儲能研究領域(三)-化學儲能系統

2020-04-29

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


化學儲能技術包括(1)化學轉換儲能,如:氫氣產生技術、氫氣化學轉換為有機物或氨等含氫有機成分、二氧化碳與氫轉換為有機物等,氫能化學轉換儲能概念如圖1所示,各式之產氫技術與氫利用技術均相當值得開發與佈局;(2)電化學轉換儲能,如:液流電池、固態氧化物燃料電池、質子交換膜燃料電池、二次電池包含鈉硫電池、鉛酸電池、鋰電池、超級電容等等。依據亞洲發展銀行HANDBOOK ON BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM(2018)報告中各式電化學轉換儲能電池之放電時間與系統功率應用情形如圖2所示,鋰電池之放電時間由分鐘至小時,功率可由kW至近100 MW,有最寬之應用範圍,電化學儲能二次電池系統以鋰金屬空氣電池能量最高,但離實用可行性距離也是最遠,在價格與應用可行性之也以鋰電池為最高功率如圖3所示。根據Nykvist and Nilsson分析超過80個學術和非學術的報告指出,BESS中的鋰離子電池自2007-2014年持續的售價下降趨勢,每年降幅達14%,預估至2025年可望達到150-300 USD/KWh。而各式電化學電池均具有各式特點,而逐漸能於大型儲電上受到重視,必須具備產業整體結構整合與應用可行性,而且全球已有多座 MW 等級以上的電化學電池做為儲能示範與驗證。為建立儲能技術領域之科技發展佈局,以掌握技術發展契機,並協助再生能源發展長期規劃,在未來擴大各項新及再生能源裝置量的使用之下,儲能技術領域發展之策略佈局非常重要。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。

圖1、氫能化學轉換儲能概念圖

 

圖2、各式電化學轉換儲能電池之放電時間與系統功率應用情形

 

圖3、電池能量、電池價格及發展趨勢

 

化學儲能系統重點研究領域之技術考量方向,內容如下:
  1. 考量化學儲能系統技術的環境資源、所使用材料具環境友善、循環資源效益與能量(功率)效益,元件—能量功率效率 (I電流*V電壓*S時間) 存入與輸出 越趨近100%越好。
  2. 各式能源之儲存與需求模式,所配合之材料及元件開發技術,對於材料開發之單元特性需求及元件單元特性需求。
  3. 材料與元件循環再利用與回收技術。
  4. 餘氫有效率利用技術。
  5. 儲能元件性能與安全性的提升、模組的管理與儲能設備之整合技術,並結合工業4.0建立儲能元件生產履歷,透過大數據分析,找尋元件材料問題並開發關鍵材料。