〈工業技術與資訊〉分散式能源崛起 -
透過「虛擬電廠」整合再生能源、儲能設備、備援電力等分散式能源，已成為能源管理新顯學（09/26/2021 鉅亨網新聞）

逐年攀升的尖峰負載，讓臺灣的能源使用規劃，成為各方焦點。跳脫興建更多電廠的思維，透過「虛擬電廠」，整合再生能源、儲能設備、備援電力等分散式能源，已成為能源管理新顯學。隨著再生能源占比逐步升高，為了解決供電間歇性的問題，能長時間儲存電力的「液流電池」也備受關注。

數 10 年來，臺灣傳統電力供應以大型電廠為主，想要解決尖峰用電問題，除了蓋電廠外，是否還有更省成本、更有效率的解方？

攤開臺灣的用電分布，若以 1 年 8,760 小時來看，臺灣每年用電最多的 200 個小時，對於電力系統產生的額外需求大約為 2GW，相當於年度用電尖峰的 5%，且大多集中在夏季。工研院綠能與環境研究所組長梁佩芳認為，若要持續蓋電廠，得先思考 2 個問題：一是電廠投資大、建廠時間久，還會面臨環保抗爭行動；二是只為了每年 200 小時的尖峰需求興建新電廠，似乎也不太符合投資效益。

其實除了大型電廠之外，民間也暗藏不少中小型的電力資源，像是散落在企業、工廠、住家裡的太陽能、風力、儲能設備、備援發電機、UPS 系統和電動車等。隨著供電挑戰愈來愈大，未來必須要更加靈活善用這些電力資源。「虛擬電廠」概念應運而生，「就是將分散式的中小型資源聚合起來，變成可靠的電力供應來源，就像一個可受控制的電廠。」

用戶代理人扮演關鍵角色

當傳統以大型機組為主的集中式電力系統，走向分散式電力系統後，原先單純做為電力的消費者，同時也轉為電力供給的產銷者。正因為聚集了各種不同類型的用戶參與，虛擬電廠有著更大的調度彈性，能在短時間內提供尖峰負載電力，也能為電力公司提供輔助服務。

相比過去台電控制大電廠，只要一個指令；當眾多小資源集結時，該如何有效管理就成了關鍵。這造就一個角色興起，也就是所謂的「聚合者」或「用戶代理人」（Aggregator），「他必須聚合用戶資源，就像一個統一窗口，去台電或電力市場報價，未來代理人會是新的商機。」

「虛擬電廠有很多不同機制，有些可以做出一桌菜，有些就是很專業的一道菜，不同公司的營運策略都不一樣。」梁佩芳表示，目前虛擬電廠在國際已有不少成功案例，以全球知名的德國公司 Next Kraftwerke 來說，旗下聚合超過 1 萬個用戶，裝置容量達 8GW 以上，並依據用戶特性，設計不同方案，有些投入電力交易市場，有些則投入輔助服務市場；特斯拉（Tesla）也在加州聚集旗下家用儲能設備 Powerwall 的用戶，向電力公司提供電網服務，當加州電力不夠時，便控制電池放電。

滿足五大條件 虛擬電廠商機可期

梁佩芳認為，虛擬電廠必須具備 5 項條件才能發揮其優勢。第一是 ICT 的基礎建設，為了讓代理人清楚掌握每個參與者的狀況，需要導入智慧電表等 ICT 應用，才能即時掌握數據。

第二是預測。代理人需了解電力系統狀況，進行負載預測，事先讓參與者知道未來幾天的用電趨勢，讓用戶有心理準備，提高用戶的參與意願，不至於突然收到斷線通知，措手不及。

第三是打造客製化方案。因應不同參與者的特性，客製化電力的供應狀態，而非所有人一體適用的規則，甚至是調整用戶的生產行為。比如台電大多在下午 1 點到 3 點的尖峰時間，要求降低用電，或許就能和工廠討論改變生產排程。

第四是對市場的了解。代理人需對市場敏銳，針對用戶屬性，細分成不同群體，參與市場上的不同計畫。台電現已要求，未來代理人參與電力市場，必須取得「合格排程者」（Qualified Scheduling Entity；QSE）的資格，代表代理人對市場有基本了解。

第五是決策技術。如何安排出最妥適的方法，讓參與者的成本降低，在電力市場獲得比較高的回報；同時也要有預先準備，當執行期間發生意外的話，如何啟動緊急機制，這些都需要依賴精密的排程決策。

雖然目前臺灣的虛擬電廠概念在仍在起步階段，代理人角色也仍舊偏少，但可以預期，台電的電力交易平台正式上線後，「臺灣的市場就會打開，未來參與電力市場服務會比以前更加自由、開放，只要聚合資源就能去交易，許多業者都在準備，商機可期。」

四大優勢 液流電池成儲能新星

在分散式能源系統中，再生能源和儲能設備不僅是其中的重要一環，兩者也有高度相關。隨著再生能源的占比逐漸增加，面對「看天吃飯」的間歇特性，更需要長時間的儲能設備，才能 24 小時供應綠電，而安全性更高、儲能時間又長的「液流電池」開始受到關注。

工研院綠能所組長張文昇指出，液流電池顧名思義「就是電池裡有液體流動」。液流電池包含 2 個大型的電解液桶槽，內含可儲存電力的活性物質，將電解液以管線輸送到中央元件，稱其為「電堆」。當需要充放電時，便透過泵浦將液體輸送至電堆，產生電子轉移，以此進行放電或儲電。根據電池種類不同，液流電池可使用多種不同金屬元素組成，目前最成熟的便是採用釩離子的液流電池系統。

比起傳統鋰電池，液流電池具備更多優勢。第一是安全，挑選電池首重安全考量，用水溶液安全性高，無爆炸跟自燃風險。第二是設計更有彈性，由於能量是儲存在液體裡，桶槽愈大，能提供的能量就愈多，根據不同應用情境，只要增加桶槽與電解液，儲存的能量與時間就能更多、更久。

第三是使用壽命長，深度充放電循環可超過 2 萬次，至少用 20 年沒問題，平均儲能成本攤提下來，在長時間儲存上比鋰電池更划算。第四活性物質在液體裡容易回收，即使電池長期使用後，裡頭的有價金屬也不耗損。

「液流電池屬於長跑型的選手，潛力上就是適合做連續長時間的放電和儲存，」張文昇說。這也是為什麼液流電池特別適合作為長時間儲能用途，面對間歇性的再生能源，可將綠電安全、穩定的儲存起來，扮演重要的調節角色。

由於能量是儲存在液體裡，桶槽愈大，能提供的能量就愈多，根據不同應用情境，只要增加桶槽與電解液，儲存的能量與時間就能更多、更久。

打造電堆 2 倍功率 創國際領先水準

早在 2008 年，工研院便意識到儲能會是未來電力系統的要角，率先進行小型的前瞻計畫，評估各種不同的儲能方法。直到 2017 年正式投入，在沙崙綠能科技示範場域打造液流電池系統。

張文昇指出，液流電池有幾個研發關鍵。第一也是最重要的，便是位於中央位置的電堆，「電池所有的功率跟充放電效率，都在那裡決定。」第二是電解液性質，由於活性物質儲存在液體裡，就像泡咖啡，水加太少，底部就會有很多顆粒沉澱，若能在相同體積中，溶解更多活性物質，就能儲存更多能量。第三是系統整合介面，如何讓液體流動的最好、耗電最低，牽涉到系統設計問題。

工研院在電堆上花最多心思，除了在結構設計面讓能源效率最大化，材料也經過最適化調整，比起市面上相同體積的電堆，工研院可輸出 2 倍以上的功率，居於國際領先水準。

應用範圍廣 積極導入產業

目前工研院已在沙崙打造一套 200 度電的儲能系統，近似於 2 萬顆手機電池的容量。未來沙崙場域希望可以達到電力自給自足達 50% 的程度，儲能系統能調節尖峰負載，也能支援夜間用電，甚至在停電時做為緊急備援電力。

工研院也將此套系統投入產業使用。工研院綠能所總監楊昌中指出，2019 年，工研院和中油攜手打造首座多元電力供應及儲能系統的智慧加油站「臺南前鋒路示範站」。因應未來的電車趨勢，中油率先啟動轉型，著手布建百分百使用再生能源的全綠能站體，提供加油站本身與電動機車充換電需求，其中的儲能系統便是採用安全性更高的釩液流電池。

今年 1 月，政府也通過「一定契約容量以上之電力用戶應設置再生能源發電設備管理辦法」，俗稱「用電大戶」條款，規範契約容量 5,000kW 以上的用戶，必須在 5 年內設置契約容量 10% 的再生能源，而液流電池也很適合推展至工業區和住商大樓。

除了國內的產業化進度外，目前也有國際電池材料公司，委託工研院進行測試工作，顯示技術已被國際認可。工研院也積極將技術技轉給臺灣電池和儲能業者，「透過扶植臺灣有潛力的廠商，讓此技術做到電堆百分之百 MIT，」楊昌中說。在分散式能源和再生能源的發展下，工研院持續以扎實技術力，協助臺灣迎接能源新時代。

完整內容請見：
https://news.cnyes.com/news/id/4729870

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「這裡是《蔡鈺·商業參考》，我是蔡鈺。
關於儲能系統的搭建思路，整個行業都在參照的一個巨頭，你肯定又熟悉又陌生：特斯拉。你一定知道特斯拉是全球最大的電動車製造商，但你不一定注意過，它同時還是全球最大的家用儲能系統製造商。
2019年，特斯拉儲能的全年業務量1.65GWh，1GWh就是100萬KWh。為什麼用這個指標來統計儲能業務量呢？因為在儲能行業里，包括電動車行業，廠商們都是按照1KWh的儲量多少錢來採購的。比如說，1KWh的合格儲能設備，我用0.7元來採購，我才不管你這個設備是用金子做的還是用紙殼做的。
特斯拉2019年這個儲能業績，同比增速接近60%，比它此前兩年的總量加起來還多。1.65GWh什麼概念呢？按照彭博新能源的預計，2019年，全球電化學儲能新裝設備也才10GWh，也就是說，特斯拉這一年就佔了全球儲能新增市場的16%。
《商業參考》有一位用戶叫姜永東，他在智慧能源領域非常資深。永東告訴我，特斯拉搭建儲能體系的思路，也是中國儲能產業的各個環節從業者特別關注的。原因有兩個，都很簡單：
第一，特斯拉的家用儲能業務在全球做的最大也最成熟；
第二，特斯拉做儲能的思路跟它做電動車一樣，回歸到了最簡潔、最本質的第一性。所以中國的各種儲能玩家，不管自己的思路如何，總要看一看行業老大是怎麼跑到最前頭去的。
但在儲能行業之外，特斯拉的儲能業務在中國的知名度遠遠低於它的電動車業務。不過你得知道，特斯拉的光儲充一體化超級充電站，現在在中國就已經有2座了。中國儲能產業也正在興起，而特斯拉在其中可能也是一條很大的「鯰魚」。
所以，《商業參考》有必要單獨用2講來分享給你。
做能源業務的動機
特斯拉公司有一個著名的戰略邏輯，分成四步走：
第一步，打造一款產量小、價格貴的電動車；
第二步，賣掉前面這種車，用賺到的錢開發一款產量大一點、價格也再便宜一點的電動車；
第三步，不斷重復第二步；
第四步，提供太陽能電力。
這是特斯拉的創始人馬斯克很早就寫在特斯拉的官網上的。
我們重點看第四步。電能已經是清潔能源了，為什麼特斯拉還要去苛求用太陽能電力呢？因為市場上這些年對電動車一直有一個詬病，剛好能夠回答這個問題，這種詬病說：電動車不過是把燃油車那種分散式尾氣排放方式，轉化成了發電廠的集中式排放。你的電動車用電確實是清潔了，但發電廠給你發電用的還是燃煤或者天然氣的話，不還是在排放二氧化碳麼？在這個詬病面前，特斯拉就乾脆也去做太陽能電力業務，從根源上去終結電動車的碳足跡。我的電動車用的是太陽能發的電，你總不能再說我還排放了吧。
那麼，關於能源業務本身，特斯拉這些年都在忙什麼呢？簡單用一句話來概括的話就是：搭建一套基於太陽能發電的離網能源系統，來幫家庭和企業用戶實現可再生能源的獲取、存儲和使用，並且把這一套產品在全球市場上去做規模化的銷售。
家用的清潔能源小生態
我們先講一講特斯拉的基本能源產品組合。
特斯拉的能源佈局分成兩個板塊：第一塊是儲能設備，第二塊是太陽能屋頂。
2015年，特斯拉發佈過一種名叫「能量牆」的家用儲能電池，英文名叫「Powerwall」。這種能量牆長130釐米，寬86釐米，厚18釐米，掛在牆上就跟中國北方的一套暖氣片差不多。這種能量牆有兩個型號，普通版本能夠儲存7KWh的電，也就是7度電，Plus版本能夠存10KWh的電（10度電）。特斯拉同時還宣佈，基於這個能量牆，它還推出了一種商用級的版本叫「能量包（Powerpack）」，一個能量包是內置10個一組的能量牆，能夠存100度電。
能量牆這種產品什麼概念呢？我們做個類比，你要是手上有一個充電寶，容量是2萬毫安時、輸入電壓是5V，那你充滿它需要0.1KWh的電。特斯拉的能量牆你可以理解成一個大型家用充電寶，儲能容量相當於100個普通充電寶。
我們前面講北京的階梯電價的時候講過，北京最低一檔階梯是預設一個家庭每個月用240度電，也就是一天8度。放在特斯拉的語境里，要是停電了，一塊能量牆就夠一個普通的中國家庭撐一天。而一個能量包有10塊能量牆，就能夠在停電的時候幫小型工商企業撐2-4小時。
在2015年的當時，特斯拉並不是第一家推出儲能系統的廠商。當時就連中國的比亞迪和寧德時代起步都比特斯拉早。而韓國的LG化學，也是在特斯拉之前的2013年，就建起了全世界第一個儲能專用設施。
但特斯拉一髮布這個能量牆產品，當時就引起了全球市場的轟動。原因是，它的這種產品外觀又酷、質保壽命又長，售價還只要3000-3500美元，比起當時市場同類的工業級電池要便宜70%。所以能量牆這個產品發佈不到一周，就收到了3.8萬個訂單，它組合起來的能量包也收到了2500多個訂單。
特斯拉一看，儲能設備的需求被訂單給驗證了，於是2016年就又升級了產品，給第二代的能量牆加上了逆變器，把功率和容量提升了一倍。逆變器就是一種能夠把直流電變成交流電的電子器件，加逆變器有什麼用呢？你家的能量牆充滿之後，可以反向把電能賣給大電網。這之後，特斯拉的「能量牆2」就開始在北美的家用電池儲能市場上大殺四方，到了2020年，能量牆在北美的市場佔有率就超過了一半。
2016年還發生了另外一件事：特斯拉花了26億美元，收購了馬斯克個人投資的一家太陽能電池板工程的公司，名叫「SolarCity，太陽城」。這家太陽城公司是馬斯克在2006年鼓勵自己的表兄弟開的，在2016年以前，特斯拉就已經在不斷地勸說自己的車主們，讓太陽城公司把太陽能電池板裝到他們的屋頂上，特斯拉說的是，一塊電池板一天能夠給車補充80公里的續航電量，足夠他們日常通勤了。
但在能量牆發佈之前，這個思路存在一個問題：你想啊，特斯拉車主們畢竟不是夜行動物。電池板白天用太陽能發電的時候，汽車通常也在外邊跑，無福消受。這些屋頂發的電要是在家裡用不完，也不能並進電網，那就只能放棄太陽能發電了。
到了2016年，能量牆解決了儲能問題，馬斯克覺得妥了，所以才把太陽城公司整合進了特斯拉，變成了特斯拉的能源部門。
這個收購之後，特斯拉就推出了它的第二塊能源業務：太陽能屋頂（Solar Roof）。這個產品就不是在屋頂上裝電池板了，那個像打補丁，太醜。太陽能屋頂是直接給歐美家庭的大House提供整體的光伏發電屋頂，還能夠選顏色、花紋，還能選配通風口和天窗，就跟我們在《動物森友會》這樣的遊戲里捏房子似的。我查到一個數據，說特斯拉2019年出的太陽能屋頂產品，380平米以上的建築，一天能夠發電58-77度。
到這兒，特斯拉的儲能系統，就等於幫家庭和小型商業組織建立了一張太陽能微型電網。這個微電網可以先滿足房屋自身的用電，富余部分存儲起來，要是能量牆和能量包也充滿了，還可以把電能輸送給主幹電網。這些安排，在特斯拉的App里就能操作。
能量牆和太陽能屋頂這兩個產品都上市之後，特斯拉的離網系統能源戰略就實現了閉環：太陽能屋頂發電，能量牆存儲電能。而電動車業務線上的電動車們，還能夠負責使用電能。
這樣一來，特斯拉自己的能源業務跟電動車業務也就打通了，發電-儲能-用能。它就成了全球第一個完成了垂直整合的能源公司，在家庭客戶和企業客戶這裡，它確實就構建起了一個一個的清潔能源小生態。
前面我們講了，在停電狀態下，能量牆能幫一個家庭撐一天，能量包能幫小企業撐2-4個小時。你有沒有發現，特斯拉的這套儲能系統的產品設計出發點里有一個關鍵詞是「應急」。如果你之前對馬斯克稍有瞭解，你肯定知道他一直很關心一個命題叫「如何提高人類生存的確定性」，所以在特斯拉的能源業務里，用儲能去解決應急，確實也很符合他的個性。
中國在過去這幾十年里，基礎設施的覆蓋能力很強，各種設備器材又正值壯年，要是你再身在內陸，可能不太容易體會歐美社會對極端自然環境的敏感和焦慮。就在我們錄音的9月初，美國又被「艾達」颶風禍害了，連紐約都沒能扛住暴雨災害。
特斯拉在2018年還專門在它的App里增加了一個名叫「風暴預警」的功能。乾嘛用的呢？你家裡的能量牆，周邊環境一旦發生山火、颱風這類的自然災害，風暴預警功能就會提醒你有停電風險，並且自動把能量牆充滿電候命。
也正是因為馬斯克這種對自然災害的憂患和敏感，又推動著特斯拉的能源業務進入了公用事業領域。」

未來10年百萬顆退役 電動車電池循環再生三面向（ 08/25/2021 EIC環境資訊中心）

（綜合外電；姜唯 編譯；林大利 審校）隨著車廠和政府承諾增加電動車數量，預計到2030年將有1.45億輛電動汽車上路。雖然電動汽車可以在減少排放方面發揮重要作用，但它們也帶來潛在的環境定時炸彈——電池。

根據估計，從現在到2030年之間，將有超過1200萬噸的鋰電池退役。這些電池不僅使用大量的原材料，包括鋰、鎳和鈷，而且採礦可能影響氣候、環境和人權。電池的壽命結束時也會成為堆積如山的電子垃圾。

專家表示，隨著汽車業開始轉型，現在該規劃電池如何壽終正寢，減少對採礦的依賴並保持材料的循環流通。

電動車電池第二春

數億美元的資金正挹注回收相關的新創公司和研究中心，以找出如何拆卸廢電池和大規模提取有價值金屬的方法。

世界經濟論壇循環經濟專案負責人彭寧頓（James Pennington）說，如果我們想用有限的材料做更多事情，回收不應該是第一個解決方案，「首要最佳辦法是延長使用時間。」

隆德大學環境政策學者里希特（Jessika Richter）表示：「電動汽車電池首次退役時，其實還有很多電池容量。這些電池可能不再能夠推動車輛，但還可以儲存太陽能或風電場產生的電力。」

幾家公司正在進行試驗。能源公司Enel Group正在西班牙梅利利亞的一個獨立於國家電網的儲能設施中，使用從日產Leaf汽車退役的90顆電池。在英國，能源公司Powervault與法國車輛製造商雷諾合作，將退役電池用於家庭儲能系統。

建立鋰離子電池的第二春還有另一個好處：取代有毒的鉛酸電池。非營利組織Pure Earth的負責人富勒（Richard Fuller）說，只有大約60%的鉛酸電池用於汽車，另外有20%用於儲存太陽能，主要是在非洲國家。

富勒說，鉛酸電池在溫暖的氣候下通常只能使用兩年左右，因為熱會使它們劣化得更快，因此時常需要回收。然而，在非洲很少有設施可以安全地做好這件事。

相反地，這些電池經常在住宅後院裂開、熔化，使回收者及其周圍環境暴露於鉛，而鉛是一種沒有已知安全水準的強效神經毒素，會損害兒童的大腦發育。富勒表示，鋰離子電池是一種毒性更低、壽命更長的儲能替代品。

鋰離子電池回收競賽

彭寧頓說：「當電池真正用完的那一天，就該回收它了。」

鋰離子電池回收業背後有很大的力量在推動。特斯拉8月發表的衝擊報告中宣布，該公司已開始在內華達州的超級工廠建立回收設施，以處理廢電池。

附近的紅杉材料（Redwood Materials）由特斯拉前技術長史特勞貝爾（JB Straubel）創立。該公司在內華達州卡森市展開業務，7月份籌資超過7億美元，還計畫擴大業務。紅杉材料的工廠接收廢電池，提取銅和鈷等有價值的材料，然後將精煉金屬送回電池供應鏈。

然而，雖然電池回收變得越來越主流，重大的技術挑戰依然存在。

其中之一是回收商必須破解其複雜設計，以獲取有價值的組件。英國電池製造新創Aceleron聯合創辦人康明斯（Carlton Cummins）表示，鋰離子電池的設計很少考慮可回收性，「這就是回收商痛苦之處。他們很想做這樣的工作，但只有在廢電池送到達家門口時他們才能獲得相關資訊。」

康明斯和另一位聯合創辦人強丹（Amrit Chandan）特別指出一個設計缺陷：組件的連接方式。康明斯說，大多數組件都焊接在一起，這有利於電氣連接，但不利於回收利用。

Aceleron的電池用鎖固的方式將組件的金屬端點緊壓在一起，日後可以鬆開完全拆解，或移除和更換單個故障組件。

簡化拆卸也有助於減輕安全隱患。鋰電池處理不當可能會造成火災和爆炸風險。「如果能把它拆解成小組件，可保證不會傷害任何人，」康明斯說。

待改變的回收系統

即使解決了技術挑戰也無法保證成功。歷史上，建立妥善運作的回收業困難重重。

例如，鉛酸電池的回收率很高，部分原因是法律要求——汽車電池中多達99%的鉛被回收。但是，若最終經手的是不當的回收設施時，就會產生污染的可能。廢電池最後通常會交給個體戶回收商，因為他們支付的金額可能比正規回收商更高，後者必須承擔更高的營運成本。

鋰電池的毒性或許較低，但它們最終仍需要安全的回收處理。 「產品往往會往阻力最小的路線流動，所以必須讓正規處理路線阻力更小，」彭寧頓說。

立法可以提供一些幫助。雖然美國尚未實施強制要求鋰電池回收的聯邦政策，但歐盟和中國已經要求電池製造商支付建立收集和回收系統的費用。彭寧頓說，這些資金可以幫助補貼正規的回收商，使他們更具競爭力。

去年12月，歐盟提議全面修改其電池法規，其中大部分針對鋰電池，包括電池回收率要達70%，鈷、銅、鉛和鎳回收率要達95%，鋰回收率70%，以及2030年新電池中回收含量的強制性最低水準，以確保回收商有市場，並使它們免受商品價格波動或電池化學成分變化的影響。

里希特說：「這些法案還沒完全成型，但已經相當積極。」

資料也是一個辦法。歐盟和公私合作的全球電池聯盟（Global Battery Alliance, GBA）都在研究電池的「數位護照」，一種包含其整個生命週期資訊的電子紀錄。「我們正在考慮使用QR code或無線識別檢測設備。」GBA電池護照計畫負責人弗倫（Torsten Freund）說，如此可以報告電池的健康狀況和剩餘容量，讓汽車製造商用於再利用或回收設施。有關材料的資料可以幫助回收商了解鋰電池的無數化學成分。一旦回收變得更加普遍，護照還可以顯示新電池中回收成分的含量。

里希特說，另外值得注意的是，永續交通不僅僅是電動汽車，步行、騎自行車或乘坐公共交通工具不應被忽視。「重點是，我們可以在非永續的系統中擁有永續的產品。」

參考資料
衛報（2021年8月20日），Millions of electric car batteries will retire in the next decade. What happens to them?
https://www.theguardian.com/environment/2021/aug/20/electric-car-batteries-what-happens-to-them

完整內容請見：
https://e-info.org.tw/node/232064

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