10年前，水平鉆井的出現(xiàn)使得天然氣成為美國電力部門的寵兒，并且有著充分的理由。天然氣有助于提供穩(wěn)定的基本負荷和易于分配的峰值負荷功率。與煤炭發(fā)電相比，天然氣發(fā)電價格低廉，碳排放量顯著降低，被譽為一種儲量豐富、經濟高效的能源，可以成為電力部門未來的可再生能源。然而，現(xiàn)在看來，這種轉變比預期的要早得多。隨著可再生能源和儲能的部署在美國各州呈指數(shù)級加速，公用事業(yè)公司認識到儲能資源已提供有力補充，并在某些情況下完全取代燃氣發(fā)電。

可再生能源和儲能的激烈競爭

在北美，天然氣不再是最具成本效益和最為低碳的能源。盡管天然氣在未來幾年仍將是多樣化發(fā)電設施的重要燃料來源，但它面臨著競爭。例如，在2017年初，美國中西部的風力發(fā)電設施向美國中部14個州(從蒙大拿州到德克薩斯州)的電網提供了50%以上的低成本清潔電力，這是有史以來第一次。自2010年以來，美國電網規(guī)模太陽能發(fā)電價格已下跌73%，其價格(不包括補貼或稅收抵免)為45美元/兆瓦時，而在太陽能豐富的西南部各州的太陽能發(fā)電價格則低至23美元/兆瓦時。墨西哥2017年的太陽能發(fā)電拍賣達到迄今為止世界上最低的價格：19.18美元/兆瓦時。在全球范圍內，國際可再生能源機構(IRENA)表示，到2020年，可再生能源技術在化石燃料價格方面具有競爭力。

從資源規(guī)劃的角度來看，新一代天然氣發(fā)電技術也正在失去青睞。2018年，亞利桑那州呼吁對超過150MW的天然氣發(fā)電廠進行暫停一年運營，因為它評估可再生能源和儲能系統(tǒng)，以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，但最近一項科學家聯(lián)盟的研究表明，該州不需要再建造天然氣發(fā)電廠來滿足2030年預計的能源或可靠性需求。相反，能源需求可以通過可再生能源加上儲能、能效措施和負荷轉移來滿足。馬薩諸塞州、紐約州、俄勒岡州和新澤西州都有強制性的可再生能源和儲能目標，以便在他們尋求綠化電網時實現(xiàn)資源組合的多樣化。因此，可以合理地假設可再生能源的產能將繼續(xù)快速增長，并且儲能部署也隨之增長。

加州鋪平儲能部署道路

加利福尼亞州是美國電網規(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設施來應對阿里索峽谷天然氣泄漏事故導致的電力不足。儲能系統(tǒng)的采購和調試的時間不到八個月，證明了可以部署儲能的速度和效率，有效地緩解了電力可靠性問題。最近，為南加州愛迪生(SCE)公司電網設計的262MW天然氣發(fā)電廠以取消普恩特電力項目，加利福尼亞國際標準化組織愿意將可再生能源、分布式能源和儲能結合起來，作為燃氣發(fā)電的可行替代方案。

2018年9月，加利福尼亞州公用事業(yè)委員會(CPUC)發(fā)布了一項公眾征求意見的決議，批準太平洋天然氣和電力公司提交的申請，尋找批準歷史上最大的電池儲能項目的采購(裝機容量為567.5MW，4小時儲能)。目的是取代三個燃氣發(fā)電廠，否則這些發(fā)電廠將需要實施可靠性必須運行(RMR)合同。如果得到加利福尼亞州公用事業(yè)委員會(CPUC)的批準，這些儲能資產將在2020年上線運營。這一趨勢很明顯：儲能系統(tǒng)可以經濟地整合，在某些情況下，可以取代天然氣發(fā)電廠。

隨著2018年9月加利福尼亞州參議院100號法案的通過，加州政府的法律現(xiàn)在要求到2045年為終端客戶和州機構采購的電力100%為零排放。這一具有里程碑意義的立法已經啟動了一條有保障的儲能和可再生能源成為加州的主要能源供應通道。迄今為止，加利福尼亞州在美國制定了最高的清潔能源目標。

除了諸如SB 100之類的立法之外，還有幾個因素有助于加速儲能技術的采用，以作為增強、優(yōu)化和潛在替代然氣發(fā)電廠的一種手段，在加利福尼亞州當然還有更多。

•與建造新的天然氣、核電站或煤電廠相比，儲能部署既快捷又便宜。平均來說，建設天然氣峰值電廠需要三年時間;相比之下，特斯拉公司的裝機容量為100MW的Hornsdale儲能設施在100天內完工。此外，為應對阿里索峽谷天然氣采購約100MW的儲能容量在8個月內完成。

•儲能設施為紐約市、南加州和墨西哥巴哈半島等地區(qū)日益增長的成本高昂電力容量和輸電需求提供了快速、清潔、低成本的解決方案。

•儲能的價值主張超越了可分配的電力，因為它還可以提供經濟高效、高度響應的電壓支持、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(tǒng)優(yōu)化現(xiàn)有發(fā)電廠

2017年，美國近32%的電力來自天然氣發(fā)電廠，比其他單一能源都要多，其次是煤炭發(fā)電。隨著可再生能源的增長和煤炭發(fā)電的逐步淘汰，新的和現(xiàn)有的天然氣發(fā)電廠將需要變得更快、更靈活，儲能系統(tǒng)可以在管理電網變化方面提供電力補充，同時在不危及可靠性的情況下與可再生能源價格下降相競爭。將儲能系統(tǒng)與新的和現(xiàn)有的天然氣發(fā)電廠相結合可以顯著提高其速度和靈活性，從而提高效率和降低排放。儲能的集成使天然氣發(fā)電廠能夠在不影響可靠性的情況下立即關閉，并使其在開通運營時以最佳效率運行。這對于位于貧困社區(qū)附近的發(fā)電廠尤其重要，因為這些地區(qū)的優(yōu)先事項是加快減排。

這種混合部署設施已經被部署為在南加州愛迪生(SCE)公司的Norwalk發(fā)電廠和Rancho Cucamonga發(fā)電廠使用由Wellhead電氣公司和通用電氣公司開發(fā)的混合動力燃氣輪機技術(EGT)。這兩個發(fā)電廠都處于貧困地區(qū)。將現(xiàn)有發(fā)電廠與儲能系統(tǒng)混合部署的優(yōu)點是：a)由此產生的混合部署可以提供許多與獨立儲能系統(tǒng)相同的可靠性屬性，而不會采用化石燃料;b)它可以提供在電網緊急情況期間在特定位置提供電力所需的無限持續(xù)時間; c)符合南加州愛迪生(SCE)公司的當?shù)厝萘恳蟆?/p>

事實上，混合天然氣發(fā)電廠非常有效，以至于南加州愛迪生(SCE)公司已經記錄在案，表明混合動力燃氣輪機技術(EGT)技術的凈現(xiàn)值(NPV)最高。

隨著時間的推移，電池儲能系統(tǒng)得到增強，從而優(yōu)化現(xiàn)有的電網互連能力(另一個有價值的電網資源)，最終只將燃氣發(fā)電廠用作應急備用資源。在需要基本負荷發(fā)電的地方，這些發(fā)電機可以轉換為使用可再生能源氣體，如沼氣或氫氣(加利福尼亞州的SB1369法規(guī)將其正式定義為一種儲能方式)。這一過渡到主要由儲能和可再生能源以及所有可再生天然氣發(fā)電運營的電力部門的過程已經開始。

隨著人們邁向更可持續(xù)的未來，儲能設施將通過使包括發(fā)電廠(天然氣和可再生能源)在內的各種現(xiàn)有資產以更具成本效益和更強大的功能運行來提高電網的穩(wěn)定性，同時降低能耗、溫室氣體和污染物的排放。