儲能雖小,無所不在

2018.06.21 by
陳世芳
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陳世芳,麥斯管理顧問公司創辦人、佑勝光電監察人、天使投資人。2004年9月起進入創投行業,目前經營自己的管理顧問事業,幫忙新創公司打雜。專業能力包括但不限於企業發展、技術前瞻與預測、產業分析、募資。

Daniel Krason via Shutterstock
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。

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。

鋰電池取得94%電力級儲能系統之市佔率
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。

電力級儲能系統為主角
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

儲能在電力系統當中所扮演的角色
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%)。

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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