德國萊因TÜV 分散式電網 電化學 鋰電池 儲能 TÜV 智慧能源

削峰填谷與分散式電網興起 儲能產業化2020年上路

2018-05-14
隨著太陽能發電及新能源技術的發展,電力市場對電力儲存的需求越來越大,儲能被視為未來能源業的明日之星;台灣以ICT產業的基礎,切入歐美市場,並從儲能模組與系統服務切入,或許是個不錯的突破點。
時序剛進入4月,台灣氣候還屬於春天後期的乍暖還寒,不過已陸續出現30度以上高溫,同時進一步帶動用電量,出現3,000萬瓩的用電高峰,單日電力備轉容量率僅有5.22%,電力燈號再度亮起代表供電警戒的「橘燈」。由於生活品質與經濟發展的需求,儘管節約能源的口號已經高喊數十年,但電力需求卻不減反增,如何更有效率地使用電力,「儲能」概念因此興起,逐漸成為未來幾年的重大趨勢。 

現代人的生活與電力關係緊密,幾乎不可一時無電,2011年日本311大地震造成近年最嚴重的核能危機,也促成台灣的非核家園政策,既要用電又希望環保大概是近年各國政府都相當頭痛的施政重點。然而電力的使用有非常高度的尖峰集中性,因此「削峰填谷」成為未來電力應用的發展重點,儲能就是這個概念下最重要的手段之一,透過儲能技術加強電力管理,讓用電更有效率,減少暴起暴落的用電與發電情況。 

隨著太陽能發電及新能源技術的發展,電力市場對電力儲存的需求越來越大,太陽能、電動車、新能源的大規模發展都需要儲能技術支援,儲能被視為未來能源業的明日之星。短期內儲能的應用市場主要視商用、家用、電力政策、智慧微電網、能源網路的成長性而定。截至2017年,全球儲能專案累計裝機規模為 175.4GW,年成長率達3.9%。未來儲能發展空間大、潛力無限,價格是儲能進入商業應用的關鍵。 

新能源與儲能密不可分 

目前儲能方式分為:抽水蓄能、壓縮空氣儲能、熔融鹽儲能、飛輪儲能與電化學儲能等,其中以類似台灣日月潭明潭發電廠發電方式的抽水蓄能最普遍。不過抽水蓄能的發展受地理和自然資源條件的限制,長遠來看,抽水蓄能的開發潛力和規模成長受限;而電化學儲能技術也就是我們熟知的電池,受地理和自然資源條件的限制較小,僅管現階段裝機規模不大,但開發速度較快,發展潛力大。 

圖1 德國萊因大中華區太陽能及燃料電池部門總經理李衛春表示,儲能是透過相應介質儲存能量,需要時再釋放的過程。
德國萊因TÜV在太陽能產品檢測和認證領域擁有超過35年的經驗,全球80%以上的太陽能模組製造商都曾經在德國萊因的實驗室中測試,該公司大中華區太陽能及燃料電池部門總經理李衛春(圖1)表示,儲能是透過相應介質把能量儲存起來,在需要的時候再釋放出來的過程。儲能是能源的硬碟,就像電腦硬碟用來儲存資料,再生能源如太陽能和風力等,幾乎都具備發電量不穩定的問題,新能源要成為綠色的智慧能源,智慧能源管理更加重要,而儲能就是最重要的一環。 

在現階段儲能概念被各方接受,即將開始發展並形成產業的過程中,李衛春強調,政府政策扮演重要的推手,各國政府紛紛祭出優惠補貼政策,鼓勵新能源發電結合儲能技術的開發利用。其中,中國、德國和美國由於儲能政策支持,是最被看好的全球前三大市場。中國國家能源局於2016年6月,發布《關於促進電儲能參與「三北」地區電力輔助服務補償(市場)機制試點工作的通知》,2017年10月發布《關於促進我國儲能技術與產業發展的指導意見》。 

德國也積極發展儲能應用,並推動30kW以下用戶的補貼,鼓勵一般民用的儲能,德國是全球儲能市場最成熟的國家,從政策與環境推動產業發展。另外,美國是2017年全球電化學儲能累計裝機規模最大的國家,占全球總量的27.7%。美國儲能市場中,工商業用戶側儲能應用和調頻輔助服務儲能應用最具代表性,應用比例分別為8%和38 %。除了鼓勵性質的補貼之外,李衛春認為,季節電價與時間電價的實施,發電、電網、售電等推動產業化,有助電力產業基礎完善。 

儲能普及關鍵為降低成本 

儲能現階段在歐美地區接受度較高的另一個原因為成本。歐美電業自由化多年,電價一般較高,時間電價的差距也大,尤其是電廠/電網與商業用戶,對儲能接受度很高。環保新能源的發電概念與過去不同,太陽能與風力都不像過去建一個電廠集中發電,因此,分散式電網的概念逐漸風行,尤其2017年全台大停電,突顯集中式電網供電系統脆弱的問題,分散式發電與供電方式一時熱度大增。 

事實上,「分散式電網」是指在需要用電的區域附近,設置各種發電設施,例如太陽能板或小型風力渦輪,就近供應住宅、商辦、工業設施或大學校園的用電。分散式電網不僅能將潔淨又可靠的電力供應給更多民眾,還可減少輸電過程中的電力耗損。其他常見的分散式電網包括水力發電、生質燃燒(Biomass Combustion)、天然氣的燃料電池(Fuel Cell)等。 

儲能產業要能健康地發展,除了早期政策性的扶植之外,市場的接受度更是關鍵,李衛春直言,儲電成本能夠合理下降絕對是重點,過去幾年1kW的電池約350美元,這兩年因為電動車的興起,電池產業高度發展,2018年同樣容量的電池成本已經下降到220~250美元,預計2020年可以降低到150美元,屆時儲能的經濟效益就會越來越突顯,並帶動儲能市場蓬勃發展,儘管其中還有些技術與商業的挑戰需要克服,不過2020年預計將是儲能產業商業化元年。 

而在使用電池的電化學儲能當中,主要以電池做為儲能媒介,包括鋰離子電池、鈉硫電池、鉛蓄電池、液流電池、超級電容等(圖2),其中鋰離子電池應用最為廣泛占76%。與其他傳統蓄電池相比,鋰離子電池優點包括:高安全性、環境適應性強、對環境影響低、高儲能效率、高能量保持與恢復能力、高充放電次數、低維護成本、電池輸出電壓平穩、原料資源豐富等。 

圖2 2017全球電化學儲能技術分布及比重
資料來源:中關村儲能產業技術聯盟資料庫;德國萊因TÜV

按照外形、應用領域和正負極材料等分類方法,鋰離子電池已在市場中演變出了各種型號和規格的產品,按其正極材料劃分,可再進一步將鋰離子電池劃分為磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池和鎳鈷錳酸鋰電池等。 

布局儲能市場此其時也 

據預測,全球電網側儲能市場的規模將從2017年的1158.8百萬瓦(MW)成長到2026年的30472.5MW。包括美國、中國、印度、澳洲、英國、日本、德國、加拿大、義大利、韓國等國家都積極投入發展。彭博新能源發布Energy Storage Forecast 2016~2030研究報告,預測全球儲能市場規模將實現雙六倍(Double Six Times)成長,達到125GW/ 305GWh。並將吸引1,030億美元投資於技術,支援產業規模擴大。 

這些投資也將帶來許多新的商機,以台灣的產業而言,過去台灣的電力屬於國營事業,自由化程度低,產業狀況也相對封閉,發電、電網、售電都是一條鞭地由台電掌握,所以並未培養這類的產業鏈。然而,掌握全球的發展契機,以台灣ICT產業的基礎,可切入前述發展較快、需求較大的市場,李衛春指出,目前全球主要鋰電池供應商都在亞洲,台灣廠商有地緣優勢,從儲能模組與系統服務切入,或許是個不錯的突破點。 

而儲能產業目前還在醞釀,未來產業發展將從B2B逐漸往B2C擴展,從導入時間來分析,最近兩年應該是電廠/電網的儲能系統導入期,先從發電端導入,再往用電端發展,而用電端也會先從商用端率先導入,例如工廠、賣場、商辦等大型商業用電戶,最後再普及到一般消費者的社區、家庭,而商業模式則是這段期間的發展重點。 

在儲能系統的永續發展上,李衛春表示,須考量安全性、經濟性、可靠性、高效性和環境友好性等五個方面。其中,安全性是最重要的指標,也是所有儲能系統的評價基礎,包括電氣安全、電池安全、功能安全、運輸安全、電磁相容、環保和併網介面保護等方面。他強調,德國萊因TÜV多年的經驗,可以協助台灣廠商在布局此一潛力市場時,確保儲能產品的安全及可靠度,以順利在產業鏈找到利基點。

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