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沒有儲能,風光發電恐成災難?

政府大力發展再生能源,但再生能源必須搭配儲能裝置,才能真正發揮用處。
 
 
「追逐風,追逐太陽…」國民歌王周華健以這首《心的方向》風靡4、5、6年級生,時隔32年,這兩句歌詞也彷彿成為我國推動能源轉型最佳寫照。行政院設定風力發電在2025年增加到4.2 GW(Giga Watt,百萬瓩),太陽光電更要達到20GW目標,被視為2025年再生能源占比達20%重要發展主力。但台灣大學化學工程系特聘教授藍崇文認為,「風光發電」雖然是發展綠能達到非核家園自然且必然的選項,然而政府卻嚴重忽略儲能科技研發,缺乏儲能裝置,「風光發電」反而可能是個災難。
 
近九年台電系統裝置容量,不同能源佔比變化。(圖/沈佩泠製表,資料來源:台電)
▲近九年台電系統裝置容量,不同能源佔比變化。(圖/沈佩泠製表,資料來源:台電)
 

解決再生能源痛點,壯大台灣儲電產業

 

「政府推動綠能的力道很強,尤其是太陽光電裝置速度更快。現在還不到3GW,明年就要增到6.5GW,加倍成長!」但藍崇文說,吊詭的是,「我們推動太陽光電和風電,對這兩個選項的最大痛點─儲能問題,卻到現在還沒有很好的解決方案。」以風電為例,冬天東北季風盛行,最適合發電,尤其是晚上,「可是有時候風滿大的,風機卻沒轉。」因為台灣幾乎不用暖氣,冬天晚上不需要那麼多電。若有儲電系統,就可以把晚上的風電留到白天再用。

 

太陽光電也是如此。即使是夏季用電高峰,台電自己發的電若夠用,就不會向民間購買光電,不但造成資源浪費,甚至引發民怨,日本已有類似案例發生。藍崇文表示,德國為推動綠能發展,除了鼓勵家庭裝置太陽光電,「你發電,剩下的給我」,由政府向民間收購餘電,還補助民眾在家裡裝設鋰電池儲電。台灣推動綠能發展能否順利實現在2025年達到全國能源占比20%目標,最重要的關鍵就是儲電科技。儲電在概念上沒有麼困難,也是必然發生的全球潮流。「但我們是要透過政策鼓勵加速壯大台灣儲電產業,還是等待它自然發生,被動追隨潮流發展,是政府現在就必須考慮的問題。」

 
 

半導體大國 最適合發展矽負極鋰電池

 

「現今最好的儲電科技就是鋰電池,而且是用矽當負極的鋰電池。」藍崇文指出, 矽負極可以容納的鋰離子是以石墨當負極的鋰電池10倍,全球目前雖僅有特斯拉電動車使用利用矽當負極材料的鋰電池,卻也證實相關技術確實可行。電動車鋰電池要求效能必須在循環使用超過6000次後,還能維持80%儲電能力,技術門檻相當高。也因此,日立化成獨家提供特斯拉電動車鋰電池矽負極材料,每公斤叫價100-200美元,實際成本不到10美元,就是因為日立化成掌握KNOW-HOW(關鍵技術)。儘管各國都看好鋰電池儲能市場前景,相繼投入矽負極材料研究,但到目前為止,效能都不如日立化成。

 

矽本身是脆性材料,1個矽可以跟4.4個鋰離子結合,每次充電體積膨脹4倍,放電後又縮回來;如何克服不斷反覆膨脹收縮,結構容易破碎斷裂的問題,是目前最難解決的技術瓶頸。各國研究團隊無不想辦法讓矽跟氧結合,做成氧化矽或多孔矽,達到反覆膨脹收縮並維持穩定結構。相對於日立化成以化學合成產製矽負極材料,藍崇文透露,其實矽原料取得相當容易,國內晶圓廠生產過程切割下來的矽泥,若可以回收再處理作為鋰電池負極材料,1年就足夠儲存台灣綠能總發電量。然而大家都忽略矽是最好的儲電材料,從矽晶圓切下來的矽泥,幾乎都被當做廢棄物丟掉。

 

矽負極技術進化:利用儲電科技發展綠能

 

「除了維持結構穩定性,循環性能夠好,也要做得夠便宜。」藍崇文帶領研究團隊利用晶圓廠切下來的矽泥,研發鋰電池負極材料,目前已達到循環使用500次,還可以有 80~90%充電效能。「我現在做的材料,跟日立化成商用產品訂定的86%儲電效率只差2.5%,距離商業化量產僅剩一步之遙。用回收矽做負極材料可以成本壓得很低,基本上就是廢物再利用的循環經濟。」研究團隊自信滿滿成本絕對比日立化成低很多,售價一定會低1個等級,「他現在若喊價200美元,我們可能只要20美元。」成本降低之後,利用儲電科技發展綠能就是水到渠成必然的趨勢。

 

 

藍崇文舉例,現在夜市到處可見的行動電源,就是從手機汰換下來的鋰電池重新加工再製,才會賣得這麼便宜。當電動車滿街跑的時候,汰換下來的鋰電池就會轉換到電力系統儲能設備,這是很自然的邏輯,一定會發生、且正在發生。特斯拉繼與南澳州政府及法國能源再生公司Neoen合作在澳洲建造全球最大的鋰電池儲電場,也為近畿日本鐵道安裝亞洲最大能源儲存系統,做為緊急備援電力系統。大家都說特斯拉創辦人馬斯克是瘋狂科學家,但對照他先前買下全美最大太陽能發電公司solar city,其實是把太陽能、電動車跟儲能3件事情當成同1件事,認為儲電科技前景無限。

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