儲能在能源轉型的角色

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儲能在能源轉型的角色

電是一種難以透過物理方式儲存的能量，從產生（發電）、輸送（透過電網）、使用（電器）僅為一瞬間，與水、瓦斯等能夠實體儲存於容器中不同。由於電的特性，儲存電力必須將電力透過能量轉換的方式儲存，例如：化學方式儲存，如鋰離子電池(Li-ion)、液流電池等；物理方式儲存，如飛輪、空氣壓力儲能等；或是透過電解水將電力轉換為氫氣，使用時再透過燃燒或燃料電池轉換回電力。以上方法的缺點在於轉換電能的過程會損失一次能量，將儲存的能量轉換回電能又會損失一次能量，導致儲能的能源效率很差，再加上儲能設施的成本，因此再生能源業者或許寧願棄光棄風也不願額外投資儲能設施。然而隨著能源轉型的發展，再生能源的發電量將越來越多，儲能系統的重要性將會隨之增加，其功能包括平抑再生能源發電的間歇性，以及儲存多餘的再生能源。 隨著能源轉型的發展，台灣再生能源發電佔比將迅速成長，在2029年用電量預期將成長到3,200億度(2022年為2,800億度)，再生能源將成長到836億度(2022年為240億度)，佔總用電量26%。再生能源發電量增加亦可為能源依賴度高的台灣增加自主能源，減少對進口能源的依賴。再生能源發電量成長主要來自太陽光電與離岸風電，它們與燃煤、燃氣及核能等傳統能源差別如表1所示。傳統能源的主要優點是電力供應穩定性高，不會受到氣候影響，可持續穩定提供電力，相較於再生能源與天候變化關聯度高，無法完全因應電力需求來供電。太陽光電發電量隨日照時數及強度而有所差異，根據台電數據推估，每年僅能發出約12.5%裝置容量的電力 (容量因子，Capacity Factor)，離岸風電則是主要在冬季發電，每年發出約25.6%裝置容量的電力。以上兩者的容量因子偏低，代表發出與傳統電廠相同的電力需要更多的資金、土地及電網設施，並且為了保持電網可靠度需要設置儲能系統(Energy Storage System, ESS)。其次是傳統電廠為集中型電廠，在發電端到電網主幹網之間，電網設置與調度較為單純，而太陽光電屬於分散式電廠，須透過許多電網支線匯集到主幹網，增加設置成本與調度難度。

當再生能源的發電比例持續增加，儲能系統成為不可或缺的再生能源輔助設施，其功能在於穩定電力輸出頻率及儲存多餘電力。當大量不穩定的再生能源併入電網，將造成電網頻率(Frequency)與電壓(Voltage)波動，嚴重時需要將線路跳脫，維持電網穩定性以保護其他發電設施不會受到傷害，此時需要儲能系統與再生能源發電裝置搭配運行，其功用為自動頻率控制(Automatic Frequency Control, AFC)，利用充放電能力達到調頻(Frequency Control)的效果，使再生能源裝置的電力輸出功率維持穩定，克服再生能源間歇性問題，提高電網可靠度(Reliability)。2017年美國電動車廠特斯拉(Tesla)在鄰近澳大利亞南部建置的100 MW/129 MWh 鋰電池儲能電廠，遭遇燃煤電廠跳機事故，儲能電廠在140毫秒內向電網輸送了100 MW的電力，充分驗證儲能電廠系統調頻的效益。台電為了應對再生能源間歇性問題，在台南將軍、七股區的150MW（百萬瓦）的太陽光電發電廠，搭配裝置容量20 MW/20 MWh的儲能系統，使用超過1,000個鋰電池模組，總儲電量達2萬度，為全台最大儲能系統。

除了維持電網穩定的儲能需求，發展最迅速的儲能領域即為電動車使用的鋰離子電池作為運輸使用，也可以在缺電時，及時向電網供應電力，可視為是一種分散式儲能系統。台灣2050淨零排碳的路徑中，「運具電氣化」是主要政策之一，並預計在2040年禁售燃油車，因此未來可以說需要更多電力供應電動車，也就是有更多的儲能設施可以承接更多餘的電力。將多餘的電力反饋給電網，稱為Vehicle to Grid ( V2G)，可減少設置大型儲能系統的需求，對於土地資源寶貴的台灣，是發展電動車的附加價值。目前台灣汽車數量約860萬輛，2022年底約3.6萬輛電動車，2023年至11月為止銷售約2.1萬輛電動車，合計約為5.7萬輛，僅佔0.66%的比例。政府規劃2030年市售車輛將有12萬輛，30%的車輛為電動車，以每輛車的電池儲能量60 kWh計算，2030年起每年將新增7.2 GW的儲能量，將遠超過再生能源設施的設置量，持續累積可望提供充足的餘電承接能力，搭配智慧電錶設置可適時提供電網不足的電力，使區域供電保持穩定。 能源轉型不僅是將傳統的燃煤、燃氣直接轉換為再生能源就可以完成，還需要因應再生能源的間歇性與供電分散性來調整整體電力系統，其中儲能設施可提供瞬時調頻及儲存餘電的功能，為能源轉型的關鍵輔助設施。儲能設施的發展方向短期為搭配太陽光電與離岸風電案場設置儲能設施；長期則是善用電動車電池，搭配智慧電錶，儲存額外電力並在需要時供應給區域電網。