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計劃名稱

電網級儲能系統及併網技術研發

主題名稱

電網級儲能背景與國內外現況

資料時間 2013/4/17 
上傳時間 2013/4/17 
國別 國內
能源領域 科技 經濟及產業
能源業務 新及再生能源
決策知識類別 標竿及統計數據
關鍵字 電網級儲能
 
重點摘述

電網級儲能背景與國內外現況 

為因應未來能源安全、溫室氣體排放減量等挑戰,世界各國都積極投入再生能源的開發與運用。由於受天候影響而無法穩定供應的再生能源如太陽光電或風力發電的發電佔比快速成長,電力供應與需求之間的搭配也愈來愈不容易,未來亟需電網級儲能系統提供一個穩定的再生能源電網,以滿足未來再生能源極大化的需求。目前僅有抽蓄水力電廠及空氣壓縮技術足以達到電網級儲能系統的成本目標(0.03~0.01 USD/kWh/cycle),但上述兩種技術需有特殊地形限制且須考慮環保議題,因此各國皆積極發展其他儲能技術,如鋰電池、液流電池、鈉硫電池、氫燃料電池、金屬空氣電池等化學式儲能技術;超級電容、超導、飛輪等物理式儲能及熔鹽等熱能儲存技術。

 

再生能源是否能大幅的推廣與應用與幾項重要技術息息相關,分別是預測技術、儲能技術、控制技術、發電技術、以及負載管理技術等。若能有效提升這些技術的能力,將可大量引進再生能源發電至電力系統之中。針對再生能源的發電特性,其相對應的儲能系統可建置長短期兩種儲能系統作為互補,形成所謂多層級的儲存能力。長期儲能系統設計儲存大規模的能量,而短期儲能系統儲存較小量但可快速存取的能源。舉例而言,對於某些再生能源的間斷性發電,可搭配時間響應快,瞬間輸出功率高的飛輪系統、超級電容、超導磁能儲存系統予以穩定輸出,消除輸入電網電力的瞬間起伏,提高電網可靠度及穩定性。而針對較長時間的電力調度,例如:消除一日作息的供需失衡,則可利用抽蓄水力電廠、空氣壓縮儲能系統或化學電池,達到電網電力削峰填谷的作用。

 

經濟有效的儲能系統對再生能源的助益包含:

  • 增加再生能源上網的穩定性;
  • 降低尖峰時的供電成本,進而降低電價,提供經濟效益;
  • 替代投資新的傳輸線、配電線路、以及發電廠,降低系統成本;
  • 提供有效的備載容量及電力品質改善(較發電機有更快的啟動速度) ;
  • 提供有效的負載管理機制;
  • 改善系統的可靠度、穩定度,以及電力品質;
  • 在電力市場中,大幅避免中斷能源交易,以及預測錯誤所帶來的損失,進而提供穩定的電價。

 

已經成熟或是示範中的儲能技術包括抽蓄水力電廠、壓縮空氣儲能、鋰電池、鉛酸電池、鎳鎘電池、鈉硫電池、液流電池、氫燃料電池、飛輪、超級電容等。未來儲能技術發展研發主要分為兩個大方向,即智慧電網橋接穩定電力的需求以及低成本長時間儲存的兩個方向,飛輪系統、超級電容、超導磁能儲存系統均可應用於穩定電力的需求,而抽蓄水力電廠、空氣壓縮儲能、各種化學電池則可做為低成本以及長時間儲存的技術應用。各種儲能方式的觀察重點有能量密度、充放電效率、循環效率、儲能成本等。目前各技術的主要差異在於:抽蓄水力的問題在於地形限制與環境保護問題需解決;壓縮空氣儲能也是在於其地形限制,及效率上的提升;液流電池的缺點在於能量密度低、循環壽命低;鈉硫電池需注意其安全性及高成本問題;鋰電池同樣需要降低成本以及使用安全方面的疑慮;超級電容則需要增加其壽命及能量密度。各種儲能方式均有其優缺點,但低成本、高能量密度以及長循環壽命的需求,則是能否運用於電網級儲能技術的共通性關鍵影響因素。

 

截至目前,國際上已進行或積極展開各種再生能源與儲能示範系統,舉例來說:(1) 風力發電搭配飛輪儲能系統:西班牙Canary島設置一座風力發電海水淡化系統,此為風力發電結合飛輪儲能系統的實例。此系統為一獨立電力系統:包含兩座風機(總額定容量為460 kW)、一座飛輪儲能系統(100 kVA),並將所發電力供應給八座海水逆滲透機組。在地中海周圍及島嶼上,此種風能海水淡化系統有相當大的發展潛力。(2)風力發電搭配抽蓄水力儲能系統: 西班牙Canary群島的El Hierro島設置一座風力發電-抽蓄水力系統,此系統包含額定容量為12MW的風場、額定輸出為10MW的抽蓄電廠,以及額定輸出為10MW的水力電廠。此電力系統將多餘的風力發電藉由抽蓄水力將下游的水抽至上游,並於電力短缺時將上游的水釋放發電。(3) 風力發電搭配鈉硫電池:日本青森縣建置風力發電與儲能之系統,該發電站設置了51MW的風力發電設備,搭配34MW(蓄電能力最長8小時)的鈉硫電池來穩定風力發電的功率變動。該儲能系統為17座的2MW鈉硫電池,共計34MW。夜間風力發電站所發電力儲存在鈉硫電池中,白天則結合鈉硫電池輸出和風力發電站的輸出,向東北電力公司的電力系統供電。(4)太陽能發電搭配鈉硫電池: 北海道電力株式會社於北海道稚內市建置總容量5MW大型太陽能發電系統,並結合一座1.5MW的鈉硫電池系統,用於平滑太陽能系統的輸出,提升太陽能發電之供電品質。(5)風力發電搭配壓縮空氣儲能(CAES):美國PG&E公司在美國能源部支持下,於2011年開始規劃風力發電與CAES儲能系統,預計在5年內建置4,500MW風場搭配300MW的CAES儲能系統(蓄電能力為10小時),將空氣壓縮儲存於地下多孔岩層,此計畫目前在加州選取124個可能場址,根據當地的地理條件、岩層孔隙度、滲透率、砂礫條件,岩穴耐受壓力等進行技術評估。 

資料提供者(作者)/機構 楊昌中 / 工業技術研究院/綠能與環境研究所
最後修改者 楊昌中 
聯絡電話 03-5915436 
聯絡 Email ccyang@itri.org.tw 


 
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