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节能、储能并进 有利推动再生能源发展

2009年J-POWER矶子火力发电厂改用USC燃煤设备后,发电效率大幅提升至45%。在防止污然物产生部分,可减少95%硫氧化物、87.5%氮氧化物排放,以及减少99.9%煤粉尘。图片来源:www.jpower.co.jp/

为减少化石能源的碳排量过高、避免因地球暖化造成的天气异常,近来各国政府正积极投入再生能源的开发,藉此降低对传统发电方式的依赖。此种做法虽然觉堕正确,然而在现阶段再生能源技术尚未完全成熟,无法在短时间完全取代化石能源的前提下,唯持续改善传统燃煤、燃油等碳排放效率,以及打造更节能的用电环境与储能设施,才能让宝贵能源获得充分运用。

改善燃煤空污问题  日本力推超超临界压技术

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Max Bögl Wind AG在德国斯图加特邻近的Gaildorf,打造一座结合风力发电与PHS技术的实验型发电厂,目前已于2018年底正式启用。图片来源:www.mbrenewables.com

在多数人刻板印象中,火力发电是造成空气污然的主要来源,以至于许多国家的新能源政策,都大幅调低燃煤、燃油等发电比重,如法国预计2021年时将废除燃煤发电,德国则自2018年底起,分阶段淘汰现有的燃煤发电机组。

然在2011年爆发福岛核灾的日本,在考量供电稳定性、成本等因素下,不仅重新启用多座燃煤发电厂,更计划在10年内新增36座火力电厂,其中燃煤发电比例将在 2030年达到26%。

有别于多数国家的新火力发电政策,将从燃煤发电转向天然气发电,日本选择燃煤发电的主要原因,在于煤炭运送成本较低廉、稳定,且适合长期保存,因此发电成本也相对便宜不少。

尽管煤炭发电成本仅约天然气发电的一半,但却会排放硫磺、二氧化碳及煤粉尘,对人体健康造成极大为害,也让日本投入新燃煤技术的开发,并在2009年研发出采用涡炉与蒸汽涡轮高温高压的「超超临界压」(USC)技术,并且已逐步替换旧有的燃煤发电机组。

以2009年J-POWER矶子火力发电厂更新USC燃煤设备为例,发电效率大幅提升至45%,比起传统发电方式的30?35%,足足提升近30%燃烧效率。

在防止污然物产生部分,引进最新乾式排烟脱硫及脱硝技术后,可减少95%硫氧化物(SOx)、87.5%氮氧化物(NOx)排放,至于使用电子集尘装置等排烟净化设备后,减少99.9%煤粉尘。尽管现阶段USC技术在空污控制部分,尚且不及燃气技术,但是两者之间的差距已大幅缩减,堪称是改善燃煤发电效率的最佳选择。

风力发电结合PHS技术  德国Gaildorf电厂上线

由于再生能源的不确定性高,加上发电尖峰、离峰时间相当明显,若没有搭配合适的储能机制,势必会造成供电不稳定的情形。以发展再生能源颇有成果的德国为例,根据德国工业能源会公布的研究报告指出,近3年来德国短时间跳电比例攀升至29%,其服务失误数量增加31%,对产业影响难以估算。

在市面上众多储能技术中,发展多年的抽蓄水力储能(Pumped-storage hydroelectricity;PHS)技术,是相当成熟的大型储能系统,目前已具备商业化规模。PHS系统概念,就是利用两个以上不同高度的蓄水库,在用电离峰时段将水从低处蓄水库预先抽到高处蓄水库。

如此一来,在白天的用电尖峰时段,将高处蓄水库的水释放至低处蓄水库,利用涡轮水力发电机进行发电,以供应民生或工业用电所需。

根据国际再生能源总署(International Renewable Energy Agency;IRENA)的报告显示,目前市面上众多储能设备中,以抽蓄水力储能系统占大多数,约占总装置容量约99%,其中又以欧洲安装的数量最多。台湾亦有明湖、明潭抽蓄水力电厂,总计有10部抽蓄水力机组,总装置容量2,602MW。

传统抽蓄水力储能系统都是搭配水库使用,近来则尝试使用于解决再生能源供电量不稳定,以及保存宝贵电力之用。以Max Bögl Wind AG在德国斯图加特邻近的Gaildorf,打造一座结合风力发电与PHS技术的实验型发电厂为例,是以4座3.4MW的风力发电机搭配16MW蓄水池。

该电厂会在用电离峰时段,利用风力发电将下方水槽的水,抽往上方储存槽备用,一旦进入白天用电高峰则能同时启用风力发电与PHS发电,目前该发电厂已于2018年底正式启用。

电化学储能进化  锂电池成为主流

虽然前述以风力发电结合PHS技术的实验性电厂,已证明该种应用模式确实可行,即便搭配其它再生能源应用也没有问题。然此种应用模式,却是有先天上的缺点难以克服,即需要大量土地与高地落差的环境,因此恐怕难以广泛被推广运用。

相较之下,同样发展多年的电化学储能系统,因此在建置上不受限于地理环境的影像,加上电池容量与耐用度有持续进步,因此各国储能系统均已此技术为主。

电化学储能常见技术有铅酸电池、锂电池、液流电池等,发展多年的铅酸电池有体积大、使用寿命不长等问题,因此具备体积小、储电量高、使用年限长的锂电池,目前已成为打造储能系统的主流。

根据Frost & Sullivan公布的研究报告指出,2018年全球电网级储能系统发电量达到144.3MWh、装置成长量则达到2,724.5MW,其中有超过60%属于锂电池。而在行政院公布的前瞻基础建设计画-绿能建设中,在区域性储能设备技术示范验证计画部分,也预定将在2020年前打造1MWh储能验证平台,作为日后规划5MW/10MWh变电站储能设备时的参考。

值得一提,原本就想要发展智能储能服务的Gogoro,日前在发表新款电动车之外,其子公司Gogoro Network也推出第三代电池交换站GoStation 3.0,除相较上一代增加高达50%电池乘载量,也提供双向充放电的功能,未来能够搭配微电网服务,让台湾电力更为稳定。

虽然目前尚没有法源依据,但是Gogoro Network表示正与台电保持紧密合作,期盼未来能透过微电网服务,让GoStation成为台湾储能平台的一部分。

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