發布日期 2018 年 05 月 30 日 8:00 | 作者 藍 弋豐
燃氣電廠能快速啟動、升載降載的特性，使當前尖峰用電需求，可說大多數由尖峰燃氣電廠包辦，少部分則由抽蓄水力發電廠，以水的位能為能源儲存方式，在離峰時抽水到上池，尖峰時放水發電，但受限於水庫破壞山林的環保考量，如今各國新建水庫的可能性越來越低。隨著電池成本快速下降，尖峰電力問題有了新的解決方案選擇，那就是應用電池能源儲能，電池供應鏈產業，如今開始與燃氣供應鏈產業進行一場追逐尖峰商機的生死較量。
蓋許多電廠，只在尖峰的時候啟動，攤提上成本相對較高，尖峰燃氣電廠的容量因數，往往只有 5%~6%；由於尖峰燃氣電廠往往是開放、單循環而非能源效率較高的複循環，使得同為燃氣發電，尖峰成本較高；燃氣雖然啟動與升載快速，但從最低轉速升到最高最快也仍要數分鐘的時間，同樣因應尖峰突發需求，電池儲能系統幾乎是即時，反應遠遠更快；燃氣電廠雖然較燃煤電廠的空污少，但仍非全無污染，加上天然氣管線與儲槽等設施的安全性考量，因此必須興建在距離都會人口密集區稍遠之處，因而有電力輸配方面的需求，電池儲能完全沒有空污問題，可配置在用電所在的都會區，對電力公司來說可省去輸配骨幹瓶頸的煩惱。
電池儲能系統唯一不如尖峰燃氣發電廠之處，在於若電力短缺危機持續不是只在短暫尖峰時刻，而是延長到大半天，燃氣發電廠只要供氣不斷絕，就能一直開啟發電，電池儲能系統所儲存的電力用罄，就無用武之地。因此，電池儲能系統到底能否取代，或能取代多少尖峰燃氣發電廠市場，端看電力調度時到底是短暫尖峰需求多，還是延長的需求多？
實際檢視美國尖峰燃氣發電廠的營運狀況，以俄亥俄州的特洛伊電廠為例，2017 年啟動 46 次，平均啟動 5.2 小時，只有 8 次啟動時間超過 8 小時，3 次啟動時間超過 10 小時。蒐集電廠啟動時間數據，加以分析的結果發現，目前 4 小時儲能時間的電池儲存系統表現不佳，無法取代大多數的尖峰燃氣電廠啟動事件，但只要增加到 6 小時，就能處理 74% 的尖峰，若擴增到 8 小時，則可涵蓋 90%，10 小時系統可處理 97% 需求。
實務上，若電力調度機構有電池儲能系統可應用，並不會撐上 10 小時，而是用以拉平離峰尖峰差距後，讓燃氣電廠以基載或至少中載方式運轉，離峰多發的電力儲存起來，轉到尖峰使用，減少燃氣發電廠閒置的時間，提高燃氣發電的容量因數，相對來說，也同樣的電力，也就不需要那麼多燃氣發電廠。因此，電池儲能取代燃氣發電的市場，並不是完全淘汰對方。長時間的狀況仍會由燃氣發電廠扛起，但短時間的啟動關閉需求，則由電池系統取代。
顧問公司伍德麥肯茲（Wood Mackenzie）預估美國未來 10 年內會有 20 吉瓦（gigawatt）總發電容量的新燃氣發電廠啟用，4 小時的電池儲能系統能取代其中 32% 需求，也就是估計約 6.4 吉瓦，這些機會將主要在加州、德州、亞利桑那州，而若 8 小時的電池儲能系統很快降低成本進入商用化階段，可取代其中 82% 需求，也就是 13.1 吉瓦。電池儲能產業正磨刀霍霍，希望搶食這塊大市場，相對的，奇異（GE）為首的燃氣產業則拚死守衛自己的市場。
有搭配合作的空間
到底這場爭奪戰誰能勝出，目前只能說戰況膠著，加州電力公司早已積極布建能源儲存，佛州、北卡羅來納、亞利桑那州也正在規劃能源儲存，但服務範圍及於維吉尼亞州、北卡羅來納的道明能源（Dominion Energy）則重押燃氣而較不重視能源儲存，認為電池價格還不夠低，因此能源儲存目前並不在考慮範圍。
道明能源的 5、15、25 年長期資源整合計畫中認為，現代化的電網將會創造更動態化的系統，最好能因應大量電網級的太陽能發電設施，以及大量小型、廣泛分佈的分散式能源資源。這樣的敘述，聽起來應該重視大量能源儲存系統建置，道明能源資源整合計畫表示除了傳統的抽蓄水力發電以外，也持續關注電池與飛輪儲能技術的發展，但是道明能源承認對儲能的關注不如燃氣。
道明能源的分析規劃到 2033 年至少新建 8 座燃氣電廠，總發電容量 3.664 吉瓦，道明能源表示，在當前的時點，要配合可再生能源的間歇性，天然氣是最具成本效益的備援能源。不過，未來若成本結構改變，電池可望逐漸占據更重要的角色，下次將於 2020 年發表的長期資源整合計畫，會更注重電池。道明能源表示自 1985 年以來就運作 3 吉瓦容量的巴斯郡抽蓄水力發電廠，因此理解能源儲存的重要性。
道明能源和其他州、其他電力公司，對能源儲存的積極度差異，可說表明了現在正是燃氣與電池大戰的僵持時刻，兩者目前利弊相抵不分軒輊，但隨著電池成本將隨時間下降，燃氣的成本則未必，因美國天然氣價格已不易再大幅降低，終究電池會逐漸勝出。
電池與燃氣發電並非真的只能你死我活，電池儲能與燃氣其實有搭配合作的空間。南韓電池能源儲存公司 Kokam 提供澳洲阿林塔能源（Alinta Energy）一處礦業巨擘必和必拓（BHP Billiton）鐵礦坑的微電網設施，就是結合開放循環燃氣發電與電池儲能，含一座 178 百萬瓦發電容量的開放循環燃氣發電機，以及 30 百萬瓦、1.14 萬度電的電池儲能設施，儲能系統由 5 座約 2,200 度電儲存容量的貨櫃大小儲能設施組成，使用 Kokam 鎳錳鈷三元鋰電池（Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide, NMC），電池最大放電電量為 10 庫倫，高於一般鋰電池的 3 庫倫，以在短時間內提供大量電力，宣稱可耐用 1 萬次充放電循環，保固 10 年。電池能應付礦坑用電需求上上下下波動，避免燃氣發電機組需不斷升載降載的負擔，可提升燃氣發電的能源效率，更能減緩機組的損耗。
燃氣陣營的龍頭奇異也對此有類似見解，奇異與南加州愛迪生（Southern California Edison），共同合作設置一組燃氣與電池混合設施，結合 50 百萬瓦的尖峰燃氣電廠，與 10 百萬瓦、4,000 度電電池儲能設施，已讓燃氣機組更有效率運作，燃氣機組盡量以最有效率的方式運轉，而每 5~15 分鐘上上下下配合電網提供的旋轉備轉容量（spinning reserve）需求，則由電池去應付。
芬蘭陸用和海上動力系統公司瓦錫蘭（Wärtsilä），2017 年買下電池儲存軟體公司綠鐵匠（Greensmith），也一樣正在商用化內燃發電機與電池混合系統，利用電池讓燃油發電機更節省燃料，提高燃油效率，每年使用的燃料可因此減少 6%，也相對減少了碳排放。
終有一天，當電池成本降到一定門檻之下，搭配可再生能源普及，世人可能再也不需要燃氣發電，而將跟隨燃煤發電如今的趨勢，逐漸成為歷史陳蹟。但當前電池仍未能達到能大量取代燃氣的成本門檻，反而短時間內，電池與燃氣發電還可以達成「互利共生」，彼此和平共處，但這樣的和平能維持多久，就很難說了。
（首圖來源：pixabay）
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