21世紀(jì)的電網(wǎng)改造速度比人們想象的要快得多，而在十年前，天然氣發(fā)電似乎是人們心目中的清潔能源。如今，隨著可再生能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)格的不斷下降，未來的清潔能源正在重新定義。

十年前，水平鉆井技術(shù)的出現(xiàn)使得天然氣發(fā)電成為美國(guó)電力部門的寵兒，并且有毒害充分的理由。天然氣發(fā)電有助于提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)負(fù)荷和易于調(diào)度的峰值負(fù)載電源。天然氣價(jià)格低廉，碳排放量明顯低于煤炭發(fā)電，因此被譽(yù)為一種資源豐富的具有成本效益的能源，可以實(shí)現(xiàn)電力部門需要實(shí)現(xiàn)的可再生能源向未來的過渡。然而，現(xiàn)在看來，這種轉(zhuǎn)變發(fā)生得比預(yù)期的要快得多。隨著可再生能源和儲(chǔ)能項(xiàng)目的部署以指數(shù)方式加速發(fā)展，公用事業(yè)公司正在認(rèn)識(shí)到儲(chǔ)能系統(tǒng)的可靠性，并將其作為天然氣發(fā)電的一種補(bǔ)充，并在某些情況下甚至完全取代。

可再生能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)

在北美地區(qū)，天然氣不再是必須部署的最具成本效益的碳能源。雖然天然氣仍將是未來幾年多元化發(fā)電技術(shù)的重要燃料來源，但正面臨著激烈競(jìng)爭(zhēng)。例如，在2017年初，風(fēng)電的發(fā)電量首次占到美國(guó)中部14個(gè)州（從蒙大拿州到德克薩斯州）發(fā)電總量的50％以上。自2010年以來，美國(guó)公用事業(yè)規(guī)模的太陽能發(fā)電的價(jià)格下降了73％，平均價(jià)格（不包括補(bǔ)貼或稅收抵免）為45美元/兆瓦時(shí)，在太陽能豐富的美國(guó)西南部各州低至23美元/兆瓦時(shí)。墨西哥州2017年的太陽能發(fā)電價(jià)格成為迄今為止世界上最低的電力價(jià)格：19.18美元/兆瓦時(shí)。國(guó)際可再生能源署（IRENA）表示，到2020年，全球范圍內(nèi)的可再生能源技術(shù)在價(jià)格方面可以與化石燃料展開競(jìng)爭(zhēng)。

從資源規(guī)劃的角度來看，天然氣發(fā)電也正在失去人們的青睞。2018年，亞利桑那州要求暫停建設(shè)裝機(jī)容量超過150兆瓦的天然氣發(fā)電廠，因?yàn)樵撝菡谠u(píng)估可再生能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)是否能夠滿足未來的峰值電力需求。雖然加利福尼亞州仍然依賴天然氣發(fā)電廠來滿足該州大約三分之一的電力需求，但科學(xué)家聯(lián)盟最近一份研究報(bào)告指出，該州不需要建造任何額外的天然氣發(fā)電廠來滿足預(yù)計(jì)的2030年的能源需求或電力可靠性需求。相反，能源需求可以通過可再生能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)的能效措施和負(fù)荷轉(zhuǎn)移的組合來滿足。馬薩諸塞州、紐約州、俄勒岡州、新澤西州都制定了可再生能源和儲(chǔ)能目標(biāo)，以便在電網(wǎng)綠色化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)資源結(jié)構(gòu)的多樣化。因此，可以合理地假設(shè)可再生能源產(chǎn)能將繼續(xù)快速增長(zhǎng)，同時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量也將隨之增長(zhǎng)。

加利福尼亞州的儲(chǔ)能之路

加利福尼亞州是美國(guó)公用事業(yè)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，該州通過緊急采購(gòu)儲(chǔ)能系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)阿利索峽谷天然氣泄漏事故，并在8個(gè)月內(nèi)完成了采購(gòu)和調(diào)試，展示了儲(chǔ)能系統(tǒng)可以部署的速度和效率，并有效緩解電力可靠性問題。最近，該州取消了262兆瓦的Puente Power Project天然氣發(fā)電廠的建設(shè)計(jì)劃，這個(gè)項(xiàng)目旨在服務(wù)于南加州愛迪生（SCE）電網(wǎng)，表明加州ISO公司將可再生能源、分布式能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)的組合作為一種替代天然氣發(fā)電的可行方案。

今年9月，加州公用事業(yè)委員會(huì)（CPUC）發(fā)布了一項(xiàng)征求公眾意見的決議，批準(zhǔn)太平洋天然氣和電力公司提交的申請(qǐng)，要求批準(zhǔn)歷史上規(guī)模最大的電池儲(chǔ)能采購(gòu)項(xiàng)目（裝機(jī)容量為567.5兆瓦，4小時(shí)儲(chǔ)能），其目的是替代三座天然氣發(fā)電廠，否則這些發(fā)電廠將執(zhí)行可靠性必須運(yùn)行（RMR）合同。如果得到加州公用事業(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)。其趨勢(shì)很明顯：儲(chǔ)能系統(tǒng)可以經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行整合，在某些情況下，可以取代天然氣發(fā)電廠。

隨著今年9月SB 100法規(guī)的實(shí)施，該法規(guī)要求到2045年為最終用戶和州政府機(jī)構(gòu)采購(gòu)的電力100％為零排放能源。這一具有里程碑意義的立法已經(jīng)開辟了一條儲(chǔ)能和可再生能源成為加州主要能源供應(yīng)的途徑。加州是美國(guó)迄今為止規(guī)劃清潔能源最大目標(biāo)的一個(gè)州。
除了像SB 100這樣的法規(guī)之外，還有幾個(gè)因素促使儲(chǔ)能系統(tǒng)的加速采用和優(yōu)化，并可能取代當(dāng)今美國(guó)的天然氣發(fā)電廠。

•與建造新的天然氣發(fā)電廠、核電站或煤電廠相比，部署儲(chǔ)能系統(tǒng)快速而廉價(jià)。一座天然氣發(fā)電廠平均需要三年時(shí)間才能建成，而相比之下，特斯拉公司的裝機(jī)容量為100兆瓦霍恩斯代爾儲(chǔ)能設(shè)施在100天內(nèi)完成部署。此外，為應(yīng)對(duì)阿利索峽谷天然氣泄漏事件而采購(gòu)的裝機(jī)容量為100兆瓦的儲(chǔ)能系統(tǒng)在不到8個(gè)月內(nèi)完成。

•儲(chǔ)能參與規(guī)則正在發(fā)生變化。美國(guó)聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)（FERC）通過第841號(hào)命令，現(xiàn)在要求獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(ISO將儲(chǔ)能系統(tǒng)納入其市場(chǎng)。

•儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供快速、清潔和低成本的解決方案，以滿足紐約市、南加州和墨西哥巴哈半島等地區(qū)即將出現(xiàn)的昂貴電力和輸電需求。

•儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值主張超出了可調(diào)度電力的范圍，因?yàn)樗€可以提供成本效益、響應(yīng)性強(qiáng)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％的電力來自天然氣發(fā)電廠，超過任何其他能源，煤炭發(fā)電緊隨其后。隨著可再生能源的增長(zhǎng)和煤炭發(fā)電逐步淘汰，新建和現(xiàn)有的天然氣發(fā)電廠需要變得更快、更靈活，以補(bǔ)充儲(chǔ)能系統(tǒng)管理電網(wǎng)變化，同時(shí)在不損害可靠性的情況下與價(jià)格下降的可再生能源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。將儲(chǔ)能系統(tǒng)與新建和現(xiàn)有天然氣工廠相結(jié)合，可以顯著地提高其速度和靈活性，從而提高效率，并降低排放。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以允許立即關(guān)閉天然氣發(fā)電廠而不會(huì)影響可靠性，并且在開通運(yùn)營(yíng)時(shí)能夠以最佳效率運(yùn)行。

將現(xiàn)有天然氣發(fā)電廠與儲(chǔ)能系統(tǒng)混合的優(yōu)點(diǎn)是：（1）所得到的混合電力可以提供許多與獨(dú)立儲(chǔ)能系統(tǒng)相同的可靠性屬性，而不會(huì)采用化石燃料發(fā)電；（2）可以在電網(wǎng)緊急情況下，在特定位置提供電力所需的無限持續(xù)時(shí)間；（3）符合當(dāng)?shù)仉娏θ萘恳?。事?shí)證明，天然氣發(fā)電廠和儲(chǔ)能系統(tǒng)的混合是非常有效的。

隨著時(shí)間的推移，可以增加安裝在這些天然氣發(fā)電廠的模塊化儲(chǔ)能容量，優(yōu)化現(xiàn)有的電網(wǎng)互聯(lián)容量，最終僅使用天然氣發(fā)電廠作為緊急備用資源。在需要產(chǎn)生基本負(fù)荷的地方，這些天然氣發(fā)電廠可以轉(zhuǎn)換為使用可再生氣體能泊，例如沼氣或氫氣。這種向電力部門的過渡主要通過儲(chǔ)能系統(tǒng)和可再生能源，以及可再生氣體能源產(chǎn)生的電力來實(shí)現(xiàn)。

隨著人們邁向更可持續(xù)的未來，儲(chǔ)能系統(tǒng)將通過使包括發(fā)電機(jī)（天然氣和可再生能源）在內(nèi)的各種現(xiàn)有電力資產(chǎn)，以更具成本效益和更強(qiáng)大的功能運(yùn)行，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，同時(shí)降低能耗，減少溫室氣體排放。