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以AI彰显储能价值 提供台湾能源转型稳定力量
提升电网可靠度
[作者 王岫晨]   2024年05月29日 星期三 浏览人次: [16130]

台湾储能需求主要源於能源转型趋势,以及对於电力稳定的考量。


目前,电化学储能系统,特别是锂电池,是台湾最常见的储能系统。


家用储能也可提升用户绿能比例,并且增进电力系统的稳定度和可靠度。



台湾的储能系统发展近年来已有显着的进步。根据资料显示,台湾的储能产业商机上看2,800亿元,并且在2023年已经安装有150 MW的电池储能系统(BESS),透过储能系统快速调度电力,可阻挡600 MW等级的跳电事故,也说明了BESS发挥辅助电网、稳定电力的关键效果。


储能系统的应用领域非常广泛。主要功能性在於可提供快速调节电能,并进行能量转移或储存再生能源输出之电能,提供给台电进行调度、用户端负载与再生能源发电设施间之实、虚功率调节,并降低电网於尖峰用电时期之供电量。


台湾储能技术

储能技术依据能源的利用方式分类,主要有机械、电化学、化学、电气、热或混合系统类型。再根据其形成和组成材料,将系统分为各种类型。台湾在储能系统方面的需求主要源於能源转型的趋势,以及对於电力供应稳定性的考量。以下是台湾在储能系统方面的需求和应用的一些重要观点:


目前,电化学储能系统,特别是锂电池,是台湾最常见的储能系统。这类系统的反应时间快,能有效地平衡电网的供需差异,并且可以在再生能源(如太阳能和风能)产生大量电力时储存电能,并在需要时释放。


面对未来对於电力的需求,现阶段台湾已经开始建设大型的储能系统,这些系统主要用於稳定电网,防止大规模停电等事故。例如,2023年时,台湾已经安装有150 MW的电池储能系统(BESS),这些系统在电力输出能力瞬间下降640 MW的情况下,可以透过快速调度电力,阻挡600 MW等级的跳电事故。


另外,随着电动车市场的发展,家用充电和储能的需求也在增加。家用储能系统可以提升用户绿能自发自用的比例,并且在大电网供电品质不隹的区域,可以大大增进电力系统的稳定度和可靠度。


随着能源供应走向多元化、区域化的趋势,传统中央电网逐步转变为区域微电网和智慧微电网。在这种情况下,储能系统可以作为微电网的一部分,提供稳定的电力供应。


电池储能系统三大设计挑战

接着来看一下在储能市场中不可或缺的再生能源储能系统。德州仪器的技术文献指出,太阳能与风电将再生能源引进电网,但供应面和需求面上的不平衡状态,却对充分利用这类能源造成重大限制。虽然太阳能在中午相当充足,但此时的需求却不够高,因此消费者需对每瓦特电量支付较多费用。


适用於公共事业规模、住家以及商业与工业情境的储能系统(ESS)应用,在白天可从如太阳能与风等再生来源取得能源,并在需求或电网电价偏高时输送所储存的这类能源。ESS 可储存能源以供在尖峰时段使用,因此可稳定电网并降低能源费用。


德州仪器也指出,电池储能系统(BESS)是最受欢迎的 ESS 类型之一,而与该系统相关的设计挑战包括安全使用;准确监控电池电压、温度与电流;以及在电池芯与电池组之间具备强大的平衡功能。


【挑战 1】安全

第一项挑战,是在 BESS 一般超过 10 年的完整使用寿命期间,维持电池安全。BESS 应用通常使用锂离子电池,具体来说是磷酸铁锂电池。若电压、温度和电流超过锂离子电池的最大限制,则其容易冒烟、着火或爆炸,因此监控电池的电压、温度和电流资料以及保护措施格外重要。电池管理系统会收集上述所有电池资讯,并在任何叁数超过指定范围时,保护电池免於进行充电与放电。因此,您应考量并分析电池故障与电池管理系统故障的可能性。


【挑战 2】准确的电池监控

准确的电池资料可确保安全并达到最高的能量。有监於磷酸铁锂的充电与放电曲线具有广泛的平坦区域,因此即使是微小的电池芯电压量测错误,也可能导致发生重大的剩馀容量错误,所以为了准确估计充电状态,准确的电池电压与电池组电流量测至关重要。准确的充电状态资讯是避免电池芯平衡发生错误的关键,过度充电和过度放电都可能对最高的可用电池能量造成损害。


另一个重要的量测为温度。大部分电池着火与爆炸意外的肇因都是电池热失控。为了进行 ESS 充电状态监控,准确且可靠的电流量测解决方案也是不可或缺的要素。


【挑战 3】电池芯与电池组的平衡功能

由於负载变化,电池组消耗电流的速率可能各有不同。前述变化会导致电池组剩馀能量间出现不平衡,并降低 ESS 整体的最高可用能量。新电池芯间的不一致性,以及不同的热冷却条件,也可能在不同电池芯间造成不平衡,即使其位於同一电池组中也不例外。被动平衡拓扑结构会透过电阻器消耗电池能量,因此不建议用於进行电池组层级的平衡,因为其会产生过多功耗并造成电池组温度升高。


电池组不平衡的情况会随着产品使用寿命经过而恶化,且如同先前所述,ESS 的寿命可长达 10 年以上。在 10 年期间,部分电池组老化的速度可能比其它电池组快,迫使使用者须更换老化的电池组。若缺乏强大的电池组层级平衡电路,那麽人员必须对新电池组进行充电或放电的量,几??等同於 ESS 其馀电池组的能量。但即使如此,这麽做的风险极高,因为这是困难、成本高昂且消耗人力的作业。


电池芯不平衡也会受到电池芯容量影响。电池制造商正在开发容量更大的电池芯,从280 Ah 至314 Ah,甚至到560 Ah 等,以将 ESS 整体的美元/每千瓦时能源成本最隹化。具有较大容量电池芯的电池组,需要较大的有效平衡电流,让电池组内的电池芯可持续提供相同能量。


德州仪器认为,安全且可靠的电池管理系统可降低对锂离子和磷酸铁锂电池安全的疑虑,并且可透过良好设计的保护措施,协助延长 ESS 使用寿命,即使在单一装置发生故障的情况下也不例外。准确的资料感测以及电池组和电池芯层级平衡功能,有助於以同等的容量进行充电与放电,并充分利用太阳能与其它再生能源的能源,最终将可让终端使用者获得安全、稳定且低成本的再生能源。



图一 : 德州仪器指出电池储能系统的三大设计挑战
图一 : 德州仪器指出电池储能系统的三大设计挑战

Fluence携手东元打造龙潭储能系统

Fluence携手东元电机打造桃园龙潭超高压变电所60 MW(万??)/80 MWh(万??时)储能系统,目前已经完成建置并正式启用。桃园龙潭储能系统为目前台电於全台自建规模最大的储能案场,案场建置完成後的总储电等同於近8,000户家庭的日平均用电量,占台电自建储能容量37.5%,为台湾净零转型的一大里程碑。


Fluence亚太地区总裁Jan Teichmann表示,Fluence拥有超过15年国际大规模储能案场建置经验,凭藉Fluence团队的经验与技术,并结合东元集团在大型储能系统建置领域的专业实力,共同以高效、高品质的技术和服务交付此项极具指标性的储能案场,更体现了我们对台湾能源转型的长期承诺和高度重视。


台电桃园龙潭案场属於政府重要等级建设,未来,在离岸风电大量导入台电系统後,储能系统将在电网稳定性扮演关键角色。



图二 : Fluence携手东元电机打造桃园龙潭储能系统(图片:台电提供)
图二 : Fluence携手东元电机打造桃园龙潭储能系统(图片:台电提供)

联齐科技推表後储能 提升光储能效

联齐科技透过「需量预测型AI演算法」,以人工智慧提升表後储能调控效益,帮助企业拉抬绿电占比与再生能源使用率。根据实际光储案场估算,工商业用电户导入後,年度电费效益提高17%,绿电占比也有感提升。


因应产业的能源减排重心,已从低能耗设备,迈向再生能源最大化阶段,联齐科技首推表後储能解决方案,协助能源案场催高绿电占比,布局最适化的电力调度。联齐科技表示,储能把绿电留在电力调度的资源里,让AI和系统扮演大脑,无论是追求电费最适化、降低超约罚金,还是绿电占比最大化,都能透过即时且精准的判断下达指令,将全场域资源做最有效率的安排。


联齐科技同步发表需量预测型AI演算法,整合太阳能预测与负载预测技术,以AI提升能源数据的判断精准度,有助提升调度效益。以实际案场条件推算,需量预测型AI演算法对比市面现行的排程调控模式,帮助用电户有感提升节费效益,并随着馀电显着下降,再生能源使用率提升近2%,也降低了市电的使用度数。联齐科技表示,效益靠数据驱动,而精准且即时的能源数据,则让表後储能成为有效益的投资。


为了协助更多产业加入减排行动,联齐科技也推出多据点能源管理解决方案,让物流、零售服务业,也能启动净零布局,并且友善集团化经营的组织架构,让总部、门市,都能因应职务需求自选系统管理的监测介面。



图三 : 联齐科技推表後储能。图为联齐科技执行长颜哲渊。
图三 : 联齐科技推表後储能。图为联齐科技执行长颜哲渊。

Fluence正式成立台湾富安能源

为持续深耕台湾储能市场,Fluence在台正式成立子公司━━台湾富安能源有限公司(富安能源)。根据台湾经济部能源署最新统计,截至2023年底,台湾的再生能源装置容量累计达17,916 MW(万??),近年,再生能源装置的数量与容量均呈现双位数成长。而随着再生能源采用比例增加,产业对储能应用需求也同步成长,尤其,在能源转型的过程中,储能对於电网稳定运作至关重要。Fluence自2021年起深入拓展台湾市场,显着增加在地服务量能,截至目前,Fluence在台湾已累积超过10个储能案场建置经验,已并网投入电网服务的容量高达170 MW。


台湾富安能源有限公司总经理邹宏楷表示,富安能源将凭藉在输电系统营运商领域中累积的丰富经验,解决台湾的电网壅塞等区域性挑战。还能进一步结合Fluence的AI数位软体工具,协助再生能源资产拥有者极大化其收益,有效加速台湾的再生能源产业发展。展??未来,透过确保电网稳定性,储能将在实现能源转型发挥重要作用。携手在地合作夥伴持续深耕台湾、推动储能领域发展,致力於将储能技术与案场经验接轨台湾,提升台湾电网的安全性和稳定性,助台湾加速实践能源转型,打造永续未来。



图四 : 台湾富安能源总经理邹宏楷
图四 : 台湾富安能源总经理邹宏楷

工研院催生在地化钒液流电池储能供应链

台湾能源要转型,随着再生能源占比逐渐提高以及经济发展需求,储能系统便成重要关键,除了传统的抽蓄水力及锂电池储能外,近来拥有高达数十年的使用寿命、安全性极高的钒液流电池也成为储能新选择。工研院与虹京金属、新中能源科技、神盾能源等三家厂商共同合作,将同时整合台湾储能关键零组件、系统整合及能源监控业者,打造在地化钒液流电池储能供应链。


工研院绿能与环境研究所??所长万皓鹏表示,再生能源极大化是能源转型的重中之重,储能系统导入可以协助再生能源克服靠天吃饭的间歇特性,工研院在经济部能源署的支持下,一直扮演储能产业的推动角色。台湾目前储能系统多采用传统锂电池,虽然拥有储存能量密度及转换效率高等优点,但安全性还是被高度关心的议题。


钒液流电池利用电解液内的钒离子进行重复充电或放电,充放过程并不会造成钒离子损耗,因此拥有易回收及保有长寿命之优点。同时采用水系电解质,即使大型扩建,安全性仍很高,适合在地狭人稠的区域。


此次将透过工研院液流电池关键组件及系统整合等技术经验,协助台湾厂商建立自主技术能量,期盼促成台湾钒液流电池供应链成形,加速推动储能产业发展。



图五 : 工研院催生在地化钒液流电池储能供应链
图五 : 工研院催生在地化钒液流电池储能供应链

AI彰显储能价值

人工智慧(AI)在储能领域的应用也已经开始显现其价值。由於储能系统的资讯庞杂且数据量庞大,AI可以协助储能系统进行智慧化运维,提升系统效益。例如,AI可以根据天气预报和历史能源使用情况,决定何时将多馀的电力储存到储能系统。当电力需求增加时,系统便可将储存的电力,释出到智慧电网中。


而可再生能源受日照与风力等气候因素影响甚大,利用AI技术可以从巨量的历史数据帮助监测和预测天气,协助电厂选址、设计,且在电厂运行时,透过快速的回??来调整太阳能和风力发电厂的发电叁数,提高整体电厂的发电效率。


透过AI也可以将新、旧电池模组整合在一套储电系统,透过人工智慧控制电池模组的放电负载,提供刚好的电压,因此,在同样电池条件下,AI系统可提高锂电池的使用寿命,比目前传统电池模组高出84%的使用时间,还能降低将近96%的能源耗损。


结语

台湾在储能技术的发展上,将面临以下几个主要的挑战。首先是民众的安全疑虑,由於储能系统涉及到电力储存,因此民众对於其安全性有所疑虑,这可能使得储能系统成为邻避设施。建置成本高且电价差小也是个问题,由於储能系统的建置成本相对较高,而且由於台湾的电价差异较小,因此用户端的投入诱因较少。此外,对於大型储能系统的建置经验,以及储能技术发展所需要的技术整合人才,都是台湾目前迈向储能市场的主要挑战。


展??未来,随着台湾再生能源的发展,储能系统的需求将持续增长。预估到2030年,台湾电化学储能市场的累积规模将达到7~8GW,总容量约20GWh,累计市场规模将达到2000亿台币。储能技术的发展不仅可以提升电力系统的稳定性,也将带动相关产业的发展,创造出更多的商机。储能技术也将与再生能源进行整合运用,以解决再生能源的间歇性问题。而为了达成净零碳排的目标,长时间储能技术的发展也将成为重要的趋势。


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