EnergyTrend: 儲能系統發展趨勢分析-逐步小型化、分散化、家庭化的滲透應用

發佈日期: 2012 年 06 月 22 日 11:33 | 作者: | 分類: 分析評論

 

在這個減低排放為產業首要發展任務的年代,再生能源的發展幾乎搶盡了石油產業的風采。再生能源的範疇,近十年期間除了創能與節能之外也開始緩步延伸到了儲能系統發展,部分區域也開始進行相關補助的計劃研擬。據EnergyTrend的探訪與調查了解,儲能系統初步需求將從地方的急難救助系統開始,使用規格以大型儲能緊急備用電源系統為主,未來則將逐步滲透至家庭儲能設備,朝著小型而分散的能源發展,以降低白日的尖峰用電負載,這也將會帶動電池產業的蓬勃發展。

電動車產業(次世代自動車)雖然消耗電池的數量甚高,但是在基礎建設尚未成熟且周邊延伸產業尚未成形之際,於近五年內仍舊難以大規模普及;反觀儲能電池(蓄電池)產業除可搭配著再生能源做應用,也可單獨使用作為緊急備用電力系統,未來的市場需求可期。根據日本METI預估(圖一),全球儲能系統需求將隨著智能城市的興起而成長,以日本市場而言,因為災害所促成的城鎮再造機會,將更加速落實新型態能源應用的進程,預估將在2012年開始在日本市場會有明顯的成長需求,未來五年更會快速擴展至全球各主要城鎮地區。

 

圖一 電池應用發展期程

Source: METI2011

緊急備用儲能系統在效益與保障間權衡

「緊急備用電力」顧名思義是在於單純的電力備份,因此在早期的產品設計中,大多是以經濟效益來做首要考量。但是發展至今,備用電源在使用的概念上已經有很大的改變,除了作為備用之外,在民生與工業用途上,也分別發展出不同的電力調配功能。

在工業用途上,其主要的功效在於爭取足夠的緩衝時間為主,以確保工業電腦能有足夠的時間關機,以減少電力中斷造成的自動化生產損失。在目前的應用面上,包括各種生產製造機台,都有這類型的備用電力配置設計。另外在基地台建置部分,使用獨立電源也可免除因為電力系統有限的覆蓋率,所產生的電力窘境。甚至目前在當紅的雲端產業發展上,屬於高耗電的直流伺服器,需要儲能電池做為緊急備用之外,也可藉由直流分電盤的設置與電池的搭配,將電力轉換效率發揮到最高,免除耗電效率低落所產生的熱處理,因而需要再額外增加一筆主動散熱的電力支出。

在民生用途上,備用電力的大多與住宅建築結合應用居多,因為其電力消功率較小且使用時間較短,因此系統設置有較多機會與再生能源做設計結合;至於商業大樓的部分則以延續電力為其主要考量,以經濟以及續航力為訴求,因此大多以燃油發電機作為緊急備用電力來源。

緊急備用電力配置往功能與實用作延伸

當儲能系統做為單一的緊急備用途,無論是在經濟效益以及使用頻率都難以在民生用途上快速普及,也因此開發廠商開始在儲能電池系統設計中改以透過電力的流動創造出離尖峰的經濟效益,進而將儲能電池系統不僅具備緊急備用的用途,更兼具有實用的經濟節能性。

以下圖(圖二)為例,電池系統在模組連結上,可與市電電網做連結,提供電力在離峰與尖峰之間作為電力需求緩衝,同時也可與再生能源結合,讓電力來源可以兼具獨立性與環保性。

 

 

圖二 ESS 提高使用效益示意圖 

 

Source: EnergyTrend  2012

 

創能、節能與儲能的完美搭配

一個完整的新式再生能源系統,在過去來說大部分所見是節能與創能模組相結合,例如太陽能搭配LED路燈即是一例,往往忽略掉儲存系統的優化與延伸,因此大多選用效能較低的鉛酸電池做為其過渡的搭配組合。

    再生能源可與高效率儲能電池作良好的搭配,然而目前的太陽能系統大多是以併網的方式存在,原因在於現行的電力系統並不適合大規模電力反饋的機制,且在升降電壓過程的電力回收效率也並不理想。因此大規模的太陽能系統大多是設計架設在發電廠周遭,以減少其他的電力系統困擾。

    事實上,太陽能、發光二極體以及電池都是直流電驅動的元件,因此當創能、節能以及儲能系統整合成為一個系統的時候(圖三),電力使用效率將能夠達到最高。然而,在目前的電力結構上,因為考量到發電成本以及電力傳輸的流動性,大部分的電力來源仍以交流電為主,使得大城市地區在三種模組系統的整合應用仍十分少數,而偏遠地區受限於電力普及等問題,會因為便利性關係而犧牲成本考量,採用創能節能儲能三種模組結合的整合式裝置架構。

 

圖三 完整的綠色能源系統搭配

Source: EnergyTrend  2012

 

日本於災後的省思與因應

    對於日本而言,能源獨立,已是刻不容緩的事情。2011年日本福島大地震之後,核災的問題讓日本開始重視再生能源的實際應用,2012年第一季甚至開始計畫關閉所有核電廠,而太陽能將會是未來的重要發電方式之一。

    目前來說,日本年度太陽能需求約在3.6GW,未來在2020年將計畫提升至28GW(圖四),以日本的太陽能電網屬性來說,大多是走向分散式發電,而非美國此類集中式的方式。分散式太陽能系統的精神意涵,在於現地生產在地使用,因此在太陽能以及儲能系統在搭配上將有可能以家用為單位進行推廣。連帶的使其系統設計將更有機會將輕巧的儲能系統導入到生活之中。

 

圖四 日本再生能源未來規畫

Source: Energytrend  2012

日本建築的變革維新

    地震對於日本所帶來的影響,除了是對於天災預防所促成的警惕以外,對核能所產生的風險問題也讓整體能源產業面臨到重新思考的地步。對於東北地區而言,所產生的災害是全面性的,也因此讓日本期待新一波的造鎮精神能夠落實於重建區(圖五)。

    過去的再生能源系統的搭配大多是建置在獨棟式建築,此類建築無論是空間或者面積都較為具有彈性,然而舊式的配電設備難以做大幅度的變動,換句話說再生能源在導入上仍有其限制。當新式建築與配電系統重新規劃之際,再生能源導入則變得更能發揮其獨立能源的特點。同時個別建築在電力設計的改變也將能夠塑造出城鎮等級的能源管理,讓電力供應能夠在特定區域內互通有無進,讓創造閒置能源的家庭電力能夠支援正在耗電的區域,達成能源分享的目的。

 

圖五 日本儲能電池發展

Source: EnergyTrend  2012

 

日本擊出全球民生儲能系統市場的第一球

    著眼於目前日本經濟情勢,要做到太陽能與儲能系統合一,在實務上仍有很大的考驗,以儲能電池模組的成本來說,約佔了整體系統的一半以上,對於推展實務上,仍有很大的挑戰性,經濟效益的推波成為其關鍵。

    日本政府在前首相菅直人的推動下,於2011年底開始針對電池部分進行政策補助。補助細則部分,可區分為個人或者企業用戶,個人用戶的使用容量約是在1~10kWh範圍,電池補助不得超過總系統1/3比重,且整體電池金額不得超過一百萬日圓。而在企業用戶則是在1~10kWh以及>10kWh兩部分做區隔,1~10kWh以補助電池1/3為上限範圍,總補助金額不得超過一億日圓;至於>10kWh的企業用戶,因為整體配電成本以及複雜度有所提升,其補助範圍除了電池之外,也包含了周邊配電升壓等線路。

    補助金額豐厚,也因此而獲得不少的機電廠的青睞。然而因為使用地區在日本,對於產品的門檻也相對的要求較高,以產品壽命而言,要求至少要五年以上,同時在產品整合的效率上也是有所要求,對於台灣而言,要切入此一豐厚的產品供應鏈仍是大有挑戰。

   

圖四 日本儲能電池發展

Source: EnergyTrend  2012

總結

電池產業在全球發展已逐漸從攜帶便利性,逐步轉向為增加能源效率性,從目前的消費性產品來看,以面臨了成長趨緩的飽和狀態。家用儲能系統則是另外的一波除能成長利器,相信隨著再生能源的不斷成長,儲能系統將會有更多的市場切入點,讓創能、節能與儲能系統做出最完美的搭配。

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