為了減少二氧化碳排放,許多先進(jìn)國家力推政策補(bǔ)貼,發(fā)展新能源取代燃煤,不過,隨著風(fēng)能成本快速下降,如今即使沒有政策補(bǔ)貼,風(fēng)能也能與燃煤堂堂競爭,因而可能將燃煤發(fā)電趕盡殺絕。但是煤礦也不是只能就這樣成為廢棄礦坑,在新能源發(fā)展增加儲能需求下,德國與美國都正在發(fā)展利用廢棄煤礦的技術(shù),將煤礦“轉(zhuǎn)生”成為抽水蓄能設(shè)施。
2017 年 3 月,穆迪(Moody’s Investors Service)發(fā)表新新能源報(bào)告“報(bào)酬基礎(chǔ)風(fēng)能發(fā)電為可再生能源添加新動(dòng)能”(Rate-Basing Wind Generation Adds Momentum to Renewables),認(rèn)為即使奧巴馬的潔凈能源計(jì)劃(Clean Power Plan)即將遭到川普終結(jié),仍然不影響風(fēng)能橫掃全美,可能消滅高達(dá) 56 GW發(fā)電容量的燃煤發(fā)電廠。
該報(bào)告的共同作者指出,如今推動(dòng)新能源的動(dòng)力,已經(jīng)不是環(huán)境理由,而是純?nèi)坏慕?jīng)濟(jì)因素,雖然對消費(fèi)者來說,有更廉價(jià)的潔凈能源來源是件好事,但電力公司并不是因?yàn)槌鲇谏菩牟徘斑M(jìn)風(fēng)能,而是因?yàn)榘l(fā)展新能源更有成本效益。
報(bào)告檢視當(dāng)前美國中西部與大平原區(qū),扣除德州與伊利諾斯州的 15 個(gè)州,總共 87 GW發(fā)電容量的燃煤電廠,發(fā)現(xiàn)其中有 56 GW發(fā)電容量的電廠,將面臨風(fēng)能的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),據(jù)穆迪報(bào)告指出,大平原區(qū)的風(fēng)能平均電力采購價(jià)格,為每度電 0.2 美分,相當(dāng)于每度電 0.6 元新臺幣,相對的,燃煤發(fā)電的平均運(yùn)營成本,含燃料成本、運(yùn)營與維護(hù)成本,以及資本成本,總計(jì)每度電約為 0.3 美分,相當(dāng)于 0.9 元新臺幣。
扣除美國對風(fēng)能的 PTC 補(bǔ)貼后,大平原區(qū)風(fēng)能平均電力價(jià)格將從每度電 0.2 美分回到 0.4 美分,然而,風(fēng)能成本持續(xù)下降,燃煤成本卻正在上升,在這兩股趨勢下,穆迪認(rèn)為,即使沒有政策補(bǔ)貼,雙方成本很快就會黃金交叉。
在經(jīng)濟(jì)因素推動(dòng)下,許多電力公司不僅積極淘汰燃煤發(fā)電廠,更加速把風(fēng)能納入其報(bào)酬基礎(chǔ)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 600 MW發(fā)電容量的風(fēng)場。當(dāng)風(fēng)能越來越普及,由于運(yùn)營成本上的考量,電力公司在自有風(fēng)能與燃煤發(fā)電廠之間,會優(yōu)先選擇變動(dòng)成本較低的自有風(fēng)能資源,使得燃煤發(fā)電廠的利用率下降,容量因子也因此下降,容量因子下降將導(dǎo)致單位發(fā)電成本相對上升,使得燃煤發(fā)電在競爭態(tài)勢上更為不利。
過去認(rèn)為受限于風(fēng)能的所謂不穩(wěn)定性,電網(wǎng)中風(fēng)能比例有上限,但隨著風(fēng)力預(yù)測能力逐漸提升,以及其他風(fēng)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,如今這越來越不是問題,中陸?yīng)毩㈦娋W(wǎng)(Midcontinent Independent System Operator,MISO)與明尼蘇達(dá)州商業(yè)部合作研究指出,只需升級明尼蘇達(dá)州現(xiàn)有的輸電系統(tǒng),就能支援高達(dá) 40% 的可再生能源比率,不過再高就需要搭配儲能設(shè)施等技術(shù)。
當(dāng)風(fēng)能在經(jīng)濟(jì)上殲滅燃煤的那一天到來,現(xiàn)有的煤礦又將何去何從?“轉(zhuǎn)生”化身為能源儲存裝置,可能是出路之一。
能將環(huán)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(jīng)歷 160 年歲月,預(yù)定要于 2018 年關(guān)閉,不過州長不打算讓這座煤礦“鞠躬盡瘁”,關(guān)閉后還要繼續(xù)利用它,將把整座礦坑注水,打造成一座 200 MW的抽水蓄能,做為電網(wǎng)能源儲存裝置,可供電給 40 萬用戶,支援該州 2025 年可再生能源占用電 30% 的目標(biāo)。
北萊茵西伐利亞州是德國人口最多的一州,貢獻(xiàn)全國五分之一的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出,發(fā)電量占德國總發(fā)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(fā)電廠,不過在德國全力發(fā)展新能源的基本國策,以及風(fēng)能拉低批發(fā)電價(jià)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(guān)系有了奇妙的轉(zhuǎn)變。
在風(fēng)能壓低批發(fā)電價(jià)的情況下,德國燃煤電廠也同樣步上一一關(guān)門大吉之路,目前計(jì)劃有 27 座燃煤與燃?xì)怆姀S即將關(guān)閉,關(guān)閉電廠的總發(fā)電容量達(dá) 6.6 GW,相當(dāng)于 1,300 萬戶家庭用電,當(dāng)燃煤電廠吹起熄燈號,煤礦也只能跟著荒廢,然而,風(fēng)能大量灌入電網(wǎng),也提升了能源儲存的需求,使得舊煤礦有了轉(zhuǎn)生的機(jī)會。
Prosper-Haniel 煤礦深達(dá) 1,200 米,礦坑總長度達(dá) 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(chǎn)生的上下位能差距,改造成為抽蓄水力發(fā)電能源儲存裝置。
無獨(dú)有偶的,美國人也想到一樣的辦法。維吉尼亞州也正規(guī)劃要利用廢棄煤礦坑,轉(zhuǎn)用為抽水蓄能。維吉尼亞州煤礦坑在過去十年來關(guān)閉了數(shù)十座,地方政府因而陷入財(cái)政收入斷炊,預(yù)算短缺,連學(xué)校資金都捉襟見肘,也影響其他政府業(yè)務(wù),這樣的蕭條情況,是川普大力主張恢復(fù)煤礦業(yè)的原因。
然而即使川普將奧巴馬的減碳政策全盤廢除,當(dāng)風(fēng)能已經(jīng)與燃煤成本黃金交叉,將大舉殲滅燃煤發(fā)電時(shí),煤礦坑的復(fù)興之夢也只能幻滅,不過,煤礦坑可在新能源時(shí)代發(fā)揮新的作用。為了整合風(fēng)能、太陽能,產(chǎn)生龐大能源儲存需求,讓煤礦坑有了新生。
目前抽水蓄能仍然是人類儲存能源成本最低的選項(xiàng)之一,抽水蓄能的好處是,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(fā)電時(shí)能取回 85% 能源,回收率也算不錯(cuò),唯一的缺點(diǎn)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,若要以抽水蓄能為國家的主要能源儲存規(guī)劃,那必須要建設(shè)非常多水壩,以創(chuàng)造大量儲水空間,這與現(xiàn)在的保存自然的環(huán)保意識相沖突。
使用已經(jīng)破壞環(huán)境的礦坑來當(dāng)作抽水蓄能的上下池,不僅可節(jié)省建設(shè)水壩的預(yù)算,也能將環(huán)境破壞減至最低,在明尼蘇達(dá)州,曾研究將已廢棄鐵礦坑改建為抽蓄水力發(fā)電能源儲存裝置,不過,鐵礦坑的鐵銹可能會威脅到設(shè)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。
煤礦坑用于抽水蓄能還有一些有待驗(yàn)證之處,包括必需位于穩(wěn)定的地質(zhì),以免灌水后發(fā)生崩塌,礦坑中的鐵含量多少以下才適合,以及新技術(shù)總是需要經(jīng)過一定學(xué)習(xí)曲線,才能知道最終成本為何。不過美國產(chǎn)煤州、郡對這項(xiàng)技術(shù)抱持樂觀態(tài)度,每座“轉(zhuǎn)生”的煤礦坑,預(yù)計(jì)可提供 10~15 個(gè)高收入工作,還能為地方創(chuàng)造額外稅收,解決地方失業(yè)與財(cái)政的燃眉之急。
美國中西部煤礦大州,經(jīng)常也是風(fēng)能大州,若煤礦坑都能轉(zhuǎn)生為抽水蓄能,來支援風(fēng)能,走入死胡同的煤礦產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)煤區(qū)域,可說有了意想不到的新生機(jī)會。