再生能源與儲能整合式運用發展趨勢

 

刊登日期:2021/9/5
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王孟傑、楊宛蓉 / 工研院產科國際所
 
隨著再生能源成本的下降,裝置量亦大幅成長。考量其間歇性及不確定性對電力系統穩定性之影響,公用事業與電力系統營運商致力於提升電網韌性,並以儲能為解決方案之一。本文將介紹全球再生能源與儲能整合式運用發展趨勢,帶領讀者探討儲能應用市場發展現況、再生能源與儲能整合運用型態,以及未來市場發展之主要因素。在政策工具、電網規範、新興市場機會的驅動下,再生能源與儲能的整合運用勢必成長。
 
【內文精選】
前 言
根據國際再生能源總署(IRENA)的統計數據,全球2020年新增再生能源(Renewable Energy)發電機組裝置量共261 GW,較2019年成長約10.3%,且新增裝置容量當中有91%來自風、光兩大間歇性再生能源。隨著近年來再生能源逐漸貢獻全球50%以上的新增發電來源裝置量,越來越多國家和地區明顯意識到能源轉型所能夠帶來的積極成效。由於再生能源的間歇性及不確定性將影響電網的穩定,公用事業與電力系統(Power System)營運商皆已意識到提升電網韌性之重要性,需要更具彈性的資源以及必要的電網建設升級。而儲能(Energy Storage)增強電網靈活性是解決方案之一,定置型儲能的市場機會應運而生。
 
全球儲能運用現況
定置型儲能系統主要用於穩定電力品質、提升電力可靠度,進行尖、離峰的電力時間移轉,以及因應再生能源滲透率提升後的電力系統情境,作為再生能源間歇性與不穩定性的解決方案之一,在電力系統發、輸、配、用電的每個場域發揮不同的應用功能。
 
定置型儲能市場以政府政策為最主要的驅動力,能源結構的變化、再生能源的發展速度,以及政府政策的支持與否都會影響儲能裝置的進程。自2015年儲能走向商業化應用以來,電力系統頻率調節與輔助服務為定置型儲能開創了市場收益機會,是儲能最主要的應用功能。然而,輔助服務市場規模有限,迅速地成熟且逐漸飽和後,儲能開發與營運業者需要尋找更具成長潛力的應用市場。由圖二即可觀察,過去五年以電網用儲能系統市場占比最高,而太陽光電系統搭配儲能應用之占比已逐年提高。
 
圖二、2016~2020年全球定置型儲能市場應用領域分析
圖二、2016~2020年全球定置型儲能市場應用領域分析
 
再生能源與儲能整合式系統發展
隨著能源技術的進步,儲能成本持續下降,使全球再生能源開發商對於將再生能源電廠配置儲能系統,產生了更濃厚的興趣。
1. 再生能源與儲能整合式系統運用之現況
在儲能電池配置規劃上,全球平均電池儲存時間長度大多落在30分鐘至2個小時,依應用功能而有所不同。以美國為例,風電配置儲能系統多為短時間平滑化應用,平均儲存時間約0.6小時;太陽光電廠所搭配之儲能系統,平均儲存時間約2.6小時,而在美國夏威夷州,光儲電廠多配置4小時的儲能容量,以達到更完整的再生能源電力計畫性運轉,使光電併網時間符合電網營運商指令,更加匹配電力系統負載需求。
 
而儲能功率相對再生能源發電系統容量之比例,與所搭配之再生能源及所在市場有關。搭配風電時,儲能大多規劃為發電容量的5~15%,日本少數早期的示範案場儲能高達發電容量50%以上,而中國因應近年地方政府各別要求,新公布案場多介於5~20%,美國地區儲能則平均約占風電容量之14%。
 
相較風電,目前國際上太陽光電與儲能整合運用案例發展更快且更加廣泛、多元。如表一所示,光儲電廠之儲能容量功率範圍廣,因應不同功能、市場要求及商業考量,儲能可占光電容量的25~100%,愈大規模的電能時間應用,所需搭配的儲能電池容量則比例愈高。
 
表一、定置型儲能系統應用場域之比較
表一、定置型儲能系統應用場域之比較
 
2. 發展驅動力
目前能源轉型與低碳能源運用已是國際共通之發展方向,截至2020年底,已有許多國家,包含英國、德國、日本等皆宣告「淨零碳(Net-zero Emissions)」的意向與目標。電力部門當中變動性再生能源發電占比提高,電力系統將會需要更多彈性資源,調節電力系統當中電壓與頻率的波動,提升電網調節能力與韌性,以確保供電穩定安全,儲能即是解決方案之一。而刺激大型再生能源電廠配置儲能逐漸發展,並成為趨勢的主要因素歸納如下。
(5) 回歸市場機制
將間歇性再生能源配置儲能,能夠使再生能源成為可調度電源,取代傳統能源作為穩定的供電來源,滿足電力系統之負載需求。近年再生能源發電均化成本下降,歐美國家興起再生能源與儲能資源組合購電合約模式與競標內容。著名案例 …以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
★本文節錄自《工業材料雜誌》417期,更多資料請見下方附檔。

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