為了減少二氧化碳排放,許多發達國家力推政策補貼,發展綠能取代燃煤,不過,隨著風能成本快速下降,如今即使沒有政策補貼,風能也能與燃煤堂堂競爭,因而可能將燃煤發電趕盡殺絕。但是煤礦也不是只能就這樣成為廢棄礦坑,在綠能發展增加儲能需求下,德國與美國都正在發展利用廢棄煤礦的技術,將煤礦“轉生”成為抽蓄水力發電的儲能設施。
2017年3月,穆迪(Moody's Investors Service)發布新綠能報告“報酬基礎風能發電為可再生能源添加新動能”(Rate-Basing Wind Generation Adds Momentum to Renewables),認為即使奧巴馬的潔凈能源計劃(Clean Power Plan)即將遭到川普終結,仍然不影響風能橫掃全美,可能消滅高達56GW發電容量的燃煤發電廠。
該報告的共同作者指出,如今推動綠能的動力,已經不是環境理由,而是純然的經濟因素,雖然對消費者來說,有更廉價的潔凈能源來源是件好事,但電力公司并不是因為出于善心才前進風能,而是因為發展綠能更有成本效益。
報告檢視當前美國中西部與大平原區,扣除德州與伊利諾斯州的15個州,總共87GW發電容量的燃煤電廠,發現其中有56吉瓦發電容量的電廠,將面臨風能的嚴峻挑戰,據穆迪報告指出,大平原區的風能平均電力采購價格,為每度電0.2美分,相對的,燃煤發電的平均營運成本,含燃料成本、營運與維護成本,以及資本成本,總計每度電約為0.3美分。
扣除美國對風能的PTC補貼后,大平原區風能平均電力價格將從每度電0.2美分回到0.4美分,然而,風能成本持續下降,燃煤成本卻正在上升,在這兩股趨勢下,穆迪認為,即使沒有政策補貼,雙方成本很快就會黃金交叉。
在經濟因素推動下,許多電力公司不僅積極淘汰燃煤發電廠,更加速把風能納入其報酬基礎中,例如在科羅拉多州,Xcel Energy宣布將于2018年斥資10億美元投資興建600MW發電容量的風場。當風能越來越普及,由于營運成本上的考量,電力公司在自有風能與燃煤發電廠之間,會優先選擇變動成本較低的自有風能資源,使得燃煤發電廠的利用率下降,容量因數也因此下降,容量因數下降將導致單位發電成本相對上升,使得燃煤發電在競爭態勢上更為不利。
過去認為受限于風能的所謂不穩定性,電網中風能比例有上限,但隨著風力預測能力逐漸提升,以及其他風能產業技術的進步,如今這越來越不是問題,中陸獨立電網(Midcontinent Independent System Operator,MISO)與明尼蘇達州商業部合作研究指出,只需升級明尼蘇達州現有的輸電系統,就能支持高達40%的可再生能源比率,不過再高就需要搭配儲能設施等技術。
當風能在經濟上殲滅燃煤的那一天到來,現有的煤礦又將何去何從?“轉生”化身為能源儲存設備,可能是出路之一。
能將環境破壞減至最低
德國北萊茵西伐利亞州Prosper-Haniel煤礦自1856年開始開采,經歷160年歲月,預定要于2018年關閉,不過州長不打算讓這座煤礦“鞠躬盡瘁”,關閉后還要繼續利用它,將把整座礦坑注水,打造成一座200MW的抽蓄水力發電設備,做為電網能源儲存設備,可供電給40萬用戶,支持該州2025年可再生能源占用電30%的目標。
北萊茵西伐利亞州是德國人口最多的一州,貢獻全國五分之一的經濟產出,發電量占德國總發電量的三分之一,也是許多德國大電力公司的總部所在,包括意昂(E.ON)、萊茵西伐利亞電力(RWE)、英諾吉(Innogy)、Steag、Uniper等。目前該州電力大多來自于燃煤發電廠,不過在德國全力發展綠能的基本國策,以及風能拉低批發電價使得德國燃煤電廠同樣受到威脅之下,北萊茵西伐利亞州與煤礦的關系有了奇妙的轉變。
在風能壓低批發電價的情況下,德國燃煤電廠也同樣步上一一關門大吉之路,目前計劃有27座燃煤與燃氣電廠即將關閉,關閉電廠的總發電容量達6.6GW,相當于1,300萬戶家庭用電,當燃煤電廠吹起熄燈號,煤礦也只能跟著荒廢,然而,風能大量灌入電網,也提升了能源儲存的需求,使得舊煤礦有了轉生的機會。
Prosper-Haniel煤礦深達1200米,礦坑總長度達26公里長,改造過后,將可注入100萬立方米的水,在礦坑底部安裝渦輪,利用礦坑深度產生的上下位能差距,改造成為抽蓄水力發電能源儲存設備。
無獨有偶的,美國人也想到一樣的辦法。維吉尼亞州也正規劃要利用廢棄煤礦坑,轉用為抽蓄水力發電能源儲存設備。維吉尼亞州煤礦坑在過去十年來關閉了數十座,地方政府因而陷入財政收入斷炊,預算短缺,連學校資金都捉襟見肘,也影響其他政府業務,這樣的蕭條情況,是川普大力主張恢復煤礦業的原因。
然而即使川普將奧巴馬的減碳政策全盤廢除,當風能已經與燃煤成本黃金交叉,將大舉殲滅燃煤發電時,煤礦坑的復興之夢也只能幻滅,不過,煤礦坑可在新能源時代發揮新的作用。為了整合風能、太陽能,產生龐大能源儲存需求,讓煤礦坑有了新生。
目前抽蓄水力發電仍然是人類儲存能源成本最低的選項之一,抽蓄水力發電儲能的好處是,水抽到高處以位能儲能,能源不會像電池一樣逐漸衰退,而發電時能取回85%能源,回收率也算不錯,唯一的缺點是,能源密度太低,要儲存一顆AA電池的電量,就得將100公斤水提升10米高。這表示,若要以抽蓄水力發電為國家的主要能源儲存規劃,那必須要建設非常多水壩,以創造大量儲水空間,這與現在的保存自然的環保意識相沖突。
使用已經破壞環境的礦坑來當作抽蓄水力發電的上下池,不僅可節省建設水壩的預算,也能將環境破壞減至最低,在明尼蘇達州,曾研究將已廢棄鐵礦坑改建為抽蓄水力發電能源儲存設備,不過,鐵礦坑的鐵銹可能會威脅到設備的疑慮,煤礦坑較無此一問題。維吉尼亞州以外,加州也正在做類似嘗試。
煤礦坑用于抽蓄水力發電還有一些有待驗證之處,包括必需位于穩定的地質,以免灌水后發生崩塌,礦坑中的鐵含量多少以下才適合,以及新技術總是需要經過一定學習曲線,才能知道最終成本為何。不過美國產煤州、郡對這項技術抱持樂觀態度,每座“轉生”的煤礦坑,預計可提供10~15個高收入工作,還能為地方創造額外稅收,解決地方失業與財政的燃眉之急。
美國中西部煤礦大州,經常也是風能大州,若煤礦坑都能轉生為抽蓄水力發電能源儲存設備,來支持風能,走入死胡同的煤礦產業與產煤區域,可說有了意想不到的新生機會。
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