强化能源管理及储能技术 迈向新能源时代

「可高速充放电的铝电池」可做为储能之用。来源：工研院

长久以来，能源工业的主要思维都集中于如何提供符合成本效益的能源，然而，随着传统能源日益枯竭，以及环境保护及节能减碳的迫切性与日俱增。我们势必要以新思维提出更有效的解决方法，我们的思考得跳脱无限量增加传统能源的窠臼，必须另辟蹊径。

再生能源的导入是一途径，而为了实现再生能源的稳定供应，储能系统的采用是必然的手段；另一途径则是透过智能能源管理系统实现节能及提高能源效率。

透过「节能与提高能源效率」等方式省下不必要的能源浪费，这被称为继煤炭、石油、可再生能源、核能之后的「第五能源」，或称为负瓦特(Negawatt)。与供电单位Megawatt相反的Negawatt，是电力行业因应全球减少碳排放所产生的新思维，其主要目的就是抑制用电成长，取代过去增加发电供给方法，犹如创造「负瓦特」的电厂。

智能管理  创造第五能源 

第五能源的增长有赖智能能源管理系统的导入。此类系统主要就是结合能源及资通讯技术，透过各种智能互联网、信息分析等技术，来创造与提供创新联网节能与管理服务，达到能源使用效率管理、预测尖峰能源需量与时间，提供移动负载使用时间、降低负载等最佳化策略能源运用。

随着应用场域的不同，能源管理系统大致可分为家庭能源管理系统(HEMS)及建筑能源管理系统(BEMS)系统。根据Markets&Markets预估，2018年全球HEMS市场规模达80.2亿美元、BEMS市场规模达88.6亿美元。

此外，在智能能源管理中，需量反应(Demand Response；DR)是电力需求面管理的一环，电力公司透过价格信号或提供诱因等方式，引导用户改变用电行为，于系统需要时配合减少用电，以抑制低尖峰负载，避免系统发生供电危机。同样根据Markets&Markets的预估，需量反应软件市场规模于2018年将达到67.1亿美元，北美与欧洲仍是主力市场，亚洲为潜力市场。

为进一步鼓励节能省电，国际间甚至发展出负瓦特的交易方式，例如，日本于今年(2017)4月开始实施「零售电力负瓦特交易全面自由化」。事实上，日本是于2016年4月启动零售电力交易自由化，只不过在2017年4月之前，电力负瓦特交易制度只能在企业间进行，之后才对一般家户开放。全面开放后，由消费者节电所省下来的电量，也就是负瓦特，将在零售业和输配电业中当做电力调节的工具。

储能系统  提高电网稳定性

除了增加「第五能源」数量外，再生能源的导入更是解决现今能源问题的必然途径，然而再生能源的间歇和不可控制性，至今仍是影响再生能源发展的重要因素。当再生能源占整体能源供应的比例不高时，对电网的影响不太，然而在比例持续增加的情况下，影响也将随之放大，若无法解决再生能源汇入主要电网时的波动问题，就会危及整体电网的供电稳定度，这是现代社会所无法忍受的风险

储能系统不仅能提高新能源发电的用电效能，亦能保障用电端持续用电的需求。在用户端，储能系统可以优化使用电价，并且维持高品质电力；在传输端，储能系统可以有效地提高传输系统的可靠性；在分配端，储能系统能提高电能的品质。整体而言，随着分散式电源的发展和智能电网的提出，储能系统的做用将会更加重要。

根据美国市场研究机构NavigantResearch研究，随着再生能源的快速发展，电网储能市场将出现快速成长趋势，预计至2024年，全球储能市场规模将突破210亿美元。另根据GTM Research的预测，美国储能市场规模将从2016年的221 MW成长至2022年的2.6GW，成长幅度达12倍。至2022年，美国储能市场规模预期将达到33亿美元，与2016年相比为10倍的成长。

监于储能对于再生能源发展的重要性，在全球许多地区已看到相关政策的实施，例如，2010年9月加州政府已通过AB2514储能法案，要求加州公用事业委员会(CPUC)设立储能系统目标，制定具有成本效益的储能系统安装标准，根据这项规定，CPUC订定确定三大公共事业体，包括太平洋电气公司、南加州爱迪生电力公司和圣地牙哥电气公司，至2020年需完成1.325GW储能采购的目标，电网的终端使用者部分也规划安装200MW储能设备。

日本则是规划2030年再生能源发电量目标为2,140亿度电，且积极兴建大型电池能源储存设施，每年更花费100亿日圆预算补助一般家庭使用锂电池储能设备。瑞典政府积极推动民宅采用太阳能储能设备，规划为家用储能设备提供相当于成本6成的装置补贴，最高补贴金额达5,400美元左右。德国也已推出类似补贴方案，至今已推动了19,000组与太阳能发电系统互相搭配的储能系统装置。

储能新技术  提供更多可能性

对于新能源的发展而言，储能非常重要，然而囿于价格昂贵因素，导致市场接受度有限。值得庆幸的是，随着技术研发升级，储能系统已逐渐迈向商业化和普及化，根据GTM Research报告指称，预计未来5年内，储能系统的成本有望下降41%。

关于储能技术的发展，我国工研院看好铝电池替代传统铅酸电池的潜力，可做为储能设备使用。相较于锂，铝除了蕴藏量丰富、价格便宜，加上更具安全性等特点，所以铝一直是世界各国电池储能研究团队锁定研发的材料。工研院所开发成功的「可高速充放电的铝电池」预计在2018年将进行电池芯量产；2018年底于实际场域进行Beta测试，预期铝电池产品在未来两年内可真正进入市场。

另外，值得一提的是瑞典Chalmers理工大学的研究成果「分子式太阳能储热系统」，此成果为储能技术带来了新方向，简而言之就是可以将太阳光直接转化为能量进行储存。此技术是以一种含碳化学液体做为介质，这种化学液体可以储存并传输太阳能，并且在需要时随时释放这些能量，且该化学液体释放能量时，几乎可以实现能量的零损耗。

储能技术的新发展，对再生能源的进展是一大助力，储能系统的建置能够使风能及太阳能等不稳定的能源，更易于与电网或家户用电整合，有利于提高分散式能源系统的稳定性，消费者也可选择在有利的时间储电与用电。整体而言，若要实现非核家园，储能问题的解决是关键之一，唯有如此才能真正走向再生能源时代。