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新電池技術與微電網紛起 智慧城市應重塑綠能基礎建設

太陽能和風力發電仍為目前專家的最大發展共識。法新社

歐洲目前有74%的人口居住在都市地區,而智慧城市的興起亦可視為對全年無休城市的1種回應。現有城市基礎建設無法永續地適應新需求,此也隱含了對老舊能源網路基礎建設的改造需要。

全球都市地區僅佔3%的土地面積,卻消耗了超過3分之2的能源。根據Smart Energy International報導,都市地區是造成氣候變遷的問題所在,因之,如何重塑和改進現有的能源系統為刻不容緩的議題,1個新的智慧能源基礎建設才能確保歐盟在2030年完成減碳40%的目標。

新的能源系統應該是可靠的和彈性的。此外,太陽能和風力發電仍為目前專家的最大發展共識。然而太陽能和風力的能源經濟仍有內在的挑戰,包括現有的能源儲存能量仍不具效率,最大的問題特別是出現在輸送部門。

太陽能和風能基本上都有產出不穩定的特性,如果不改變目前的中央化電力生產和分配的方式,綠能電力的保持和維護將非常困難。將太陽能和風電整合到現有的能源系統也需要新設備的開發。

由於電網具有較少的儲存能力,加上風電和太陽能的產出不穩定,因此城市亟需克服能源儲存的問題。目前主流的儲能技術是採用鋰離子電池,它有較高的能源密度和低的自放電率。如果能源儲存系統的規模放大,即可有效平衡電力供給不穩定問題,緩和電網在尖峰的需求。

近期新出現的氧化還原液流(redox flow)電池或釩液流電池(vanadium flow)電池,主要是作為大規模和長時期的儲能解決方案。這些新電池不僅能為電網提供上百個MWh(百萬瓦時)的電力,也能持續20年而不流失任何儲能,預期在未來將掀起市場革命。

這些新電池技術包括氧化還原液流電池,目前都還在早期開發階段,技術仍非常昂貴。也許未來幾年規模經濟的擴大,有助於新電池的開發和降低成本。儲能系統到了2025年其成本預計將下降50~70%,產業估值到2030年將倍數成長到20億英鎊(約合26億美元)。

智慧電網是另一個未來發展趨勢,基於物聯網(IoT)的智慧電網是由需量反應(demand response)系統來啟動。智慧電網如果能搭配智慧電表,風能和太陽能將獲得優化使用。

具生態意識的家庭用戶較為支持的是微電網,是一種地方化的電力網路,可以與目前主流的電網連結,或是單獨地個別使用。微電網是一種分散式能源資源(DER)的管理系統和基礎設施,較為彈性化和可靠。

微電網可應用於傳統電力無法達到的地區,也可讓一般社區在急難狀態時仍維持電力供應。在家戶和商業使用者合作之下,微電網用戶可以同時是電力產出者和消費者。

當智慧城市開始採取新的能源模式時,可靠性和彈性化是重要的發展因素。微電網能以永續的方式滿足能源需要,而儲能解決方案則確保了可靠的供給,兩者皆為城市開發智慧能源基礎建設的重點技術。


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