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節能、儲能併進 有利推動再生能源發展

2009年J-POWER磯子火力發電廠改用USC燃煤設備後,發電效率大幅提升至45%。在防止污然物產生部分,可減少95%硫氧化物、87.5%氮氧化物排放,以及減少99.9%煤粉塵。圖片來源:www.jpower.co.jp/

為減少化石能源的碳排量過高、避免因地球暖化造成的天氣異常,近來各國政府正積極投入再生能源的開發,藉此降低對傳統發電方式的依賴。此種做法雖然覺墮正確,然而在現階段再生能源技術尚未完全成熟,無法在短時間完全取代化石能源的前提下,唯持續改善傳統燃煤、燃油等碳排放效率,以及打造更節能的用電環境與儲能設施,才能讓寶貴能源獲得充分運用。

改善燃煤空污問題  日本力推超超臨界壓技術

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Max Bögl Wind AG在德國斯圖加特鄰近的Gaildorf,打造一座結合風力發電與PHS技術的實驗型發電廠,目前已於2018年底正式啟用。圖片來源:www.mbrenewables.com

在多數人刻板印象中,火力發電是造成空氣污然的主要來源,以至於許多國家的新能源政策,都大幅調低燃煤、燃油等發電比重,如法國預計2021年時將廢除燃煤發電,德國則自2018年底起,分階段淘汰現有的燃煤發電機組。

然在2011年爆發福島核災的日本,在考量供電穩定性、成本等因素下,不僅重新啟用多座燃煤發電廠,更計劃在10年內新增36座火力電廠,其中燃煤發電比例將在 2030年達到26%。

有別於多數國家的新火力發電政策,將從燃煤發電轉向天然氣發電,日本選擇燃煤發電的主要原因,在於煤炭運送成本較低廉、穩定,且適合長期保存,因此發電成本也相對便宜不少。

儘管煤炭發電成本僅約天然氣發電的一半,但卻會排放硫磺、二氧化碳及煤粉塵,對人體健康造成極大為害,也讓日本投入新燃煤技術的開發,並在2009年研發出採用渦爐與蒸汽渦輪高溫高壓的「超超臨界壓」(USC)技術,並且已逐步替換舊有的燃煤發電機組。

以2009年J-POWER磯子火力發電廠更新USC燃煤設備為例,發電效率大幅提升至45%,比起傳統發電方式的30?35%,足足提升近30%燃燒效率。

在防止污然物產生部分,引進最新乾式排煙脫硫及脫硝技術後,可減少95%硫氧化物(SOx)、87.5%氮氧化物(NOx)排放,至於使用電子集塵裝置等排煙淨化設備後,減少99.9%煤粉塵。儘管現階段USC技術在空汙控制部分,尚且不及燃氣技術,但是兩者之間的差距已大幅縮減,堪稱是改善燃煤發電效率的最佳選擇。

風力發電結合PHS技術  德國Gaildorf電廠上線

由於再生能源的不確定性高,加上發電尖峰、離峰時間相當明顯,若沒有搭配合適的儲能機制,勢必會造成供電不穩定的情形。以發展再生能源頗有成果的德國為例,根據德國工業能源會公布的研究報告指出,近3年來德國短時間跳電比例攀升至29%,其服務失誤數量增加31%,對產業影響難以估算。

在市面上眾多儲能技術中,發展多年的抽蓄水力儲能(Pumped-storage hydroelectricity;PHS)技術,是相當成熟的大型儲能系統,目前已具備商業化規模。PHS系統概念,就是利用兩個以上不同高度的蓄水庫,在用電離峰時段將水從低處蓄水庫預先抽到高處蓄水庫。

如此一來,在白天的用電尖峰時段,將高處蓄水庫的水釋放至低處蓄水庫,利用渦輪水力發電機進行發電,以供應民生或工業用電所需。

根據國際再生能源總署(International Renewable Energy Agency;IRENA)的報告顯示,目前市面上眾多儲能設備中,以抽蓄水力儲能系統佔大多數,約佔總裝置容量約99%,其中又以歐洲安裝的數量最多。台灣亦有明湖、明潭抽蓄水力電廠,總計有10部抽蓄水力機組,總裝置容量2,602MW。

傳統抽蓄水力儲能系統都是搭配水庫使用,近來則嘗試使用於解決再生能源供電量不穩定,以及保存寶貴電力之用。以Max Bögl Wind AG在德國斯圖加特鄰近的Gaildorf,打造一座結合風力發電與PHS技術的實驗型發電廠為例,是以4座3.4MW的風力發電機搭配16MW蓄水池。

該電廠會在用電離峰時段,利用風力發電將下方水槽的水,抽往上方儲存槽備用,一旦進入白天用電高峰則能同時啟用風力發電與PHS發電,目前該發電廠已於2018年底正式啟用。

電化學儲能進化  鋰電池成為主流

雖然前述以風力發電結合PHS技術的實驗性電廠,已證明該種應用模式確實可行,即便搭配其他再生能源應用也沒有問題。然此種應用模式,卻是有先天上的缺點難以克服,即需要大量土地與高地落差的環境,因此恐怕難以廣泛被推廣運用。

相較之下,同樣發展多年的電化學儲能系統,因此在建置上不受限於地理環境的影像,加上電池容量與耐用度有持續進步,因此各國儲能系統均已此技術為主。

電化學儲能常見技術有鉛酸電池、鋰電池、液流電池等,發展多年的鉛酸電池有體積大、使用壽命不長等問題,因此具備體積小、儲電量高、使用年限長的鋰電池,目前已成為打造儲能系統的主流。

根據Frost & Sullivan公布的研究報告指出,2018年全球電網級儲能系統發電量達到144.3MWh、裝置成長量則達到2,724.5MW,其中有超過60%屬於鋰電池。而在行政院公布的前瞻基礎建設計畫-綠能建設中,在區域性儲能設備技術示範驗證計畫部分,也預定將在2020年前打造1MWh儲能驗證平台,作為日後規劃5MW/10MWh變電站儲能設備時的參考。

值得一提,原本就想要發展智慧儲能服務的Gogoro,日前在發表新款電動車之外,其子公司Gogoro Network也推出第三代電池交換站GoStation 3.0,除相較上一代增加高達50%電池乘載量,也提供雙向充放電的功能,未來能夠搭配微電網服務,讓台灣電力更為穩定。

雖然目前尚沒有法源依據,但是Gogoro Network表示正與台電保持緊密合作,期盼未來能透過微電網服務,讓GoStation成為台灣儲能平台的一部分。

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