廉价风能将煤赶尽杀绝？煤矿转生成为抽蓄储能场

为了减少二氧化碳排放，许多发达国家力推政策补贴，发展绿能取代燃煤，不过，随着风能成本快速下降，如今即使没有政策补贴，风能也能与燃煤堂堂竞争，因而可能将燃煤发电赶尽杀绝。但是煤矿也不是只能就这样成为废弃矿坑，在绿能发展增加储能需求下，德国与美国都正在发展利用废弃煤矿的技术，将煤矿“转生”成为抽蓄水力发电的储能设施。

2017 年 3 月，穆迪(Moody’s Investors Service)发布新绿能报告“报酬基础风能发电为可再生能源添加新动能”(Rate-Basing Wind Generation Adds Momentum to Renewables)，认为即使奥巴马的洁净能源计划(Clean Power Plan)即将遭到川普终结，仍然不影响风能横扫全美，可能消灭高达 56 吉瓦(Gigawatt)发电容量的燃煤发电厂。

该报告的共同作者指出，如今推动绿能的动力，已经不是环境理由，而是纯然的经济因素，虽然对消费者来说，有更廉价的洁净能源来源是件好事，但电力公司并不是因为出于善心才前进风能，而是因为发展绿能更有成本效益。

报告检视当前美国中西部与大平原区，扣除德州与伊利诺斯州的 15 个州，总共 87 吉瓦发电容量的燃煤电厂，发现其中有 56 吉瓦发电容量的电厂，将面临风能的严峻挑战，据穆迪报告指出，大平原区的风能平均电力采购价格，为每度电 0.2 美分，相对的，燃煤发电的平均营运成本，含燃料成本、营运与维护成本，以及资本成本，总计每度电约为 0.3 美分。

扣除美国对风能的 PTC 补贴后，大平原区风能平均电力价格将从每度电 0.2 美分回到 0.4 美分，然而，风能成本持续下降，燃煤成本却正在上升，在这两股趋势下，穆迪认为，即使没有政策补贴，双方成本很快就会黄金交叉。

在经济因素推动下，许多电力公司不仅积极淘汰燃煤发电厂，更加速把风能纳入其报酬基础中，例如在科罗拉多州，Xcel Energy 宣布将于 2018 年斥资 10 亿美元投资兴建 600 百万瓦(megawatt)发电容量的风场。当风能越来越普及，由于营运成本上的考量，电力公司在自有风能与燃煤发电厂之间，会优先选择变动成本较低的自有风能资源，使得燃煤发电厂的利用率下降，容量因数也因此下降，容量因数下降将导致单位发电成本相对上升，使得燃煤发电在竞争态势上更为不利。

过去认为受限于风能的所谓不稳定性，电网中风能比例有上限，但随着风力预测能力逐渐提升，以及其他风能产业技术的进步，如今这越来越不是问题，中陆独立电网(Midcontinent Independent System Operator，MISO)与明尼苏达州商业部合作研究指出，只需升级明尼苏达州现有的输电系统，就能支持高达 40% 的可再生能源比率，不过再高就需要搭配储能设施等技术。

当风能在经济上歼灭燃煤的那一天到来，现有的煤矿又将何去何从?“转生”化身为能源储存设备，可能是出路之一。

能将环境破坏减至最低

德国北莱茵西伐利亚州 Prosper-Haniel 煤矿自 1856 年开始开采，经历 160 年岁月，预定要于 2018 年关闭，不过州长不打算让这座煤矿“鞠躬尽瘁”，关闭后还要继续利用它，将把整座矿坑注水，打造成一座 200 百万瓦的抽蓄水力发电设备，做为电网能源储存设备，可供电给 40 万用户，支持该州 2025 年可再生能源占用电 30% 的目标。

北莱茵西伐利亚州是德国人口最多的一州，贡献全国五分之一的经济产出，发电量占德国总发电量的三分之一，也是许多德国大电力公司的总部所在，包括意昂(E.ON)、莱茵西伐利亚电力(RWE)、英诺吉(Innogy)、Steag、Uniper 等。目前该州电力大多来自于燃煤发电厂，不过在德国全力发展绿能的基本国策，以及风能拉低批发电价使得德国燃煤电厂同样受到威胁之下，北莱茵西伐利亚州与煤矿的关系有了奇妙的转变。

在风能压低批发电价的情况下，德国燃煤电厂也同样步上一一关门大吉之路，目前计划有 27 座燃煤与燃气电厂即将关闭，关闭电厂的总发电容量达 6.6 吉瓦，相当于 1,300 万户家庭用电，当燃煤电厂吹起熄灯号，煤矿也只能跟着荒废，然而，风能大量灌入电网，也提升了能源储存的需求，使得旧煤矿有了转生的机会。

Prosper-Haniel 煤矿深达 1,200 米，矿坑总长度达 26 公里长，改造过后，将可注入 100 万立方米的水，在矿坑底部安装涡轮，利用矿坑深度产生的上下位能差距，改造成为抽蓄水力发电能源储存设备。

无独有偶的，美国人也想到一样的办法。维吉尼亚州也正规划要利用废弃煤矿坑，转用为抽蓄水力发电能源储存设备。维吉尼亚州煤矿坑在过去十年来关闭了数十座，地方政府因而陷入财政收入断炊，预算短缺，连学校资金都捉襟见肘，也影响其他政府业务，这样的萧条情况，是川普大力主张恢复煤矿业的原因。

然而即使川普将奥巴马的减碳政策全盘废除，当风能已经与燃煤成本黄金交叉，将大举歼灭燃煤发电时，煤矿坑的复兴之梦也只能幻灭，不过，煤矿坑可在新能源时代发挥新的作用。为了整合风能、太阳能，产生庞大能源储存需求，让煤矿坑有了新生。

目前抽蓄水力发电仍然是人类储存能源成本最低的选项之一，抽蓄水力发电储能的好处是，水抽到高处以位能储能，能源不会像电池一样逐渐衰退，而发电时能取回 85% 能源，回收率也算不错，唯一的缺点是，能源密度太低，要储存一颗 AA 电池的电量，就得将 100 公斤水提升 10 米高。这表示，若要以抽蓄水力发电为国家的主要能源储存规划，那必须要建设非常多水坝，以创造大量储水空间，这与现在的保存自然的环保意识相冲突。

使用已经破坏环境的矿坑来当作抽蓄水力发电的上下池，不仅可节省建设水坝的预算，也能将环境破坏减至最低，在明尼苏达州，曾研究将已废弃铁矿坑改建为抽蓄水力发电能源储存设备，不过，铁矿坑的铁锈可能会威胁到设备的疑虑，煤矿坑较无此一问题。维吉尼亚州以外，加州也正在做类似尝试。

煤矿坑用于抽蓄水力发电还有一些有待验证之处，包括必需位于稳定的地质，以免灌水后发生崩塌，矿坑中的铁含量多少以下才适合，以及新技术总是需要经过一定学习曲线，才能知道最终成本为何。不过美国产煤州、郡对这项技术抱持乐观态度，每座“转生”的煤矿坑，预计可提供 10~15 个高收入工作，还能为地方创造额外税收，解决地方失业与财政的燃眉之急。

美国中西部煤矿大州，经常也是风能大州，若煤矿坑都能转生为抽蓄水力发电能源储存设备，来支持风能，走入死胡同的煤矿产业与产煤区域，可说有了意想不到的新生机会。

延伸阅读：

煤矿首次被用作储能设施 德国将矿井转为巨型蓄电池