电池储能系统取代天然气发电厂吗？

PG＆E公司与特斯拉和Vistra公司合作部署大型电池储能系统，以代替现有的天然气发电厂提高供电可靠性

太平洋煤气电力公司（PG＆E公司）与特斯拉和Vistra公司合作部署大型电池储能系统，以代替现有的天然气发电厂提高供电可靠性。

加利福尼亚州公用事业部门PG＆E公司希望证明大型电池储能可以取代天然气发电厂，并节省纳税人的资金。

该公司向当地监管机构申请批准建设四个储能工厂，为南湾（SouthBay）/莫斯兰丁（MossLanding）区域提供电能。这个请求包括建设有史以来两个最大的电池储能系统：Vistra能源公司的300兆瓦/1200兆瓦时储能项目和特斯拉公司的182.5兆瓦/730兆瓦时储能项目。

注：特斯拉将为新项目提供电池组，总输出功率为182.5MW，持续时间可达4小时。这意味着总装容量达到了730MWh，相当于超过3000套的TeslaPowerpack2。

除了打破储能系统容量的记录之外，这两个项目建成之后将会对加利福尼亚州努力使电网脱碳的关键问题进行测试。而目前容量最大的储能系统是特斯拉公司在澳大利亚安装部署的100兆瓦储能系统。

当天然气发电厂商Calpine公司寻求建设三个天然气发电厂来保证电网的可靠性时，加利福尼亚州公用事业委员会于今年1月否决了这一要求，并要求PG＆E公司开发部署储能替代品。加利福尼亚州公用事业委员会的分析得出的结论是，采用电池储能系统对于纳税人来说比在经济上受到挑战的现有的天然气发电厂要好得多。

有人认为这一建议是一种高科技和低碳未来的预兆，也是对于电网可靠性的一种鲁莽赌博。因为只要天然气持续提供，天然气发电厂就可以持续运行，而电池储能系统则可能耗尽电量。

“如果某天需要备用电源长时间供电，而在4小时电池储能系统的电能释放之后，还需要供电8小时，那么加利福尼亚州公用事业委员可能重新考虑天然气发电厂的建设问题。”WoodMackenzie美洲电力和可再生能源团队的研究主任WadeSchauer当时表示，“在此之前，这似乎是州立法机关和加利福尼亚州公用事业委员会所追求的目标。”PG＆E公司对这些问题的回答似乎有些担忧。

Vistra电池储能工厂的规模将是目前在美国Fluence公司Alamitos储能项目规模的三倍，将于2020年12月开通运营，并运行20年。特斯拉公司的电池储能项目将于同一时期上线，并运营20年。Micronoc公司储能系统将于2019年10月开始运营，为期10年，Hummingbird储能公司将建造一个75兆瓦/300兆瓦时的系统，为期15年。合同从2020年12月开始。

PG＆E公司提交的文件揭示了相对于现有或新的天然气发电厂，电池储能系统将如何降低成本。规模效应有助于降低组件成本。特斯拉公司提供的电池储能系统将部署在PG＆E公司在莫斯兰丁（MossLanding）变电站内。除了为公用事业公司提供电能之外，莫斯兰丁项目还将参与CAISO市场，为CAISO控制的电网提供能源、辅助服务和其他服务。”

Vistra公司在给投资者的一份报告中回应了这些因素。该公司将电池储能系统安装在现有的天然气发电厂中来降低开发成本。凭借与PG＆E公司签定的20年合同，Vistra公司可以使用电池储能系统在电力批发市场提供能源或辅助服务。

02尖峰燃气电厂与电池储能，你死我活的PK？

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鐘的时间，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?

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5.2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。蒐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。

实际上，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，减少燃气发电厂閒置的时间，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(WoodMackenzie)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6.4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13.1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，GE公司为首的燃气产业则拚死守卫自己的市场。

03尖峰燃气电厂与电池储能，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，但服务範围及于维吉尼亚州、北卡罗来纳的道明能源(DominionEnergy)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範围。

道明能源的5、15、25年长期资源整合计划中认为，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3.664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。韩国电池能源储存公司Kokam提供澳洲阿林塔能源(AlintaEnergy)一处矿业巨擘必和必拓(BHPBilliton)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30百万瓦、1.14万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(LithiumNickelManganeseCobaltOxide,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GE公司也对此有类似见解，GE与南加州爱迪生(SouthernCaliforniaEdison)，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分钟上上下下配合电网提供的旋转备转容量(spinningreserve)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(W?rtsil?)，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，逐渐成为历史陈迹。值得一提的是，整个行业的电池存储成本在持续下降：2010~2016年，其下降了73%，即每KWh从1000美元减少到了273美元。业内人士预计，到2025年的时候，这一成本会进一步下探到69.5美元/KWh。

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。