〈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

♡

「這裡是《蔡鈺·商業參考》，我是蔡鈺。
特斯拉在2015年發佈了能量牆和能量包，當時主要是給家庭和小型商用機構做備用電源用的。這個產品挺有吸引力，所以大眾汽車在美國佈局的100多個電動車充電站，安裝的儲能電池就是特斯拉的能量包。
能量牆和能量包發佈之後不到半年，特斯拉就遇到了一個進入公用事業領域的機會。
當時是2015年10月底，美國加州亞里索峽谷的地下儲存設施，因為設備老化，發生了美國史上最嚴重的一次天然氣洩漏事故，當時在當地對幾千戶居民造成了身體傷害。這次事故處理過程當中，加州政府為了彌補洛杉磯的電力短缺，它在2016年發出了一份採購訂單，要求部署一套可靠的公用能源儲存解決方案。特斯拉作為供應商之一，用能量包打造了一個鋰電池儲能系統，能夠支撐2500個家庭的短缺用電，幫著發電站實現了調峰調頻。
這個項目，就又幫著特斯拉驗證了公共領域的應急儲能市場。
一年之後，特斯拉又幫南澳大利亞州部署了一套儲能系統，來幫助當地應對風暴和酷熱帶來的大面積停電。它在南澳的這個儲能項目，對接的就是風電場產生的風電了。這個項目在2017年建成之後，覆蓋的家庭數量超過3萬戶，一度成為了全球最大的鋰離子電池儲能項目。
而這個紀錄很快又被特斯拉自己打破了。它借著這個項目，特斯拉後續又跟風電廠合作，在澳大利亞不斷推出越來越大的儲能電池項目，來幫南澳電網調峰調頻。從2016年起的三年里，它儲能和發電業務的復合年均增長率達到了192.8%。
你看，這個過程，特斯拉的儲能系統在需求的推動之下，又產生了兩個變化：第一，項目體量越來越大；第二，職能從應急儲備逐漸轉向了日常調峰。
在未來，化石能源如果耗盡，那確實影響人類的生存；但在那之前，更快到來的危機卻可能是氣候波動和自然災害。家用微電網雖然能夠幫小組織暫時應急，但大社區、大系統的運轉也需要儲能支撐。而在這樣的公用事業需求面前，家用的能量牆和小型商用的能量包就不是最好的長久解決方案了。
於是到了2019年，特斯拉就又給公用事業規模的儲能需求，提供了一種產品，名叫「Megapack」，我們可以叫它「巨型儲能包」。巨型儲能包跟之前的能量包比起來，同樣的儲能容量佔地空間能夠減少40%，零部件也只需要之前的十分之一。
巨型儲能包的用戶都有誰呢？我們講兩個。一個是美國的得克薩斯州。你可能知道，2021年2月的時候，德州因為風暴雪發生了一次大規模斷電，幾百人受災。這場雪災過去之後，當地媒體就報道說，有人看到特斯拉Logo的施工團隊開始在德州建設一個大型儲能項目了。這事還有一個好玩的背景是，馬斯克剛好在2020年底剛剛把自己的家和私人基金會都從加州搬到了德州。德州這個工程，對他來說可能類似一場大型裝修。
巨型儲能包還有另外一個用戶是蘋果。蘋果在美國北加州建設的一個大型電池存儲項目，是用來給蘋果總部穩定供電的。有人也發現，蘋果提交給政府的項目申請文件上說，這個項目採購的儲能電池就是85個特斯拉的巨型儲能包。
到了現在，特斯拉的儲能系統在全球30多個國家和地區都有市場，從發電側到電網側再到用戶側它都覆蓋到了。所以這幾年，你可能會聽到馬斯克在各種場合強調說，特斯拉的能源業務未來很可能將超過汽車業務，而光伏產品將成為特斯拉的下一個「殺手級產品」。市場上有一些投資的多頭也開始放話說，特斯拉的能源業務會把它的市值拉上萬億美元。
好，講到這裡，我們回頭講一講特斯拉做能源業務的基本動機。
馬斯克有一個主張舉世皆知：凡事要回歸到第一性原理，去考慮它最基本的預設條件和存在邏輯是什麼，再去看這些基本條件可以如何優化和提升效率。第一性原理這個詞聽著神乎其神，其實中國人有一句大白話也是這個意思，叫「回到根子上想問題」。
馬斯克是一個有強烈的生存危機感的人，如果你以前對他有過瞭解，你一定知道，他最關心的問題之一，就是「如何提高人類生存的確定性」，這個問題，其實也是回到根子上思考人類的未來。
馬斯克解決的這個問題的思路分兩條線並行：
第一條，讓人類在其他星球上獲得生存能力，所以馬斯克除了特斯拉，還要做SpaceX，要推動火星移民計劃。
第二條，提高人類在地球上的生存確定性。其中就包括想辦法擺脫人類對化石能源的依賴，轉用太陽能。因為化石能源是會用完的，而且碳排放還會加速全球變暖。
你專門去看過特斯拉公司的使命嗎？它的使命很好玩，裡面完全沒有提電動車，它的使命叫做「加速世界向可持續能源的轉變」，你看這個使命也很「第一性原理」。這也是為什麼我們在78講說過，對特斯拉公司來說，研發和銷售電動車只是手段，更大的目標是去探索更好的能源獲取方式。
那怎麼來實現這個使命呢？特斯拉的思路是，把地球上的能量使用場景盡量都換成用電能，然後再盡量利用太陽能來發電。
這是為什麼，它要籌建自己的能源業務，要做太陽能屋頂，也要做家用、商用和大型公用的儲能系統。
我們講過電力市場可以按發電側、電網側和用電側來劃分上下游，你看特斯拉的儲能系統，它先在最下游的用電側，幫用電客戶建立了光伏微電網，構建了應急儲備能力甚至可以自己發電，來反哺主幹電網的能力；然後逐漸向上推進到公用事業領域，去幫美國加州和澳洲的電網去做調峰調頻；在這個過程當中，它也會去跟風電廠合作，進入發電側，給可再生能源提供儲能。
特斯拉的這個儲能思路，中國的不少廠商也都在觀察和借鑒。2020年6月，上汽通用五菱，也就是出五菱宏光EV MINI的那家公司，就利用電動車的退役電池建了一個兆瓦級的光伏風能儲能電站。光伏和風能發電，退役電池儲能，來幫廣西電網調峰調頻。上汽榮威也是利用電動車的舊電池，在四川省西昌市做了類似的項目。
我猜你馬上就有這麼一個思路冒出來了：特斯拉的電動車，也會產生廢舊電池，這些電池是不是剛好可以進到它的儲能業務里，去實現廢舊電池的梯度利用呢？這事，我還真沒有看到特斯拉有成形的方案出來。
我猜這是因為兩個原因：
第一個原因，是柚子投資的合伙人彭程提醒我的。彭程說，在國外用廢舊電池做梯度利用，合規成本很高，可能在特斯拉看來，儲能產品直接用新電池反而更划算。
第二個原因，是特斯拉電動車開始進入主流市場是2013年以後的事，而特斯拉汽車的動力電池質保期一般在8年，也就是2020年之後才會發生大規模的電池換代。
所以在2020年以前，特斯拉的電池回收業務量不大，委託給第三方就行了。而從2020年下半年開始，特斯拉才開始著手建設自己的電池回收能力。就像彭程所說，它回收的電池確實不是拿去做儲能，而是要把舊電池里的鋰、鈷、鎳、錳這些金屬提煉出來，再去生產新電池。
特斯拉這麼做還有一個動力：對抗上游的原材料價格上漲。2021年以來，全世界各種原材料都在漲價，光是鋰資源的價格漲幅已經接近2倍了。特斯拉說，如果回收電池業務能夠規模化，能夠讓它製造新電池的成本大幅下降。
這個成本的下降空間有多大呢？大到特斯拉有一位聯合創始人專門離職去做舊電池回收了。這位前高管叫施特勞貝爾，他估計說，未來十年內，他創立的舊電池回收項目有望把電池原材料成本拉低到現在的一半。
馬斯克在2017年，把公司的名字從「特斯拉汽車」改成了「特斯拉」，汽車兩個字刪掉了。特斯拉這個詞本身就是一種能量密度單位，聽完了前面我們講的內容，相信你也更能理解馬斯克給公司改名的戰略意圖。
我們回頭看中國，中國是新能源的最大生產國和消費國，按照彭博新能源財經的預計，我們還會成為全球最大的儲能市場之一。特斯拉在中國看中的肯定不只是電動車市場。它的上海公司的經營範圍里，也有儲能設備這一項。你要是今天去看特斯拉的中國官網，會發現它也開始給中國家庭賣太陽能屋頂了。
不過，中國儲能產業的發展邏輯跟成熟市場不太一樣。在美國和日本這樣的發達國家，電力市場的用戶側有很強的儲能需求，因為它們的終端電價高、災害停電發生得也相對頻繁。這也是特斯拉的儲能產品一開始選擇從家用和商用起步的原因。
但在中國，儲能需求更早發生在發電側和電網側。尤其是電網側，在接入的風電和光電越來越多的情況下，需要用儲能來穩定電網的輸配能力；中國對舊電池的梯度利用也更靈活。這都使得中國的儲能市場對特斯拉和本土玩家來說，起跑線算是拉平的。
在中國，發電側的儲能項目目前主要還是靠政策來推動，那市場化的儲能玩家們怎麼玩呢？我們後面講一講寧德時代。」

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

♡