21世紀的電網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能系統價格的不斷下降，未來的清潔能源正在重新定義。

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

可再生能源和儲能系統的激烈競爭

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)電技術的重要燃料來源，但正面臨著激烈競爭。例如，在2017年初，風電的發(fā)電量首次占到美國中部14個州（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，美國公用事業(yè)規(guī)模的太陽能發(fā)電的價格下降了73％，平均價格（不包括補貼或稅收抵免）為45美元/兆瓦時，在太陽能豐富的美國西南部各州低至23美元/兆瓦時。墨西哥州2017年的太陽能發(fā)電價格成為迄今為止世界上最低的電力價格：19.18美元/兆瓦時。國際可再生能源署（IRENA）表示，到2020年，全球范圍內的可再生能源技術在價格方面可以與化石燃料展開競爭。

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裝機容量超過150兆瓦的天然氣發(fā)電廠，因為該州正在評估可再生能源和儲能系統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，但科學家聯盟最近一份研究報告指出，該州不需要建造任何額外的天然氣發(fā)電廠來滿足預計的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能系統的能效措施和負荷轉移的組合來滿足。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能目標，以便在電網綠色化的同時實現資源結構的多樣化。因此，可以合理地假設可再生能源產能將繼續(xù)快速增長，同時儲能系統容量也將隨之增長。

加利福尼亞州的儲能之路

加利福尼亞州是美國公用事業(yè)規(guī)模儲能政策和部署的公認領導者。值得注意的是，2015年，該州通過緊急采購儲能系統以應對阿利索峽谷天然氣泄漏事故，并在8個月內完成了采購和調試，展示了儲能系統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)電廠的建設計劃，這個項目旨在服務于南加州愛迪生（SCE）電網，表明加州ISO公司將可再生能源、分布式能源和儲能系統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（CPUC）發(fā)布了一項征求公眾意見的決議，批準太平洋天然氣和電力公司提交的申請，要求批準歷史上規(guī)模最大的電池儲能采購項目（裝機容量為567.5兆瓦，4小時儲能），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)行可靠性必須運行（RMR）合同。如果得到加州公用事業(yè)委員會（CPUC）的批準，這些儲能資產將在2020年上線運營。其趨勢很明顯：儲能系統可以經濟地進行整合，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)的實施，該法規(guī)要求到2045年為最終用戶和州政府機構采購的電力100％為零排放能源。這一具有里程碑意義的立法已經開辟了一條儲能和可再生能源成為加州主要能源供應的途徑。加州是美國迄今為止規(guī)劃清潔能源最大目標的一個州。
除了像SB 100這樣的法規(guī)之外，還有幾個因素促使儲能系統的加速采用和優(yōu)化，并可能取代當今美國的天然氣發(fā)電廠。

•與建造新的天然氣發(fā)電廠、核電站或煤電廠相比，部署儲能系統快速而廉價。一座天然氣發(fā)電廠平均需要三年時間才能建成，而相比之下，特斯拉公司的裝機容量為100兆瓦霍恩斯代爾儲能設施在100天內完成部署。此外，為應對阿利索峽谷天然氣泄漏事件而采購的裝機容量為100兆瓦的儲能系統在不到8個月內完成。

•儲能參與規(guī)則正在發(fā)生變化。美國聯邦能源監(jiān)管委員會（FERC）通過第841號命令，現在要求獨立系統運營商(ISO將儲能系統納入其市場。

•儲能系統可以提供快速、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)即將出現的昂貴電力和輸電需求。

•儲能系統的價值主張超出了可調度電力的范圍，因為它還可以提供成本效益、響應性強的電壓支持、頻率調節(jié)、擁塞緩解、輔助服務和彈性(緊急備份)。

轉型：利用儲能系統優(yōu)化現有發(fā)電廠

2017年，美國近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和煤炭發(fā)電逐步淘汰，新建和現有的天然氣發(fā)電廠需要變得更快、更靈活，以補充儲能系統管理電網變化，同時在不損害可靠性的情況下與價格下降的可再生能源進行競爭。將儲能系統與新建和現有天然氣工廠相結合，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。儲能系統可以允許立即關閉天然氣發(fā)電廠而不會影響可靠性，并且在開通運營時能夠以最佳效率運行。

將現有天然氣發(fā)電廠與儲能系統混合的優(yōu)點是：（1）所得到的混合電力可以提供許多與獨立儲能系統相同的可靠性屬性，而不會采用化石燃料發(fā)電；（2）可以在電網緊急情況下，在特定位置提供電力所需的無限持續(xù)時間；（3）符合當地電力容量要求。事實證明，天然氣發(fā)電廠和儲能系統的混合是非常有效的。

隨著時間的推移，可以增加安裝在這些天然氣發(fā)電廠的模塊化儲能容量，優(yōu)化現有的電網互聯容量，最終僅使用天然氣發(fā)電廠作為緊急備用資源。在需要產生基本負荷的地方，這些天然氣發(fā)電廠可以轉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能系統和可再生能源，以及可再生氣體能源產生的電力來實現。

隨著人們邁向更可持續(xù)的未來，儲能系統將通過使包括發(fā)電機（天然氣和可再生能源）在內的各種現有電力資產，以更具成本效益和更強大的功能運行，提高電網的穩(wěn)定性，同時降低能耗，減少溫室氣體排放。