全世界最大的儲能系統不是Tesla的鋰電池儲能廠,竟然是…?

綠色帶路人的心底話


圖片來源:Russia Travel Blog | All about Russia in English  

  前一陣子綠學院發布幾篇關於電力系統內的儲能、電動車用的動力電池及鋰電池觀點文章,我看了文章下面的網路留言,發現許多人提出類似的問題:「怎麼沒有寫抽蓄水力儲能,這可是最大的儲能系統哩!」

  網路上的留言是對的,如果把認知地圖往外擴,儲能本來就不只鋰電池,之所以一直談鋰電池,是因為鋰電池是目前高手擂台上最具冠軍相的選手。

  我們現在即將開始的「儲能電池白話文運動」系列文章,會把之前的文章串起來,建構你對各個儲能電池選手的基礎認知,包括其原理及差異,了解哪種電池在哪些應用場景最能發揮戰力,學會用行內的角度看事情,不會再眼花撩亂,一聽到國外儲能系統多神、多進步,看到什麼就想要投資,看到什麼就急著創業或代理。

三種儲能方式:物理儲能、電磁儲能、電化學儲能

  我們簡單複習一下,儲能是先將電力轉化為其他形式的能量,存放在「儲能裝置」中,並在需要時釋放,在充電與放電的過程中,自然實現了能量的跨時間轉移,如同「水庫」居中做個「削峰填谷」調節:水多的時候儲存起來,水少的時候放出來大家用,這就是儲能的角色。

  儲能裝置有多種方式,我們可以將電能轉化為動能、位能和化學能等,對應能量轉換方式的不同,目前主要的儲能類型分為物理儲能、電磁儲能、電化學儲能。有些分類會拆分成五類甚至更多,我建議不需要花時間糾結在分類上,這種糾結拿來搞學術可以取得相當的成就,但如果你是個創業者或是投資人還這麼想,我建議你應該改行。

種類 典型額定功率(kW) 額定功率下的放電時間 特點 應用場景
物理儲能 抽蓄水力儲能 100,000~2,000,000 4~10小時 合適大規模儲能、技術成熟、充放電速度中等、受地理條件限制 調峰、日負載調節、頻率控制、系統備用
壓縮空氣儲能 10,000~300,000 1~20小時 合適大規模儲能、充放電速度慢、受地理條件限制 調峰/調頻、系統備用、平滑可再生能源功率波動
飛輪儲能 5~10,000 1~1,800s 壽命長、無污染、成本高 調峰、頻率控制、電壓控制、不斷電電源
電磁儲能 超導儲能 10~50,000 2~300s 充放電速度快、需要低溫條件才能運行、成本高 輸配電穩定、抑制震盪
超級電容儲能 10~1,000 1~30s 充放電速度快、成本高 頻率控制、電壓控制
電化學儲能 鉛酸電池 幾千瓦~幾萬千瓦 幾分鐘~幾小時 技術成熟、成本低、壽命短、存在環保問題 備用電源、全黑啟動
鋰電池 幾千瓦~幾萬千瓦 幾分鐘~幾小時 能量密度高、壽命與安全問題仍需要持續改善 頻率控制、電壓控制、備用電源、平滑再生能源功率波動
液流電池 5~100,000 1~20小時 壽命長、可深度放電、便於組合、環保、能量密度稍低 備用電源、平滑再生能源功率波動
鈉硫電池 100~100,000 數小時 需要高溫條件才能運行、安全問題有待改善 頻率控制、電壓控制、備用電源、平滑再生能源功率波動
鋁電池 幾千瓦~幾萬千瓦 幾分鐘~幾小時 能量密度稍低、安全性高 備用電源、全黑啟動、其他對能量密度要求不高的應用

(表一)三種主要儲能方式比較表
資料來源:謝芳吉

全世界最大的儲能系統是抽蓄水力儲能,而且短期來看它的主導地位不會改變

  我們先來理解物理儲能。物理儲能包括抽蓄水力儲能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等。抽蓄水力機組除了用來發電,也就是我們平時理解的「水力發電」之外,反向過來也可以做為儲能電池,供電力調度之用。網路上的留言說的沒錯,抽蓄水力儲能容量大、儲電成本低,可以說是一個天然電池,而且短期來看它的主導地位不會改變。

  但抽蓄水力儲能並沒有太大的成長潛能,如果你要靠著它創業或是賺大錢恐怕不容易,因為它的建設完全依賴於地理條件,也就是說當地水資源是否足夠豐富且穩定供應,這幾年開始,新建的水庫幾乎都面臨到生態與環境爭議而擱置。2016年以來全球的抽蓄水力機組裝機量僅成長0.6%。

  壓縮空氣儲能顧名思義是用空氣作為能量的載體,利用電力將空氣壓縮,儲存在廢棄礦井、過期油氣井或儲氣井、海底、鹽洞等,當需要時再將壓縮空氣與天然氣混合,加熱燃燒推動渦輪機發電。雖然運作仍然需要化石燃料,但還算環保,技術特點是輸出功率大(MW級);持續時間長,可達數小時;運行壽命長,可循環上萬次,壽命可達40年。缺點是受地理結構限制,建設成本高,應用上不易普及。

  最近因為壓縮空氣儲能的研究和開發熱度不斷上升,科技媒體也有國外的相關新聞報導,綠色產業界有人問我國是否應該放棄高污染的鋰電池儲能系統,改設置壓縮空氣儲能廠?我的看法是,國內要找到理想的廠址恐怕會是個大問題,即使是設置在海上,根據離岸風力發電的開發經驗,也會遇到各式各樣社會面向的阻礙,這也就是為什麼說應用上不易普及的原因。

  飛輪儲能同樣顧名思義,是用電力將一個圓柱體用非常快的速度在真空中加速,從而將電能以動能的形式儲存起來,再把動能轉成電能使用。飛輪儲能常用於工業裡的不斷電系統UPS中,或於電網上進行頻率控制和電壓控制,技術特點是儲能效率高達90%、使用壽命長、環保無污染、使用起來很簡單。缺點是能量密度低、保養費用昂貴、性價比差。

  下一篇,我們繼續來談電磁儲能和電化學儲能技術。

鋰電池 儲能

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