加利福尼亚州的储能之路

21世纪的电网改造速度比人们想象的要快得多，而在十年前，天然气发电似乎是人们心目中的清洁能源。如今，随着可再生能源和储能系统价格的不断下降，未来的清洁能源正在重新定义。

十年前，水平钻井技术的出现使得天然气发电成为美国电力部门的宠儿，并且有毒害充分的理由。天然气发电有助于提供稳定的基础负荷和易于调度的峰值负载电源。天然气价格低廉，碳排放量明显低于煤炭发电，因此被誉为一种资源丰富的具有成本效益的能源，可以实现电力部门需要实现的可再生能源向未来的过渡。然而，现在看来，这种转变发生得比预期的要快得多。随着可再生能源和储能项目的部署以指数方式加速发展，公用事业公司正在认识到储能系统的可靠性，并将其作为天然气发电的一种补充，并在某些情况下甚至完全取代。

可再生能源和储能系统的激烈竞争

在北美地区，天然气不再是必须部署的最具成本效益的碳能源。虽然天然气仍将是未来几年多元化发电技术的重要燃料来源，但正面临着激烈竞争。例如，在2017年初，风电的发电量首次占到美国中部14个州（从蒙大拿州到德克萨斯州）发电总量的50％以上。自2010年以来，美国公用事业规模的太阳能发电的价格下降了73％，平均价格（不包括补贴或税收抵免）为45美元/兆瓦时，在太阳能丰富的美国西南部各州低至23美元/兆瓦时。墨西哥州2017年的太阳能发电价格成为迄今为止世界上最低的电力价格：19.18美元/兆瓦时。国际可再生能源署（IRENA）表示，到2020年，全球范围内的可再生能源技术在价格方面可以与化石燃料展开竞争。

从资源规划的角度来看，天然气发电也正在失去人们的青睐。2018年，亚利桑那州要求暂停建设装机容量超过150兆瓦的天然气发电厂，因为该州正在评估可再生能源和储能系统是否能够满足未来的峰值电力需求。虽然加利福尼亚州仍然依赖天然气发电厂来满足该州大约三分之一的电力需求，但科学家联盟最近一份研究报告指出，该州不需要建造任何额外的天然气发电厂来满足预计的2030年的能源需求或电力可靠性需求。相反，能源需求可以通过可再生能源和储能系统的能效措施和负荷转移的组合来满足。马萨诸塞州、纽约州、俄勒冈州、新泽西州都制定了可再生能源和储能目标，以便在电网绿色化的同时实现资源结构的多样化。因此，可以合理地假设可再生能源产能将继续快速增长，同时储能系统容量也将随之增长。

加利福尼亚州的储能之路

加利福尼亚州是美国公用事业规模储能政策和部署的公认领导者。值得注意的是，2015年，该州通过紧急采购储能系统以应对阿利索峡谷天然气泄漏事故，并在8个月内完成了采购和调试，展示了储能系统可以部署的速度和效率，并有效缓解电力可靠性问题。最近，该州取消了262兆瓦的Puente Power Project天然气发电厂的建设计划，这个项目旨在服务于南加州爱迪生（SCE）电网，表明加州ISO公司将可再生能源、分布式能源和储能系统的组合作为一种替代天然气发电的可行方案。

今年9月，加州公用事业委员会（CPUC）发布了一项征求公众意见的决议，批准太平洋天然气和电力公司提交的申请，要求批准历史上规模最大的电池储能采购项目（装机容量为567.5兆瓦，4小时储能），其目的是替代三座天然气发电厂，否则这些发电厂将执行可靠性必须运行（RMR）合同。如果得到加州公用事业委员会（CPUC）的批准，这些储能资产将在2020年上线运营。其趋势很明显：储能系统可以经济地进行整合，在某些情况下，可以取代天然气发电厂。

随着今年9月SB 100法规的实施，该法规要求到2045年为最终用户和州政府机构采购的电力100％为零排放能源。这一具有里程碑意义的立法已经开辟了一条储能和可再生能源成为加州主要能源供应的途径。加州是美国迄今为止规划清洁能源最大目标的一个州。
除了像SB 100这样的法规之外，还有几个因素促使储能系统的加速采用和优化，并可能取代当今美国的天然气发电厂。

•与建造新的天然气发电厂、核电站或煤电厂相比，部署储能系统快速而廉价。一座天然气发电厂平均需要三年时间才能建成，而相比之下，特斯拉公司的装机容量为100兆瓦霍恩斯代尔储能设施在100天内完成部署。此外，为应对阿利索峡谷天然气泄漏事件而采购的装机容量为100兆瓦的储能系统在不到8个月内完成。

•储能参与规则正在发生变化。美国联邦能源监管委员会（FERC）通过第841号命令，现在要求独立系统运营商(ISO将储能系统纳入其市场。

•储能系统可以提供快速、清洁和低成本的解决方案，以满足纽约市、南加州和墨西哥巴哈半岛等地区即将出现的昂贵电力和输电需求。

•储能系统的价值主张超出了可调度电力的范围，因为它还可以提供成本效益、响应性强的电压支持、频率调节、拥塞缓解、辅助服务和弹性(紧急备份)。

转型：利用储能系统优化现有发电厂

2017年，美国近32％的电力来自天然气发电厂，超过任何其他能源，煤炭发电紧随其后。随着可再生能源的增长和煤炭发电逐步淘汰，新建和现有的天然气发电厂需要变得更快、更灵活，以补充储能系统管理电网变化，同时在不损害可靠性的情况下与价格下降的可再生能源进行竞争。将储能系统与新建和现有天然气工厂相结合，可以显著地提高其速度和灵活性，从而提高效率，并降低排放。储能系统可以允许立即关闭天然气发电厂而不会影响可靠性，并且在开通运营时能够以最佳效率运行。

将现有天然气发电厂与储能系统混合的优点是：（1）所得到的混合电力可以提供许多与独立储能系统相同的可靠性属性，而不会采用化石燃料发电；（2）可以在电网紧急情况下，在特定位置提供电力所需的无限持续时间；（3）符合当地电力容量要求。事实证明，天然气发电厂和储能系统的混合是非常有效的。

随着时间的推移，可以增加安装在这些天然气发电厂的模块化储能容量，优化现有的电网互联容量，最终仅使用天然气发电厂作为紧急备用资源。在需要产生基本负荷的地方，这些天然气发电厂可以转换为使用可再生气体能泊，例如沼气或氢气。这种向电力部门的过渡主要通过储能系统和可再生能源，以及可再生气体能源产生的电力来实现。

随着人们迈向更可持续的未来，储能系统将通过使包括发电机（天然气和可再生能源）在内的各种现有电力资产，以更具成本效益和更强大的功能运行，提高电网的稳定性，同时降低能耗，减少温室气体排放。