【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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二次鋰離子電池簡介及常見分類

可充電式二次鋰離子電池是一種由正極材料、負極材料、電解液、隔膜和外殼所組成的電能儲存及釋放裝置，具有體積/質量能量密度大、工作電壓高、自放電效率低、無記憶效應等優點，已被廣泛應用於消費類電子產品中，亦開始大量使用在油電混和動力及純電驅動的汽機車上

正極材料：採用鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳(NCM)/鎳鈷鋁(NCA)三元材料、磷酸鋰鐵等，正極材料直接影響鋰電池標稱電壓、充放電性能、能量密度等主要特性，其反應為放電時鋰離子嵌入，充電時鋰離子脫嵌
負極材料：多採用石墨(鈦酸鋰電池的負極材料為鈦酸鋰)，其反應為放電時鋰離子脫嵌，充電時鋰離子嵌入
隔膜：把正負極分隔開來，防止接觸短路
電解質/液：鋰鹽(六氟磷酸鋰)+溶劑的電解質溶液，鋰聚合物電池則採用膠狀/固態的聚合物材料取代液態溶劑，鋰離子可在電解質/液內移動並穿過隔膜以完成充放電反應

隨著應用領域的不斷擴展，對鋰離子電池的性能及安全要求也越來越高，使用者期待的理想型電池應具備安全、容量大、充電快、長壽、便宜等條件。然而魚與熊掌不可兼得，現有的二次鋰離子電池的主要性能指標是充放電倍率性能、能量密度、循環壽命、安全穩定性、運作溫度範圍、價格。當想要提高單一個指標時，其他的指標相對來說都會受到影響或減損。只有各項性能指標均衡的電池，才能適應更廣泛的使用環境，並在確保使用安全的同時，降低成本，提升效率，才能成為市場主流

三元鋰

三元鋰電池是指使用三元材料做為正極，石墨作為負極的鋰電池。正極三元材料內所含的鎳+鈷+錳 (NCM)或鎳+鈷+鋁(NCA)三種金屬材料比例可在一定範圍內調整，並且其性能隨著比例的不同而變化。鎳的作用是提升能量密度；鈷的作用是提升穩定性，並提高循環壽命和倍率性能；錳或鋁也有提高電池安全性及穩定性的作用

三元鋰電池正極材料分解溫度在200℃左右，分解時會產生劇烈化學反應產生更多熱量，熱量快速累積最後會導致熱失控，使用三元鋰電池時有較高的監控管理要求，使其可以工作在安全狀態下

特性：
1.標稱電壓：3.7V/3.8V
2.正極材料：鋰與NCM(鎳+鈷+錳)或NCA(鎳+鈷+鋁)三種金屬材料合金氧化物
3.負極材料：石墨
優點：
1.能量密度高，相同體積/重量的電池可攜帶的電能(Wh)最多
2.放電平台標稱電壓高
缺點：
1.安全性較差，無法承受劇烈撞擊、物理穿刺/擠壓、輸出短路、過充，將會導致起火及爆炸
2.耐高溫/熱穩定特性較差，高溫下容易導致熱失控，需要充足的管理措施，避免電池過熱發生危險
3.循環次數較少，壽命較短
4.製作正極材料需使用鎳/鈷/錳等重金屬，鈷的礦產資源有限價格高，且不落實回收會造成環境汙染

磷酸鋰鐵

磷酸鋰鐵電池是指用磷酸鋰鐵作為正極，石墨作為負極的鋰離子電池，製作磷酸鋰鐵正極材料不會涉及到鎳、鈷等金屬資源，相較於鈷，鐵與磷在地球資源含量十分豐富，原料成本較低。比起三元鋰，磷酸鋰鐵電池具有耐高溫特性，更好的安全穩定性，更長循環壽命的優勢

特性：
1.標稱電壓：3.2V/3.3V
2.正極材料：磷酸鋰鐵(LiFePO4)
3.負極材料：石墨
優點：
1.比起三元鋰，磷酸鋰鐵的循環次數較多，壽命較長
2.比起三元鋰，磷酸鋰鐵穩定性及安全性較高，即使發生劇烈碰撞/物理破壞/過充/短路也不會導致爆炸
2.功率密度大，可承受高倍率充放電
3.耐高溫特性好，於高溫環境下仍可釋放100%容量，正極材料的分解溫度高，不易出現熱失控
4.製造時沒有使用高單價重金屬鈷，材料成本低，並符合歐洲RoHS規定，為綠色環保電池
缺點：
1.比起三元鋰，同體積/重量的磷酸鋰鐵能量密度較低
2.在低溫環境下，放電能力及可用容量均明顯下降
3.品質不佳的電池，串聯組合使用一段時間後，電池單體電壓一致性差異會加大

鈦酸鋰

鈦酸鋰電池是把原本石墨負極材料用鈦酸鋰取代，並與錳酸鋰、三元材料或磷酸鐵鋰等正極所組成的二次鋰離子電池。鈦酸鋰本身不能提供鋰源，只能與含鋰的材料搭配使用，雖然也有鈦酸鋰正極材料，金屬鋰/鋰合金負極材料的組成方式，但普遍所稱呼的鈦酸鋰電池是指採用鈦酸鋰負極材料的二次鋰離子電池

石墨材料在充放電過程中鋰離子會反覆嵌入/脫嵌，使體積發生變化及材料變形導致整體循環性能變差。鈦酸鋰在充放電中鋰離子嵌入/脫嵌不會影響其材料的結構，所以鈦酸鋰被稱為”零應變材料”。這種”零應變”性質避免充放電過程導致材料結構發生變化，可提高電池的循環性能，減少容量衰減並延長使用壽命。與三元鋰/磷酸鋰鐵電池相比，鈦酸鋰電池在循環壽命的表現有明顯優勢

石墨負極會在與電解質/液接觸的介面上形成一層SEI膜(Solid Electrolyte Interface，固體電解質介面膜)，造成電池首次充放電效率較低，消耗較多鋰離子導致不可逆容量較大，長期循環使用容易形成鋰枝晶造成電池內部短路影響使用安全。與石墨負極材料相比，鈦酸鋰不容易產生SEI膜，表面也難以生成鋰枝晶，可避免電池內部短路影響使用安全

特性：
1.標稱電壓：2.3V/2.4V(採用錳酸鋰正極時)
2.正極材料：常見為鈷酸鋰或錳酸鋰，也可以用三元鋰/磷酸鋰鐵等
3.負極材料：鈦酸鋰(LTO)
優點：
1.安全穩定性好，可承受劇烈撞擊、物理穿刺/擠壓、輸出短路、過充，而不起火或爆炸
2.鈦酸鋰具有較高的鋰離子化學擴散係數，功率密度高，可承受大倍率充放電
3.循環次數最多，壽命長
4.耐溫度範圍廣(-50℃至+60℃)，可在低溫及高溫環境下正常充放電
缺點：
1.相較三元鋰/磷酸鋰鐵電池，同體積/重量的鈦酸鋰電池能量密度是最低的
2.負極材料製造需要金屬鈦，原料及生產成本高，也十分要求製造技術水準，導致鈦酸鋰電池單價高
3.鈦酸鋰電池因負極不容易產生SEI膜，鈦酸鋰會催化電解液分解產生氣體，產生脹氣問題，導致性能下降，壽命縮短及影響安全性，需要從材料(電解液)、設計(鈦酸鋰表面包覆奈米碳)及製造(減少材料雜質，控制製造環境濕度)上改進以有效抑制脹氣
4.品質不佳的鈦酸鋰電池一致性存在差異，隨著充放電次數的增加電池一致性差異會逐漸增大

無論何種二次鋰電池單體，當組成電池組(Battery Pack)時，必須要有穩固且同時考量到電池散熱的阻燃式固定結構(可避免電池承受震動衝擊受損或是過度擁擠造成散熱不良)，電池單體之間以及正負輸出端牢固且低阻抗的連接方式(可避免造成大電流傳輸阻抗及接觸不良產生火花)，電池組透過內建BMS(電池管理系統)/BMU(電池管理單元)/VTM(電壓溫度監控)來針對串並聯組合的複數單體進行單體電壓、電池組電壓、電池組電流、電池組溫度進行管理及監控，避免因電壓/電流/溫度異常而導致使用上的風險