〈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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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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