從備援躍升成主角 能源儲存商機大爆發

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隨著能源世界的技術日新月異,集中式電網系統會逐漸被分散式能源系統所取代。(圖片來源/Pixabay)

全球能源儲存來到具備經濟效益的臨界點,各國莫不全力發展相關領域,而台灣能源極度仰賴進口,急需發展可再生能源,能源儲存有助於國家整體或是居民家戶的能源安全。從國家安全、綠能發展、產業未來等三方面來看,能源儲存都是台灣必要發展的項目。

電力產業過去數十年來,有如處於「恐龍時代」,基本概念是以集中式的大電廠輸配到各地的巨大集中式系統,電網越大越穩定,就像恐龍體型越大越能保持體溫穩定,這樣的集中式電網,衍生出很多相對應的需求與特性,許多人一度把它們當成是永遠不會改變的真理,然而隨著能源世界的技術日新月異,早在2013年時,全球絕大多數電業資深主管已經普遍感覺到山雨欲來。

集中式電網系統將逐漸被取代

2013年資誠(PwC)發表第13屆全球電業調查報告,訪問全球電業公司的主管,其中,認為到2030年電力網路的商業模式會完全改變者,占41%;認為雖與目前類似,但有重大改變者,占53%,兩者相加達94%,只有6%認為未來的電業會與現在差不多,而這個改變是什麼?正是集中式電網系統會逐漸被分散式能源系統所取代。

儘管這些電業識途老馬們英雄所見略同,不過,在2013年,分散式能源相當程度上還只是一種概念,其中的兩大關鍵:分散式可再生能源與能源儲存,前者雖然在311事件後,各國政策推動下已經開始看得出發展苗頭,但離具備經濟效益仍有相當差距,後者更是可說還在純理論階段。當時,全球各國進行的能源儲存計畫,大都是研究性質的「科學計畫」,只是完全燒錢,沒有任何商業獲利的可能性。

沒人能料想到,僅僅5年之後,如今能源儲存已經具備經濟效益,成為產業界的實際商機,這個過程可說是超速起步。芬蘭動力系統巨擘瓦錫蘭(Wärtsilä),2017年所購併的能源儲存新創事業綠鐵匠能源(Green smith Energy),2014年時還在以捐款與電力公司的研發經費來打造純粹燒錢的研究計畫,如今已經為美東電網的賓澤馬互聯電網(PJM)打造20百萬瓦(MW)的能源儲存計畫,而這次是純粹利潤導向的商業計畫。

市場需求快速起飛

能源儲存來到具備經濟效益的臨界點,表現在產業的大爆發之上,2018年全球能源儲存安裝量年增率高達147%,2018年全球安裝3.3吉瓦(GW)容量,600萬度儲能容量的能源儲存系統,超過過去5年來總量的半數,顯示市場需求的快速起飛。

能源儲存快速從純理論變得合乎經濟效益,來自兩方面,一方面主要是鋰電池技術在電動車帶動下成本快速下降,使得鋰電池能源儲存成本連帶迅速降低。

另一方面來自於需求面,越來越多電力系統營運商發現,能源儲存是一筆划算的投資,因為電池能源儲存反應快,過去原本認為能源儲存是因應可再生能源的所謂不穩定性才需要搭配存在,但電力系統每日營運本來就會有用電尖峰以及各種臨時狀況,需要許多電力輔助服務來維繫電力供需的穩定,能源儲存並非只能因應可再生能源的變化,而是平時就能派上很大的用場。

美國加州幾次重大影響電力系統的意外後,則更凸顯出能源儲存不僅能作為輔助服務,還能解決重大供需缺口問題。加州可說屋漏偏逢連夜雨,先是聖歐諾菲核電廠原本要延役,卻因為延役的整修工程失誤,反而於2013年提早停役,造成重大供電缺口,加州的應急方式是採取需求反應與建置能源儲存雙管齊下,由於能源儲存系統建置速度遠快於建設傳統電廠,成為應急處理的有效工具,加州藉此輕鬆擺平一整個核電廠的供電缺口。

2015年10月底洛杉磯郊區亞里索峽谷發生嚴重天然氣儲井洩漏事件,直到2016年2月才控制住,事件後造成亞里索峽谷的天然氣儲井全面停用,這些儲井供應整個洛杉磯盆地的燃氣發電廠,總發電容量高達將近10吉瓦,其中許多是在炎夏用電尖峰以及意外電力缺口時,用來緊急調度的尖峰發電資源,於是加州再度面臨供電大危機。

有了上次應對聖歐諾菲核電廠提早停役的經驗,加州2016年4月起擬定應變計畫,同樣規劃策略性配置需求反應以及能源儲存系統,順利安然度過沒有亞里索峽谷天然氣儲井的夏季。

極端氣候凸顯能源儲存重要性

接著幾年,加州在極端氣候下,連年野火規模越來越擴大,2018年11月加州發生史上最嚴重野火火災「營溪大火」,使得主要電力公司太平洋瓦斯電力公司(Pacific Gas and Electric, PG&E)因為賠償而面臨破產。探討野火的主要發生原因,是老舊輸配線路在強風警報下卻沒有進行斷電,線路被強風吹倒,因此引起火災。若要防止野火,就要徹底執行斷電措施,那老百姓的用電怎麼辦?加州還是祭出能源儲存來解決問題,斥資1億美元獎勵住宅能源儲存以提升能源安全。

澳洲經驗也同樣成為能源儲存系統的活廣告,特斯拉創辦人馬斯克為了行銷其鋰電池能源儲存系統,向澳洲政府誇下海口,要在百日內建造完成100百萬瓦容量的能源儲存系統上線,要是延遲就免費奉送。馬斯克的豪賭讓業界都在看好戲,也讓能源儲存成為全球焦點,結果,特斯拉果然如期在百日內完工上線。

才上線不到1個月,剛好遇上南澳洲燃煤發電廠跳機,電網瞬間損失560百萬瓦發電容量,導致電網頻率自50Hz下滑至49.80Hz,電池能源儲存系統立刻派上用場,於140毫秒內向國家電網輸電,穩住電網頻率,讓電網能撐到其他備用電廠升載,沒有發生大跳電。

電網頻率調整、電力輔助成營收來源

但特斯拉該系統的貢獻不僅止於緊急應變,在平時提供的電網輔助服務,成本遠低於傳統方式,據估計,系統上線後,讓相關頻率調整與電力輔助服務的成本大降90%,運作半年估計讓南澳電網節省高達3,000萬美元。

如同特斯拉經驗,電網頻率調整與電力輔助服務成為能源儲存系統的重要營收來源,不僅只是賺離尖峰的差價。電網服務開創了能源儲存系統的營收空間,在此方面,突飛猛進的軟體管理技術,更幫助能源族儲存系統調度電力時反應更快、成本更低、取得最大營收,相對來說獲利能力也就更強。

在商業利益驅使下,如今全球電業即將開始大規模引進能源儲存,以提供日常的服務用途,並作為緊急時的調度能力,更在極端氣候下提升能源安全,能源儲存從實驗性質,即將成為常規使用,而這樣的趨勢,不僅將帶動能源儲存本身的商機,也將庇蔭可再生能源的發展,一旦有了普遍的能源儲存資源,佐以功能越來越強的軟體管理能力,電力系統要整合可再生能源就更加輕而易舉,也更能完全利用可再生能源。

瓦錫蘭在加勒比海荷屬安地列斯群島中的波奈島上,為1.9萬居民打造6百萬瓦,6,000度儲能容量的能源儲存系統,並佐以能源管理軟體。在此之前,波奈島的供電主要來自14百萬瓦發電容量的重油燃油發電,以及11百萬瓦發電容量的風力發電,風力發電在發電最高峰時,其實足以供應全島所需電力,但是燃油發電機一旦完全停下來,要再啟動需要時間,為了保持調度能力,需要維持最低轉速運轉,其結果是放棄風能電力,而平白燒了重油成本。

自從瓦錫蘭為波奈島建置能源儲存系統之後,就不再需要這樣做,2019年3月系統安裝以來,波奈島的可再生能源占總供電比例從15至25%大幅提升至33%。波奈島是小島獨立電網,若是在較大電網上,相對規模更小的能源儲存系統,就能大幅提升可再生能源的所占比例。

台灣目前能源儲存的建置可說僅在實驗階段,且能源極度仰賴進口,急需發展無需進口燃料的可再生能源,能源儲存有助於其發展;台灣面臨極端氣候的挑戰,能源安全的重要性與日俱增,而能源儲存有助於不論是國家整體或是居民家戶的能源安全;台灣產業界正在尋求「下一個產業」,而能源儲存正是剛突破經濟效益臨界點而將高速發展的產業,所需技術,相對於火力發電的渦輪機台廠只能望之興嘆,鋰電池、相關電力系統與電力管理軟體,則是台灣產業界所較能掌握的領域。

從國家安全、綠能發展、產業未來三方面,能源儲存都是台灣必要發展的項目。而從金融面來看,能源儲存計畫的特性是需要投資高額固定成本,之後維運費用較低,但可在日常提供電網服務下收取相對穩定的營收,在全球資金追求穩定收益投資標的之下,是相當理想的投資,更有助於台灣金融業消化大量爛頭寸,從燙手山芋轉變為國家建設的強大動力。

原文作者為藍弋丰,本文轉載自《台灣銀行家》。更多精彩內容,請詳見《台灣銀行家》

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