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安全耐用的電網儲能技術-液流電池

2015/02/05 經濟部能源局 點閱人次: 1263

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撰文/魏華洲、周宜欣、許績興、陳世南、核能研究所、經濟部能源局

當邁入智慧電網時代,具有緩衝及調節功能的儲能系統成為不可或缺的重要角色,其中能有效提升再生能源供電穩定度的液流電池,將顛覆大家對電池的想像。

為什麼需要電網儲能?

隨著各國再生能源發電政策的推行與再生能源技術的快速發展,太陽能發電與風力發電等裝置容量日益增加,但再生能源發電具有隨機性、間歇性供電與季節性等問題,若要規模化發展,就必須優先解決其對電網帶來的衝擊。以德國為例,從圖1可見其1個月間的用電需求變化以及再生能源(如太陽光電或風力發電)的發電量,整個電力供需間存在每天或每個時間區間之差異,在不穩定性來源增加時將加重整體調度的困難。

儲能系統作為緩衝電力的功用,可以快速反應電網負載變化,進行電能平移、調頻、穩壓等,提高再生能源併網比例及滲透率。除穩定再生能源外,儲能系統還可以降低最大用電尖峰,以延緩新建機組、延緩輸配電設備升級、增進現有機組運行穩定性,從而節省燃料消耗、減少溫室氣體排放及降低電力系統生產成本,並能提供備用電源、緊急用電等諸多效益。

目前國際間雖仍持續進行儲能應用的效益評估,以明確儲能電站能實現的所有效益,惟儲能系統應用及發展對未來電網轉型或再生能源發展將具有關鍵地位。

圖2係根據電力系統所處環節之儲能系統功率規模及儲能系統可以作用時間,並依據應用需求及儲能系統特性進行區分。例如大型發電端長時間能量平移需求可以選用水力抽蓄或壓縮空氣儲能等技術;調節頻率可以選擇超級電容、鋰離子電池等技術。

它是電池,但更像一座電化學工廠

液流電池(redox flow battery)與一般熟知的鋰離子電池或鉛酸電池最主要的差別在於結構的差異,傳統電池輸出功率/儲電容量約為定值且包封於密閉外殼中,大型液流電池儲能系統則像是一座電化學工廠。以圖3為例,液流電池一般可以區分為3部分:

1.電池模組或電堆(stack):主要決定輸出功率,可以透過設計電池組數增加及面積增加來調整所需電壓或電流。

2.電解液(electrolyte):主要決定儲存電能容量,可以透過不同活性物質選擇、濃度及添加劑等來改變儲能容量。

3.系統控制周邊:由於液流電池電解液需要通過電池模組的介面才能發生反應,因此需要周邊泵浦、管路、感測器及控制系統的幫忙。

自研自製,儲能新希望

在現有電網應用電化學儲能系統中,液流電池家族裡的「全釩液流電池」是安全性最高、充放電操作周期數最長(5,000至20,000次)的1種,同時具有功率/能量彈性設計、運轉與擴充彈性大等特點,能有效應用於穩定再生能源大規模設置時使用,目前國內研究團隊(核研所、工研院及相關國內大專院校)在能源局計畫經費支援下,已建立核心設計能力,並於去(103)年完成原型儲能系統建置(如圖4),導入國內微型電網場域進行示範應用。

未來配合國內智慧電網總體規劃發展,澎湖等離島將作為儲能示範場域,透過示範場域建置儲能測試平臺及導入由國內研發、製造的儲能系統,除可提供國內廠商進行儲能技術、併網控制技術及電能管理控制技術之驗證外,亦能整合液流電池材料及組件供應鏈,藉由示範型儲能系統建置及測試實績,擴展國內儲能相關業者技術版圖,爭取海外市場。


關鍵字:儲能,再生能源,間歇性供電

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