國際儲能新應用模式與對我國儲能發展之建議
黃佳寗*主筆
*中經院國際經濟所輔佐研究員
一、儲能應用之發展脈絡
基於因應國際協約「節能減碳」的呼籲，世界各國依據自我承諾之減少碳排量目標，積極發展各種再生能源之應用，目前以太陽光電、風力發電兩領域之技術最為成熟，其他還有如生質能發電、地熱發電、水力發電等領域近年來也有長足的進展。隨著再生能源的發電量日益上升，搭配儲能應用以緩解電網壓力，並增加尖離峰調度之彈性，也成為世界各國以再生能源創造新電力的同時，主要思索的關鍵問題之一。
過往儲能系統主要以電池儲能為主，但製造電池所需的相關材料係以金屬為主，多屬天然而不易於短時間再生的礦產，因此，除積極突破技術限制，以最少金屬運用量獲取最高儲電量的電池模組外，發展其他類型的儲能應用系統也成為世界各國努力發展，並實現商業化的目標。
二、近兩年國際上儲能新應用模式
隨著技術成熟，以太陽光和風力為首的再生能源發電量與日俱增，儲能系統的重要性也益趨提高。如何藉助儲能系統以更為順遂的調度尖離峰的輸配電，成為各國電力與相關企業積極發展與拓展業務的領域。以下簡述近兩年來國際上較為特別的儲能新應用模式，了解國際儲能發展趨勢外，也思索台灣未來可能發展的應用模式。
（一）抽水蓄能
抽水蓄能雖非全新的儲能應用模式，但近五年來的發展有大型化的趨向。抽水蓄能實際上是兼具儲水與發電的多功能儲能系統，其型態通常將電廠分為上下兩層：用電離峰時，透過將水從低處輸送至上層水庫，儲存多餘電量；用電尖峰時，則透過將上層蓄水庫的水釋放至下層水位能來推動渦輪機輸送電力。Snowy是目前澳洲最大的水庫，澳洲政府於2019年宣布將斥資35億美元打造Snowy 2.0計畫，裝置容量擴建至2,000MW，預計可將儲電量提高4倍，未來有望提供500,000戶家庭一週用電需求，預計2024年建造完成。
澳洲政府認為，抽蓄水電站可有效緩解風力與太陽能等間歇性再生能源的影響，抽水蓄電廠也可避免一般水力電廠容易出現缺水限電的困境。在發電成本方面，據Snowy Hydro計畫執行團隊評估，長期來看，抽蓄水力蓄電的成本將比鋰電池儲能系統還便宜60倍。若再與特斯拉建置於南澳的大電池儲能系統相比，還有長時間電力調度的優勢，將可持續運作長達一週。不過，抽蓄水力儲能最大的發展障礙在於高昂的建設成本，以及對環境的影響，因此，雖不少國家欲投入抽蓄水力儲能的發展，卻也由於環境疑慮而難以大規模發展。
（二）砂石重力儲能
誠如前述，抽水蓄能雖可儲存大量能量，但開挖山地蓄水可能對環境造成不良影響，是導致其難以發展的主因。近期，國際應用系統分析研究所（International Institute for Applied Systems Analysis, IIASA）則參考抽水蓄能的概念，打造了另類的儲能方式－砂石重力儲能。
砂石重力儲能的應用模式類似高山纜車的應用，是仿照抽水蓄能的有趣設計。在此系統中，科學家將一般抽水蓄能中的「水」以「砂石」或「礫石」取代，當作儲存電力的媒介，並稱之為砂石重力系統（Mountain Gravity Energy Storage, MGES）。透過運用地勢的高低差，用電低谷時將砂礫運往位於高處或山頂存放；用電高峰時再藉重力將砂礫送回低處或地面。另，也可與一般水力電廠結合，讓抽蓄水力與砂礫能以同時、或是以互補的方式儲存電力。
開發團隊認為，砂礫市場價格低廉，且不同於水資源，沒有蒸發的疑慮，人們不必擔心會失去儲能媒介，也可無限次重複使用，相當適合每年必逢乾旱、水源稀缺的地區。此外，MGES也不同於氣體儲能有液壓限制，也沒有傳統水電站高度差1,200公尺的限制，MGES之高度差甚至可超過5,000公尺，因此，開發團隊也認為像喜馬拉雅山脈、阿爾卑斯山和洛基山脈等高山或許可嘗試開發，也可幫助夏威夷等山勢陡峭的群島與海島國家，解決電量儲存的問題。
另一種有趣的重力儲能，為瑞士由樂高積木獲得靈感而新創並命名為「搬磚蓄電」（水泥樂高塔）。實際上，搬磚蓄電也是瑞士新創Energy Vault抽蓄水力啟發而來。據悉，「搬磚蓄電」是運用水泥磚及起重機堆疊120公尺的高塔，透過將電量儲存在重達35公噸的水泥磚中。不同於時下普遍以鋰離子電池儲電，其成本高達280至350美元之間，搬磚蓄電的優勢在於製作成本便宜，且再設施完工啟用後，數年內即可將每度電的儲存成本降至150美元以下。
此新穎設計獲軟銀願景基金投資34億美元，而Energy Vault也將利用這筆資金在接下來的幾個月內，分別於義大利和印度建造重力儲能示範設施，若進行順利，也將同時向顧客行銷，每座設施預計將可儲存35MWh的電力。不過，搬磚蓄電也有先天上的限制，包括：如何從各地取得大量的水泥素材，以建造一塊塊重達35公噸的水泥磚？而在儲滿電的情況下，又如何維持水泥高塔的穩定性？面對世界各地不同的氣候與天災將如何應對？其安全性又該如何保障？
三、對台灣未來儲能系統的發展建議
雖尚有不少挑戰需一一克服，但不可諱言，上述創新的儲能應用模式有其不可取代的優勢，或是成本低廉，或是具備可無限重複使用等。但回歸台灣的條件來看，天然資源相對稀缺，較為缺乏大量且便宜的砂礫石，因此若欲發展重力儲能，當務之急是需確立是否可取得成本較為低廉的發電載體，讓搬磚蓄電在台灣成為可能。而在抽蓄水力方面，台灣目前擁有2座抽蓄水力電廠：「大觀二廠」和「明潭電廠」。就目前發電結構而言，抽蓄水力占比雖最低，卻擁有可快速上線發電的最佳「備援投手」，但劣勢卻是成本相對高昂，但為因應未來綠能使用量的增加，台電未來規劃配合綠能發電特性，於白天利用太陽光電抽水儲能，傍晚再放水發電，可與風力、太陽能相互支援，穩定尖離峰用電負載。另，除積極建置智慧電網、儲能系統外，也將善用抽蓄水力的優勢作為備援機組，2019年也開始著手進行增建抽蓄水力機組的可行性研究評估。
或許天然環境與發展主軸的差異，國際上目前較為新穎的儲能應用模式，如砂石重力儲能、低壓氣態儲能，或是大型抽蓄水力較難以發展，但台灣也擁有可觀的科技新創能量，且隨著新電業法及新再生能源發展條例的實施，相信可促進不少新的儲能應用產生。因此，建議可掌握較新的國際儲能應用模式資訊，並思索在台灣現有條件下，有哪些具發展潛力的儲能技術或應用模式，而非僅著重於電池儲能之開發與量產。
此外，由於過往台灣的研發更為著重單一技術的突破，故目前在儲能領域的開發上，單一技術具有一定之能量，但在整合性的儲能系統上相對缺乏，因此，也應加強從單一技術結合轉化至系統應用的路徑規劃，以利於研發能量的匯聚與強化。
參考文獻
*Daisy Chuang（2019），把水庫變電池，抽水蓄能電站成澳洲電力調度救星，科技新報，2019/06/04，https://technews.tw/2019/06/04/pumped-storage-hydroelectricity/。
*Daisy Chuang（2019）, 既是高山纜車又是儲能系統，便宜省水的砂石重力儲電設備登場，科技新報，2019/11/18，https://technews.tw/2019/11/18/mountain-gravity-energy-storage/。
*陳建鈞（2019），獲軟銀投資34億元！瑞士新創大膽發想「水泥樂高塔」掀儲能革命，數位時代，2019/08/15，https://www.bnext.com.tw/article/54397/softbank-vision-fund-invests-energy-vault-110-millions。
*EnergyTrend（2018），瑞士新創研發水泥儲能塔，混凝土磚成另類位能巨型電池，科技新報，2018/11/13，https://technews.tw/2018/11/13/energy-vault-to-build-grid-level/。
*林孟汝（2019），台電光明抽蓄水力可行性評估 明年上半年完成，中央通訊社，產經版，2019/04/28，https://www.cna.com.tw/news/afe/201904280125.aspx。
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