儲能雖小,無所不在
儲能雖小,無所不在

電化學儲能俗稱電池,存在於我們日常生活周遭,已經是一個生活必需品。它雖然小到不起眼,但是卻無所不在,新一代的智慧電力系統當中,電力級儲能也是無所不在,相較於量級龐大的電力系統,儲能的佔比還是非常非常小,它正在逐漸變大,讓我們一起來探索其中的奧妙吧!

本文章嘗試從化學儲能的產業發展趨勢出發,進一步談到鋰電池儲能,以及其無所不在的特性,提供社會大眾參考。至於位能、動能、電磁能等型態的電力級儲能,不在本文章的討論範圍內。

鋰電池儲能系統將對智慧電力系統產生重大影響

約莫在2013年至2014年之間,美國曾經有一個電力級化學儲能系統(Utility Chemistry Storage System)大戰,當時參戰的除了鋰電池以外,還有鉛酸電池(Lead Acid)、鈉化學電池(Sodium Chemistries)、釩液流電池(Flow Vanadium)、鋅液流電池(Flow Zinc)等等。

到了2017年,從實際建置情形來看,這場大戰暫時告一段落,鋰電池技術以94%的市佔率取得絕對的優勢。如果這個趨勢持續下去,可以預見鋰電池儲能系統將對智慧電力系統(Smart Power System)產生重大的影響。

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鋰電池取得94%電力級儲能系統之市佔率
圖/ 陳世芳

我在前面的專欄文章《你應該要知道的智慧電網標準地圖》中論述:儲電為必要,只是佔比不高。當時提到IEC把儲能配置在分散式能源(DER)、工業自動化、家庭與建築自動化三個項目之內。

將電力級化學儲能應用在發電與輸配電端

我們今天來談新的東西,來自於電力設備公司的觀點,他們實際推動產業發展,將電力級化學儲能應用在發電與輸配電端。

我們可以看到從2012年開始,電力級的佔比一直比住家級(Residential)與非住家級/工商級(Non-Residential)還要高,GTM Research預估一直到2022年,電力級依然是佔比最高的項目。我們可以確定,電力級儲能已經是智慧電力系統的主角,住家或工商應用只是配角。

電力級儲能的裝置容量與儲電量比較大,所以具備經濟規模優勢,同時獲得三大百年歷史電力設備公司(GE, ABB, Siemens)與電池電動車(Battery Electric Vehicle, BEV)領導公司Tesla積極推動,其安全性遠較消費性電子等級的鋰電池還要高出許多,達到電力公司之要求,建置的規模逐漸擴大。

當發電公司與電網公司已經使用,表示有嚴格的安全規範與保護措施,我們實在不用太擔心鋰電池的安全性問題。

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電力級儲能系統為主角
圖/ 陳世芳

今年,一份來自於台電綜合研究所的研討會簡報,清楚地告訴我們電力級儲能如何應用在發電端、用電端與輸供配電端。

發電端使用儲能系統可以讓再生能源的輸出平滑化;調整電網頻率(提供毫秒等級的響應速度『單位:A/ms』);提供功率(容量)補償能力。輸供配電端使用儲能系統,好處是提供備轉容量;穩定頻率與電壓;強韌電網;故障備援;電力輔助服務(Ancillary Service)等。在台電的圖片裡,原來的輸配電路上,都可以加掛能源儲存系統(Energy Storage System, ESS),這樣的設計,巧妙地把儲能融合在電網系統裡面,分散式使用儲能系統,有助於建構一個強韌的電網系統。實務上,儲能系統逐漸和各級變電站一起建置,強韌各級變電站。

我們可以在發電廠與變電站內建儲能系統,也可以在發電廠與變電站中間,找一個新的地點,設置好電力線與新的大型儲能系統。這樣彈性的作法,恰好補強過去電網建設時,所面臨的區域性不平衡問題。在某些用電比較緊張的地區,配置一個儲能系統,增加供電餘裕;在某些供電過剩的地區,發揮吸收電力,保護電網的功能。

分散式儲能系統比電力網路更具彈性

分散式儲能系統比電力網路更具彈性。強調彈性優勢的智慧電力系統,需要儲能系統來增加彈性,因此儲能是一個必要的選項,儲能的佔比越高,電力系統的智慧化效果也就越好。

台灣是一個以中小企業為主的經濟體系,中小企業的觀點常常出現在新聞媒體上,讓人誤以為這就是趨勢,但如果從統計上來看,可能未必如此。

台灣的電力化學儲能市場,目前以用電端儲能為主流,應用在手機基地台、工商用途、家用太陽能等。我們從美國電力化學儲能市場的數據看到,電力級儲能才是主流應用,而非住家或工商用。希望各位讀者不要被新聞媒體所誤導了

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儲能在電力系統當中所扮演的角色
圖/ 陳世芳

從全球市場的角度來看,儲能現在的佔比確實不高,不及1%。因為儲能系統具備提供功率補償能力的功能,市售的儲能系統皆有標示功率與發電量,所以我們可以和發電設備的裝置容量合併計算。2017年全球新增電力容量為257GW,儲能1.22GW,合計258GW。2017年全球新增電力淨容量以太陽能居第一位,達98GW(38%),後面依序是風力發電52GW(20%)、燃氣發電38GW(15%)、燃煤發電35GW(14%)、大型水力發電19GW(7%)、核能發電11GW(4%)。

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圖/ 陳世芳

電力級儲能系統和龐大的發電容量相比,小到可以忽略,可是智慧電力系統裡面卻無所不在,所以,我認為不應該把電力儲能服務歸類在輸配電網裡面,它應該是一個獨立的業種,適合放在電力供應業的下面。我們也看到儲能是必要的,雖然現在還不是那麼重要,但卻是強韌電力系統的關鍵。

如果我們有螞蟻雄兵式的儲能系統建置,假設也累積到2GW,也許缺電的問題就可以獲得緩解。如何釋放電力級儲能系統的威力,將是我這一系列文章的重點,讓我們一起來探索儲能的新世界吧!

參考資料:

[1] Dr. Imre Gyuk, Director of ESR at US DOE-OE, Dan Finn-Foley, R.A. E.S. at GTM Research 且 Todd Olinsky-Paul, Project Director at CESA, “State of the U.S. Energy Storage Industry: 2017 Year in Review,” 13 02 2018. [線上].
[2] 陳世芳【麥斯管理顧問公司】, “你應該要知道的智慧電網標準地圖,” 28 8 2017. [線上].
[3] 吳成有【台電綜合研究所】, “大型儲能系統應用案例,” 於 107年太陽光電暨儲能技術研討會, 2018.
[4] Tsvetomira Tsanova, “World adds 98 GW solar, 70 GW fossil fuel power capacity in 2017,” Renewables Now, 09 04 2018. [線上]. [存取日期: 18 04 2018].
[5] Emily Holbrook, “Report: Unprecedented Growth in the Energy Storage Market, Expected to reach 29,300 MW by 2027,” Energy Manager Today, 29 03 2018. [線上] [存取日期: 18 04 2018].

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關鍵字: #能源科技
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重塑世代的起點!BMW Neue Klasse 以傳奇之名開創未來移動新紀元
重塑世代的起點!BMW Neue Klasse 以傳奇之名開創未來移動新紀元

當前資訊爆炸與人工智慧交織的時代,全球豪華電動車壇不乏以規格參數堆疊或繁複華麗行車介面構築而起的新世代車款。然而,當諸多品牌積極將旗下新世代車款朝向「四輪電子產品」為目標發展時,百年造車巨擘 BMW 卻選擇回歸最純粹的造車目標,重新思考要如何以一款全新的車,來定義下個世代的駕馭體驗。

BMW 給出的解答,是一個貫穿品牌歷史、代表革新的名字:Neue Klasse。這不是單一車型的行銷話術,而是一場從零開始、重新定義 Software-Defined Vehicle(SDV,軟體定義汽車)的軟硬體融合革命!

拒當裝上車輪的 iPad!Neue Klasse 建置全新融合架構

將時間軸線拉回 1960 年代,BMW 曾以第一代 Neue Klasse(BMW 1500)打破典範,化解危機並確立超過半世紀的品牌榮耀。1960 年代的 Neue Klasse 是一場深刻影響汽車工業的世紀革新,精準填補了豪車與小車間的市場缺口、開創全球「運動房車」全新級距,更奠定品牌「以駕駛者為中心」的設計語彙,寫下 BMW 接下來半個世紀的靈魂藍圖。發展超過一甲子後,BMW 再次啟用「Neue Klasse」此對於品牌擁有重要意義之傳奇系列。這絕非強調行銷的懷舊或是復刻手法,而是 BMW 期望再次從歷史中汲取經驗,當產業再次面臨典範轉移之際,BMW選擇主動出擊,重新定義自身。Neue Klasse 的誕生,並非賣弄懷舊情緒,而是選擇在電動化與數位化交叉口,主動定義未來的造車標準。

1961 年法蘭克福車展上首度亮相的 BMW 1500,象徵品牌從產品到營運思維的全面轉變。當年的革新勇
1961 年法蘭克福車展上首度亮相的 BMW 1500,象徵品牌從產品到營運思維的全面轉變。當年的革新勇氣,不僅化解了企業危機,更奠定了半世紀以來豪車市場的典範。
圖/ BMW

過往,汽車或許只是將人們從 A 點運送至 B 點的交通工具;但在數位與電動化浪潮推動下,許多車廠僅將「軟體定義」理解為頻繁的 OTA 升級或介面更換。然而,BMW 認為真正的 SDV 意義,必須是造車思維的全面革新。Neue Klasse 建立在一套全新的軟硬體整合架構上,將電子電氣架構(E/E Architecture)、電驅技術、數位互動與永續生產全面重構。BMW 不是被動的將新科技「塞入」舊車殼,而是從基礎的運算邏輯出發,打造一套能持續進化、且品牌靈魂不滅的新世代移動工具。

簡而言之,Neue Klasse 象徵 BMW 從產品設計、電驅科技、數位互動到生產思維的全面重塑,成為開啟下一個純電百年的關鍵轉型起點。

解開多螢幕堆疊的產業迷思!「全視域顯示系統」重構人機介面

Neue Klasse 如何道出品牌自身對於 SDV 的重新解讀,可以從座艙科技介面談起。當前新能源車市場普遍陷入「多螢幕競速」的迷思,過多、過大的螢幕與複雜的子選單,反而導致駕駛人注意力嚴重分散,成為當代人機介面(HMI / UX)於設計面與使用面向的重大痛點。

BMW 秉持駕馭至上的造車理念,在 Neue Klasse 架構下研發出顛覆性的座艙科技:「BMW Panoramic Vision 全視域顯示系統」。

此項技術突破性的將前擋風玻璃下緣全寬度轉換為高解析度顯示區域。結合 3D 車況抬頭顯示器與駕駛導向懸浮中控螢幕,所有關鍵行車資訊都精準投影於駕駛者最自然的視線水平線上。

配合零層級架構的介面設計與獨家專利塗層,即便在強光直射或戴墨鏡下也能清晰判讀。BMW 運用極致的人體工學與投影技術,將科技巧妙隱形於駕駛體驗之中,讓資訊傳遞回歸直覺與安全。

iX3 橫跨前擋風玻璃下緣的 BMW 全視域顯示系統、微傾向駕駛者的懸浮中控螢幕,配合超感智慧方向盤,實現
iX3 橫跨前擋風玻璃下緣的 BMW 全視域顯示系統、微傾向駕駛者的懸浮中控螢幕,配合超感智慧方向盤,實現「眼不離路、手不離盤」的直覺式駕馭體驗。
圖/ BMW

單一超級大腦即時協調!「Heart of Joy」打造極致動態控制網

傳統車輛的動力、煞車、懸吊與轉向,通常由數十個分散的控制單元(ECU)各自運作,彼此間訊號傳遞的延遲,往往成為純電時代限制操控靈敏度與順暢感的原因。

Neue Klasse 徹底打破這種分散式邏輯,導入了四組中央集中式「超級大腦」。其中,掌管駕馭靈魂的 Heart of Joy 駕趣核心,實現了高達 10 倍的運算速度提升。而這,更是 BMW 重新定義 SDV 的最佳體現。

「10 倍速」背後的真正技術價值,在於 BMW 將底盤控制、動力分配、煞車煞停與轉向演算法,全部整合至同一個高效能系統內進行同步運作。每秒進行高達 1,000 次的超高速精密運算,讓前後軸馬達輸出與動能回收達成毫秒級的完美協調,更令人驚豔的是,日常高達 98% 的煞車都能單靠平順的「動能回收」完成,實體煞車僅在必要時無縫介入。這不僅大幅提升能源效率,更徹底消除了傳統電動車動能回收時的頓挫感。無論是高速過彎的穩定性還是踏板回饋的細致度,都達到傳統架構無法企及的即時性,讓純電駕馭依然充滿悸動與溫度。

全新 BMW iX3 搭載 Heart of Joy 駕趣核心與第六代 eDrive 科技,以毫秒級的精準控制,
全新 BMW iX3 搭載 Heart of Joy 駕趣核心與第六代 eDrive 科技,以毫秒級的精準控制,在公路馳騁中完美詮釋純電時代的極致操控。
圖/ BMW

首款跨世代量產結晶 BMW iX3 以產品實績宣告未來已屆

從 1961 年法蘭克福車展上亮相的初代 Neue Klasse,到如今蓄勢待發的新世代純電陣容,跨越六十餘年的時空,車輛的外觀形態與動力心臟或許截然不同,但 BMW 對於「駕馭樂趣」的追求從未改變。

身為 Neue Klasse 架構下的首款純電豪華休旅量產車,全新 BMW iX3 絕非只是一台新車上市,而是 BMW 移動願景的具體實踐。

從設計語言分析,iX3 摒棄繁複飾條,以如隕石雕琢般的一體化線條形塑車身;前臉標誌性的垂直飾光水箱護罩,在致敬經典的同時,巧妙包裹了高階雷達與感測器,達成「形式服從功能」的科技美學。

全新 BMW iX3 以垂直式飾光水箱護罩向初代 Neue Klasse 致敬,搭配如雕刻般流暢的一體式線條
全新 BMW iX3 以垂直式飾光水箱護罩向初代 Neue Klasse 致敬,搭配如雕刻般流暢的一體式線條與幾何輪弧設計,在傳承經典基因的同時,展現前瞻未來的純電豪華姿態。
圖/ BMW

而在海外市場開賣後短時間內訂單爆發、甚至吸引高比例非 BMW 車主的實績,更強烈證明了市場對於這套跨世代理念的高度認同。

跨越世代的革新之作,即將在台灣市場開啟宣傳與銷售。這不僅是一台新車的登台,更是 BMW 再次向世界宣告:未來無需等待被定義,因為極致的駕馭體驗,始終由 BMW 主動創造。

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