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改變能源使用的儲能世界

2016/09/05 經濟部能源局 點閱人次: 1949

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撰文/鍾嘉雯
受訪/工研院綠能與環境研究所 王人謙副所長
資料提供/工業技術研究院

據美國能源部(Department of Energy, DOE)儲能資料庫統計,到2015年3月,全球已有1,236個儲能示範計畫,總儲存容量為184.5GW。各國紛紛投入儲能市場,與再生能源的積極發展有著莫大的緊密關係。風能、太陽能等間歇性變動能源,考驗著供電的穩定與安全。我國在這場儲能科技競賽中,該採取什麼策略?

再生能源發展關鍵:儲能

聯合國氣候變化綱要公約第21次締約國大會(COP21)後,全球簽下了《巴黎協定》,為達到增溫少於2℃的挑戰,各國再生能源的發展將越來越快速!

我國再生能源發展目標為2025年達總發電量20%,就目前看來,這是極具挑戰性的任務。再生能源看天發電,短至幾分鐘內的陰晴轉換將造成太陽能發電輸出不穩定,長至季節性的冬季強風、夏季少風則挑戰了風力發電的穩定性,要讓電網容納變化多端、間歇性發電的再生能源,維持電力的穩定供應,將是現階段的重要目標。

從發電、輸配電到用戶端,儲能的應用多端,儲能系統可以從發電端削峰填谷,調配不均衡的電力負載,減少備載容量需求。也能在輸配電系統中管理電力品質、提高再生能源比率,同時還能維持供電的穩定度與可靠度,緩解輸配電之壓力。在用戶端,過往常見使用大型不斷電系統(UPS)進行儲能,避免斷電造成設備之損耗;搭配分時電價,離峰時以儲能系統存取電力,保留至電費較高的尖峰時段使用,也能降低用戶的電費支出。

儲能的國際競賽

儲能未來市場商機將非常龐大,據麥肯錫顧問公司(McKinsey Global Institute)預測,2025年儲能應用的潛力將達900億美元,電動車或混合動力車將占總汽車銷售量40%以上,若儲能技術發展迅速,電動車或混合動力車可能占總汽車銷售量達100%,而儲能應用潛力甚至可高達6,350億美元;電力市場中35~55%將使用太陽能加上儲能系統;電網的儲能頻率調節也將更有效率、成本更低,儲能已經是各國不可或缺的發展項目。

工研院資料指出,目前主要幾大國家都提出儲能來搭配再生能源發展,以使國家的能源更有競爭力。美國歐巴馬政府支持綠能產業,DOE對儲能設備亦是重點扶持,近期結合太陽能與儲能併用的「SHINES」補助計畫,以電力、電網公司及學術單位為主幹,提升了再生能源與儲能相關業者結盟意願;而Panasonic 與特斯拉(Tesla)公司在美國設立鋰電池工廠,將進一步降低鋰電池的成本,增加其電動車的競爭力。

中國大陸與日本急速發展再生能源產生的併網問題,使得中國大陸積極投資大型定置型儲能,開採釩礦,帶動海內外液流電池廠投資;日本一方面適度調整、暫停電力併網,另一方面也在東北、九州等地試行示範案,調節地區電力、試著以儲能系統提高併網系統量。

工研院綠能所王人謙副所長認為,政府的獎勵機制對儲能的發展非常重要。日本於福島核災後,推動「定置型鋰離子蓄電池引進支援事業補助金」,並進一步發展分散式能源系統;美國在2009年「復甦與再投資法案」投入1億8,500萬美元支持16個儲能示範計畫;德國2013年通過太陽光電系統(<30kW)之儲能設備補貼共2,500萬歐元,每1kW的太陽光電系統就給予660歐元儲能設備補助,增加小型太陽光電系統滲透率的同時,也讓儲能設備更有發展空間。

抽蓄水力獨占鰲頭,電池儲能後勁看漲

放眼全球儲能裝置容量現況(上圖),最大宗的儲能還是抽蓄水力,累計與規劃中之總裝置容量高達118GW。據國際再生能源協會(IRENA)統計,抽蓄水力占目前儲能的99.12%,抽蓄水力電廠發展較早且價格便宜,但受限於地理條件,且容易對水文、地質環境造成衝擊,未來的發展性較低。

目前各國積極發展主要為電池儲能技術,根據IEA分析,目前如鈉硫電池與鋰電池都已進入示範計畫的部署階段,商業化遠景可期。跨國企業如特斯拉公司在2015年5月推出Powerwall鋰電池儲能系統,6天內就收到38,000份家庭訂單、2,500份企業訂單,在小型儲能方面已有市場,也是我國產業可積極發展的目標。

王人謙副所長認為,以我國地理環境之條件,抽蓄水力的發展有限,我國目前既有的大觀、明潭等抽蓄式水力電廠,可滿足離岸風電日夜供需不平衡的能量轉移需求,不過在再生能源大量發展的未來,不占面積、不受環境因素影響的電池,才是更有發展空間的儲能技術。

改變使用能源的方式

王人謙副所長認為,目前我國鉛酸電池與鋰電池之產業技術已趨近成熟,可尋求國際大廠合作,參與國內示範場域,未來有機會共同爭取國際標案。「工研院發展鋰電池已經20幾年,我們臺灣也做很多後端的特殊電池,在技術方面可以朝向高端發展。」未來在電池芯部分,可持續投入開發低成本的儲能元件;在電源轉換器部分,可投入高功率半導體的元件開發,以提升我國儲能產業競爭力。

儲能技術的發展,將會改變我們使用能源的方式。在老舊電廠逐漸退役、用電需求逐步增加的情況下,我國即將面對缺電風險。填補缺口的再生能源要轉換成穩定可靠的能源,儲能技術將是關鍵、必要的一塊!電力不再是隨發隨用,而能隨時調配使用,正如特斯拉執行長伊隆‧馬斯克(Elon Musk)所言,「這將從根本上改變世界使用能源的方式。」


關鍵字:儲能,抽蓄水力,電網,電池,Tesla

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