新能源研發 - 林亞玄 組長

新能源研發 - 林亞玄 組長

1. 台灣中油公司綠能科技研究所 中華民國109年08月26日 台灣能源教育工作訪講座 新能源開發
2. 簡報大綱 一.國際能源趨勢及國內能源政策目標 二.中油公司新能源開發 1.太陽光電系統研發與推動 2.儲能材料研發與應用 3.節能產品開發
3. 3 全球氣候變遷與空氣汙染 曾幾何時, 藍天白雲變得很少見到... ◼ 過去25年，大氣CO2 濃度增加超過11%， 2017年約為400ppm 高雄 台北 北京 歐洲 香港 印度 ◼ 2013-2017年全球平均温度為最高的五年均值 ◼ 2016年全球平均溫度史上最高，高於工業化前時期約1.1°C ◼ 2016-2017年全球海面溫度為史上最高，颶/颱風造成嚴重損失 PM2.5 台灣中油智慧綠能加油站經營規劃 與未來願景_畢淑蒨副總經理
4. 4 氣候變遷、節能減碳議題發酵，再生能源發電需求快速增加 美國 20%風電 by 2030 33州推動Renewable Portfolio Standards 加州 33% by 2020 日本 100GW PV by 2030 10GW Wind by 2020 歐盟-28 20% Energy by 2020 德國 55-60% Electricity by 2035 80% Electricity by 2050 英國 39GW Offshore Wind by 2030 西班牙 35GW Wind by 2020 法國 25GW Wind by 2020 27% Electricity by 2020 丹麥 100% Electricity by 2050 中國 200GW 風電 by 2020 印度 60GW 風電 by 2022 我國2025年積極佈局 1.2 GW 陸域風力發電 3 GW 離岸風力發電 20 GW 太陽光電 全球再生能源快速佈局 Ref : 工研院
5. 5 Ref : 台灣電力股份有限公司 台灣發購電量能源別結構 台灣超過98%的能源都是進口， 化石能源需求超過93%。
6. 6 我國再生能源目標 項目/年度 再生能源裝置容量 (MW) 再生能源發電量 (億度) 104 105 109 114 104 105 109 114 太陽光電 842 1,210 6,500 20,000 9 11 81 250 陸域風力 647 682 800 1,200 15 14 29 29 離岸風力 0 0 520 3,000 0 0 19 111 地熱能 0 0 150 200 0 0 10 13 生質能 741 741 768 813 36 36 56 59 水力 2,089 2,089 2,100 2,150 45 66 47 48 燃料電池 0 0 22.5 60 0 0 2 5 總計 4,319 4,722 10,861 27,423 105 127 244 515 ➢2025年再生能源發電量發電占比提高至 20%。 (天然氣50%，煤炭30%) 資料來源：能源局 改變用電能源結構
7. 7 《再生能源發展條例》修正案 ◼ 《再生能源發展條例》修正案：108年4月12日通過，5月1日公告 目標量 2025 年再生能源發電占比達 20%、裝置量 2,700 萬瓩（27GW） 公家機關與用 電大戶增設綠 能 • 用電大戶須強制使用一定比例綠電，地方政府仍保有因地制宜之 彈性規劃空間。 • 設置一定容量的再生能源設備、儲能設備、購買再生能源電力及 憑證(電證合一)、繳納代金 • 政府機關（構）、公立學校或公營事業在新建、增建、改建公共 工程或公有建築物時，其工程條件符合者要優先裝置再生能源 加強地方政府 角色 2,000瓩以下再生能源發電設備由地方政府認定 鼓勵綠電自由 市場 躉購、直轉供(綠電自由市場)雙軌可以互換 獎勵技術與資 源盤點 再生能源發展基金可用於再生能源資源盤點、輔導成立認證機構、 再生能源發電、儲能之研發補助 公民電廠、原 住民地區列入 補助 強調民眾參與綠電的合作社、社區公開募集的公民電廠都列入補助 行列。設置於原住民族地區的再生能源發電設備及儲能設備也有獎 勵補助、並加權躉購費率。
8. 簡報大綱 一.國際能源趨勢及國內能源政策目標 二.中油公司新能源開發 1.太陽光電系統研發與推動 2.儲能材料研發與應用 3.節能產品開發
9. 中油公司研發投入 9 智慧 綠能 循環 經濟 技術 服務 研發 範疇 •地質能源開發 •電池關鍵材料開發 •節能材料開發研究 •能源管理系統開發 •太陽光電系統技術開發 •高溫燃料電池開發 •高階碳系材料製程開發 •高純度(95%以上)雙環戊二烯製程開發 •功能性塗料開發 高值 材料 •LNG冷排水應用於海藻養殖 •廢水、廢鋰電池資源化研究 •生質材料開發-碳材、綠色油品、化學品 •國內、外礦區油氣資源探勘與開發研究 •土壤及地下水污染改善技術建立與應用 •整體油氣管路監測及測漏技術引進應用 •煉化廠操作性能提升研究 •煉化未來趨勢之轉型研究 「綠能科技研究所、煉製研究所、探採研究所」
10. 10 太陽光電系統技術發展 系統建置 營運管理及維護 規劃、評估與設計 麟洛太陽能加油站 設置容量：10.08 kWp CIGS薄膜太陽電池 100/10/26併聯台電 平均發電量 35度/天 麟洛太陽能加油站 設置容量：10.08 kWp CIGS薄膜太陽電池 100/10/26併聯台電 平均發電量 35度/天 • 現地勘查 • 繪製現場建築地貌 • 模擬遮蔭 • 發電量預估 • 雲端監測暨維運管理 系統 • 定期檢查保養 • 異常調查及維修 • 災後巡檢
11. 11 中油公司屋頂型太陽能系統設置 100 107 • 光鐸獎 105 109 114 • 完成156案場 • 建置容量5.7MW • 超過200案場 • 建置容量11.6MW 麟洛站 林園廠499kW 目標 26.2MW 台南前鋒智慧綠能加油站
12. 12 建物一 29 oC 35.1 oC 建物一 建物二 建物二 10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 目標模組 32.6 oC 31.7 oC 31.7 oC 31.5 oC 31.7 oC 31.4 oC 60 m 60 m 60 m ➢建物一屋頂不同面向之熱影像分析 北 北 紅外線無人機檢測太陽光電系統
13. 13 Snaith, J. Phys. Chem. Lett. 4, 3623 (2013) Liu et al., Nat. Photon. 8, 133 (2014) Zheng et al., Dalton Trans. 44, 10582 (2015) National Renewable Energy Laboratory (NREL)網頁 鈣鈦礦太陽能電池演進 可撓曲鈣鈦礦電池 鈣鈦礦太陽能電池開發 • 小電池效率：3.8% (2009年) → 25.2% (2020年)
14. 14 參考資料：webbuilder.asiannet.com •可見光下，光電轉換效率高 薄膜鈣鈦礦電池特性與應用
15. 15 放大 面積 消除 鉛毒 增加 壽命 鈣鈦礦太陽 能電池 • 替換鈣鈦礦組成： 鉛(Pb) → 錫(Sn) Kanatzidis et al. Nat. Photonics 8, 489 (2014) • 放大模組化： 3 → ≧25 cm2 • 選用具穩定性的材料： 氧化鎳(NiO)、氧化鋅(ZnO) 從學研朝商品化，需克服元件本身問題… 鈣鈦礦太陽能電池開發
16. 16 (蒸氣法製作鈣鈦礦) 安全、低汙染、半自動化、可多量產出 鈣鈦礦太陽能電池開發 半自動真空蒸鍍製程
17. 17 四項模組技術臺灣發明專利權取得 • 具鈣鈦礦施體層之太陽能電池模組(I553892) 黃冠傑、賴立中 • 鈣鈦礦太陽能電池模組(I639245) 黃冠傑、蘇祐尼、賴立中 • 鈣鈦礦太陽能電池模組及其製備方法(I644448) 黃冠傑 • 鈣鈦礦太陽能電池模組的製造方法及鈣鈦礦太 陽能電池模組(核准，待公告) 黃冠傑、賴立中、利宗冠
18. 簡報大綱 一.國際能源趨勢及國內能源政策目標 二.中油公司新能源開發 1.太陽光電系統研發與推動 2.儲能材料研發與應用 3.節能產品開發
19. 再生能源發展情況 台灣太陽光電綠能占比已過半，超越慣常水力 Ref : 科技新報 19 近年來台灣發展再生能源，在政策鼓勵下綠 能裝置量正逐年升高，其中太陽能總裝置量 已超越慣常水力（不含抽蓄水力），根據行 政院主計總處最新報告，108年 8 月底太陽 光電裝置容量達 368 萬瓩，占整體再生能源 比重 51.2%。
20. 20 IEA：離岸風力發電可完全滿足全球電力需求 Ref : 鉅亨網 再生能源發展情況 10/25 國際能源總署 (International Energy Agency) 發布《2019 離岸風電展望報告》指出， 海上風力發電可以產生足夠的電力，供應地球上每個家庭和企業，IEA 形容這份報告是歷來對 海上風電「最全面的全球研究」結果，該研究針對數十萬英里的海岸線進行分析研究。 IEA 指 出，雖然離岸風電在 2010 年至 2018 年高速發展，但是當今的海上風電市場甚至還沒有充分 挖掘出全部潛力。 該報告指出，僅開發近岸的主要風力電場所能提供的電力就已超過當今全球消耗的電力總量。 但是，海上風電所能生產的最大潛力超過 12 萬百萬瓩，是 2040 年預計全球電力需求的 11 倍， 不過這個估算並未將傳輸和儲存電力的困難納入考慮範圍。
21. 21 中國棄風棄光 對台灣再生能源有什麼啟示？ 再生能源發展問題 Ref : 天下雜誌 ◆ 中國為了達到巴黎減碳協議，加緊發展再生能源，努力擺脫對煤電的依賴。 2015 年，中國太陽能發電容量較前一年成長 74%，風力發電容量增加 34%。根 據中國國家統計局數據，2015 年中國風力發電安裝量創下全球史上單年最高紀 錄：32.5 GW。 ◆ 中國國家能源局數據顯示，2016年上半年，中國風電平均棄風率高達21%。新 疆維吾爾自治區發改委也指出，新疆的棄風率達43.9%，棄光率達31.8%，分別 比2015年增加16%和15.7%。
22. 22 儲能產業發展應用性 Source: 美國DOE ARPA-E (2011), 日本NGK公司 大型風場變化率 (ramp)達到~MW/min 太陽光電易受 氣候變化影響 再生能源發電不穩定，併聯電網衝擊供電品質及穩定度 儲能系統強化 再生能源電力品質
23. 23 ◼ 鋰離子電池為儲能應用中發展最快且採用比例最高的電化學儲能技術 • 截至2018年12月底，全球投運儲能項目的裝機規模已經累計至180.9GW，年 成長率為3.1％，其中抽水儲能的累計裝機規模最高，為170.7GW，但年成長 率僅有1.0％。 • 占比第二位為電化學儲能項目，累計裝機規模為6471.1MW，年成長率高達 121％，成長動能主要來自於鋰離子電池，鋰離子電池的累計裝機規模為 5554.2MW，占比為86％，年成長率高達162％。 資料來源：CNESA Database；工研院產科國際所整理(2019/04) 國際儲能發展現況說明
24. 各種鋰離子電池負極材料比較 石墨 (LTO) 鈦酸鋰 24
25. 25 ◆ 實驗室級鈦基負極材料研發 (配方開發@高廠) (FY103~) ◆ 試量產級鈦酸鋰材料研發 (放大生產 @嘉義綠能園區) (FY106~) 無機鈦酸鋰儲能材料試量產製程 乾燥產粉 晶相後處理 成品包裝 均質混合
26. 綠能所 鈦酸鋰材料 超快充 快放 高安全性 超長壽命 低溫性能 優異 CR~100% @ 5C/5D (25C) 32610 Cylindrical battery (2Ah @0.2C) CR~ 92% @ 5C/5D (60C) 10分鐘充90%電量、 3分鐘充80%電量 -20℃可充>90%電量、 -30℃可充>75%電量 鈦酸鋰儲能材料研發 26
27. 27 鈦酸鋰材料載具產品確證
28. 28 台灣中油智慧綠能示範站 屋頂型太陽能 發電系統 台電電網 加油站 BMS EMS BMS : Battery Management System EMS : Energy Management System 電力 陽 光 電動機車充/換電 臺南前鋒路示範站-多元電力供應系統 天然氣重組燃料 電池發電系統 天 然 氣 特性： 安全性高、長壽命、快 充、耐高/低溫環境 鈦酸鋰電池儲能系統
29. 鈦酸鋰儲能材料研發 29 第二代材料開發 低成本配方開發 主要工作：克電 容量提升 第一代(試量產) ~160 mAh/g 第二代 (開發中) ~240 mAh/g Q6 /Q0.2 =89.6% Q20 /Q0.2 =62.5% Q6 /Q0.2 =12.9% Q20 /Q0.2 =0% 二氧化鈦 70% 鋰源 26% 其他 4% LTO原物料 成本比例 主要工作：降低鈦酸鋰成本 US$20/kg -> US$8/kg (石墨~ US$10/kg)
30. 簡報大綱 一.國際能源趨勢及國內能源政策目標 二.中油公司新能源開發 1.太陽光電系統研發與推動 2.儲能材料研發與應用 3.節能產品開發
31. 31 United States Department of Energy, Buildings Energy Data Book, 2011. 節能產品開發 隔熱塗料 LED 建築物能耗統計中，住家或商場的隔熱、保溫以及照明的耗能比例較高， 降低這些能量損耗，可減少支出並達到有效的節能效果
32. 32 隔熱反射塗料發展 隔熱反射塗料 Solar emission spectrum (1)阻隔型隔熱塗料 (2)反射型隔熱塗料 (3)輻射型隔熱塗料 為建築節能方法之一，唯成本是 最大考量 標準制定為推動隔熱、反射塗料 最重要的手段 如何延長塗料耐候性以及維持一 定的反射率為技術開發重點 http://gp.reiju.com.tw/
33. 33 高反射隔熱塗料開發 ◼ 耐熱試驗：100 oC ，兩個月 CPC 廠商A ◼ 反射率測試 快速施作、大面積節能 隔熱性能經SGS驗證 符合美國綠建築規範 性能優於市售品
34. 34 ◼ 技服對象：高雄市鼓山國小 ◼ 技服內容：組合屋隔熱塗裝，屋頂面積共1200 平方公尺 Before 106.01 106.08 隔熱塗料產品應用案例
35. 35 Before ◼ 仿石漆美化站體 ◼ 技服對象：高雄市交通局 ◼ 技服內容：候車亭隔熱改善 隔熱塗料產品應用案例
36. 36 隔熱塗料產品應用案例 ◼ 技服對象：國立中山大學 ◼ 技服內容：旗津校舍隔熱塗裝 總面積共222.8平方公尺
37. 37 封裝材料 導熱材料 光擴散材料 節能照明測試平台 LED雨棚燈 LED燈泡 LED燈管 LED CIS橫招燈 LED防爆燈 LED儲能路燈 102 103 104 105 106 LED節能照明材料研發
38. 38 照明產品設計 照明環境規畫 燈具檢測與應用 現場性能追蹤評估 LED節能照明技術服務
39. 39 LED開發應用案例 中油大樓B1~B3停車場 LED節能燈管更換
40. 40 LED開發應用案例
41. 41 LED開發應用案例 直營加油站照明改善 LED雨棚燈更換
42. 42 結 論 ❑發展再生能源為國際趨勢 台灣再生能源目標為2025年再生能源佔比為20%，配合國家 能源政策推動，中油公司投入創能、儲能、節能等綠能技術 研發，期望藉由研發成果商業化以跨足綠能產業，並帶動國 內綠能產業成長。 ❑ 使用再生能源成本高、節能可有效降低能源需求 再生能源設施建置成本高，目前多仰賴如電力躉售的政策補 助推動產業發展；藉由高效節能產品的使用降低能源損耗， 減少能源使用，有效達到節能目標。