能源知識庫

摘要
再生能源成本不斷降低，但礙於太陽不會全日照，風不會終日吹，這些再生能源的變動性問題亟待克服，各廠商無不卯足全力拼儲能。

位於美國內華達州的新月沙丘太陽能電廠(Crescent Dunes Solar Energy Plant)，堪稱全球規模最大的熔鹽儲能電廠。Solar Reserve以熔鹽儲存太陽熱能，白天利用日光把鹽加熱至攝氏232.2度，常保液態，日落後10小時之內，熔鹽可釋放潛熱製造水蒸氣發電。但是，此項技術成本仍高居不下。

LightSail Energy公司以壓縮空氣完成數小時或數天的儲能，利用多餘電力啟動大型空氣幫浦儲備壓縮空氣，等到電力吃緊時，再釋放壓縮空氣發電。

日本住友電氣工業推出的是新款液流電池(Redox flow battery)，電容量相當於500度電，強調更高的能量密度與安全性，而且全系統可以用貨櫃車或船運輸，施工簡便。

根據富士經濟(Fuji Keizai)研究顯示，電力公司用大型蓄電池的全球市場規模，2025年將達43.53億美元，是2015年的4倍，大量採用再生能源與智慧電網的國家是主要的市場。

評析

再生能源在全球持續高度發展，特別是變動型再生能源(Variable renewable energy, VRE)(特別是風力及太陽能)，國際焦點愈來愈關心電力系統的穩定性及併網成本分擔。其中，儲能技術是解決變動性再生能源可靠性的長期重要技術發展。

目前儲能技術應用於變動性再生能源，除了電力穩定供應的效益外，另外，其他附屬效益包括負載平衡，延緩電網投資及創造電力系統業者價格套利的操作可能性。

目前在眾多的大型電力儲能技術型態中，90%以上容量是以抽蓄水力為主，技術也是處於商業化階段。空氣壓縮儲能、鈉硫電池(NaS)及鋰離子電池仍處於技術示範階段。至於液流電池的技術成熟度則是介於研發及示範的臨界。(如附圖1所示)
 

附圖1、大型電力儲能技術定義及成熟圖 [5]

假設每種技術的計算基準設定：最大的放電循環次數(maximum number of full discharge cycles，儲能技術設定的循環放電次數愈高，成本愈低)，不考慮特定搭配應用(例如：風力或太陽光電)，各類型大型電力一般化儲能技術均化成本(2015~2030年)(如附圖2所示)，鋰離子電池與液流電池的每度電均化成本變動縮小幅度最大，這二類電池目前處於示範階段的技術，將於2030年形成在均化成本競爭的技術。空氣壓縮儲能技術的均化成本幾乎與抽蓄水力相當，但是，未來均化成本有可能被鈉硫電池、鉛酸電池、熱化學電池或飛輪技術(flywheels)等超越。

附圖2、2015~2030年各類電力儲能技術一般化均化成本(maximum number of full discharge cycles)比較圖 [5]

附圖3顯示搭配太陽能的儲能技術均化成本(儲能操作設定在每天充放，6小時放電(daily cycles and six hours discharge time at rated power))，2015年的空氣壓縮及熱化學技術是目前最競爭的技術，約在50~200歐元/MWh（1.85~7.4 NT/kWh）；其次是電化學技術約在200~400歐元/MWh（5.4~10.8 NT/kWh）。2030年電池技術會具有更大的競爭力，均化成本約在100歐元/MWh（2.7 NT/kWh）。

附圖3、搭配太陽能的儲能技術均化成本比較圖 [5]

附圖4顯示搭配風能的儲能技術均化成本(儲能操作設定在二天充放，24小時放電(two-day cycle structure and 24 hours discharge time at rated power))，搭配風能的儲能技術均化成本顯然高於搭配太陽能的儲能技術，主要原因除了充放循環次數、電能比(energy to power)及用途性(儲備(reserve)或頻率調度(frequency response)) 等差異性。
 

附圖4、風力搭配儲能技術的均化成本比較圖 [5]

臺灣在儲能電池研發目前有突破性發展，工研院與史丹福大學合作研發「可高速充放電鋁離子電池」，強調低成本、高安全性、高效率、可快速充放電7,500次以上，這項技術目前已申請美國及臺灣專利，未來可取代傳統鉛酸電池，應用在風力及太陽能發電的儲能，成為下一代儲能新星。[3]

臺灣新政府上台的能源政策走向再生能源發電高占比的趨勢，估計再生能源裝置容量由現行規劃目標2025年的12,513MW(占總發電比例9.5%，其中變動型占5.7%)，拉高至21,302MW(占總發電比例20%，其中變動型占12.3%)[4]，已經超過國際再生能源總署設定的變動型再生能源在10%以上，若没有充分的電網基礎設施，可能會產生棄電現象。由此可知，未來新政府拉高再生能源發電占比，若針對變動型再生能源併網管理没有完整的配套措施，將會產生如日本及中國大陸的棄電現象。短期內雖然台電已經積極規劃強化電網連結及需量反應措施，然而，長期應積極朝向併網平衡解決方案，如智慧電網及搭配先進的電池儲能技術，並持續關注再生能源區域熱電及運輸整合應用技術發展。

參考資料
[1] 再生能源廠商力拼儲能新技術，電子時報，第5版。

[2] 針對蓄電儲能需求，日廠推低價高效能電池，電子時報，第5版。

[3]鋁鋰子電池1分鐘充飽，自由時報，2016.04.10。

[4] 新政府綠電目標,聯合新聞網，2016.04.15。

[5]WEC, E-storage: Shifting from cost to value-wine and solar application, 2016.01.14.