能源轉型大勢所趨，掌握碳中和儲能商機！一次搞懂什麼是碳中和、鋰電池、固態電池、燃料電池（07/12/2021 TechNews科技新報）

作者 姚 惠茹

聯合國在 1997 年 12 月通過京都議定書將大氣中的溫室氣體含量穩定在一個適當的水平，以保護地球的生態系統。從那之後，碳排量就逐漸成為評估環境成本的一項重要指標。2015 年 12 月，各國在《巴黎協定》中承諾，在 2050~2100 年實現全球「碳中和」目標。

什麼是碳中和呢？

碳中和是「從環境中消除的碳排超過所排放的碳」。通常透過使用低碳能源取代化石燃料、植樹造林、節能減排等形式，來達到相對「零排放」。目前為止全世界已經有超過 50 個國家宣告在本世紀中葉達到碳中和，超過 100 個國家在政策中提及，2050 年是大部分國家設定的目標年。

分析碳中和商機，首先要來了解主要碳排產業，目前全球最大的碳排放產業是電力產業，其碳排放量佔全球碳排放量比重高達四成，而再生能源發電的比重近幾年來雖然持續增加，也約略佔三成左右，如扣除水力發電、地熱發電等，以風電及太陽能為主的再生能源佔比又僅有一成，富邦證券表示，未來持續增加風電與太陽能發電仍將是主要的發展趨勢。

車輛的二氧化碳排放佔全球碳排放量比重超過二成，因此未來電動車取代內燃機汽車的趨勢，將會加快進行，另外包含製造業的工廠與建築業等佔全球碳排放量也達到二成，因此將被迫更新其生產設備，降低排放量，中國及其他第三世界等地區，必須要淘汰高汙染高排碳的產能，建置更具效能且符合環保碳排規範的產能取代，否則其出口將會被先進國家課以碳稅。

從前面分析主要碳排來源，就可以知道為什麼再生能源和電動車會成為近年來的重要產業發展趨勢，然而電動車雖然不排放 CO2，但若使用的電力是火力發電，則會增加發電廠的碳排量，因此電力來源由火力發電轉為再生能源，再使用電動車才能真正達到減碳的效果。

富邦證券表示，由於再生能源如太陽能與風電都是屬於間歇性發電，受到日照時間與季節性風力強弱的影響，必須透過儲能系統，將再生能源發電做妥適的儲存應用，故儲能系統將在碳中和發展趨勢中，扮演著重要的關鍵角色。

近年來光電、風電產業快速崛起，因綠能發電具間歇性特質，尚需儲能系統搭配，才能避免再生能源受到天氣因素的波動影響供電，確保長期供電穩定，儲能系統市場規模因此快速成長，2018年全球儲能系統放電量 5,971 百萬瓦時，預估至 2024 年，全球儲能系統規模年複合成長率超過七成。

富邦證券指出，現階段全球儲能系統主要可分為三大類，機械能儲能、電化學儲能（鋰離子電池）及化學儲能（燃料電池）三大類，其中以電化學儲能為目前的市場主流，而化學儲能為近年備受市場期待的另一種儲能系統。

鋰離子電池

目前全世界車廠所生產的電動車，其儲能電池的應用種類，以「鋰離子電池」為市場應用主流，而再生能源儲能系統方面，也大部分同樣採用「鋰離子電池」，作為協助電網進行電力調節的輔助設備，例如特斯拉在各地建置超級充電站，就會利用到鋰電池儲能系統。

鋰電池材料中以正極材料最為重要，一般都是以鋰合金氧化物所構成，也是常聽到的三元鋰電池就是以鎳鈷錳等三種材料組成正極的鋰電池，另外常聽到的磷酸鋰鐵，也是正極材料的一種。負極材料目前多以石墨為主，未來會往矽負極來發展電解質現階段都是液態（膠狀），目前業界正積極開發固態電解質的鋰電池，作為下一世代鋰電池的發展方向。

固態電池

鋰電池為「液態電池」，其電解液為膠狀電解質，而液態電池性能容易受溫度高低影響，並有電解液外漏爆炸的風險，當前普遍使用的有機電解液存在爆炸等安全隱憂，已成為限制鋰離子電池發展的瓶頸，而固態電解質的重量較輕，只有液態鋰電池的一半、充電速度比鋰離子電池快，只要 10~15 分鐘，而且沒有腐蝕性的問題，壽命較長。

目前日本豐田、南韓三星、中國寧德時代、美國的 Quantum Scape（QS），德國的 Solid Power 與台灣輝能等公司業已開啟固態電池產業化進程，目前預估最快 2023~2025 年間，有可能量產車用固態電池。

燃料電池

燃料電池為一種將燃料（通常是氫氣）與氧化劑產生的化學能通過化學反應轉換成電能的儲能系統，通常又稱為氫能源，利用氫燃料的氧化作用，產生電力，沒有排碳，只有排水，若是將太陽光電或風力發電的電力來產製氫氣，產製後的氫氣可做為燃料電池的燃料來源。

藉由氫能載體整合各式再生能源，能平衡各類再生能源供電缺口或不穩定。富邦證券表示，現階段包含美國、日本、南韓、歐盟、澳洲及中國都積極發展燃料電池，企業界與日韓車廠也都努力開發各式產品應用。

富邦證券表示，2050 年是大部分國家設定的碳中和的目標年，降低碳排放量的碳中和商機，已經成為未來十年的重大商機，因此使用何種電池能達到安全又具效能的綠能發電儲能系統，將會是未來產業發展的重點，也值得投資人持續關注。

完整內容請見：
https://technews.tw/2021/07/12/carbon-neutral/

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【綠色觀點】儲能概念股夯，但你對儲能系統了解多少？（03/5/2021 INSIDE）

股市頻創新高，全民瘋股票，許多媒體順勢提出什麼幾大明星產業、什麼什麼概念股，日前朋友因為知道我在儲能產業裡工作來打聽哪支股票可以買，我才赫然發現儲能概念股已經名列投資建議榜首！

儲能概念股夯，但真相是，你根本就不太懂儲能，也不太懂儲能系統的上中下游供應鏈，你在買儲能的什麼商機都不知道，就隨便拿自己的錢開玩笑。

我在人生的精華歲月躬逢其盛遇到這幾年儲能系統商業應用爆發期，參與建置臺灣第一套大型電網級儲能系統，算是少數有資格替儲能說話的。因此，我將從實務經驗的角度，為你建構系統性的儲能系統知識框架，協助你正確判斷商機的落點，助攻所有不在儲能產業、但想要透過投資分享紅利的你。除了投資之外，這篇文章對想要採購儲能系統的公司也會非常有幫助，可以協助正確決策，大幅減少你探索及試錯的時間、金錢等成本。

大型儲能系統像是水庫居中做個「削峰填谷」調節，水庫是一套複雜系統，儲能自然也不例外。儲能系統從原材料到系統可以分為七層，有些會拆分成更少或更多，我建議不需要花時間糾結在分幾層上，這種糾結拿來搞學術可以取得相當的成就，但這裡主要是為了讓你方便理解。我們將專注在最廣泛應用的鋰電池儲能系統，如果你想要了解更多其他種類的儲能電池，你可以回頭看綠學院的系列文章。

我們現在立刻來替儲能系統開箱！請先花一分鐘看下面這張圖 (請見附圖）：

儲能系統第一層：原材料及電池材料

儲能系統需要電池作為基礎。原材料主要是礦區，電池材料指的是正極、負極、電解液、隔膜，上圖沒有顯示出來，倒是在《如何判斷電池技術大突破是世紀大騙局還是真革命？》一文有各種材料與原理的完整說明。這裡基本上各家都已經有了各自的站位，競爭較不易，且上游的資本密集度很高，要在這裡存活，口袋得很深。可能有的機會落點在電解液、隔膜這兩塊。

儲能系統第二層：電池芯 (Cell)

把這些電池材料組合在一起，就成為電池芯。雖然每個設計差異很大，不過為了簡單理解，一個 1MW 儲能系統大約會有 14,000 顆電池（以 20 安時為例），大概是十台特斯拉電動車 80,000 顆電池的容量，只不過儲能系統用的電池比電動車的大很多。

目前電網與電動車的應用場景中，鋰電池的正級材料大體上可以分成三大類：鈷酸鋰 (LCO)、磷酸鐵鋰 (LFP) 與三元材料 (NMC)。臺灣及中國大陸因為追求 CP 值，以磷酸鐵鋰、俗稱鋰鐵電池為主；日本 Panasonic 與韓國 LG/Samsung 則是三元材料、俗稱鋰三元，這讓他們在電動車市場很吃香。除材料分類不同之外，同廠牌的電池又會區分不同規格、等級，適應不同的應用場景，如果不是行內人，一定眼花撩亂。

很多人喜歡幻想臺灣能出現一家世界級的電池芯廠，這是不實際的。臺灣市場小，研發出來也沒什麼市場，而電池需要大量的訂單才有試錯和調整的機會，再加上大陸電池芯競爭已經非常激烈，想要彎道超車已經太遲了。

儲能系統第三層：電池模組 (Pack)

每個電池芯就像是軍中的單兵，不可能靠著單兵就可以行動，不過可以把很多電池芯串併組合在一起成為模組，一個電池模組通常至少有 100 顆電池，這樣管理比較方便。

模組廠就是負責這段的組裝技術，他們在製作模組時，會建立第一層小型電池管理系統，並將消防防護機制也設計在內，以防止電池芯之間的延燒，這部分同時也是通過國際安全認證如 IEC、UL 重要的一環。這裡同樣資本需求密集度高，因為這樣才有經濟規模與價格競爭力，而且你還得知道要賣到哪裡去，否則累積大量庫存，公司很容易周轉不靈。

儲能系統第四層：電池機櫃及電池管理系統 (Rack and BMS)

把 14~21 串電池模組像抽屜一樣收起來，就是電池機櫃，為了要管理電池芯和模組，需要更高一階的電池管理系統，給電池命令，他才知道要怎麼行動，電池管理系統也會時時檢查每顆電池芯的狀態，並盡量維持電池芯之間的平衡。大部分生產到電池機櫃等級的公司，都會附上電池管理系統當成是服務的一部份，購買者不需要自己開發，以免你拿去亂用不小心燒起來，為了賠償問題大家吵不完。

儲能系統第五層：功率調節器 (PCS)

功率調節器是連接電池機櫃與電網應用的關鍵，它可以雙向轉換，放電就是將電池的直流電轉換成一般電力公司的交流電，充電則是把一般電力公司的交流電轉換成電池的直流電儲存起來。需要跟電網溝通的機器設備都需要雙向轉換的功能，只是看是用什麼方式做，例如電動車就是靠著充電樁，可以把交流電轉直流電，或是反向直流轉交流。

功率調節器需要連接電池管理系統和下面會提到的能源管理系統間的各種通訊，資料採集和傳輸量的複雜度相當高。臺灣只有少數公司銷售功率調節器，國外則有很多成熟的品牌可以選擇，相對來說機會較小。

儲能系統第六層：能源管理系統 (EMS)

不管是節能、創能、儲能、智慧系統整合，只要牽涉到許多用電設備、發電設備、儲能設備等之間的整合工作，都需要一個能源管理系統，儲能系統自然也不例外。

在儲能系統中，能源管理系統是涵蓋控制器的整套監控系統，除管理功率調節器何時充放電，還包含監視電池儲存的環境溫溼度、消防系統、門禁系統等，相當於儲能系統的大腦。能源管理系統要能跟電池管理系統、功率調節器對話，若調度地不好，就可能出現安全設計上的漏洞，這也是韓國儲能電池起火事故的原因之一。

各種應用場景需要不同的能源管理系統，很少有電池廠或模組廠能把手伸這麼長，因此能源管理系統算是較有商機的一塊了。要注意的是，有時我們會看到一些標題類似「EMS 廠搶進商機」的新聞，這時要小心分辨它指的是電動車 EMS 還是儲能 EMS，電動車 EMS 廠做的是車用電子零組件，像是車上的儀表板、觸控面板等，這跟儲能 EMS 做跟電網溝通的工作是有差異的。

儲能系統第七層：儲能系統及系統整合 (SI)

買儲能系統不像是買電動車，更多時候你需要的是客製化設計，畢竟每個需要儲能系統的應用場景都不同。因此你需要選擇一個系統整合商來替你把整套儲能系統組裝起來。系統整合商通常會開發能源管理系統，以確保它採購來的各式零件，能達成優秀的執行品質。

恭喜你，你已經完全理解儲能系統了！下一篇，我們來分享如何成功說服老闆買儲能系統。

責任編輯：Mia
核稿編輯：Anny

本文作者陳貽評，專長電力系統與微電網系統，人生的精華歲月躬逢其盛遇到第一波儲能系統商業應用爆發期，參與建置臺灣第一套大型電網級儲能系統（高雄永安案），另一案屏東林邊智慧微型電網則獲得 2015 年 APEC ESCI 智慧電網銀質獎，開發專案擴及菲律賓與印尼等，現任大同大學電機系兼任助理教授及綠學院綠色帶路人。

原文刊登於綠學院，INSIDE 經授權轉載。

完整內容請見：
https://www.inside.com.tw/article/22854-energy-storage-system

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過年期間與家中長輩閒聊時，

意外的發現其中一位長輩竟然是 Elon Musk 的狂熱粉絲。

除了心理非常崇拜 Elon Musk 的所作所為以外，她也會為 Elon Musk 感到擔心。

在聊天的過程中，長輩就有提到：

「我們在用的電池不都是固體的嗎？那個『固態電池』到底是什麼啊？為什麼會那麼紅？會威脅到特斯拉嗎？」

既然這些問題會是某些人的問題，那一定也會是另一些人的疑問。

所以今天就非常概略的跟大家分享一下，我所知道的固態電池。

(很簡略的寫，畢竟寫太長大家也不愛看)

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首先我們必須要了解電池的組成是什麼？

電池主要組成可以分為四個部分，

分別是陰極 (正極)、陽極 (負極)、隔離膜和電解液（圖一）。

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就目前使用在電動車上可穩定量產的鋰電池而言，

☘ 「陽極材料」通常較為統一，都是將鋰離子鑲在石墨 (碳) 的結構當中作為陽極。

☘ 而「陰極材料」種類就比較多了，

目前市場上常見的有鋰鈷、鋰鎳、鋰猛等金屬氧化物，

還有鎳鈷錳三元材料 和 能量密度較低的磷酸鋰鐵... 等。

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☘ 「電解液」的部分，目前大多是使用含有鋰離子的有機溶液 (液態) 為主。

不過這類「液態電解液」在電池遭遇穿刺或是短路時，容易會有漏液或是燃燒的情況發生，所以在安全性上會有些疑慮。

(目前市面上的電動車在出廠前都會經過政府嚴謹的審查，所以大家也不用過度擔心鋰電池的安全性)

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然而所謂的『固態電池』，就是將傳統鋰電池中「液態電解液」的部分改為固體電解質。

目前常見的固態電解質材料，大致可分為兩類：

☘ 聚合物，可以想成是塑膠 (有機電解質)。

☘ 陶瓷，硫化物、氧化物 (無機電解質)。

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那這樣做有什麼優點呢？

一、提高安全性：固態電解質通常不可燃、不揮發、不腐蝕，更無洩漏的問題。
二、提升能量密度
三、可承受較高的工作溫度
四、生產效率提升：不需去封裝液體。

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乍聽之下固態電池似乎很美好，擁有許多優點，

不過事實上，固態電池目前不管是在製造上還是材料上，都仍面臨許多待突破的難題。

像是：

☘ 固態電解質的內阻過大，導致充電速度較慢；

☘ 固態電解質與電極間的界面阻抗過大；

☘ 固態隔離膜無法承受長時間的大電流；

☘ 電池壽命過短...等問題。

更最重要的是，目前固態電池的生產成本仍然過高，難以和傳統的鋰電池競爭。

在留言中會附上「輝能固態電池的槍擊測試」影片，有興趣的人可以去看看。

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簡單來說，固態電池確實是一項非常令人期待的新技術，非常有可能會成為未來的趨勢！

但你說短期會不會威脅到特斯拉在電動車的地位？

我認為是不太可能。

原因很簡單，因為目前成功研發出多層固態電池的公司全球可能不超過五間，更遑論要量產可商用的固態電池。

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不過話又說回來，固態電池現在沒辦法量產，

並不代表他就是個不會上漲的股票。

恰恰相反，在這個賣夢的時代裡，有夢賣往往才是最香的。

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講這麼多，我就是想知道 QuantumScape (QS) 會不會再次香起來？

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