10年前，水平鉆井的出現(xiàn)使得天然氣成為美國(guó)電力部門的寵兒，并且有著充分的理由。天然氣有助于提供穩(wěn)定的基本負(fù)荷和易于分配的峰值負(fù)荷功率。與煤炭發(fā)電相比，天然氣發(fā)電價(jià)格低廉，碳排放量顯著降低，被譽(yù)為一種儲(chǔ)量豐富、經(jīng)濟(jì)高效的能源，可以成為電力部門未來(lái)的可再生能源。然而，現(xiàn)在看來(lái)，這種轉(zhuǎn)變比預(yù)期的要早得多。隨著可再生能源和儲(chǔ)能的部署在美國(guó)各州呈指數(shù)級(jí)加速，公用事業(yè)公司認(rèn)識(shí)到儲(chǔ)能資源已提供有力補(bǔ)充，并在某些情況下完全取代燃?xì)獍l(fā)電。

可再生能源和儲(chǔ)能的激烈競(jìng)爭(zhēng)

在北美，天然氣不再是最具成本效益和最為低碳的能源。盡管天然氣在未來(lái)幾年仍將是多樣化發(fā)電設(shè)施的重要燃料來(lái)源，但它面臨著競(jìng)爭(zhēng)。例如，在2017年初，美國(guó)中西部的風(fēng)力發(fā)電設(shè)施向美國(guó)中部14個(gè)州(從蒙大拿州到德克薩斯州)的電網(wǎng)提供了50%以上的低成本清潔電力，這是有史以來(lái)第一次。自2010年以來(lái)，美國(guó)電網(wǎng)規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電價(jià)格已下跌73%，其價(jià)格(不包括補(bǔ)貼或稅收抵免)為45美元/兆瓦時(shí)，而在太陽(yáng)能豐富的西南部各州的太陽(yáng)能發(fā)電價(jià)格則低至23美元/兆瓦時(shí)。墨西哥2017年的太陽(yáng)能發(fā)電拍賣達(dá)到迄今為止世界上最低的價(jià)格：19.18美元/兆瓦時(shí)。在全球范圍內(nèi)，國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA)表示，到2020年，可再生能源技術(shù)在化石燃料價(jià)格方面具有競(jìng)爭(zhēng)力。

從資源規(guī)劃的角度來(lái)看，新一代天然氣發(fā)電技術(shù)也正在失去青睞。2018年，亞利桑那州呼吁對(duì)超過(guò)150MW的天然氣發(fā)電廠進(jìn)行暫停一年運(yùn)營(yíng)，因?yàn)樗u(píng)估可再生能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)，以滿足未來(lái)的峰值電力需求。雖然加利福尼亞州仍然依賴天然氣發(fā)電廠來(lái)滿足該州大約三分之一的電力需求，但最近一項(xiàng)科學(xué)家聯(lián)盟的研究表明，該州不需要再建造天然氣發(fā)電廠來(lái)滿足2030年預(yù)計(jì)的能源或可靠性需求。相反，能源需求可以通過(guò)可再生能源加上儲(chǔ)能、能效措施和負(fù)荷轉(zhuǎn)移來(lái)滿足。馬薩諸塞州、紐約州、俄勒岡州和新澤西州都有強(qiáng)制性的可再生能源和儲(chǔ)能目標(biāo)，以便在他們尋求綠化電網(wǎng)時(shí)實(shí)現(xiàn)資源組合的多樣化。因此，可以合理地假設(shè)可再生能源的產(chǎn)能將繼續(xù)快速增長(zhǎng)，并且儲(chǔ)能部署也隨之增長(zhǎng)。

加州鋪平儲(chǔ)能部署道路

加利福尼亞州是美國(guó)電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能政策和部署的公認(rèn)領(lǐng)導(dǎo)者。值得注意的是，2015年，該州通過(guò)緊急采購(gòu)儲(chǔ)能設(shè)施來(lái)應(yīng)對(duì)阿里索峽谷天然氣泄漏事故導(dǎo)致的電力不足。儲(chǔ)能系統(tǒng)的采購(gòu)和調(diào)試的時(shí)間不到八個(gè)月，證明了可以部署儲(chǔ)能的速度和效率，有效地緩解了電力可靠性問(wèn)題。最近，為南加州愛(ài)迪生(SCE)公司電網(wǎng)設(shè)計(jì)的262MW天然氣發(fā)電廠以取消普恩特電力項(xiàng)目，加利福尼亞國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織愿意將可再生能源、分布式能源和儲(chǔ)能結(jié)合起來(lái)，作為燃?xì)獍l(fā)電的可行替代方案。

2018年9月，加利福尼亞州公用事業(yè)委員會(huì)(CPUC)發(fā)布了一項(xiàng)公眾征求意見(jiàn)的決議，批準(zhǔn)太平洋天然氣和電力公司提交的申請(qǐng)，尋找批準(zhǔn)歷史上最大的電池儲(chǔ)能項(xiàng)目的采購(gòu)(裝機(jī)容量為567.5MW，4小時(shí)儲(chǔ)能)。目的是取代三個(gè)燃?xì)獍l(fā)電廠，否則這些發(fā)電廠將需要實(shí)施可靠性必須運(yùn)行(RMR)合同。如果得到加利福尼亞州公用事業(yè)委員會(huì)(CPUC)的批準(zhǔn)，這些儲(chǔ)能資產(chǎn)將在2020年上線運(yùn)營(yíng)。這一趨勢(shì)很明顯：儲(chǔ)能系統(tǒng)可以經(jīng)濟(jì)地整合，在某些情況下，可以取代天然氣發(fā)電廠。

隨著2018年9月加利福尼亞州參議院100號(hào)法案的通過(guò)，加州政府的法律現(xiàn)在要求到2045年為終端客戶和州機(jī)構(gòu)采購(gòu)的電力100%為零排放。這一具有里程碑意義的立法已經(jīng)啟動(dòng)了一條有保障的儲(chǔ)能和可再生能源成為加州的主要能源供應(yīng)通道。迄今為止，加利福尼亞州在美國(guó)制定了最高的清潔能源目標(biāo)。

除了諸如SB 100之類的立法之外，還有幾個(gè)因素有助于加速儲(chǔ)能技術(shù)的采用，以作為增強(qiáng)、優(yōu)化和潛在替代然氣發(fā)電廠的一種手段，在加利福尼亞州當(dāng)然還有更多。

•與建造新的天然氣、核電站或煤電廠相比，儲(chǔ)能部署既快捷又便宜。平均來(lái)說(shuō)，建設(shè)天然氣峰值電廠需要三年時(shí)間;相比之下，特斯拉公司的裝機(jī)容量為100MW的Hornsdale儲(chǔ)能設(shè)施在100天內(nèi)完工。此外，為應(yīng)對(duì)阿里索峽谷天然氣采購(gòu)約100MW的儲(chǔ)能容量在8個(gè)月內(nèi)完成。

•儲(chǔ)能設(shè)施為紐約市、南加州和墨西哥巴哈半島等地區(qū)日益增長(zhǎng)的成本高昂電力容量和輸電需求提供了快速、清潔、低成本的解決方案。

•儲(chǔ)能的價(jià)值主張超越了可分配的電力，因?yàn)樗€可以提供經(jīng)濟(jì)高效、高度響應(yīng)的電壓支持、頻率調(diào)節(jié)、擁塞緩解、輔助服務(wù)和彈性(緊急備份)。

轉(zhuǎn)型：利用儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化現(xiàn)有發(fā)電廠

2017年，美國(guó)近32%的電力來(lái)自天然氣發(fā)電廠，比其他單一能源都要多，其次是煤炭發(fā)電。隨著可再生能源的增長(zhǎng)和煤炭發(fā)電的逐步淘汰，新的和現(xiàn)有的天然氣發(fā)電廠將需要變得更快、更靈活，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在管理電網(wǎng)變化方面提供電力補(bǔ)充，同時(shí)在不危及可靠性的情況下與可再生能源價(jià)格下降相競(jìng)爭(zhēng)。將儲(chǔ)能系統(tǒng)與新的和現(xiàn)有的天然氣發(fā)電廠相結(jié)合可以顯著提高其速度和靈活性，從而提高效率和降低排放。儲(chǔ)能的集成使天然氣發(fā)電廠能夠在不影響可靠性的情況下立即關(guān)閉，并使其在開(kāi)通運(yùn)營(yíng)時(shí)以最佳效率運(yùn)行。這對(duì)于位于貧困社區(qū)附近的發(fā)電廠尤其重要，因?yàn)檫@些地區(qū)的優(yōu)先事項(xiàng)是加快減排。

這種混合部署設(shè)施已經(jīng)被部署為在南加州愛(ài)迪生(SCE)公司的Norwalk發(fā)電廠和Rancho Cucamonga發(fā)電廠使用由Wellhead電氣公司和通用電氣公司開(kāi)發(fā)的混合動(dòng)力燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)(EGT)。這兩個(gè)發(fā)電廠都處于貧困地區(qū)。將現(xiàn)有發(fā)電廠與儲(chǔ)能系統(tǒng)混合部署的優(yōu)點(diǎn)是：a)由此產(chǎn)生的混合部署可以提供許多與獨(dú)立儲(chǔ)能系統(tǒng)相同的可靠性屬性，而不會(huì)采用化石燃料;b)它可以提供在電網(wǎng)緊急情況期間在特定位置提供電力所需的無(wú)限持續(xù)時(shí)間; c)符合南加州愛(ài)迪生(SCE)公司的當(dāng)?shù)厝萘恳蟆?/p>

事實(shí)上，混合天然氣發(fā)電廠非常有效，以至于南加州愛(ài)迪生(SCE)公司已經(jīng)記錄在案，表明混合動(dòng)力燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)(EGT)技術(shù)的凈現(xiàn)值(NPV)最高。

隨著時(shí)間的推移，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)得到增強(qiáng)，從而優(yōu)化現(xiàn)有的電網(wǎng)互連能力(另一個(gè)有價(jià)值的電網(wǎng)資源)，最終只將燃?xì)獍l(fā)電廠用作應(yīng)急備用資源。在需要基本負(fù)荷發(fā)電的地方，這些發(fā)電機(jī)可以轉(zhuǎn)換為使用可再生能源氣體，如沼氣或氫氣(加利福尼亞州的SB1369法規(guī)將其正式定義為一種儲(chǔ)能方式)。這一過(guò)渡到主要由儲(chǔ)能和可再生能源以及所有可再生天然氣發(fā)電運(yùn)營(yíng)的電力部門的過(guò)程已經(jīng)開(kāi)始。

隨著人們邁向更可持續(xù)的未來(lái)，儲(chǔ)能設(shè)施將通過(guò)使包括發(fā)電廠(天然氣和可再生能源)在內(nèi)的各種現(xiàn)有資產(chǎn)以更具成本效益和更強(qiáng)大的功能運(yùn)行來(lái)提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，同時(shí)降低能耗、溫室氣體和污染物的排放。