電池儲能技術評估
楊尚芸、莊純琪/ 發布日期：2019/11/29/ 瀏覽次數：298
由於再生能源屬於間歇性的能源，易受到天氣因素影響造成發電上的限制，因此為有效獲取與利用電力來源，在各國發展再生能源的過程中，電池儲能系統的重要性也就與日俱增。過去，電池儲能系統投資成本較高，各國政府對於其在電網中的接受度與實施較為嚴謹；然而，隨著電池儲能技術進步與材料成本下降，目前已普遍被運用在電網系統中。以下摘錄刊載於Sustainability期刊之文獻，其分析全球先進電池儲能技術，並概述電池儲能系統運用在電網上面臨的挑戰與因應之道。
一、主要常見的電池儲能技術
(一)鋰離子電池(Lithium-Ion Batteries)
優點：具效能高、無記憶效應、高能量密度，隨材料及技術的演進，生命週期已可達15,000次循環，比能量(specific energy)也提高至200-300Wh/kg。
缺點：當過載或超過極限溫度時存在安全性風險。
優點：具效能高、無記憶效應、高能量密度，隨材料及技術的演進，生命週期已可達15,000次循環，比能量(specific energy)也提高至200-300Wh/kg。
缺點：當過載或超過極限溫度時存在安全性風險。
(二)全釩氧化還原液流電池(Vanadium Redox Flow Battery, VRFB)
優點：液體電解質透過氧化還原反應與電極接觸，有可持續再利用的優點。與鋰電池相比壽命較長，此外，可透過電解液儲存罐及電池尺寸調解能量與功率之間的比例。
缺點：電池充電及放電效率較低，常用於電力需求較低的應用。
優點：液體電解質透過氧化還原反應與電極接觸，有可持續再利用的優點。與鋰電池相比壽命較長，此外，可透過電解液儲存罐及電池尺寸調解能量與功率之間的比例。
缺點：電池充電及放電效率較低，常用於電力需求較低的應用。
(三)鉛酸電池(Lead-Acid Batteries)
優點：生產簡單、化學反應速度快、技術成熟度及成本效益高，為世界上最暢銷的電池類型。其能量密度為70-100Wh/L，效率約為80%，生命週期受用途影響介於50-1500次間。
缺點：內所含重金屬會破壞環境且壽命較短，不適合應用於大型設備。
優點：生產簡單、化學反應速度快、技術成熟度及成本效益高，為世界上最暢銷的電池類型。其能量密度為70-100Wh/L，效率約為80%，生命週期受用途影響介於50-1500次間。
缺點：內所含重金屬會破壞環境且壽命較短，不適合應用於大型設備。
(四)鎳鎘電池(Nickel-Cadmium Batteries)
優點：比能量可高達到50Wh/kg，維護容易且壽命較長。
缺點：效率低於其它鎳基電池、製造成本較高且有毒重金屬會破壞環境。
優點：比能量可高達到50Wh/kg，維護容易且壽命較長。
缺點：效率低於其它鎳基電池、製造成本較高且有毒重金屬會破壞環境。
(五)鈉硫電池(Sodium-Sulfur Batteries)
優點：屬於高溫先進電池，生命週期可達4500次循環或達15年之久，效率約為85%。高能量密度、充放電效率佳且材料成本低，可適用於大型儲能設備。
缺點：其操作溫度需維持在574-624 K(絕對溫度)左右，以確保電極為液態，且純鈉易與空氣起反應而造成爆炸，存在安全性的風險。
優點：屬於高溫先進電池，生命週期可達4500次循環或達15年之久，效率約為85%。高能量密度、充放電效率佳且材料成本低，可適用於大型儲能設備。
缺點：其操作溫度需維持在574-624 K(絕對溫度)左右，以確保電極為液態，且純鈉易與空氣起反應而造成爆炸，存在安全性的風險。
(六)氯化鈉鎳電池(Sodium-Nickel Chloride Batteries)
優點：安全性高且電池電壓較高(約2.58V)。
缺點：低比能量(約120 Wh/kg)及比功率(約150 W/kg)。
優點：安全性高且電池電壓較高(約2.58V)。
缺點：低比能量(約120 Wh/kg)及比功率(約150 W/kg)。
(七)金屬空氣電池（Metal-air battery）
優點：成本較低及對環境影響較低。
缺點：開發中的可充電式金屬空氣電池僅有幾百次的充/放電生命週期，且效率低於50%。
優點：成本較低及對環境影響較低。
缺點：開發中的可充電式金屬空氣電池僅有幾百次的充/放電生命週期，且效率低於50%。
二、電池儲能系統運用在電網上面臨的挑戰與因應之道
(一)技術：電池儲能系統對電網的影響取決於系統與電網的連接效率，若電池儲能系統在時間及操作控制方面有所失誤，則對消費者及公共事業在技術與經濟上造成大規模的損失。因此，透過系統優化及改善電池安全問題等方式控制電池儲能系統是最關鍵的任務。
1.老化：隨著時間的推移，設備的老化可能導致電池儲能系統性能及容量下降。此部分可透控制系統優化及機器學習的方式控制充電及放電的週期，從而延長電池壽命。
2.安全：電池的安全問題為關鍵問題之一，例如：鈉硫電池較易產生爆炸，又或者鉛酸電池與鋰離子電池在高溫下反應皆有失控的風險；然而，隨著儲能電池技術的發展，完整的檢測標準與防震防爆技術，使電池安全等級得到顯著的改善。
(二)經濟：儲存技術的投資成本取決於技術特性及安裝區域位置。
1.材料成本：電池系統的化學材料直接影響電池的投資成本，現今由於電池材料的發展，透過低成本材料取代高成本材料的方式，使材料的使用成本大幅下降。
2.重置成本：電池的使用存在容量障礙，此項問題是電池發展擴張的過程中最關鍵的障礙。由於電池系統的使用壽命較太陽能電板及風力渦輪機短，重新安裝電池系統將產生額外成本，即為重置成本。為了降低重置成本，於安裝區域位置進行審慎的評估為其解決之道。
(三)監管：隨著電池系統日益普及，為了使電池儲能系統可應用在可再生能源的發展，政府及相關組織已開始制定相關法規，例如：澳大利亞標準協會正式發布「電氣裝置之電力轉換設備的電池系統安全」規範，同時配合太陽能及風能等能源法規進行。
1.激勵制度：為了鼓勵企業設置大型儲能廠，積極投入儲能系統相關研究，政府透過稅收抵免政策激勵企業進行大規模儲能項目的發展，例如：美國針對特斯拉在澳洲投資電池系統給予20%的稅收抵免，而此項投資建造的大型電池廠亦對當地供電穩定性帶來極大的益處。
2.環境議題：發展電池儲能系統必然造成電池數量增加，因此電池中的化學物質對環境的影響是另一項監管問題。控制電池回收過程中對環境造成潛在的污染勢在必行，而現今歐盟及美國已制定電池回收的相關法令，例如：歐盟的廢棄電子電機設備指令中，除了針對電子產品的回收有所規劃外，亦規範廢棄電池的回收。