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廉价风能步步紧逼,煤矿或将转型为储能设施

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-04-07  来源:科技新报

为了减少二氧化碳排放,许多发达国家力推政策补贴,发展绿能取代燃煤,不过,随着风能成本快速下降,如今即使没有政策补贴,风能也能与燃煤堂堂竞争,因而可能将燃煤发电赶尽杀绝。但是煤矿也不是只能就这样成为废弃矿坑,在绿能发展增加储能需求下,德国与美国都正在发展利用废弃煤矿的技术,将煤矿“转生”成为抽蓄水力发电的储能设施。

20173月,穆迪(Moody's Investors Service)发布新绿能报告“报酬基础风能发电为可再生能源添加新动能”(Rate-Basing Wind Generation Adds Momentum to Renewables),认为即使奥巴马的洁净能源计划(Clean Power Plan)将遭到川普终结,仍不影响风能横扫全美的趋势,且可能消灭高达56GW发电容量的燃煤发电厂。

该报告的共同作者指出,如今推动绿能的动力,已经不是环境理由,而是纯粹的经济因素,虽然对消费者来说,有更廉价的清洁能源是件好事,但电力公司并不是因为出于善心才开发风能,而是因为发展绿色能源更有成本效益。

报告审查了当前美国中西部与大平原区,扣除德州与伊利诺斯州的15个州,总共87GW发电容量的燃煤电厂中,有56GW发电容量的电厂将面临风能的严峻挑战。穆迪报告指出,大平原区的风能平均电力采购价格为每度电0.2美分,而相对的燃煤发电的平均营运成本——含燃料成本、营运与维护成本,以及资本成本——总计每度电约0.3美分。

扣除美国对风能的PTC补贴后,大平原区风能平均电力价格将从每度电0.2美分回到0.4美分;然而,风能成本持续下降,燃煤成本却正在上升,在这两股趋势下,穆迪认为,即使没有政策补贴,双方成本很快就会黄金交叉。

在经济因素推动下,许多电力公司不仅积极淘汰燃煤发电厂,更加速把风能纳入其报酬基础中。例如在科罗拉多州,Xcel Energy宣布将于2018年斥资10亿美元投资兴建一座600MW发电容量的风场。当风能越来越普及,由于营运成本上的考量,电力公司在自有风能与燃煤发电厂之间,会优先选择变动成本较低的自有风能资源,使得燃煤发电厂的利用率下降,容量因数也因此下降,这将导致单位发电成本相对上升,使得燃煤发电在竞争态势上更为不利。

曾经,受限于风能的所谓不稳定性,电网中风能比例有上限,但随着风力预测能力逐渐提升,以及其他风能产业技术的进步,如今这越来越不是问题,中陆独立电网(Midcontinent Independent System OperatorMISO)与明尼苏达州商业部合作研究指出,只需升级明尼苏达州现有的输电系统,就能支持高达40%的可再生能源比率,不过再高就需要搭配储能设施等技术了。

当风能在经济上歼灭燃煤的那一天到来,现有的煤矿又将何去何从?“转生”化身为能源储存设备,可能是出路之一。

能将环境破坏减至最低

德国北莱茵西伐利亚州Prosper-Haniel煤矿自1856年开始开采,经历160年岁月,预定要于2018年关闭,不过州长不打算让这座煤矿“鞠躬尽瘁”,关闭后还要继续利用它——把整座矿坑注水,打造成一座200MW的抽蓄水力发电设备,做为电网能源储存设备。它可供电给40万用户,支持该州2025年可再生能源占用电30%的目标。

北莱茵西伐利亚州是德国人口最多的一州,贡献全国五分之一的经济产出,发电量占德国总发电量的三分之一,也是许多德国大电力公司的总部所在,包括意昂(E.ON)、莱茵西伐利亚电力(RWE)、英诺吉(Innogy)、SteagUniper等。目前该州电力大多来自于燃煤发电厂,不过在德国全力发展绿能的基本国策,以及风能拉低批发电价使得德国燃煤电厂同样受到威胁的情况之下,北莱茵西伐利亚州与煤矿的关系有了奇妙的转变。

在风能压低批发电价的情况下,德国燃煤电厂也同样步上一一关门大吉之路,目前计划有27座燃煤与燃气电厂即将关闭,关闭电厂的总发电容量达6.6GW,相当于1,300万户家庭用电。当燃煤电厂吹起熄灯号,煤矿也只能跟着荒废;然而,风能大量灌入电网,也提升了能源储存的需求,使得旧煤矿有了转生的机会。

Prosper-Haniel煤矿深达1200米,矿坑总长度达26公里长,改造过后,将可注入100万立方米的水,在矿坑底部安装涡轮,利用矿坑深度产生的上下位能差距,改造成为抽蓄水力发电能源储存设备。

无独有偶的,美国人也想到了同样的方法。维吉尼亚州也正规划要利用废弃煤矿坑,转用为抽蓄水力发电能源储存设备。维吉尼亚州煤矿坑在过去十年来关闭了数十座,地方政府因而陷入财政收入断炊,预算短缺,连学校资金都捉襟见肘,也影响其他政府业务,这样的萧条情况,是川普大力主张恢复煤矿业的原因。

然而即使川普将奥巴马的减碳政策全盘废除,当风能已经与燃煤成本黄金交叉,将大举歼灭燃煤发电时,煤矿坑的复兴之梦也只能幻灭,不过,煤矿坑可在新能源时代发挥新的作用。为了整合风能、太阳能,产生庞大能源储存需求,让煤矿坑有了新生。

目前抽蓄水力发电仍然是人类储存能源成本最低的选项之一,抽蓄水力发电储能的好处是,水抽到高处以位能储能,能源不会像电池一样逐渐衰退;水力储能在发电时能取回85%能源,回收率也算不错,唯一的缺点是能源密度太低——要储存一颗AA电池的电量,就得将100公斤水提升10米高。这表示,若要以抽蓄水力发电为国家的主要能源储存规划,那必须要建设很多的水坝以创造大量储水空间,这与现在的保存自然的环保意识显然冲突。

使用已经破坏环境的矿坑来当作抽蓄水力发电的上下池,不仅可节省建设水坝的预算,也能将环境破坏减至最低。明尼苏达州曾研究将已废弃铁矿坑改建为抽蓄水力发电能源储存设备,不过,也有人担忧铁矿坑的铁锈可能会威胁到设备,而煤矿坑无此问题。除了维吉尼亚州以外,加州也正在做类似尝试。

煤矿坑用于抽蓄水力发电还有一些有待验证之处,包括必需位于稳定的地质以免灌水后发生崩塌,矿坑中的铁含量多少以下才适合,以及新技术总是需要经过一定学习曲线,才能知道最终成本为多少。不过美国产煤州、郡对这项技术抱持乐观态度,每座“转生”的煤矿坑,预计可提供1015个高收入工作,还能为地方创造额外税收,解决地方失业与财政的燃眉之急。

美国中西部煤矿大州,经常也是风能大州,若煤矿坑都能转生为抽蓄水力发电能源储存设备,来支持风能,走入死胡同的煤矿产业与产煤区域,可说有了意想不到的新生机会。

 
 
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