台灣電力企業聯合會電子報 第八十三期 2024.04.19
本期焦點

淺談儲能應用現況及未來發展

吳霽庭*主筆

* 財團法人台灣綜合研究院 研究五所 組長

 

  隨著全球社會對淨零排放的迫切需求,為達成2050年淨零排放的目標,儲能技術將扮演著關鍵的角色。由於太陽能和風能等再生能源受天氣條件的影響,發電具間歇性及不穩定性,如搭配儲能系統,可有效平衡電力供應和需求,提高電網的靈活性和韌性。本文將介紹近年來國外儲能系統發展及我國儲能運用概況。

1.國外儲能發展概況

  根據美國能源部(DOE, Department of Energy)統計,2023年全球電化學儲能案場裝置容量共21.27GW及16.59GWh,如下圖1所示。儲能主要運用於五項服務領域,包括:電能服務、輔助服務、輸電網運用、配電網運用及用戶端運用。

圖1 全球電化學儲能系統逐年裝置容量情況

資料來源:https://gesdb.sandia.gov/statistics.html

  美國儲能發展受到聯邦政府和各州政府的政策支持。在聯邦政府方面,DOE積極支持儲能技術的研發和應用,致力於開發高效、低成本的儲能系統,以提高能源系統的可靠性和靈活性,同時透過提供研發資金和補貼,激勵私營部門參與儲能項目;在州政府方面,以加州為例,加州能源委員會(CEC)和加州公用事業委員會(CPUC)共同制定政策,要求電力公司在其投資計劃中納入儲能系統,並容許儲能項目參與電力市場,為投資者提供更具競爭力的收益模式,並加速儲能技術的投入運營。此外,美國還通過稅收抵減政策促進儲能技術的發展。例如,2018年聯邦稅收法案中的儲能稅收抵減,為儲能項目提供了額外的經濟激勵,促使更多投資者參與。

  在歐洲儲能政策主要體現在綠色政綱(European Green Deal)中,這是歐盟為實現碳中和目標而提出的全面性戰略,協議中包括多項具體政策和方案,以推動儲能技術的發展。以幾個國家為例:德國政府藉由補貼和固定回購價格,激勵投資者參與儲能項目,並進行市場改革讓儲能更靈活地參與電力市場;法國也藉由多年能源規劃制定目標,要求提高再生能源和儲能的佔比,並透過長期合約招標,鼓勵儲能項目的投資和建設;英國政府除透過改革市場規則和提供財政支持外,更進一步鼓勵分散式儲能,如家庭儲能系統,以提高能源使用效率。

未來儲能系統預計會有幾個技術性突破,包括:

鋰離子電池技術提升或替代品:提高鋰離子電池能量密度、性能及使用壽命,或進一步尋求其他更環保、使用相對便宜且可取代鋰的材料、有更長的使用壽命、更長的充放電循環的電池,例如:鋅離子電池、鈉硫電池、鋁離子電池、鎂離子電池等。

快速反應電池:包括超級電容器(Supercapacitor)、飛輪(Flywheel)和超導磁儲能(Superconducting Magnetic Storage)等技術,這些電池放電速度很快,可以瞬間反應以提升電網品質和可靠性。

氧化還原液流電池(Redox Flow Batteries, RFB):液流電池的使用壽命比鋰電池更長,其靈活的系統設計和易擴展性,可提供更具有成本效益的電池選擇,為公用事業規模的再生能源整合規劃提供了巨大的潛力。

固態電池(Solid State Battery, SSB):傳統的液體電解質高度易燃,固態電池以有利於離子遷移的固體化合物取代了易燃液體電解質,可實現更高的能量密度、更便利攜帶和更長保質期。

氫能電池:氫氣具有最高的單位質量熱值,同時具有再生性和環保性,可透過以氣體或液體的形式儲存,為了經濟地儲存氫氣,許多公司正在設計創新的製程和更有效益的氣體儲存方式。

2.我國儲能運用現況

  我國儲能系統之運用主要以發電端、電網端及用戶端為主。儲能於發電端可協助尖離峰轉移,有效協助發電設備出力平滑化;儲能於電網端則主要提供輔助服務,可進一步協助電能轉移或舒緩區域壅塞情形;儲能於用戶端可透過需量反應機制,靈活調配負載與儲能,智慧運用並減少用戶之電費負擔。

  配合我國2050淨零排放目標,國發會於2022年12月公布「臺灣2050淨零排放十二項關鍵戰略」明定我國儲能系統建設目標為2025年總容量達1,500MW,其中500MW屬發電端運用,會與太陽光電案場結合,協助再生能源電能轉移,舒緩夜間供電壓力;另外1,000MW屬電網端運用,由台電公司籌設,透過多管齊下方式擴大儲能運用,以下簡述目前各類運用發展現況:

發電端運用現況:能源署於111年、112年共公告4期光儲競價,相關方案內容及得標廠商資訊如下表1所示:

表1. 111年度及112年度光儲競標內容及結果

電網端運用現況:除台電公司自建儲能系統外,主要以參與電力交易平台之日前輔助服務市場為主,可參與商品包括提供雙向調頻功能之動態調頻備轉容量(dReg, Dynamic Regulation Reserve)、單向調頻功能之靜態調頻備轉容量(sReg, Static Regulation Reserve)及電能移轉複合動態調節備轉容量(E-dReg, Energy-shifting with Dynamic Regulating Function Reserve)。截至2024年1月,已有106個案場提供461.6MW dReg服務,3個案場提供116MW E-dReg服務,3個案場提供6.2MW sReg服務,相關詳細資訊可參考電力交易平台官網(https://reurl.cc/97VqMY)介紹。

用戶端運用現況:台電公司於需量反應管理措施內新增「再生能源義務用戶儲能調整用電措施」,依「一定契約容量以上之電力用戶應設置再生能源發電設備管理辦法」設置儲能設備履行義務,且其儲能設備經中央主管機關同意之用戶,可選擇參與此需量反應管理措施方案,於指定時段(下午6時至8時)進行放電2小時即可獲得電費扣抵。可參與方案包括:義務時數型及累進回饋型,相關方案細節可參考台電公司負載管理專區(https://reurl.cc/dL7gEM)介紹。

3.儲能發展未來展望

  目前我國儲能運用主要以頻率調整及電能移轉為主,未來為解決再生能源高滲透率下對電網帶來之衝擊,可更進一步開放區域性及時間性之運用,包括:

電力不平衡運用:透過系統自動最佳化排程及調度,可有效運用所有併接至電網的資源,更可在符合電網安全限制的條件下,有效運用儲能系統快速反應的特性,於日內即時地進行最符合經濟效益之調度,以調和電網瞬間之電力供需不平衡。

電網強韌運用:透過建立電網拓樸模型,分析各區域電網脆弱樞鈕點,如於這些地點配置一定比例之儲能系統,可有效預防線路N-1或預防線路超載,防止發生電網重大跳脫事故。

  我國未來中、長期儲能系統之規劃發展方向,建議應以精進電源、電網日內即時調度之程序,有效調配全系統電力資源之運用,方可實現多樣化的分散式資源調度。在多元化儲能系統運用下,減少了對傳統能源的依賴,透過儲能系統的輔助,在維持穩定及安全供電品質情況下,進一步推動實現淨零排放目標。期待未來可推出商業新模式及新興技術運用機制,吸引民間可用之分散式發電資源,透過創新技術和系統集成,建立可持續、穩定的能源體系,推動社會邁向更環保和永續發展的未來。

     

 
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