durvasulu 说道。“你必须赚钱才能维持业务，但你必须平衡所有其他依赖水的生物，而电池可以帮到你。我们想点燃这个想法;考虑这些事情很重要。”