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儲能與電力多元轉換 (power-to-x)

LEAG baut Batteriespeicher in Schwarze Pumpe

DEU/Deutschland/Brandenburg/Spremberg, 09.07.2019, LEAG baut Batteriespeicher in Schwarze Pumpe. Die Lausitz Energie Kraftwerke AG (LEAG) errichtet am Standort des Kraftwerks Schwarze Pumpe Europas groessten Energiespeicher. Der Batteriespeicher namens "BigBattery Lausitz" wird eine Leistung von 50 Megawatt haben. | Verwendung weltweit, © picture alliance

29.01.2020 - 文章

風能和太陽能發電會隨天氣變化而波動,電量過剩,可能會導致電網擁塞,或對供電系統的安全性產生負面影響。目前再生能源供應不足,用電需求必須倚賴可靠的彈性發電廠,而出口能源在經濟上的可行性不高 ...

風能和太陽能發電會隨天氣變化而波動,電量過剩,可能會導致電網擁塞,或對供電系統的安全性產生負面影響。目前再生能源供應不足,用電需求必須倚賴可靠的彈性發電廠,而出口能源在經濟上的可行性不高。可觀測的證據表明,雖然再生能源佔比高,但在過去幾年中,電力系統的穩定性並未受到負面影響。另一方面,批評者主張德國用戶會更容易面臨停電的擔憂,也沒有成真。過去幾年,用戶的電源中斷時間,一直穩定維持在一個年度約 15 分鐘,遠低於經濟合作暨發展組織 (OECD) 國家的平均值。

輔助服務──德國能源平衡悖論

頻率和電壓控制,都是維持電網穩定、確保供電安全的必要措施,而電網營運商會將此類的輔助服務[1]外包出去,並提供 5 到 15 分鐘的備用容量。因此,儘管風能和光能發電容量提高了許多,德國對輔助性服務的需求卻能降低。

[1]介於 30 秒到 1 小時的輔助服務,FCR = 快速控制備轉容量、aFRR = 自動頻率回復備轉容量、mFRR = 手動頻率回復備轉容量、RR = 取代備轉和無效電力發電。

智慧電網包括多種電力運行和能源措施,例如智慧型電錶、智慧型電器、再生能源和效率能源。電力調節、電力生產和分配控制,也是智慧電網的側重點之一。如此一來,電網可以作為理想的間接儲存。電網的角色必須改變,從被動地將電力自生產者轉移到消費者,變成主動的角色。匯集數據、數位化和智慧型電錶,可將電網管理的成效極大化。智慧電網技術的誕生,也意味著電力工業將徹底改變。新技術也會為新技術開啟市場機會,例如電池儲能廠。德國目前正大舉投資智慧電網技術。

電力儲存的目的是緩衝季節性產量過剩和過低的狀況,大部分是短時間內、可預期的中程管理。未來,再生能源的儲存、需求端管理和足夠的電網基礎設施等彈性選項,估計可以發揮更大的作用,幫助德國完全放棄化石燃料。

抽蓄發電

抽蓄發電已歷經長久考驗,此方式是在電量需求低、電價低的時候,將水抽入水庫,在電量需求高的時候,將水洩出,經過渦輪機發電。可惜的是,受限於地理條件,德國開發新抽蓄發電廠的可能性相當低。連接到挪威的輸電線路,應利用該國龐大的水力發電和儲存潛力。

電池

電池技術是儲存能源的方法之一,部分業者已採用電池儲能廠以平衡短期的電力供給波動、維持電網穩定。目前有越來越多屋主在屋頂安裝太陽能電池儲能系統,而現今新安裝的太陽能系統,約有一半都規劃了儲能設備。根據德國太陽能協會的統計,自 2013 年以來,太陽能儲能系統的成本已減少了一半,現時德國國內運行的太陽能儲能設備,已經超過 13 萬組。不過,營運商認為目前的電力市場,尚未提供開發電池儲能廠所需的足夠經濟誘因。

由於屋頂太陽能板現在有小型儲能系統,因此小型電池在一般家庭中的功能也越來越重要。未來,電力也可以儲存在汽車的電池中。

目前,已有數個以大型電池系統長期儲能的示範和商業計畫付諸實行,這些電池的尺寸,可能如大型貨櫃或小型房屋一般。長期儲能裝置必須儲存更大量的電能,基於此因,可能需要其他解決方案,例如電轉氣 (power to gas) 技術。

電轉氣或電力多元轉換技術

目前,德國的再生能源轉換計畫嚴重受限於電力產業。為了減少供熱與傳輸排放的二氧化碳,以及儲存再生能源電力,可將再生能源電力轉換成熱能或燃料,例如合成天然氣、氫能和汽油,這些都能成為供熱、電力或傳輸系統的「氣候中和」能源。

因此,在德國的長期儲能、智慧行動和燃料策略等計畫中,電轉氣技術都扮演了重要角色。弗勞恩霍夫研究所 (Fraunhofer Institute) 的一項研究指出,德國深度減碳 (90%) 需要高達 117 GW 的電力多元轉換技術才能達成。

電轉氣系統,是用能量(電能)以電解作用將水轉化為氫,有時還可以更進一步轉化為甲烷。此系統的優點是氫氣(一定程度上為 H2)和甲烷(不限於 CH4)可納入並儲存於現有的天然氣網,或將甲烷儲存於地下。納入天然氣網的氣體可以重新轉換為電能,也可以作其他用途(例如供熱或天然氣車)。目前此技術十分昂貴且效率不高,主要問題在於轉換損耗。

全球最大的實驗性綠氫能生產設施,正在奧地利運行,採用西門子技術為鋼鐵生產提供乾淨的氫能源,目前仍在測試該技術是否適合大規模工業應用。


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免責聲明:本文係德國在台協會編譯,相關資訊參考來自可信的政府機關、科學機構和其他來源。儘管經過交叉查證,我們還是無法百分之百保證該資訊的準確性。請知悉:某些數據是暫時的,未來可能會有調整的可能性。(01/2020)

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