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儲能研究領域(一)

2020-02-19

張家欽 院長1、方啟光2
國立臺南大學環境與生態學院1、國立臺南大學綠色能源科技學系碩士班2


綠能科技產業為我國能源轉型及驅動經濟發展之新引擎,以「創能、儲能、節能、智慧系統整合」四大主軸,協助再生能源發電量占比達20%(2025年之目標)之電力有效化利用與電力穩定度。隨著再生能源併網及滲透率提升,間歇性的再生能源(如太陽光電、風力發電)對電網衝擊風險提高。以台灣2019年10月7日(星期一)及2019年10月8日(星期二)為例,在大幅增加未來太陽光電利用目標下,正午充分利用太陽光電,而中午休息時間電力需求在一小時內有近10%的變化量,對於傳統火力電廠負載輸出及調控已屬不易,當太陽能或風力發電大幅增加,將導致電力供需急遽變化,造成電網調控極大的技術挑戰[1]。以風力為例,如圖 2與3,由於風力發電量隨著氣候、時間、季節變化差異甚大,為補足風力發電沒有運作時的發電缺口,需要電力公司提供更彈性的調度及相對應的備載容量或電能儲存調整措施。

 

圖1、台灣用電曲線(電廠輸出) (2019/10/07(星期一)及2019/10/08(星期二) [1]

 

 

圖2、2014年福海離岸風場的風況

 

 

圖3、台灣風力發電2018年單月發電量 [1]

 

 

再生能源的不穩定性與間歇性發電的特性,必需要有好的儲能系統來穩定與平滑系統功率之變動、降低功率預測偏差、解決局部電壓控制問題與提高用電可靠性。電網升級及儲能設備未來大規模佈建,藉此將整體再生能源的能量發揮最大化的效益[2]。再生能源如風力與太陽能發電等創能為間歇性的電力,如果大量併網易造成電網供電不穩定或系統當機,而影響供電品質,因此,電網需要儲能技術作為再生能源併網的緩衝介面,儲能技術結合併網控制技術的將電能的控制與有效化利用。如圖4所示。

 

圖4再生能源的不穩定性與間歇性發電的特性,儲能系統穩定與平滑系統功率之變動、降低功率預測偏差。

 

 

為打造我國下世代再生能源電力系統並促成再生能源極大化應用,因應政府政策方向與綠能科技產業發展所需,藉由加速佈局儲能技術以強化電網穩定度與提升綠電使用占比,利用區域性儲能設備結合國內各區域別具特色的再生能源組合,建置分散式、區域性的能源供應中心,並利用各式儲能技術研發協助儲能產業技術提升與相關材料及零組件國產化,也可將儲能技術發展成熟後成為新能技術輸出國外。

再生能源(風能、太陽能和川流水力等)屬於間歇性能源,無法持續穩定地供應能源,所以需要儲能設施與能源網絡的組合來達成供需的穩定性及提升能源的有效化利用。儲能技術的重要性,將使能源自主比率大幅提高,也可將儲能技術成為新能源技術輸出。儲能技術研究領域規劃三大方向:(1)化學儲能系統、(2)非化學儲能系統、(3)智慧電網整合技術。本規劃係化學轉換儲能必需在整體能量循環過程中具備減碳循環並獲取能源儲存效益之技術;電化學電池做為儲能技術必需考慮充放電之系統功率效率。非化學儲能系統重點在於以動能、位能、相變化等非涉及化學變化與電位能變化為主的儲能技術,須具備高之元件—能量功率效率。智慧電網整合技術為儲能系統與電網互連的關鍵技術,其中包含(1)電池管理系統、(2)併網型儲能電力轉換器開發 (3)電網管理平台開發以及(4)大數分析等四項技術。各式儲能相關研究建立包含由材料、元件、製程、系統整合、資料分析與回饋等技術開發研究,儲能系統驗證及稽核規範、儲能系統與再生能源併網比例等研究,以及儲能系統的使用壽命與安全性能研究。儲電系統瞬間向電網輸送了備用電力,短時間穩定了區域電網的供輸,展現了儲能系統的高應變能力與穩定供輸之價值。儲能技術發展將改變人們使用能源的方式由傳統熱轉換方式加速了再生能源(風能、太陽能等)的加深加廣的使用率,進一步改善了對環境的影響,如空汙、噪音、碳排放等等因素。儲能系統未來可作為多元能源供需的平台,創造出能源自主與新能源經濟的商業模式及儲能技術發展成熟將可成為新能源技術輸出至其他國家。

 


參考資料

[1]. 台灣電力公司(2019)  https://www.taipower.com.tw/tc/index.aspx
[2]. 劉玉章、曾育貞、呂永方、沈錦昌、鍾人傑,”電網級儲能技術研發現況與進展臺灣能源期刊”,  Volume 2,  No. 2, June (2015) pp. 169-190.