Title page

Contents

Acknowledgements 5

Key Messages 7

Executive Summary 9

Abbreviations 13

Introduction 15

Hybrid Hydropower Facility 16

 Intended audience 22

Evolving Power Systems 25

 Integrating Variable Renewable Energy 25

 The Essential Role of Power System Flexibility 28

Unlocking Hydropower Hybrid Technologies 33

 Mastering Energy Control 36

  Fast-Response Hydropower 37

  Power Electronics and Inverters 39

 Boosting Energy Storage 40

  Reservoir Energy Storage 41

  Pumped Storage Hydropower 42

  Electrochemical Storage (Batteries) 43

  Flywheels 45

  Compressed Air and Liquid Air 45

 Energy Generation 47

 Harnessing Synergies with Hybrid Operation and Control Systems 51

Exploring the Benefits and Challenges of Hybrid Facilities 57

 Fortifying Energy Security 57

 Harnessing Benefits from Hydropower Hybrids 60

 A nuanced Interplay with Climate, Environment, and Society 64

Fostering Energy Services 71

References 75

Annex 1. Hydropower 81

Glossary 83

FIGURE 1.1. Hybrid Systems' Energy Services for Power System Flexibility 16

FIGURE 1.2. Schematic Drawing of a Hybrid Hydropower Facility 17

FIGURE 1.3. Objectives of Hybrid Hydropower Systems 18

FIGURE 2.1. The Need for Power System Flexibility Progresses alongside Increasing Shares of VRE 26

FIGURE 2.2. Power System Flexibility Metrics and Their Significance in a Reliable and Resilient Power System 28

FIGURE 2.3. Typical Challenges Posed by VRE Generation to Power Systems, by Timescale 30

FIGURE 3.1. Relationship among Energy Services, Selected Technologies, Timescales, and Power System Flexibility 35

FIGURE 3.2. Main Features of Weather-Dependent Renewable Resources 48

FIGURE 3.3. Illustration of Seasonality of Water and Solar Resources 49

FIGURE 3.4. Illustration of Availability of Renewable Power Output throughout the Day 52

FIGURE 4.1. Fortifying Energy Security with Energy Services 58

FIGURE 4.2. Life-Cycle Greenhouse Gas Emissions from Renewable Sources 64

FIGURE 4.3. Hydropower Hybrids Can Contribute to Achieving the SDGs 69

FIGURE 5.1. Indicators for Renewable Energy's Integration 72

FIGURE 5.2. Value-Adjusted Levelized Cost of Electricity 73

Boxes

BOX 1.1. ALTERNATIVES FOR THE HYBRIDIZATION OF HYDROPOWER IN THE POWER SYSTEM 19

BOX 1.2. THE PINNAPURAM INTEGRATED RENEWABLE ENERGY PROJECT 20

BOX 2.1. MARKET INDICATORS 27

BOX 3.1. CAPABILITIES 34

BOX 3.2. CURTAILMENT AS A FLEXIBILITY PROVIDER 36

BOX 3.3. ACHIEVING HIGH FLEXIBILITY WITH VARIABLE-SPEED TURBINES AND POWER ELECTRONICS 38

BOX 3.4. BESS IMPROVES ENERGY CONTROL AT VOGELGRÜN 39

BOX 3.5. KAMBARATA-1 HYDROPOWER PLANT 42

BOX 3.6. THE WIND-PUMPED HYDROPOWER STATION IN EL HIERRO, CANARY ISLANDS 44

BOX 3.7. A RENEWABLE HYBRID POWER SYSTEM: KODIAK 46

BOX 3.8. DUNKELFLAUTE-"DARK STILLNESS" 50

BOX 3.9. TRANSFORMING KAUA'I'S ENERGY LANDSCAPE WITH HYBRID HYDROPOWER SOLUTIONS 53

BOX 3.10. MORE FLEXIBLE OPERATION MAY LEAD TO A REDUCED CAPACITY FACTOR 54

BOX 4.1. LONGYANGXIA HYBRID HYDROPOWER FACILITY 59

BOX 4.2. PIONEERING HYBRID FACILITY IN ALBANIA 60

BOX 4.3. BUNDLING RENEWABLE ENERGY IN INDIA 63

BOX 4.4. ENVIRONMENTAL AND SOCIAL CONSIDERATIONS FOR HYBRIDS COMBINING WIND AND HYDROPOWER 65

BOX 4.5. ENVIRONMENTAL AND SOCIAL CONSIDERATIONS FOR HYBRIDS COMBINING HYDROPOWER AND FLOATING SOLAR PHOTOVOLTAICS 66

Photos

PHOTO B4.5.1. Lom Pangar in Cameroon 66

Box Tables

TABLE B3.10.1. Baseline assessment of capacity factor 54

TABLE B3.10.2. High flexibility may lead to reduced capacity 54

Box Figures

FIGURE B1.1.1. An Illustration of the Different Levels of Hybridization 19

FIGURE B1.2.1. Project Details and Illustrative Site Layout (Pinnapuram, Andhra Pradesh) 21

FIGURE B3.7.1. Example of a System Response to a Wind Event 46

FIGURE B4.1.1. Longyangxia Hybrid Hydropower Facility 59

Annex Figures

FIGURE A1.1. Hydropower Categories 81