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廉价风能将煤赶尽杀绝?煤矿转生成为抽蓄储能场

亚博体育平台点击登入于2019-09-10 18:52:38,廉价风能将煤赶尽杀绝?煤矿转生成为抽蓄储能场,Kotoo科技新闻网(http://www.kotoo.com)
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廉价风能将煤赶尽杀绝?煤矿转生成为抽蓄储能场

为了减少二氧化碳排放,许多先进国家力推政策补贴,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。

2017 年 3 月,穆迪(Moody’s Investors Service)发表新绿能报告“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)即将遭到川普终结,仍然不影响风能横扫全美,可能消灭高达 56 吉瓦(Gigawatt)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,而是纯然的经济因素,虽然对消费者来说,有更廉价的洁净能源来源是件好事,但电力公司并不是因为出于善心才前进风能,而是因为发展绿能更有成本效益。

报告检视当前美国中西部与大平原区,扣除德州与伊利诺伊斯州的 15 个州,总共 87 吉瓦发电容量的燃煤电厂,发现其中有 56 吉瓦发电容量的电厂,将面临风能的严峻挑战,据穆迪报告指出,大平原区的风能平均电力采购价格,为每度电 0.2 美分,相当于每度电 0.6 元新台币,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,总计每度电约为 0.3 美分,相当于 0.9 元新台币。

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 600 百万瓦(megawatt)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,容量因数下降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。

过去认为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 Operator,MISO)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,就能支援高达 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。

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”化身为能源储存装置,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,将把整座矿坑注水,打造成一座 200 百万瓦的抽蓄水力发电装置,做为电网能源储存装置,可供电给 40 万用户,支援该州 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)、Steag、Uniper 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 6.6 吉瓦,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 1,200 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装置。

无独有偶的,美国人也想到一样的办法。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装置。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,而发电时能取回 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,那必须要建设非常多水坝,以创造大量储水空间,这与现在的保存自然的环保意识相冲突。

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,在明尼苏达州,曾研究将已废弃铁矿坑改建为抽蓄水力发电能源储存装置,不过,铁矿坑的铁锈可能会威胁到设备的疑虑,煤矿坑较无此一问题。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何。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 10~15 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装置,来支援风能,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。

  • Forget EPA Climate Regulations. Cheap Wind Is Already Putting 56 Gigawatts of Coal Plants at Risk
  • How to Make Electricity in a Disused Coal Mine
  • In Virginia Push for Pumped Storage Hydro, Questions Arise About Viability

(首图来源:pixabay)

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