美國先進能源計畫署推動研發 10~100 小時長時間儲能技術

發佈日期: 2018 年 10 月 09 日 9:44 | 作者: | 分類: 產業資訊

當前能源儲存的主流技術以鋰電池為基礎,隨著鋰電池價格持續下降,能源儲存也有起飛跡象,但是受到鋰電池特性的影響,侷限於快速彈性反應如頻率調整等短時間應用,多數儲能時間設計在 4 小時,超過 4 小時甚至能整日轉移用電時間的儲能系統還相當稀少,美國先進能源計畫署(Advanced Research Projects Agency-Energy,ARPA-E)決定投注 2,800 萬美元來加速長時間儲能技術的發展。

鋰電池並不適合長時間儲能轉移用電時間的用途,然而,目前許多發展長時間儲能技術的新創企業紛紛面臨困難,研發鹽水電池的 Aquion 雖然有比爾蓋茲與凱鵬華盈(KPCB)投資,卻仍因現金用罄而破產; Alevo 研發硫基鋰電池,概念原型雖然已經通過驗證,但量產卻遇上困難而燒盡現金而破產;比爾蓋茲、彼得泰爾投資的光帆能源(LightSail Energy)嘗試壓縮空氣儲能,8 年來燒盡 8,000 萬美元,只好大裁員進入節衣縮食的休眠狀態;研發鋅氧化還原液流電池的維鋅能源(ViZn Energy)將 70 名員工裁員至僅剩 2 人。

在當前的市場狀況下,長時間儲能技術似乎很難由市場資金自行發展,然而,夏威夷與加州正在積極推動 100% 可再生能源,勢必需要長時間儲能技術,美國先進能源計畫署因此決定以政府力量介入促進技術發展。

美國先進能源計畫署於 2018 年 9 月宣布將投注 2,800 萬美元,資助 10 個研發計畫,以推動長時間儲能技術發展,計畫名為「電力儲存時間增加」(Duration Addition to electricitY Storage,DAYS ),從簡稱「DAYS」(數日)即可看出其企圖心,即研發不僅可持續數小時,而是能持續數天的長時間儲能技術,其目標是 10~100 小時,希望能開啟提升電網穩定性與表現的長時間儲能新技術開發。

當前長時間儲能的主流技術是傳統的抽蓄水力發電,雖然抽蓄水力發電技術成熟可靠、成本低,目前也占了美國儲能容量的 95%,但是水壩建設受限於地理,更有破壞環境的環保問題,因此美國先進能源計畫署此次資助的計畫,著眼於能在任何地點裝設,不受地理限制的技術;另一方面,技術也必須要有經濟效益,每一次充放電循環的平均成本要低於固定的目標。

美國先進能源計畫署計畫主要資助兩種系統,一是提供每日充放電循環,以及更長時間,更低頻率的充放電循環需求,一是平時不提供每日充放電循環,只在前者資源用盡時,可取代提供調度能力的備援系統。規劃使用的技術包括液流電池、熱能儲能、化學儲能,或是地下抽蓄水力發電等。

「DAYS」計畫資助 3 項液流電池計畫,使用鋅溴液流電池的 Primus Power 得到 350 萬美元,採用硫錳液流電池的聯合技術研究中心(United Technologies Research Center)得到 300 萬美元,Form Energy 則得到 395 萬美元。

熱能儲能計畫有 4 項獲選:美國能源部旗下的國家可再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory)得到 279 萬美元,以研發作用溫度達 1,100°C 的高溫熱能儲存,採用高效能熱交換器,以封閉式布雷頓循環來轉換熱能與電能;布雷頓能源(Brayton Energy)得到 200 萬美元,以研發熔鹽熱能儲能;Akron 得到 300 萬美元,以砂石與混凝土為儲熱材料,之後以液態二氧化碳經過熱材料進入超臨界狀態來推動渦輪發電;Antora Energy 也得到 300 萬美元,採用碳磚加熱到 2,000°C,利用熱輻射,以光電效應發電。

化學儲能計畫有 2 項,田納西大學得到 150 萬美元,結合電解與燃料電池技術得到過氧化氫,再以過氧化氫發電;密西根州大學得到 200 萬美元,其技術為加熱鎂錳氧化物床,逼迫其釋出氧,之後通過空氣,鎂錳與空氣中的氧氣反應產生熱,藉此推動渦輪。

最後一項資助的計畫則是地底抽蓄水力發電,Quidnet Energy 得到 330 萬美元,發展將加壓水打入地底,之後再利用帝底的壓力將水壓出而可推動水力渦輪發電。

美國先進能源計畫署「DAYS」計畫資助的 10 項計畫,其中若有 1~2 項成功,將可填補當前缺乏適合長時間儲能技術的缺口,讓人類對能源的運用更彈性化,也將進一步推動可再生能源的發展。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:ARPA-E

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