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儲能系統發展趨勢分析
創能、節能與儲能的完美搭配

【作者: 呂理舜】   2012年12月05日 星期三

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在這個減低排放為產業首要發展任務的年代,再生能源的發展也搶盡了石油產業的風采。再生能源的範疇,在近十年期間從創能與節能之外,近來也開始緩步延伸到了儲能系統,並且開始有些區域進行了相關補助方式的研擬。


據Energytrend目前探訪與調查所了解,儲能系統初步需求將從地方的急難救助系統開始,使用規格以大型儲能緊急備用電源系統為主,未來將逐步滲透至家庭儲能設備,以降低白日的尖峰用電,小型而分散的能源走向,將牽引著電池產業的蓬勃發展。


電動車產業(次世代自動車)雖然消耗電池的數量甚高,但是在基礎建設尚未成熟且周邊延伸產業尚未成形之時,在近五年內仍舊難以大規模普及;而儲能電池(蓄電池)產業因為可搭配著再生能源做應用,也可單獨使用作為緊急備用電力系統,未來的市場需求可期。


根據日本METI預估,全球儲能系統需求將因為智能城市的興起而成長,而以日本市場而言,因為災害所促成的城鎮再造機會,將更加速落實新型態能源應用的進程,預估將在2012年開始在日本有明顯的市場成長需求,未來五年更會快速擴展至全球主要城鎮地區。


緊急備用儲能系統發展趨勢

緊急備用電力其顧名思義,在於單純的電力備份,因此在早期的產品設計之中,大多是以經濟效益來做考量。但是發展至今,備用電源在使用的概念上已經有很大的改變,除了作為備用之外,在民生與工業用途上,也產生不同的電力調配功能。


在效益與保障間權衡

在工業用途上,緊急備用電力的主要功效在於爭取足夠的關機時間,以減少電力中斷造成的自動化生產損失。在目前的應用面上,包括各種生產製造機台,都有這樣的配置設計。另外在基地台建置部分,使用獨立電源也可免除因為電力系統有限的覆蓋率,所產生的電力窘境。


目前當紅的雲端產業中,屬於高耗電的直流伺服器,也需要儲能電池做為緊急備用。在雲端運算中心的架構中,如果耗電效率低落,會產生熱處理的需求,因而會額外增加一筆主動散熱的電力支出;藉由直流分電盤的設置與電池的搭配,可將電力轉換效率發揮到最高,有助於降低這筆散熱支出預算。


在民生用途上,儲能電池大多與住宅建築結合,因為其電力消耗功率較小且使用時間較短,因此系統設置有較多機會與再生能源做設計結合;至於商業大樓則以延續電力為其精神,備用電力訴求以經濟以及續航力為首要考量,因此大多以燃油發電機作為緊急備用電力來源。


往功能與實用作延伸

當儲能系統做為單一的緊急備用用途時,無論是在經濟效益以及使用頻率都難以讓民生用途有所普及,因此發展出新的應用定位,也就是與市電電網做連結,提供電力在離峰與尖峰之間作為電力需求緩衝,進而讓儲能電池系統創造出離尖峰的經濟效益,更具有實用的經濟節能性。


創能、節能與儲能的完美搭配

在過去,再生能源系統通常只有節能與創能模組的結合,例如太陽能搭配LED路燈即是一例,往往忽略掉儲存系統的優化與延伸,因此大多選用效能較低的鉛酸電池做為其過渡的搭配。


再生能源可與高效率儲能電池做良好的搭配,然而目前的太陽能系統大多是以併網的方式存在,原因在於現行的電力系統並不適合大規模電力反饋的機制,且在升降電壓過程的電力回收效率也並不理想。因此大規模的太陽能系統大多是設計架設在發電廠周遭,以減少其他的電力系統困擾。


事實上,太陽能、發光二極體以及電池都是直流電驅動的元件,因此當創能、節能以及儲能系統整合成為一個系統的時候(圖一)、(圖二),電力使用效率將能夠達到最高。然而,在目前的電力結構上,因為考量到發電成本以及電力傳輸的流動性,大部分的電力來源仍以交流電為主,使得大城市地區在三種模組系統的整合應用仍十分少數。反而是偏遠地區受限於電力普及等問題,只好為了便利性關係而犧牲成本考量,採用創能、節能、儲能三種模組結合的整合式裝置架構。



圖一 :  手機電源充電與補充的需求情境 Source: Energytrend  2012
圖一 : 手機電源充電與補充的需求情境 Source: Energytrend 2012

圖二 :  完整的綠色能源系統搭配 Source: Energytrend  2012
圖二 : 完整的綠色能源系統搭配 Source: Energytrend 2012

日本於災後的省思與因應

對於日本而言,能源獨立,已是刻不容緩的事情。2011年日本大地震之後,核災的問題讓日本開始重視再生能源的實際應用,2012年第一季甚至開始計畫關閉所有核電廠,而太陽能將會是未來的重要發電方式之一。


目前來說,日本年度太陽能需求約在3.6GW,未來在2020年將計畫提升至28GW。以日本的太陽能電網屬性來說,大多是走向分散式發電,而非美國的集中式方式。分散式太陽能系統的精神意涵,在於現地生產、在地使用,因此太陽能和儲能系統在搭配上將有可能以家用為單位來進行推廣。連帶的其系統設計,也將更有機會將輕巧的儲能系統導入到生活之中。


日本建築的變革維新

地震對於日本所帶來的影響,除了是對於天災預防所促成的警惕以外,對核能所產生的風險問題也讓整體能源產業面臨到重新思考的地步。對於東北地區而言,所產生的災害是全面性的,也因此讓日本期待新一波的造鎮精神能夠落實於重建區。


過去再生能源系統的搭配大多是建置在獨棟式建築,此類建築無論是空間或者面積都較為具有彈性,然而舊式的配電設備難以做大幅度的變動,換句話說再生能源在導入上仍有其限制。


當新式建築與配電系統重新規劃之際,再生能源導入則變得更能發揮其獨立能源的特點。同時個別建築在電力設計的改變上也將能夠塑造出城鎮等級的能源管理,讓電力供應能夠在特定區域內互通有無,讓創造閒置能源的家庭電力能夠支援正在耗電的區域,達成能源分享的目的。


日本政府提出豐厚補助

著眼於目前日本經濟情勢,要做到太陽能與儲能系統合一,在實務上仍有很大的考驗,以儲能電池模組的成本來說,約佔了整體系統的一半以上,對於推展實務上,仍有很大的挑戰性,經濟效益的推波成為其關鍵。


日本政府在前首相菅直人的推動下,於2011年底開始針對電池部分進行政策補助。補助細則部分,可區分為個人或者企業用戶,個人用戶的使用容量約是在1~10kWh範圍,電池補助不得超過總系統1/3比重,且整體電池金額不得超過一百萬日圓。


企業用戶則是在1~10kWh以及>10kWh兩部分做區隔,1~10kWh以補電池1/3為上限範圍,總補助金額不得超過一億日圓;至於>10kWh的企業用戶,因為整體配電成本以及複雜度有所提升,其補助範圍除了電池之外,也包含了周邊配電升壓等線路。


由於補助金額豐厚,也因此而獲得不少的機電廠的青睞。然而因為使用地區在日本,對於產品的門檻也相對的要求較高,以產品壽命而言,要求至少要五年以上,同時在產品整合的效率上也是有所要求,對於台灣而言,要切入此一豐厚的產品供應鏈仍是大有挑戰。



圖三 :  日本儲能電池發展Source: Energytrend  2012
圖三 : 日本儲能電池發展Source: Energytrend 2012

結論

從目前的消費性產品來看,電池產業已面臨了成長趨緩的飽和狀態,因而在全球發展上從攜帶便利性,逐步轉向為增加能源效率性。家用儲能系統則是另外的一波儲能成長利器,相信隨著再生能源的不斷成長,儲能系統將會有更多的市場切入點,讓創能、節能與儲能系統做出最完美的搭配。


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