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如何與能源共舞?–電化學能源系統在未來能源中之角色

102/06/26 瀏覽次數 4200
人類由於過度使用化石原料,排放大量二氧化碳,造成全球氣候變遷,因此發展環境相容性高之綠色能源系統,以保護人類之永續生活及健康環境,為當前最重要的課題之一。在未來多樣式的能源系統中,高效率及高環境相容性的能源轉換及儲存系統將扮演重要角色,其中電化學能源系統為唯一可符合不同需求之能源轉換及儲存系統,這個系統包括電池、液流電池、燃料電池、超電容、電解器,及染料敏化太陽能電池等。誰能掌握電化學能源系統的關鍵技術,誰就能發展高效率及高環境相容性的能源系統。本演講將介紹電化學能源系統及其未來所能扮演的角色。

與前幾次的能源演講不同,黃教授的研究重點主要不在「產生能源」,而在「儲存與轉換能源」,重點之一就是電池的研發與使用。有趣的是,黃教授說,臺灣的電池製作廠家都經營地很辛苦,但是電池組裝廠家卻很能賺錢,想來製作上的競爭較為激烈,組裝雖然也需要精密技術,但是臺灣在這一方面已經打下良好基礎。

黃教授的演講重點,在分析我們在這個能源多元的時代,人類該如何與能源共舞?黃教授說,電力的平衡管理日趨重要。他認為有一個方法可以讓台電成為非常有效率的公司,就是將發電和輸配電的任務拆開,由兩間公司分別經營。因為電力損失的責任歸屬清楚,可以減少從產電到配電之間的浪費,公司分開了,也就會各自在發電和輸配電上進行研發,改善能源的使用效率。以目前的電力架構來說,發多少電,就要用多少電,沒用完的就浪費掉了。因此如何發展儲電技術,將是減少電力浪費的關鍵。                                               

黃教授以一張電力的「生產方」對應「消費方」的圖表說明兩者之間的關係,從生產電力方而言,如果想要大量使用再生能源,電力管理的重要性將增加。因為風力和太陽能等再生能源是看天臉色,風力在晚間發電量大,但晚間用電少,太陽能則相反,白天可以產電,但是到了晚上太陽下山,就無法再利用。因此若能有效利用儲電技術,離峰時段發出的電力可以保留至尖峰時段使用,可以維持較佳的發電品質。從消費方而言,將剩餘電力儲存起來,可在尖峰用電時段使用,或接上電網轉售給電力公司,也有好處。而在這個生產與消費的關係中,電池扮演著重要的中介角色。

黃教授說,多半能源的儲存過程就是一種能源型態的轉換,在轉換過程中一定會有損失,但是不儲存更糟糕。轉換方法有很多種,其中電池的效率很高,是很合適的工具。能源儲存技術有化學類、物理類兩種。電池屬於前者,而壓縮空氣、飛輪儲能等屬於後者。黃教授介紹了多種電池和能源轉換技術,包括電化學電池、鋰離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池、超級電容、燃料電池,和氫能等,讓我們知道了許多過去聽過但是不知細節的儲電方式。

但黃教授強調,上述每一種技術都有其優缺點,以大家熟悉的「鋰離子電池」(一般大眾習慣稱之為「鋰電池」,但是這種電池並不是真正使用金屬鋰)為例:它有高能量密度、高功率密度、高轉換效率、可攜帶等優點;缺點則是價錢較高與大量使用時安全性的疑慮;超級電容則可以快速充放電;燃料電池與氫能前景更好,因其效率高且產物只有純水,被視為未來能源轉換的新希望。

最後,黃教授認為每一種能源工具本質上都不同,應該與使用方的需求配合,評估用途所需後,選出最合適的組合。而評估的要點包含能量密度、功率、安全性、成本,及壽命長短等。其實這也是天生我才必有用,每一項技術都有它的優缺點,評估之後放在最佳位置,才能做最有效的發揮。 

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