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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【AI時代的成熟決策學】當技術更新越來越快,為何科技領袖反而轉向推崇「基礎系統」的極致穩定與進化?
【AI時代的成熟決策學】當技術更新越來越快,為何科技領袖反而轉向推崇「基礎系統」的極致穩定與進化?

在生成式AI與軟體定義一切的科技浪潮下,「快速更新」成為企業顯學,卻也帶來前所未有的焦慮。當技術以「月」、甚至是「天」為單位被淘汰時,頂尖科技決策者的思維也同步更新。真正決定企業深度與產品生命週期的,並非花俏的表面功能,而是歷經時間考驗、具備彈性與擴充度的「基礎架構」。這種對成熟基礎的信仰,也完美延伸至他們的移動選擇上。

大技術時代的焦慮與解藥!科技決策者如何定義「永續演進的核心架構」?

走進科技園區的玻璃帷幕大樓,或是金融總部的會議室中,科技業高階主管或創業家們正討論著大型語言模型的部署、邊緣運算演算法的優化,以及下一代商業模式的翻轉。在此「軟體定義世界」的時代,企業面臨著極度快速的科技新陳代謝。新技術看似絢麗,但若缺乏強大的系統基礎支援,往往隨時面臨被市場淘汰的風險。

國際知名諮詢機構 McKinsey在最新的全球人工智慧調查中指出:超過72%的全球企業已在至少一個業務功能中部署了生成式AI或軟體自動化。然而,Gartner的科技趨勢報告亦警告:高達85%的企業數位轉型或新技術導入未能達到預期成效,雖然背後有著諸多因素值得探討,但其中不可忽視「過度追逐單一噱頭,忽視基礎架構的穩定性與擴充彈性」此原因。

新技術與演算法看似絢麗,但若缺乏強大的系統基礎支援,往往隨時面臨「過時與崩潰」的風險。

觀察當代頂尖科技領袖與高階決策者的思維演變,會發現他們正在展現一種「成熟的理性」:比起無休止地追逐未經驗證的短期趨勢,他們更看重基礎架構是否具備極高的擴充性、穩定度與縱向深度。因為真正的技術典範,通常不是頻繁更新的應用層面,而是歷經時間考驗、可持續無縫升級的基礎平台。

這種「以成熟基礎應對快速變化」的系統思維,同樣完美體現在當前頂級座駕的選擇面向。

Porsche Cayenne並非橫空出世的新車型,而是保時捷歷經數世代進化與升級後,將造車工藝與數位系統完美融合的成熟結晶。對科技企業家而言,選擇Cayenne絕非隨波逐流,而是對「歷經市場與時間驗證」的技術信仰與價值投射。當外在環境變化越快,聰明的決策者越懂得付出對「經過驗證的基礎技術」的高度信賴。

Porsche Cayenne
Porsche Cayenne 是當代頂尖決策者的終極選擇,以歷經世代淬鍊的極致平台與完美工藝,完美詮釋了「唯有強大且經過時間驗證的成熟基礎,方能輕鬆駕馭快速變化的未來」。
圖/ 數位時代

從科技園區到海岸 解構科技領袖的「多工相容性」

當代科技領袖與創業家的人生,就像是一台高負載運作的高效伺服器。晨間穿梭於內湖科技園區,處於高節奏的商業決策與跨國連線會議;週末則需要迅速切換狀態,帶著家人遠離城市喧囂,前往北海岸享受海景與戶外生活。

Porsche Cayenne
從高負載的商業決策,到週末北海岸的家庭時光,當代科技領袖跨越場景的無縫切換,Porsche Cayenne展現了兼具極致效能與高度彈性的「多工相容性」。
圖/ 數位時代

對應這樣快速的角色切換,他們需要的不僅是一輛功能單一載具,而是一款具備極高「多工相容性」的旗艦移動平台:

日常運作的高相容性: 商務通勤與跨國會議的空檔,Cayenne GTS Coupé舒適豪華的5人座設定與優化的直覺UX數位介面,提供高品質的靜謐空間與尊榮感受。將原本被浪費的交通時間,轉化為高效率的沉澱與充電時刻。

低延遲的樂趣釋放: 須臾間立刻切換至運動模式,車身動態反應即刻搖身一變,隱藏的跑車基因瞬間釋放。500 PS強悍輸出與跑車般的操控身手,讓駕駛者從商業大樓開往海岸公路時,無需在「家庭責任」與「獨處熱血」之間做任何取捨。

Porsche Cayenne
Porsche Cayenne 以極致奢華靜謐與瞬時釋放的強悍性能,成為科技領袖無縫切換商務沉澱與駕馭樂趣的旗艦移動平台。
圖/ 數位時代

技術與設計分析 Cayenne GTS Coupé如何以「軟硬體深度整合」詮釋現代工藝?

對於當代科技人而言,絕對最為了解「軟硬體協同」的難度與迷人之處。要讓一台擁有極佳空間的五人座SUV同時兼具跑車的動態極限,背後靠的是極其精密的調校能力。Porsche Cayenne GTS Coupé正是軟硬體深度結合的典範:

動力與動態控制演算法: 搭載500 PS V8雙渦輪增壓引擎,配合PASM主動式懸載調整系統與降低10公釐的主動氣壓懸吊,以毫秒級的微處理速度即時修正阻尼軟硬與動態反應,展現物理極限與演算法調校的完美結合。

Porsche Cayenne
圖/ 數位時代

邊緣感知與智慧光學: 採用HD Matrix高解析度LED頭燈,單側擁有超過32,000像素的微型LED,透過視覺演算法進行即時分區域防眩光與路況動態照明,將前瞻科技轉化為實際的行車安全保障。

Porsche Cayenne
圖/ 數位時代

多模態開放式配置: 除了Cayenne GTS Coupé之外,Cayenne車系提供SUV與Coupé雙車型配置,以及純燃油與E-Hybrid混合動力,宛如極具彈性的開放式架構,滿足科技領袖對客製化規格的偏好。

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Porsche Cayenne
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圖/ 數位時代

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