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2018年全球儲能市場發展
.2018/03/12
摘要 全球再生能源發電量持續增加,然而再生能源發電尖峰時段並不一定符合當地居民電力使用的尖峰時段,許多國家與公用事業陸續意識到可利用儲能系統以平衡發電量與用電量間的落差。Frost & Sullivan闡述2018年全球儲能市場的未來展望,以下將簡要介紹報告中的主要儲能技術,以及未來的儲能技術與市場發展。

一、 重要儲能技術類別與定義
(一) 機械式(Mechanical )
1. 壓縮氣體儲電技術(Compressed Air Energy Storage, CAES ):此技術已成熟,預期當先進絕熱壓縮空氣儲能系統(Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage System, AA-CAES )有相關進展才有可能驅動成長。此技術是透過將空氣加壓與儲存在地底,並在尖峰用電需求時段,利用氣體推動渦輪機,但該設備設置需要特殊地理條件,因而限制了市場的長期發展。
2. 飛輪儲能(Flywheel energy storage ):將風能或太陽能以旋轉動能 形式儲存於真空槽中,並在需要時輸出能源。
(二) 電氣式(Electrical ):
1. 超級電容器(Supercapacitor ):此類電容器(capacitor )具有高功率密度 ( high power density),並能將再生能源儲存在其中。
(三) 熱能儲存(Thermal Energy Storage, TES)
1. 熱水儲能(Hot water storage):此熱能儲存是利用熔鹽能源儲存技術,透過傳統熱能電廠將熔鹽的高溫轉換成電力。
2. 冰儲能(Ice storage):是種將水結冰並以低溫儲存的熱能儲存方式。
3. 冰水儲能(Chilled water storage) :在電力價格較為低廉時,於夜間進行水冷卻與儲存,以作為日間的空調使用。
4. 熔鹽(Molten salt ):回收聚熱式太陽能發電(Concentrated Solar Power, CSP )電廠的熱能,並於夜間或天氣惡劣時作為發電使用。
(四) 電化學(Electro-chemical):
1. 電池儲能系統(Battery Energy Storage Systems, BESS):利用儲存於電極與電解質的電化學位能,進行快速充電與放電,報告涵蓋類型包含鉛酸、鋰、鈉、鎳與液流電池。

二、 2018年關鍵技術發展
(一) 壓縮氣體儲電技術:
1. 市場發展:此技術已逐漸成熟,並具備反應迅速、高度經濟效益與低環境衝擊等特性,電網儲能將是主要應用範圍。2017年新增規劃與運轉中的裝置容量為1,263.2MW,其中50.4%已商轉。北愛爾蘭Gaelectric委託發電裝置容量達330MW,並為20萬多戶家庭供電。
2. 技術趨勢:2014年加拿大Hydrostor公司成功打造水儲能系統,應用水壓原理,在水岸邊鑽掘氣道並於湖底或海底的設置大型氣球,再以重物固定氣球,儲能時把高壓空氣從岸上基地沿氣道打入水底氣球裡,用電尖峰時段則釋出壓縮空氣以推動渦輪發電。
3. 重要案例關注:Hydrostor公司2017年開發的先進壓縮氣體儲電技術Terra,可在水體附近興建,且不需要特殊地質層,透過在岸邊挖洞穴,以管道連結到水中,將再生能源的電能轉換為壓縮空氣儲存於洞穴內,並搭配空氣壓縮機熱回收設計,將空氣壓縮時產生的熱能吸收儲存於水中,尖峰用電時釋放壓縮空氣,利用儲熱加熱空氣提高效率來驅動渦輪機轉動發電機。
(二) 飛輪儲能:
1. 市場發展:2017年新增規劃與商轉的裝置容量為972.3MW,其中95.8%已商轉,主要來自加拿大、愛爾蘭、美國、英國與阿魯巴(Aruba)。
2. 技術趨勢:傳統飛輪是用於支援斷電或短時間的大量用電需求,美國Amber Kinetics開發的革命性M32飛輪技術,可在高達30年的設備生命週期中,以無能源損耗的狀態,達到儲能四小時。目前全球正積極發展應用於運輸部門的飛輪技術,Vycon Inc.成功示範將飛輪儲能系統應用於洛杉磯捷運系統,其能自煞車中回收60%能源。
3. 重要案例關注:英國Highview的5MW液態空氣儲能(Liquid Air Energy Storage, LAES)獲得英國政府800萬英鎊資助,此計畫成功展現液態空氣儲能技術作為遠距離儲能的商業可行性,並完全符合英國的強化頻率調整(Enhanced Frequency Response )服務與穩定頻率調整(Firm Frequency Response )倡議。
(三) 超級電容器:
1. 市場發展:2017年運輸用超級電容器市場收益已達1.42億美元,預計2018年將成長至1.48億美元。南韓與中國陸續進行應用於捷運的測試,預計捷運軌道計畫將更進一步推動市場成長。
2. 技術趨勢:德國Skeleton Technologies開發以引擎為啟動模組的超級電容器,能夠在冰點以下的溫度發動。此外,超級電容器具有快速充電與高功率的特性,將可應用於電網儲能與資料中心。
3. 重要案例關注:Augmented Optics Ltd在超級電容器的聚合物材料有突破性的進展,其功率密度為目前超級電容器的1000-10000倍,若商業化後,將能應用於運輸、電網儲能與消費性電子產品。 西班牙與義大利的超導磁性儲能(Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES )亦為一重要電網儲能技術。
(四) 熱能儲存:
1. 市場發展:2017年新增規劃與商轉中的裝置容量達4461MW,其中71%已商轉。熱能儲存為最被廣為使用的替代性儲能技術,設置量最高的國家為智利、南非與以色列。中國則積極推動聚熱式太陽能發電的熱能儲存,興建中的設置計畫達500MW,並規劃於2020年達10GW。
2. 技術趨勢:熔鹽熱儲能一直為主流儲能技術,2017年在智利的設置成本更下降到每度0.05美金,預計將被推廣應用於其他地區。匈牙利HeatVentors公司利用相變材料(Phase Change Materials, PCM) 減少儲存槽體積90%,同時提高能源效率20-40%,並減少溫室氣體排放量30-50%,進而改變熱能儲存市場。
3. 重要案例關注:澳洲1414 Degrees開發熔融矽(Molten Silicon) 熱能儲存,將潛熱(latent heat) 儲存在熔融矽,矽的高潛熱特性使其適合應用於大量儲存與區域供熱(district heating )。麻省理工研究人員開發出新材料,可在受光時改變分子形狀,並在與相變材料結合時釋出儲存的熱能,相當具有應用於工業廢熱能的潛力。
資料來源 Frost & Sullivan