強化能源管理及儲能技術 邁向新能源時代

「可高速充放電的鋁電池」可做為儲能之用。來源：工研院

長久以來，能源工業的主要思維都集中於如何提供符合成本效益的能源，然而，隨著傳統能源日益枯竭，以及環境保護及節能減碳的迫切性與日俱增。我們勢必要以新思維提出更有效的解決方法，我們的思考得跳脫無限量增加傳統能源的窠臼，必須另闢蹊徑。

再生能源的導入是一途徑，而為了實現再生能源的穩定供應，儲能系統的採用是必然的手段；另一途徑則是透過智慧能源管理系統實現節能及提高能源效率。

透過「節能與提高能源效率」等方式省下不必要的能源浪費，這被稱為繼煤炭、石油、可再生能源、核能之後的「第五能源」，或稱為負瓦特(Negawatt)。與供電單位Megawatt相反的Negawatt，是電力行業因應全球減少碳排放所產生的新思維，其主要目的就是抑制用電成長，取代過去增加發電供給方法，猶如創造「負瓦特」的電廠。

智慧管理  創造第五能源 

第五能源的增長有賴智慧能源管理系統的導入。此類系統主要就是結合能源及資通訊技術，透過各種智慧互聯網、資訊分析等技術，來創造與提供創新聯網節能與管理服務，達到能源使用效率管理、預測尖峰能源需量與時間，提供移動負載使用時間、降低負載等最佳化策略能源運用。

隨著應用場域的不同，能源管理系統大致可分為家庭能源管理系統(HEMS)及建築能源管理系統(BEMS)系統。根據Markets&Markets預估，2018年全球HEMS市場規模達80.2億美元、BEMS市場規模達88.6億美元。

此外，在智慧能源管理中，需量反應(Demand Response；DR)是電力需求面管理的一環，電力公司透過價格訊號或提供誘因等方式，引導用戶改變用電行為，於系統需要時配合減少用電，以抑制低尖峰負載，避免系統發生供電危機。同樣根據Markets&Markets的預估，需量反應軟體市場規模於2018年將達到67.1億美元，北美與歐洲仍是主力市場，亞洲為潛力市場。

為進一步鼓勵節能省電，國際間甚至發展出負瓦特的交易方式，例如，日本於今年(2017)4月開始實施「零售電力負瓦特交易全面自由化」。事實上，日本是於2016年4月啟動零售電力交易自由化，只不過在2017年4月之前，電力負瓦特交易制度只能在企業間進行，之後才對一般家戶開放。全面開放後，由消費者節電所省下來的電量，也就是負瓦特，將在零售業和輸配電業中當做電力調節的工具。

儲能系統  提高電網穩定性

除了增加「第五能源」數量外，再生能源的導入更是解決現今能源問題的必然途徑，然而再生能源的間歇和不可控制性，至今仍是影響再生能源發展的重要因素。當再生能源佔整體能源供應的比例不高時，對電網的影響不太，然而在比例持續增加的情況下，影響也將隨之放大，若無法解決再生能源匯入主要電網時的波動問題，就會危及整體電網的供電穩定度，這是現代社會所無法忍受的風險

儲能系統不僅能提高新能源發電的用電效能，亦能保障用電端持續用電的需求。在用戶端，儲能系統可以優化使用電價，並且維持高品質電力；在傳輸端，儲能系統可以有效地提高傳輸系統的可靠性；在分配端，儲能系統能提高電能的品質。整體而言，隨著分散式電源的發展和智慧電網的提出，儲能系統的做用將會更加重要。

根據美國市場研究機構NavigantResearch研究，隨著再生能源的快速發展，電網儲能市場將出現快速成長趨勢，預計至2024年，全球儲能市場規模將突破210億美元。另根據GTM Research的預測，美國儲能市場規模將從2016年的221 MW成長至2022年的2.6GW，成長幅度達12倍。至2022年，美國儲能市場規模預期將達到33億美元，與2016年相比為10倍的成長。

鑑於儲能對於再生能源發展的重要性，在全球許多地區已看到相關政策的實施，例如，2010年9月加州政府已通過AB2514儲能法案，要求加州公用事業委員會(CPUC)設立儲能系統目標，制定具有成本效益的儲能系統安裝標準，根據這項規定，CPUC訂定確定三大公共事業體，包括太平洋電氣公司、南加州愛迪生電力公司和聖地牙哥電氣公司，至2020年需完成1.325GW儲能採購的目標，電網的終端使用者部分也規劃安裝200MW儲能設備。

日本則是規劃2030年再生能源發電量目標為2,140億度電，且積極興建大型電池能源儲存設施，每年更花費100億日圓預算補助一般家庭使用鋰電池儲能設備。瑞典政府積極推動民宅採用太陽能儲能設備，規劃為家用儲能設備提供相當於成本6成的裝置補貼，最高補貼金額達5,400美元左右。德國也已推出類似補貼方案，至今已推動了19,000組與太陽能發電系統互相搭配的儲能系統裝置。

儲能新技術  提供更多可能性

對於新能源的發展而言，儲能非常重要，然而囿於價格昂貴因素，導致市場接受度有限。值得慶幸的是，隨著技術研發升級，儲能系統已逐漸邁向商業化和普及化，根據GTM Research報告指稱，預計未來5年內，儲能系統的成本有望下降41%。

關於儲能技術的發展，我國工研院看好鋁電池替代傳統鉛酸電池的潛力，可做為儲能設備使用。相較於鋰，鋁除了蘊藏量豐富、價格便宜，加上更具安全性等特點，所以鋁一直是世界各國電池儲能研究團隊鎖定研發的材料。工研院所開發成功的「可高速充放電的鋁電池」預計在2018年將進行電池芯量產；2018年底於實際場域進行Beta測試，預期鋁電池產品在未來兩年內可真正進入市場。

另外，值得一提的是瑞典Chalmers理工大學的研究成果「分子式太陽能儲熱系統」，此成果為儲能技術帶來了新方向，簡而言之就是可以將太陽光直接轉化為能量進行儲存。此技術是以一種含碳化學液體做為介質，這種化學液體可以儲存並傳輸太陽能，並且在需要時隨時釋放這些能量，且該化學液體釋放能量時，幾乎可以實現能量的零損耗。

儲能技術的新發展，對再生能源的進展是一大助力，儲能系統的建置能夠使風能及太陽能等不穩定的能源，更易於與電網或家戶用電整合，有利於提高分散式能源系統的穩定性，消費者也可選擇在有利的時間儲電與用電。整體而言，若要實現非核家園，儲能問題的解決是關鍵之一，唯有如此才能真正走向再生能源時代。