吳明勳 副教授

國立成功大學機械工程學系

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談到儲能，很多人第一時間想到的，通常是鋰電池、電動車，或電網旁一整排的大型儲能櫃。但在許多工業應用場域，真正難被取代的，常不是電，而是熱。

工業現場每天要用到大量蒸汽、熱水、熱風，甚至上千度的高溫，無論是食品加工、化工製程、玻璃燒製，還是金屬加工，都離不開熱。國際能源總署（IEA）指出，熱用途約占全球最終能源消費的一半，並貢獻約 37% 的能源相關二氧化碳排放；未來工業用熱需求仍會持續增加，再生熱的占比提升速度卻相對緩慢 [1]。換句話說，這幾年能源轉型雖然重視「讓電力更乾淨」，「讓熱也一起轉型」卻尚未受到同等重視。

而熱電池，正是近年很值得注意的一個方向。

熱電池的概念不難理解。其做法是在白天太陽光電充裕、夜間風電較強或電價偏低的時段，先將電轉為熱、儲存於材料中，等工廠或建築需要用熱時再釋放。這樣一來，電不必「發多少、用多少」，而是能先存下來，等對的時間再用。美國能源部指出，熱儲能可將熱保存數小時至數週，並在需要時直接釋放 [2]。這種作法把能源直接存成終端需要的形式，避開了「電難以大規模、長時間儲存」的難題。

近期受《華爾街日報》報導關注的美國新創 Cache Energy 即是一例。該公司採用的熱化學儲熱技術，核心材料是氧化鈣與氫氧化鈣——也就是大家熟悉的石灰相關材料。運作上，充能時以電加熱，讓氫氧化鈣脫水轉變為氧化鈣；需要用熱時，再讓氧化鈣與水氣接觸，材料還原為氫氧化鈣，同時釋出熱能。也因為這套系統跟古老的石灰、水泥材料技術有淵源，所以媒體形容它像是一種「石灰熱電池」或「水泥熱電池」。根據 Cache Energy 官方資料，其系統可輸出約 85°F 至 1000°F（約 30–540°C）的熱風、熱水、熱媒油或蒸汽，並具備長時間儲能能力 [3]。

這類技術的關鍵在於將能量「存入化學反應」：熱不只是暫時留存於高溫狀態，而是以化學能的形式保存下來，這對長時間儲存是一大優勢。近年研究指出，CaO／Ca(OH)₂ 系統之所以受重視，是因為原料便宜易得、體積儲能密度高，且常溫下長時間穩定性佳，因此被視為潛力雄厚的中高溫熱化學儲熱材料。

當然，有潛力不等於沒有挑戰。從文獻來看 [4]，這類系統要放大到商業規模，仍須克服不少工程問題：材料反覆反應後可能出現燒結而影響儲熱能力、反應器的傳熱效率需提升、整體系統需兼顧安全與成本，實際導入工廠時又必須與原有蒸汽、熱風或熱媒油設備整合。這些都有待持續的技術驗證與場域測試，才能逐步邁向商用。目前 Cache Energy 已在阿拉斯加、俄亥俄與明尼蘇達部署系統，其中明尼蘇達大學 Morris 校區更成為美國第一個用熱化學儲能替建築供熱的大學示範場域。校方提到，校園超過六成電力已來自現地風力與太陽光電，但在寒冷地區，真正的挑戰不是發電而是供熱，暖房的能耗甚至可達其他用電的四倍 [5]。

值得注意的是，熱電池不是單一技術，而是一整個技術家族——可使用磚塊、石墨、混凝土、相變材料或可逆化學反應材料來儲熱。例如 Rondo [6] 以耐火磚儲存高溫熱，主攻工業蒸汽與高溫製程；Antora 以固態碳材料儲熱，瞄準多日級儲能；Electrified Thermal Solutions 以可導電耐火磚將溫度推至更高，鎖定水泥、鋼鐵與化工製程；澳洲的 MGA Thermal 則走相變儲熱路線，針對蒸汽整合應用。這些不同做法的共同點，是都在回應同一個問題：當再生能源愈來愈多之後，我們要怎麼把那些「當下用不完」的綠電，真正變成工廠和建築隨時可用的熱？

讀者可能會問：為何不直接用鋰電池存電，再以電鍋爐加熱？原因在於：當終點本來就是熱，直接存熱往往更有效率。工業用熱需求量體大，且多集中在 1000°C 以下的蒸汽、熱風與窯爐負荷，正是熱電池有機會切入的區間。另一方面，熱泵雖效率高，但目前商業應用仍以低溫範圍為主。未來工業脫碳或可由熱泵負責低溫熱、熱電池處理中高溫熱，兩者互補。以美國為例，Energy Innovation 的分析指出，熱電池理論上可取代約 75% 的工業非原料能源需求 [7]。

我們常以為能源轉型最難的關卡是把電變綠，但在許多場域，真正棘手的，其實是讓「熱」也一起轉型。熱電池不像電動車那樣醒目，也不像太陽能板一眼就能辨識，但對工業脫碳而言，它很可能是不可或缺的一塊拼圖。

 

 

參考資料：
[1] https://www.iea.org/reports/renewables-2025/renewable-heat
[2] https://www.energy.gov/cmei/buildings/thermal-energy-storage
[3] https://www.wsj.com/business/energy-oil/thermal-battery-cache-energy-cement-799295ca?utm_source=chatgpt.com
[4] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136403212500351X
[5] https://morris.umn.edu/news-events/news/partnership-piloting-innovative-thermal-storage-technology-umn-morris
[6] https://www.rondo.com/
[7] https://energyinnovation.org/wp-content/uploads/2023-07-13-Industrial-Thermal-Batteries-Report-v133-2.pdf