尖峰燃气电厂与电池储能你死我活 大战谁能胜出?

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2018-07-11 12:35:56

所属频道: 燃气电厂 燃气发电 电力调度

燃气电厂能快速启动、升载降载的特性,使当前尖峰用电需求,可说大多数由尖峰燃气电厂包办,少部分则由抽蓄水力发电厂,以水的位能为能源储存方式,在离峰时抽水到上池,尖峰时放水发电,但受限于水库破坏山林的环保考量,如今各国新建水库的可能性越来越低。随着电池成本快速下降,尖峰电力问题有了新的解决方案选择,那就是应用电池能源储能,电池供应链产业,如今开始与燃气供应链产业进行一场追逐尖峰商机的生死较量。

盖许多电厂,只在尖峰的时候启动,摊提上成本相对较高,尖峰燃气电厂的容量因数,往往只有 5%~6%;由于尖峰燃气电厂往往是开放、单循环而非能源效率较高的复循环,使得同为燃气发电,尖峰成本较高;燃气虽然启动与升载快速,但从最低转速升到最高最快也仍要数分的时间,同样因应尖峰突发需求,电池储能系统几乎是即时,反应远远更快;燃气电厂虽然较燃煤电厂的空污少,但仍非全无污染,加上天然气管线与储槽等设施的安全性考量,因此必须兴建在距离都会人口密集区稍远之处,因而有电力输配方面的需求,电池储能完全没有空污问题,可配置在用电所在的都会区,对电力公司来说可省去输配骨干瓶颈的烦恼。

电池储能系统唯一不如尖峰燃气发电厂之处,在于若电力短缺危机持续不是只在短暂尖峰时刻,而是延长到大半天,燃气发电厂只要供气不断绝,就能一直开启发电,电池储能系统所储存的电力用罄,就无用武之地。因此,电池储能系统到底能否取代,或能取代多少尖峰燃气发电厂市场,端看电力调度时到底是短暂尖峰需求多,还是延长的需求多?

实际检视美国尖峰燃气发电厂的营运状况,以俄亥俄州的特洛伊电厂为例,2017 年启动 46 次,平均启动2 小时,只有 8 次启动时间超过 8 小时,3 次启动时间超过 10 小时。L集电厂启动时间数据,加以分析的结果发现,目前 4 小时储能时间的电池储存系统表现不佳,无法取代大多数的尖峰燃气电厂启动事件,但只要增加到 6 小时,就能处理 74% 的尖峰,若扩增到 8 小时,则可涵盖 90%,10 小时系统可处理 97% 需求。

实务上,若电力调度机构有电池储能系统可应用,并不会撑上 10 小时,而是用以拉平离峰尖峰差距后,让燃气电厂以基载或至少中载方式运转,离峰多发的电力储存起来,转到尖峰使用,减少燃气发电厂f置的时间,提高燃气发电的容量因数,相对来说,也同样的电力,也就不需要那么多燃气发电厂。因此,电池储能取代燃气发电的市场,并不是完全淘汰对方。长时间的状况仍会由燃气发电厂扛起,但短时间的启动关闭需求,则由电池系统取代。

顾问公司伍德麦肯兹(Wood Mackenzie)预估美国未来 10 年内会有 20 吉瓦(gigawatt)总发电容量的新燃气发电厂启用,4 小时的电池储能系统能取代其中 32% 需求,也就是估计约4 吉瓦,这些机会将主要在加州、德州、亚利桑那州,而若 8 小时的电池储能系统很快降低成本进入商用化阶段,可取代其中 82% 需求,也就是1 吉瓦。电池储能产业正磨刀霍霍,希望抢食这块大市场,相对的,奇异(GE)为首的燃气产业则拚死守卫自己的市场。

有搭配合作的空间

到底这场争夺战谁能胜出,目前只能说战况胶着,加州电力公司早已积极布建能源储存,佛州、北卡罗来纳、亚利桑那州也正在规划能源储存,但服务围及于维吉尼亚州、北卡罗来纳的道明能源(Dominion Energy)则重押燃气而较不重视能源储存,认为电池价格还不够低,因此能源储存目前并不在考虑围。

道明能源的 5、15、25 年长期资源整合计画中认为,现代化的电网将会创造更动态化的系统,最好能因应大量电网级的太阳能发电设施,以及大量小型、广泛分布的分散式能源资源。这样的叙述,听起来应该重视大量能源储存系统建置,道明能源资源整合计画表示除了传统的抽蓄水力发电以外,也持续关注电池与飞轮储能技术的发展,但是道明能源承认对储能的关注不如燃气。

道明能源的分析规划到 2033 年至少新建 8 座燃气电厂,总发电容量664 吉瓦,道明能源表示,在当前的时点,要配合可再生能源的间歇性,天然气是最具成本效益的备援能源。不过,未来若成本结构改变,电池可望逐渐占据更重要的角色,下次将于 2020 年发表的长期资源整合计画,会更注重电池。道明能源表示自 1985 年以来就运作 3 吉瓦容量的巴斯郡抽蓄水力发电厂,因此理解能源储存的重要性。

道明能源和其他州、其他电力公司,对能源储存的积极度差异,可说表明了现在正是燃气与电池大战的僵持时刻,两者目前利弊相抵不分轩轾,但随着电池成本将随时间下降,燃气的成本则未必,因美国天然气价格已不易再大幅降低,终究电池会逐渐胜出。

电池与燃气发电并非真的只能你死我活,电池储能与燃气其实有搭配合作的空间。南韩电池能源储存公司 Kokam 提供澳洲阿林塔能源(Alinta Energy)一处矿业巨擘必和必拓(BHP Billiton)铁矿坑的微电网设施,就是结合开放循环燃气发电与电池储能,含一座 178 百万瓦发电容量的开放循环燃气发电机,以及 30 14 万度电的电池储能设施,储能系统由 5 座约 2,200 度电储存容量的货柜大小储能设施组成,使用 Kokam 镍锰钴叁元锂电池(Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide, NMC),电池最大放电电量为 10 库伦,高于一般锂电池的 3 库伦,以在短时间内提供大量电力,宣称可耐用 1 万次充放电循环,保固 10 年。电池能应付矿坑用电需求上上下下波动,避免燃气发电机组需不断升载降载的负担,可提升燃气发电的能源效率,更能减缓机组的损耗。

燃气阵营的龙头奇异也对此有类似见解,奇异与南加州爱迪生(Southern California Edison),共同合作设置一组燃气与电池混合设施,结合 50 百万瓦的尖峰燃气电厂,与 10 百万瓦、4,000 度电电池储能设施,已让燃气机组更有效率运作,燃气机组尽量以最有效率的方式运转,而每 5~15 分上上下下配合电网提供的旋转备转容量(spinning reserve)需求,则由电池去应付。

芬兰陆用和海上动力系统公司瓦锡兰(Wärtsilä),2017 年买下电池储存软体公司绿铁匠(Greensmith),也一样正在商用化内燃发电机与电池混合系统,利用电池让燃油发电机更节省燃料,提高燃油效率,每年使用的燃料可因此减少 6%,也相对减少了碳排放。

终有一天,当电池成本降到一定门槛之下,搭配可再生能源普及,世人可能再也不需要燃气发电,而将跟随燃煤发电如今的趋势,逐渐成为v史陈。但当前电池仍未能达到能大量取代燃气的成本门槛,反而短时间内,电池与燃气发电还可以达成「互利共生」,彼此和平共处,但这样的和平能维持多久,就很难说了。

原标题:电池储能与尖峰燃气电厂你死我活,大战谁能胜出?

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