2016/09/05
經濟部能源局
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撰文／鍾嘉雯
受訪／工研院綠能與環境研究所 王人謙副所長
從3C產品、電動車到電網與儲備能量，啟動這些產品的靈魂在電池，我們對它所求很小也很大。使用要安全，則用電時手機、車輛甚至房子必須不會發熱或是燒起來；電費要便宜，則搭配電池的能源跟現在的1度電新臺幣3元不能差太多。讓儲能電池真正走入生活的關鍵在哪？
打開手機外殼，小小一顆電池，你願意花多少錢購買？從3C產品到大型電網儲能系統，一樣是電池，需要的條件可不一樣。
電池百百種，安全最重要
在現今可運用於電力系統之儲能裝置中，不受地理條件限制的就是儲能電池，它可是未來最具潛能的儲能之星。儲能電池的種類包括鋰離子電池、鈉電池（鈉硫電池、鈉氯化鎳電池）、鉛酸電池、鎳電池（鎳鎘電池、鎳氫電池）、氫能電池、液流電池等等。
大家手機裡面的電池，就是使用技術最成熟的鋰離子電池。鋰離子電池能量密度高，電池循環次數與充放電效率皆佳，不過致命傷就是成本太高。而鈉硫電池在儲能方面技術相對成熟，也有一定規模的發展，日本NGK公司是全球最大的鈉硫電池生產商，但鈉硫電池腐蝕性強，安全方面仍有疑慮；鈉氯化鎳電池較為安全，其運作環境為250～350℃的高溫，需要加熱和冷卻管理系統。鉛酸電池歷史悠久，但僅使用在小型設備如電動車上，因所占面積大及壽命較短，若使用在電網級儲能，其成本過高。鎳鎘電池有環境污染的問題，許多國家目前已限制、禁用鎳鎘電池；鎳氫電池在成本與表現上，還不如鋰離子電池。氫能電池仍在研發中，但是它的儲能成本高到1 度電新臺幣20元，還有爆炸之虞。液流電池裝置簡單又容易維護，據IHS公司（Information Handling Services, IHS）預測，2022年液流電池會是成本最低的化學電池，但它的缺點是能量密度不夠高，目前也只有少數系統可使用。
王人謙副所長評估，「目前電網級儲能，最可能發展的還是鋰離子電池與鋁電池，鋰離子電池技術成熟，鋁電池的成本可望能降到非常低。」鋁電池雖未商業化，但具備可燃性低、成本低、電力儲存效能高等優點，若能提升其能量密度，未來發展大有可期。
在再生能源發展快速的今日，要將不穩定的再生能源轉為穩定可使用的能源，就必須使用電池來儲能。王人謙副所長說明：「以太陽光電為例，雲的飄移與遮蔽會造成太陽光瞬間消失、出現，在短短10秒內，就可能使8成電流突然失去又再進來，要維持電流平滑（Smoothing），必須搭配可快速充放電的電池；而像風力發電，突發的強風比較少，電池的充放電速率以數十分鐘為單位就可以，但必須維持削峰（Shaving），其功能是將晚上少用的電儲存至白天來用。」
使用儲能電池，要注意什麼？最重要的當然是安全。現在所使用的電池，大多都算安全，我們很少看到筆記型電腦或手機燒起來，反而是充電時電池爆炸的新聞時有耳聞。手機燒掉或爆炸，損失上萬元固然心疼，但若將儲能電池連接到電網，在家戶系統中使用，用電安全攸關人命，就不只是錢的事了。
電池發展的重點在於成本，新臺幣數萬元的手機，電池只需要幾瓦，成本多10元，差別不大；用在交通工具上，原本1公里用2、3元的油，改成電池充電，多久充1次？價格多少？若運用在電網中，與現在的1度電3元相較，改用再生能源加電池儲能，要花多少錢？大型儲能電池首重用電安全與電池成本，缺一不可。
發展前期，補助示範大力推
國際能源總署（IEA）今年（2016）的ETP報告提及，從2011年到2014年，大型電池儲能已從800MW增至1,500MW（圖1），鋰離子電池占領先地位，不過鈉硫電池後勁看漲，3年間從10％增加到22％，投資成本則從約800美元／kWh下降近半（圖2）。2014 年的電池儲能達到新增400MW的新紀錄，是2013年的2倍，已興建與計劃中的電池儲能系統共有1.6GW。
不過，在所有的儲能系統中，相較於IEA 統計已有142GW的抽蓄水力發電，儲能電池還在發展萌芽期，價格相對昂貴，需要透過補助與示範等方式來推動。據工研院統計，全球的儲能示範技術中，推動鋰電池、液流電池的計畫有912個，是抽蓄水力與冷水儲能、熔鹽儲能的2倍以上。如德國政府為增加不穩定再生發電之占比、並解決對電網的衝擊，制定了中長期的解決方案，補助熱儲能、儲電能與其他儲能轉換技術之計畫，目前已資助186個計畫，共2億200萬歐元；中國大陸推動國家基礎技術研發計畫「973」、高技術研發計畫「863」與國家風光儲輸示範工程，以磷酸鋰鐵與液流電池為中心，開發分布式的再生能源系統，也帶動了相關液流電池廠投資。
儲能電池替代抽蓄水力，日本全力出擊
在日本，經濟產業省提供電池研發經費75％的財政支持，目的就是以儲能技術替代抽蓄水力發電！從2009年「革新型蓄電池先端科學基礎研究事業」（2009～2015）、「次世代蓄電池材料評價技術開發」（2010～2014）到「先進‧革新蓄電池材料評價技術開發」政策（2013～2022），可以看出日本著重電池本體研發。
在再生能源的應用以及儲能系統應用方面，經濟產業省也提供補貼，在企業端，設定儲能技術發展目標，支持企業研發儲能系統並給予補助，對電力公司則補助儲能系統應用之實證；在用戶端，訂下2020年儲能成本達到2.3萬日圓／kWh的目標，補助用戶使用儲能系統，促進用戶端形成儲能市場。
電池技術最前線
政策支援之外，日本在技術面的發展也不遺餘力。以北海道電力公司的「液流電池電網儲能示範計畫」為例，北海道民眾安裝大型（2MW以上）太陽能發電超過1GW，然而北海道電力公司無法消化，只能仰賴1條600MW之高壓直流線路送往附近的東北電力公司。
發電量多到電網無法容納，這些電只能白白浪費。釜底抽薪之道，日本經產省希望在2020年之前將該高壓線路擴充到900MW，並且北海道電力公司與住友電氣工業有限公司合作，導入輸電規模15MW、儲能容量60MWh的全釩液流電池儲能系統，輔助提高太陽光電的併網能力。
另外，日本也積極研發各種二次電池（充電電池），在最新的「NEDO二次電池開發技術藍圖」中，分別開發系統使用、用戶使用的不同充電電池，朝向成本愈低、壽命愈長的方向發展。
我國的電池大未來
儲能的發展，還是要因地制宜。有些國家擁有豐富的水力資源，儲能的成本很低，以我國來說，山上沒有足夠的植被，每逢豪雨，土石流失，水庫都變成攔沙壩，發展水力儲能的難度較高。
不過，電池產業的發展，王人謙副所長還是十分看好。「雖然我國水力資源受制於環境，電池產業還是有機會的！相較中國大陸，臺灣人口不多，我們不需要去爭低價、量大的低端電池，而是走高端的電池產業。」如工研院研發的「可高速充放電鋁離子電池」，以低成本、高安全性、可高效率快速充放電，突破鋁電池壽命限制的研究成果，登上2015年4月的自然（Nature）期刊，目前已申請我國與美國之專利，並朝向提升石墨材料電容量、石墨陰極材料量產化兩大方向研發，未來可望取代傳統鉛酸電池，應用在大型儲能裝置上。「臺灣不靠低成本或污染環境，我們目前在積極布局專利，研發特殊電池，也跟日本、韓國一較高下。」這是一個技術戰，誰能勝出，就看將來！
關鍵字：儲能系統,儲能電池,IEA,再生能源