儲能技術發展現況 - 吳錦貞博士

2 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院大綱壹、國際儲能產業現況、趨勢、政策與市場方向貳、儲能技術分類叁、國際與國內儲能示範場域
肆、工研院電池研發現況伍、沙崙科學城

4 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院 Source: California ISO/Jordan Wirfs-Brock 國際儲能產業現況、趨勢、政策與市場方向 •
再生能源滲透率不斷提升，電網環境日趨複雜，各國寄望「儲能」作為電網問題之新解決方案。 • 於能源轉型趨勢及政府政策驅動下，2018年市場規模大幅成長。 • 2019年全球定置型儲能產值預估達40億美元；2022年達60億美元。政府政策驅動市場快速擴張 *註：不含抽蓄水力儲能、UPS與微電網應用

5 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院  各國再生能源的需求增加，分散式儲能可提高太陽光電、風力發電佔比，加強電力品質。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 • 5.5GW 風力發電 • 20GW 太陽光電 •仍需1~2GW儲能 • Pike Research預測2018年世界plug-in電動車達520萬輛 • 2020年分散式儲能產值達$35 billion 國際儲能產業現況、趨勢、政策與市場方向《風力發電推動方案》重點推動方案(計畫)

6 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院第一類儲能：消除輸入電網電力的瞬間起伏，提高電網可靠度及穩定性。此調節儲能系統佔再生能源併網容量 8%~15% (US DOE, 2012)
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  儲能電池的功能國際儲能產業現況、趨勢、政策與市場方向

7 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院第二類儲能：電網電力儲存及控制，削峰填谷，譬如抽蓄式水力電廠。儲能系統容量視能量調節多寡而定。 Source: 美國DOE ARPA-E (2011),
日本NGK公司我國抽蓄水電可應付第二類儲能 •大觀 1GW •明潭 1.6 GW • 太陽光電主要為日間發電，並無須削峰填谷，除非太陽光電與市電同價或是該區域無法併聯上網，即可依靠儲能達到自發自用。 • 風力發電在夜間發電強盛，可依靠抽蓄水力達到能量轉移。國際儲能產業現況、趨勢、政策與市場方向

8 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院國際儲能產業現況、趨勢、政策與市場方向 在各國再生能源與儲能政策驅動下，全球儲能示範運用興起，應用功能持續摸索。 Source: 工研院IEK整理 Phase
I Phase II Phase III

9 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院定置型儲能應用情境應用分類功能功率放電時間再生能源整合應用
（如日本、韓國、美國）再生能源平滑化 PV容量70~100% 風電容量50~100% 10分~3小時再生能源電能時間移轉 PV容量70~100% 風電容量50~100% 4~8小時輔助服務應用（如美國、英國）頻率調節 1MW~數十MW 15分鐘~數十分鐘備轉容量數10MW 數十分鐘~1小時電壓補償/支援 1MW~10MW 15分鐘~1小時其他輔助服務 1+MW 10分鐘~2小時發電系統應用（如英國、美國）削峰填谷、電能時間移轉 (能源套利) 1MW~1GW 1~8小時尖峰容量滿足、備用容量 1MW~1GW 4~6小時輸配電網系統應用（如美國、日本北海道）輸電壅塞緩解 1MW~100MW 3~6小時輸配電系統升級遲延數百kW~數十MW 1~6小時輸配電系統即時負載平衡 10+MW 數秒~分鐘 Source：工研院IEK Consulting(2018/12) 儲能系統可應用於電力系統「發、輸、配、用」各階段，政策驅動之示範應用居多，發展較早的美國與歐洲先進國家近年逐漸走上商業化。

10 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院美國加州推動電網儲能，協助再生能源 • 美國加州自產電力不足，32%仰賴外州輸入； PV和風力發電占比達17.1%，領先全美，逐漸影響加州電網穩定 • 美國加州公用事業委員會(CPUC)
：要求加州三大電力公司採購儲能目標1,325MW ‒ AB2514法案(2013年)要求1.325MW(2020年目標) ‒ 政策現況： 2018年底加州儲能設備已提案採購 1,497.7MW (超過AB2514目標) 加州裝置容量共7,900萬瓩，夏季尖峰負載4,000萬瓩2016年用電量 2,900億度(外州提供32%)：燃氣/煤41%、核能9%、水力/生質/地熱 19%、PV+風17%、其他14% 2017/7/12 加州電力調度中心數據夏季尖峰負載4,000萬瓩加州要求再生能源占比：2020年33%、2030年50%鴨子曲線: 由於傍晚PV消失，火力機組必須快速升載。再生能源越多，對電網影響會更加嚴重 ! 註:排除>50MW大型抽蓄水力儲能

11 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院市場方向:(1)再生能源平滑化減緩再生能源劇烈變化造成電網衝擊，推估儲能設備需2.3GW / 192MWh (放電5分鐘) •
因應太陽光電20GW驟降，僅其中20%容量須併聯至特高壓系統(69kV 以上)，推估最大輸出功率驟降40%/分鐘，將受到台電公司限制升降載率10%/分鐘，因此需快速反應之儲能設備約 20GW x 20% x (40%- 10%) = 1.2 GW • 因應離岸風電5.5GW驟降，全部併聯至特高壓系統(69kV以上)，推估最大輸出功率驟降30%/分鐘，亦受到台電公司限制升降載率10%/分鐘，因此需快速反應之儲能設備約 5.5GW x (30%-10%) = 1.1 GW 國際儲能產業現況、趨勢、政策與市場方向

12 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院市場方向：(2)電網調頻需求因應再生能源出力預測不準確，所衍生之電網調頻需求美國電力研究院(EPRI)分析台灣電網系統所需之輔助服務增加量，約為間歇性再生能源裝置容量的10%；以2025年PV和風電26,700MW估算，即2,670MW。台電公司依現有電源開發規劃，初步評估2022年儲能補足缺口為10MW，隨再生能源設置量增加，至2025年儲能擴大為590MW/590MWh
(放電1小時) 。單位: MW 註：(1)因離岸風力容量增加，調整PV+風電累計容量至26,700MW (2)表(A)項係指系統調頻(700MW)、最大機組容量之熱機備援(1000MW)、最大機組容量之冷機備援與負載預測變動(1500MW)之總和計3200MW。 (3)表(B)項係考慮再生能源出力預測不準確導致額外電力需求，台電依EPRI報告，建議值為間歇性再生能源裝置容量的10% 資料來源: 台灣電力公司國際儲能產業現況、趨勢、政策與市場方向

13 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院市場方向:(3)供應尖峰用電 Source: US Massachusetts, State of
Charge, 2016 美國用於尖峰之燃氣渦輪機容量因數僅2-7% 尖峰電力成本昂貴，且閒置的尖載發電設備(如燃油、輕油)造成浪費 (ex. 美國麻州1%的尖峰用電占全年成本8%、10%的尖峰用電占全年成本40%) 新設火力機組易引發民眾抗議，增設困難且曠日廢時估計我國2025年尖峰負載40GW之5%，除既有抽蓄水力提供1GW，另須安裝 590MW/590MWh儲能電池 (放電1小時) 國際比較：美國各州訂下儲能容量目標：麻州為尖峰負載的 5% (600 MW by 2025)、加州為尖峰負載的 2% (1,325 MW by 2020)、奧勒岡州為尖峰負載的 1% (5 MW by 2020) 國際儲能產業現況、趨勢、政策與市場方向

14 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院市場方向：(4)離島或偏遠地區微電網無電人口計畫印度 2.4 億人
以再生能源為基礎的微電網發展政策草案(Draft National Policy on RE based Mini/MicroGrids)，目標在未來五年內設置10,000 個微電網系統/迷你電網，再生能源總安裝容量達500MW。優先鼓勵設置10kW 以上的系統。印尼 4,100 萬農村電氣化計畫(Indonesia Terang Program)，為1 萬多個無電村莊提供電力菲律賓 1,100萬微電網及家戶屋頂太陽能推動政策，2022 年鄉村地區電氣化比例達100% 全球 11.9 億人 2030 年全球電力普及化目標，需新增952TWh 發電量 [2] , 平均800kWh/人/年 2019-2022年全球離島與偏遠地區微電網每年需求容量達1,000-1,700MW。滿足夜間用電需求，需安裝5小時的儲能設備[1]，即全球每年新增1GW/5GWh以上。推估我國澎湖、金門、馬祖等用電約0.1GW，如安裝儲能微電網需要0.1GW/0.5GWh。儲能產業現況、趨勢、政策與市場方向註1：S. C. Bhattacharyya研究孟加拉案例, 2015 註2：資料來源 IEA, 2016

15 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院時間電價商業模式分析  我國、澳洲、美國加州(北區及南區)、日本、加拿大等6家電力公司電價比較  我國數據採用台灣電力公司公布夏月(6/1~9/30)三段式時間電價(105.10起適用) 尖離峰電價
(新臺幣元) 註: 括號內是尖離峰電價差距

16 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院韓國祭出電費折扣鼓勵企業降低尖峰用電 • 背景：韓國政府提供電費折扣優惠，鼓勵工商業使用儲能應用於尖峰移轉。促進用戶端儲能安裝，加速韓國儲能產業發展與儲能設備成本下降。 • 政策現況：現行方案預計執行期間為2017~2020年，2017年帶動工商業儲能
大量導入。預期工商業用戶將搶在結束前即早安裝享受折扣，2018年仍會持續成長。

19 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院抽蓄水力先進鉛酸壓縮空氣飛輪鈉硫鋰離子
氧化還原液流電池鎳鉻 (99.12%) (0.28%) (0.17%) (0.31%) (0.06%) Source：IRENA(國際再生能源協會)_REmap_Electricity_Storage_2015 儲能便宜之抽蓄水力電廠及空氣壓縮儲電廠，受限於地理條件及對水文、地質環境的衝擊，容易引起民眾抗爭，較不易達成。技術成熟之鋰電池成本昂貴，儲能成本高於$0.2/kWh/cycle；鋰在地殼蘊藏量不足(僅 17ppm)無法滿足未來對於電網及電動車的需求；鋰電池尚未克服大型化的安全疑慮。國際積極尋求新的電池技術。儲能技術仍屬發展初期儲能技術分類

20 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院 Source : http://www.energystorageexchange.org/ 儲能技術種類(2017.2) Projects Rated
Power (MW) Demo Scale(MW) 化學電池 985 3,100 1 - 3 抽蓄水力電廠 352 183,800 500 熱能儲存(冷水/熱融鹽) 206 3,622 20 機械式儲能(壓縮空氣/飛輪) 70 2,616 20 - 100 • 全球儲能案件以化學電池示範技術最多，共985案，多數使用鋰電池、鈉硫電池、液流電池 • 化學電池示範以分散區域式為主，每案平均規模約 1至3 MW，最大可併聯至50MW等級 • 我國推動區域性儲能示範驗證，應符合國際趨勢，驗證1MW以上之儲能技術全球儲能示範案數目分佈儲能技術分類

22 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院 Source : IEA, 2014. Technology Roadmap:
Energy Storage. p16. (鋰電池) (液流電池) (氫能與電轉氣) (超級電容) (鈉硫電池) (抽蓄水力)  不同儲能技術的市場成熟度儲能技術分類 (壓縮空氣) (飛輪)

23 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院 NaS VRB Li-ion •CAES PHS Key
issues •Safety •Cost •Low density •Vanadium •Safety •Cost •environment •Low density •environment Energy Density (Wh/kg) 150-240 40*1  190 - - Charge & Discharge Efficiency (%) 80 80-85*1 85-95 70-80 70-85 Life Cycle (cycles) 5,000 >20,000*1 4,000 30,000 50,000 Energy Capital Cost (USD/kWh) 500 500*1 184-338*2 (@ 10 MW) 272-338*2 (@ 10 MW) 225 125 Levelized Cost (USD/kWh /cycle) 0.125 0.025*1 0.03-0.06*2 (@ 10 MW) 0.09-0.16*2 (@ 10 MW) 0.02 0.01 Technology maturity Demo Demo Mature Mature Mature  電化學儲能電池關鍵問題: 成本過高、電池壽命不夠、安全性疑慮 *1 : Data of Sumitomo *2: ref. LAZARD’S LEVELIZED COST OF STORAGE ANALYSIS—VERSION 3.0, Nov. 2017 儲能技術分類-技術現況

24 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院 0.2 0 0.4 0.8 0.6 1.0
Levelized Cost ($/kWh/cycle) 美國Tesla (Panasonic電池芯) ˙日本Nichicon (LG電池芯)  分散式儲能成本: 2020目標 $0.1 /kWh/cycle、長期目標 $0.02 /kWh/cycle。  美國能源部ARPA-e投入研發低成本的電網儲能技術，包含低成本離子電池(包含鎂、鈉)、卑金屬液流電池(包含鋅、鐵、錳、溴)、金屬空氣電池(包含鋅、鋰) ˙ 抽蓄水力儲能壓縮空氣儲能鋰電池 Source：工研院IEA Report, “The Power of Transformation”, p.148, 2014 儲能成本為重要關鍵因素儲能技術分類

26 Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院日本補助大型變電站儲能示範 • 日本2015年補助電池公司與各地電力公司合作，驗證大型儲能系統如何運用於電網： – 經產省補助三個案例逾六百億日幣，電池站皆完成建置，目前進入測試運轉期
(2案至 2017年結束、1案至2018年結束)。驗證變電站裝設儲能設備擴大再生能源導入之效果以及根據PV、風電及負載的預測，接受中央調度操作充放電。 – 前瞻儲能設備納入多種電池(鈉硫、鈦酸鋰、釩液流)進行技術驗證。 – 2018-2019年進入大規模佈建階段：北海道招募搭配1GW風電之150MW/ 600MWh 儲能設備，由風電業者共同分攤儲能成本，接受電力公司調度。此作法亦為世界首例。日本案例儲能設備規格用途主要高壓饋線北海道電力公司變電站66kV 釩液流電池15MW/60MWh (4小時) 中央調度配合PV及風電場，擴大再生能源導入。東北電力公司變電站鋰電池20MW/20MWh (1小時) 九州電力公司發電廠66/6.6kV 鈉硫電池50MW/300MWh (6小時) 合計 85MW/380MWh (平均4.5小時) 九州電力公司-福岡縣發電廠，鈉硫電池總容量為50MW/300MWh 東北電力公司-西仙台變電站，鈦酸鋰電池總容量為20MW/20MWh 北海道電力公司-南早來變電站，釩液流電池總容量為15MW/60MWh

27 Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院 Hornsdale風力發電場距阿得雷德約250公里 • 電池：Samsung
SDI LiB 100MW/129MWh • 廠商：法國再生能源開發商Neoen、美國Tesla • 南澳州政府再生能源科技基金支持1.5億澳幣（約1.2億美元，50%補助/50%貸款）支援。  南澳洲2016年劇烈暴風雨，連外電網跳脫頓時成為孤島，發生全州大停電，因此政府積極尋求解決方案，提升當地電力系統穩定性與緊急應變能力。  位於南澳州首府阿德萊德以北約250公里，距離Jamestown約15公里。直接建在 Hornsdale風力發電場的內部，電力將通過地下電纜傳輸到僅距離1公尺的Mount Lock變電站。  複合式多功能應用：同時參與當地調頻輔助服務、現貨電力市場、備用容量提供以及電網線路負載控制服務。資料來源：Neien、IEK Consulting (2018/11) 澳洲：全球最大Tesla儲能站案例

28 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院 • 參與廠商：美屬薩摩亞電力合作社、Tesla公司 • 2016年11月正式運轉 • 美屬薩摩亞之Ta’u島600人，運用60台第一代Powerpack鋰電池，總容量為3MW/6MWh
(鋰電池為Panasonic公司生產，與電動車使用同類型電芯) • 驗證內容： ‒ 結合1.4MW太陽光電，可提供該島電力需求，解決頻繁停電困擾 ‒ 無日照下，儲能設備可提供全島3天的電力需求 ‒ 估計每年減少11萬加侖之輕油消耗美國Tesla公司－薩摩亞Off-grid離島微電網國際儲能示範場域-美國

29 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院義大利Terna-德國Younicos離島電網 • 參與廠商：儲能企業Younicos、義大利電網營運商Terna • 2013年10月啟動專案 •
於義大利兩大島Sardinia及Sicily設置，容量各為1MW/1MWh (鋰電池為Samsung SDI生產) • 主要功能： ‒ 結合當地30%之再生能源容量比例，穩定電力供應品質 ‒ 具備頻率調節，電壓控制，削峰填谷等作用國際儲能示範場域-義大利

30 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院 • 參與廠商：Gamesa風電公司 • 2016年2月正式運轉 • 西班牙La
Muela鎮，運用複合電池(鋰電池+釩液流電池)，總容量為500kW/500kWh (釩液流電池為西班牙HydraRedox公司生產，宣稱具30年壽命) • 驗證內容： ‒ 結合風力、太陽光電、儲能、柴油發電機提供穩定電力 ‒ 目標市場: 偏遠社區、礦場及孤島 429kW/143kWh (20min) 120kW/400kWh (3-4hr) 西班牙Gamesa風電公司－離網整體解決方案國際儲能示範場域-西班牙

31 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院  複合式儲能運用的新發展  西班牙風力開發商Acciona Energia於西班牙風場啟動複合式儲能之專案。該公司已開發應用於此電廠之模擬軟體，將與其風力開發技術結合為
新的方案，目標在於整合變動式再生能源優化併入電網系統。  該專案位於西班牙北邊的 Barasoain ，具備兩個電池貨櫃：一為 1MW/0.39MWh用於快速反應，另一個則是0.7MW/0.7MWh求能源自主，兩者皆使用三星SDI之鋰電池技術，並連結3MW之風機。該風場已於 2013年正式運轉。該案特色在於同一案場採用兩種不同規格的儲能系統，可說是儲能產品規格化標準化的重要一步。國際儲能示範場域-西班牙

32 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院  德國運用於汽機車充電站與工業儲能  該電動車充電站使用47kW PV系統與84
kWh 電池，電池主要由電網進行充電，以彌補PV充電時不足之電量需求。  此充電站設計可於30分鐘內充飽電池80% 的電量。  美國DOE補助ORNL的電動汽車充電站儲能電池應用於工業儲能與充電站

33 Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院 https://www.driveelectrichi.com/why-electric-vehicles/charging-experience/#for-homes The choice between Level
1 120-volt AC, Level 2 240-volt AC, or DC fast charging is all about trade-offs. Level 1 charging requires a longer charging time. However, Level 2 and DC fast charging can involve higher costs with regard to bigger utility bills, additional charging equipment or upgrades, and use of expensive charging facilities. 國際電動車充電站充電樁規格

34 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院臺灣電力系統及儲能裝置現況 Source: Energy Statistical Handbook, BOE,
2016-2017; Tai-power, 2017 綠島蘭嶼小琉球澎湖金門馬祖大觀二廠抽蓄水力電廠 1,000 MW 明潭抽蓄水力電廠 1,602 MW 明潭抽蓄水力電廠 1,602 MW  發電裝置容量: 49,905 MW  最高尖峰負載 36,594 MW (Aug. 15, 2017)  2017年發電量 231,08 GWh  抽蓄水力儲能裝置容量: 2,602 MW  大觀二廠抽蓄水力電廠 1,000 MW  明潭抽蓄水力電廠 1,602 MW  皆定速機組  2025年再生能源目標: 25.5 GW  風力發電 5.5 GW  太陽光電 20 GW 國內儲能示範場域

35 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院 1. 我國投入之儲能技術：民間廠商以鉛酸電池、鋰離子電池為主，研發單位(工研院、核研所及中科院)主要開發先進之鋁電池、釩液流電池、鋰電池、氫能燃料電池等 2. 電池組(含電芯、模組)及電力轉換器廠商多，部份已具供應國產化零組件能力 3.
系統整合廠商較少，發展時間也較短，相對競爭能力偏低電池組 (電池芯、模組、電池管理系統) 電力轉換器系統整合廠 • 工研院 (鋁電池、液流電池、鈦酸鋰電池、燃料電池) • 核研所 (液流電池、燃料電池) • 中科院 (汰役車用電池重整再利用) • 台達電 • 昇陽半導體 • 能元 • 有量 • 蘭陽能源 • 長利 • 廣隆、神戶、湯淺、傑士 • 電池模組/BMS：新普，順達，加百裕，新盛力，群力電能，台達電，達芳電子，銓陽 • 台達電 • 明緯 • 利佳 • 亞力 • 華城電機 • 光寶 • 康舒 • 東元 • 敦陽 • 致茂 • 台達電 • 大同 • 中興電工前瞻電池技術開發  台灣目前現有之儲能產業國內儲能示範場域

37 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院設置PV、儲能貨櫃(含柴油發電機) 新增電力設備裝置: 太陽光電系統 400kWp  申請類別:
自發自用，不躉售電力給台電 商用鋰電池儲能系統 500kW/1MWh  可充/放電控制 柴油發電機 100kW+200kW 加裝防逆送電驛  避免新增電源設備回灌至台電系統 建置8個貨櫃屋(40尺7個，20尺1個) 氫能源站  工研院六甲院區1 MWh儲能微電網國內儲能示範場域 400 kWp

39 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院  區域儲能示範計畫國內儲能示範場域第一場域第二場域設置地點
台電永安鹽灘地太陽光電場台電龍井太陽光電場暨風力發電再生能源裝置量/電壓等級 4636kWp/11.4kV PV : 6486kWp /23kV Wind : 2000kW /23kV 儲能系統設置 1MW/1.2MWh 1MW/1MWh 場域圖

40 Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院因應臺灣再生能源發展可能遭遇議題 (一)2025年前，臺灣再生能源豐沛之中南部地區，恐面臨饋線併接容量不足。 (二)2025年再生能源發電占比20%，間歇性發電的特性，將造成局部電網不穩定，
引起電力品質及電網問題(如電壓變動、頻率變動、系統穩定度等)。  為穩定與平滑電力系統功率之變動、控制局部電壓問題與提高用電可靠性，經濟部已妥善規劃抽蓄水力、快速反應燃氣機組及電池等，確保再生穩定供電並提高可靠度。而儲能設備為解決的必要選項之一。  惟臺灣尚無大型儲能系統(MW等級)於電網系統之建置與運轉經驗，宜先建立區域性儲能示範案累積經驗。 Photovoltaic Wind Power 北區中區南區 Changhua offshore wind farm

41 Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院儲能首重安全性：全球鋰電池頻傳失火 South Korea, 2019 Belgium,
2015 USA, 2019 儲能系統之安全性越受關注。韓國至目前已發生28起儲能貨櫃失火事件 (2017.08~2019.10)。彭博能源財經（BNEF）報導指出，由於潮濕環境、電池出問題與維運管理不當等，而發生確切原因都未能查明。 4/26美國亞利桑那州瑟普賴斯市，2MW 鋰電池儲能系統廠冒煙後起火爆炸。 2015/11/12 位於比利時布魯塞爾南方的德羅亨柏斯一家電力公司發生火災 2019/09/24此風力發電站儲能系統，此系統位於414.3m2 室內，造成2700個鋰離子電池與一個PCS燒毀，無人員傷亡。韓國江原平昌郡美炭面平安里

42 Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院儲能消防安全議題  國際已有廠商針對儲能系統的特性，開發更適用其特性的測試標準(美國UL 9540A)、偵測器(中國大陸鋰電池早期熱失控氣體偵測器)、測試場域(日本ESS防火測試場域)、
滅火器(韓國氣熔膠滅火系統)，以及ESS整體消防解決方案(中國大陸廠商)。

44 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院資料來源：工研院整理(2014/02) ; Journal of The Electrochemical
Society, 1988, 135(3): 650-654.; Chemical Communications 2011, 47(47): 12610-12612.; The Journal of Physical Chemistry C, 2014, 118(10): 5203-5215.; Journal of The Electrochemical Society, 2013, 160(10): A1781-A1784. Nature, 2015, *IICT: Indian Institute of Chemical Technology 鋁金屬地殼蘊藏量豐富，電容量密度僅次於鋰金屬 國際近30年無法解決鋁電池壽命短、放電電壓過低各種金屬元素地殼蘊藏量與電容量 8.23 % 2.3 % 20 ppm 2.4 % 2.1 % 5.6 % 70 ppm Lithium (Li) 3862 Ah/kg; 35 US$/kWh Aluminum (Al) 2982 Ah/kg; 0.3 US$/kWh Zinc (Zn) 820 Ah/kg; 1.8 US$/kWh Sodium (Na) 1166 Ah/kg; 8 US$/kWh Magnesium (Mg) 2205 Ah/kg; 1.1 US$/kWh Potassium (K) 686 Ah/kg; 7 USD/kWh Iron (Fe) 960 Ah/kg; 0.5 US$/kWh 研究單位電壓 (V) 壽命 Allied Signal 1.7 100 Cornell University 0.6 20 IICT* 1.1-0.2 40 Sandia National Lab. 1.8-0.8 100 ITRI-Stanford 2.0 7,500 世界各研究單位鋁離子電池性能比較鋁電池研發動機

45 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院  First rechargeable Al-ion battery! Anode
& Electrolyte: EMIC-AlCl3 Ionic liquid  Charge/discharge & Coulombic efficiency >99% Cathode—High charge/discharge speed (Stanford University)  Pyrolytic graphite & Graphitic foam System—Energy density: 40 Wh/kg; Power density:3000 W/kg; 7500 cycles Collaboration between ITRI/Stanford 工研院同仁第一作者

46 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院實驗室現況 • 能量密度 40-80 Wh/kg (理論值200Wh/kg
) • 功率密度 3,000 W/kg • 循環壽命 30,000次 • 庫倫效率 99% • 工作溫度 - 35℃至80 ℃ • 不同配方滿足10-100C充電 (~ 1min充飽) 電池優點  高安全性  具柔韌可撓性  可高速深度充放電  充放電循環壽命長  鋁金屬地殼蘊藏量豐富  量產製程容易  無汙染及環保疑慮鋁電池技術優勢高放電平台: 2.25-2.0V 高循環充放性能: >7500 可滿足瞬時不同C-rate變化

48 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院鋁電池產值規
模 2020 2025 2030 (3)再生能源儲能設備鋁電池市佔率65% ，約7萬座/年) 45億 (1) 8年壽命汽機車電瓶 (每年汽車電瓶汰換250萬顆、新車 29萬顆；機車電瓶汰換500萬顆、新車70萬顆。鋁電池市佔率 30%，約250萬顆 /年，年產值36億元) 6億 2億 26億 16億 10億 36億 (2) 5分鐘快充電動機車/自行車電池 (2016年電動機車年產突破 2萬輛，5分鐘快充可促進普及，鋁電池機車占新車銷售50%，年產35萬輛，電池年產值26億元)  鋁電池以汽機車電瓶、快充電動機車/自行車電池、家庭儲能設備為短期市場，國際市場產值逾新臺幣7,000億元。  十年目標(2027年)於國內利用之產值107億元。鋁電池於國內利用之產值效益 2017

49 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院全釩液流電池原理  氧化還原電池(Redox Flow Battery)的功用如同二次電池，它將電能經由電化學反應轉換成化學能儲存
起來，需要時再以電能釋放出。  它異於二次電池的地方是它的電極（如同燃料電池）本身僅作觸媒催化用，不參與反應。  氧化還原電池儲能系統的功用同水庫，將變化起伏很大的風力與太陽能所產生的電能經由氧化還原電池(Redox Flow Battery)轉換成化學能儲存起來。 Redox Couple Reaction Standard Potential V2+/V3+ (2/3) V3+ + e-  V2+ Eo = -0.255V V3+/VO2+ (3/4) VO2+ + 2H+ + e-  V3+ + H2 O Eo = 0.337 V VO2+/VO2 + (4/5) VO2 + + 2 H+ + e- = VO2+ + H2 O Eo = 1.004 V VO2+/HVO3 (4/5) HVO3 + 3 H+ + e- = VO2+ + 2 H2 O Eo = 1.250 V VO2+/H2 VO4 + (5/5) H2 VO4 + + 4 H+ + e- = VO2+ + 3 H2 O Eo = 1.314 V From: Ch. Fabjan et al. / Electrochimica Acta 47 (2001) 825–831

50 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院  系統組成簡單。  水溶液電解質，沒有起火及爆炸危險，安全性高。 
壽命至少10,000-20,000 cycles ，可使用長達20年以上。  能量效率可達80 %以上。  可以完全充放電。  正負電解質沒有交互汙染問題。  電解液儲存槽增加即可增加系統儲電容量。  電解質無壽命限制。  運作維護費低。全釩電池安全性高壽命長容量擴充易環保性高維護易容量預測準效率高  釩液流電池特性全釩液流電池介紹

51 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院 Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 2012 TAC
Meeting - Metal-air Battery & Flow Battery 51  液流電池的優勢 • 在液流電池中，電量儲存在外部桶槽中。 • 功率和能量可以分離。儲電能力取決於電池的大小，儲存能量取決於電解質的體積。 • 流動電池中的電極僅僅作為電流導體和催化劑。電池活性材料以離子形式溶解在液體電解質中，並具有不同氧化階段的離子可以很容易地氧化與還原，因此，具有很長的循環壽命。 Battery Battery Battery Battery Flow Battery Electrolyte Cost, volume, weight Energy Flow Battery Battery Long storage duration Large scale storage 全釩液流電池介紹

52 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院  液流電池種類  目前已開發了多種氧化還原對  可使用多種電解質系統(SO4
2-、Cl-、Br-)  可應用於幾種非水系電化學物質全釩液流電池介紹

53 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院 From: Chun-Hsing Wu,et.al , “Characterisation of
Electrode Material for the Vanadium Redox Flow Battery”, 中華民國燃燒學會第二十一屆學術研討會 (2011) 關鍵組件產業別電池組加工或塑橡膠射出隔離膜高分子膜製作導電板複合碳板射出碳電極碳纖維生產加工密封組件塑橡膠射出周邊組件幫浦化學儲槽製作系統整合電力系統/電池  電堆結構 bipolar plate (C/PP) spacer (PP) sealings cation-exchange membrane (Nafion 115) current collector (Cu) insulator (PP) carbon felt electrode 全釩液流電池介紹

54 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院  3 cells(active area of 1000
cm2/cell)之短電堆進行原型設計之性能測試，定電流條件(@70mA/cm2)平均能量效率為75.4 ％。  全釩液流標準電堆設計與製作(3.5kW/stack@21 cells, active area of 1000 cm2/cell) ；採兩電堆模組串接性能測試，在定功率測試條件 (7 kW@128~208 mA/cm2) ，兩電堆模組最大可輸出功率為 7 kW(3.5 kW/ stack × 2 stack) 。工研院釩液流電池研發現況  7kW電堆性能

55 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院  具有電堆完整的開發能力，電池模組可達3.5kW。  掌握VRB電池管理最適化設計能力、長壽命充放電機制及電池電量、健康預測技術，並已完成VRB/再生能源/ 市電調控之EMS平台建立，可廣泛運用於不同情境。
 充放電效率可達~83%，與國際水準相近。全釩液流電池研發現況電極面積 500-1000 cm2 能量效率 83 % 單電池功率 50 W 電池組功率 (20 cells) 1-4 kW 系統規格 2kWh-35kWh  VRB系統開發Roadmap  VRB系統研發能量 7kW/10kWh VRB系統

56 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院  工研院第一代全釩液流儲能系統(1 kW/2 kWh) 坐落台電綜研所綠能生態園區
(2016-迄今) 工研院釩液流電池研發現況  工研院第二代全釩液流儲能系統 (7 kW/35 kWh) 坐落台電綜研所研發大樓一樓 (2014-2015) 台電綜研所儲能示範

57 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院嘉義儲能示範  儲能系統:以7kW太陽能結合3 kW/8 kWh全釩液流儲能系統，配置安裝充電樁，運用電動機車及電子產品充電。
 測試Function:(1)電力調度；(2)削峰填谷；(3)負載曲線測試；(4)降低契約容量。  預期效益:進行儲能電池與再生能源系統優化測試，找尋最佳控制參數，並針對電堆關鍵材料進行評估。工研院釩液流電池研發現況

58 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院應用實例—微電網/PV/儲能應用於加油站  打造國內100%全綠能自給自足示範站 (前鋒加油站) • 智慧化EMS：調節PV發電、燃料電池、快充充電樁、
VRB(全釩液流電池)等發電與儲能系統，以降低電網負擔，長期可做為區域能量調度中心。 • VRB儲能電池運轉效益： • 配合PV自發自用，自發電比例達15~25%，每年累積減碳量達20噸。 • 促進PV極大化利用：白天太陽能過剩10-30kWh，妥善轉移夜間利用。 • 降低契約容量：40kW → 20kW。 • 藉由前鋒加油站試運轉，蒐集PV、儲能電池與負載數據，能源管理最佳化。  今年2月至9月已累計省電 17,498度電；減碳量統計約 10.26噸。可及時監控與預測當日發電量與同時監控儲能系統，並進行調度。能量管理系統(負載、電池管理控制、用電、減碳)  前鋒加油站實際負載與運用曲線

61 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院沙崙規劃與示範(1/2) 測試及驗證、建立綠能科技展示平台、示範應用不同綠能使用之生活環境  「綠能科技產業創新推動方案」為行政院5+2產業創新之一環，期望藉由綠能科技產業之推動，作為我國能源轉型及驅動經濟發展之新引擎。
 「綠能推動、產業發展、科技創新」三大願景，透過「創能、儲能、節能、智慧系統整合」四大推動主軸，協助政府落實能源轉型及達成2025年再生能源發電量占比達20%之目標。  「沙崙綠能科學城」：串聯產學研資源，營造創新綠能產業生態系，由研發、示範、驗證、至產業化的完整聚落。

62 Copyright 2020ITRI 工業技術研究院沙崙規劃與示範(2/2)  於沙崙示範場域建置各項測試與驗證平台，滿足由研發到產業化的最後一哩路需求。藉此推動產研共同進駐合作研發，達成政府建設沙崙智慧綠能科學城的政策目標及推動綠能產業聚落之形成。 
示範技術/育成中心智慧節能再生能源

儲能技術發展現況 - 吳錦貞 博士

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