電池世代: 突破太陽能間歇性

By Erica
2022年4月21日

隨著各國逐漸減少對化石燃料的依賴，近年來再生能源的使用需求激增。

而在眾多再生能源中，太陽能擁有兩個與眾不同的特性: 技術門檻親民與分散居家型態。根據一份2019美國皮尤研究中心民調，基於以上兩個優點，2016年起考慮安裝太陽能板的屋主已提升40%。

然而，儘管大眾對於太陽能的接受度已明顯提升，但太陽能的間歇性仍是一大限制。

此篇文章中，我們將探討此議題及相應解決辦法。

能源市場重整-太陽能的興起

近年來太陽能的增長速度，為全球暖化與氣候變遷帶來一線曙光。根據一份美國太陽能產業公會調查，在過去十年間，太陽能產業的平均年增長率高達42%。

快速增長的背後包含許多因素，如建置成本降低、技術進步、供應鏈管理優化等。

然而，儘管太陽能普及速度快，但不可否認的是其間歇性為主要限制，因為太陽能太受制於天氣，需日照充足才能有良好發電效率，而晴朗天氣可能與能源使用高峰期不一致，進而導致電力供需問題。

故為了讓太陽能可以發揮最大效益，必須找尋方法將電力儲存起來，以供高峰期使用，而其一解決辦法就是使用電池儲存。

全天候綠能

儲能電池技術無疑是減碳成功的關鍵之一。簡單來說，儲能技術能打破時地限制，優化電力運用，強化不間斷能源供應，同時改善電網效能並提升容量。

隨著現今能源供應越趨低碳或無碳化，儲能系統能改善調度性、平衡電力負載以滿足能源需求。

根據一份國際再生能源總署報告，說明儲能技術能運用在各電力行業，從電動車、表後應用到公用事業，這些電池容量可能高達數百兆瓦，能用於幫助調節電網擁塞和停電時的系統支援。

儲能系統電池種類

1. 鋰離子電池
鋰電池首次商轉於1990年代，最初是設計給小型消費品如手機使用，近期已發展為大規模儲能系統或電動車使用。至2017年底，電動車用鋰電池組成本已降到US$209/kWh，使用壽命約10-15年，據彭博預估，2025年鋰電池成本將低於US$100/kWh。

鋰電池是現今主流的儲能型式，運用於全球9成以上的儲能市場。相較於其他儲能型式，鋰電池擁有輕量化、能量密度高等特性。未來創新趨勢將使用矽代替石磨以增加容量，作為下一代鋰電池的發展方向。

2. 鉛酸電池
鉛酸電池可說是最早被運用於儲能的電池技術，但因其能量密度低與使用壽命短的特性，並未普及。鉛酸電池過去曾被運用於電動車上，但現今幾乎已被鋰電池取代。

3. 液流電池
液流電池的技術形式早已受電力行業認證，大多數分析師一致認為，在大型公用事業部署時，他們非常適合長時間能量輸出，且零組件退化率低。

與市場上其他儲能技術相比，液流電池的壽命長達30年，取決於電解質的化學特質。儘管液流電池前期投資成本高於同規格的鋰電池，但就長期 20-30 年總成本來看，他們則極具競爭力。除此之外，隨著科技進步與製程效率提升，未來的建置成本也將會逐漸下降。

4. 固態電池
在大型電網儲能應用上，固態電池比起鋰電池具有更多優勢。因固態電池包含的固態電解質具有更高的能量密度，較鋰電池中的液態電解質更不易起火，且更加輕量化及安全性高，非常適合運用於大型電網。

然而與鋰電池技術相比，固態電池因普及度不足，故目前技術較昂貴，而快速增長的鋰離子生產則帶來了規模經濟，這都將造成固態電池在未來幾年內，很難與鋰電池相匹敵。

5. 氫燃料電池
儘管充電電池已普遍使用於再生能源儲存，但皆僅限於短期儲能，針對長期儲能需求(過夜或季節性)最好的解決方案則是氫燃料電池，但許多國家因缺乏氫燃料電池的基礎設施，而導致其發展受限。

就在去年，澳洲工程師設計出世界上第一個家用集成混合氫電池，該電池與屋頂太陽能結合，為住宅和商用建物提供可靠且持續性再生能源。

氫電池系統的工作原理，是使用電解器將屋頂太陽能電池陣列的多餘電力轉化為氫氣和氧氣，以分解水並將氫氣以固態形式儲存在氫化銀罐中。當需要電力時，儲存的氫氣通過燃料電池重新充電以供使用。

儘管氫電池確實比傳統鋰電池更具優勢- 例如氫電池的使用壽命是鋰電池的三倍，但氫電池技術仍處於儲能行業的創新階段。因此，基於基礎設施與商轉度的缺乏，氫電池的價格很高，約為傳統鋰電池的三倍。

星生能源儲能系統

2020年，星生能源與新加坡南洋理工大學(NTU)、瓦錫蘭集團(Wärtsilä-全球能源與海洋技術領導集團)，共同參與了一項公用儲能系統的測試專案。

此專案使用瓦錫蘭集團設計供應的鋰電池，在新加坡馬西嶺巷的變電站部署了 2.4 MWh的電力儲能系統。

星生能源作為此測試案的主要研究者，負責整體儲能系統的安裝管理與運營。南洋理工大學作為共同研究夥伴，則使用機器學習進行數據收集和分析，以建立模型來預測電池健康和安全性。

此專案將評估儲能系統在炎熱潮濕環境下的表現，也是第一批此類型測試專案之一，未來數據將提供新加坡都市建置儲能系統時，針對空間與安全問題上評估使用。



2021年10月，星生能源與多家企業聯合簽署合作備忘錄，將共同開發位於印尼廖內群島的太陽能系統7GWp，而當月稍早，星生能源剛發布一項印尼巴淡島的2.2 GWp水上型太陽能開發計畫。此計畫容量堪稱是東南亞最大的跨國綠能項目之一，將幫助新加坡和印尼實現永續發展目標。

計畫並附帶多個儲能系統，總容量超過12GWh。此項目目標為新加坡和印尼提供1GWh的持續性低碳潔淨能源。

伴隨再生能源普及與電網持續進化，為儲能技術帶來無限可能; 而大眾的綠能接受度、電網優化、及傳統電廠退役皆有助於未來儲能系統的發展。相信未來隨著再生能源的使用率提升，儲能與能源管理系統將是銳不可擋的趨勢。