呂志興、鄧禮濤、張文昇 / 工研院綠能所
2023國際液流電池論壇(International Flow Battery Forum; IFBF)在捷克布拉格舉行，開幕式由歐洲液流電池(Flow Batteries Europe; FBE) Anthony Price秘書長及Kees van de Kerk總裁揭開序幕，吸引19個國家300人參與此盛會。
歐洲液流電池(FBE)目前有25個公司組成，共同制定液流電池行業的長期戰略，幫助制定歐盟層面的液流電池法律框架，以推進液流電池在歐洲的研發和商業化部署。此次論壇開始前，回顧過去一年液流電池發生的值得關注的訊息，包括：
1. 中國大連融科(Rongke Power/Dalian)建置目前世界最大液流電池系統(100 MW/400 MWh)，而且已經開始運轉。
2. 南韓H2在液流電池投入生產能量(330 MWh/年)及20 MWh系統建置計畫。
3. Sumitomo、Invinity及Cellcube三家公司開發及國際投資計畫。
4. 澳大利亞Redflow在美國的儲能系統(20 MWh)建置計畫。
5. 英國提供液流電池長時間儲能(LDES)示範運轉計畫補助。
6. 美國投資削減法案(Investment Reduction Act)吸引各種儲能基礎設施投資及電池研究。
7. 不同型態液流電池之電解質生產計畫。
隨著核/煤/石油/天然氣的使用下降，能源安全挑戰增加，加上區域能源供應議題事件不斷發生，導致能源產業結構快速變化；氣候變遷議題加速全球推動淨零排放計畫腳步，同時可再生能源產業更加推升，對液流電池的關注有逐漸升溫趨勢。2016年時，金融業對儲能產業觀望心態濃厚，現在逐漸轉換成關注，並已準備啟動投入投資計畫。
此次國際液流電池論壇2023，總共三天議程，分成十二個報告議題，包括(1)Energy and Energy Storage Strategy、(2)The CEO Panel、(3)Flow Batteries and Sustainability、(4)Flow Batteries in Industry、(5)What are the opportunities?、(6)Markets, Manufacturing and Deployment、(7)Sponsor’s Keynote Address(US VANADIUM)、(8)Vanadium Flow Batteries - Operational Projects to the Latest Research、(9)Organic and Inorganic Flow Battery Systems、(10)Manufacturing Flow Batteries、(11)Systems Integration and Incorporation of Flow Batteries in Best Practice Energy Storage Systems和(12)Business Opportunities for Flow Batteries - Flow Batteries to Improve Process, Manufacturing and Transport Industries，總共55個口頭報告。論壇同時在議程第二天下午，安排海報交流討論，合計52個題目，並且有17家廠商參展。
本文將摘錄此次國際液流電池論壇報告中作者較關注內容，彙整成六個議題，包括長時間持續儲能、電網部署液流電池技術對供應鏈及環境衝擊、關鍵原材料供應鏈的評估、釩液流公司近期發展狀況、非釩液流電池發展及海報發表研發方向分析等，據此來說明液流電池未來發展方向。
一、長時間持續儲能(Long Duration Energy Storage; LDES)
因應氣候變遷及碳中和議題，未來將逐步提升再生能源使用，成為電力供應主體的角色，基於穩定電力系統發電端和受電端之電力平衡，需要建立高可靠、強彈性的保障機制。供電時間在4小時以上的長時儲能是一個重要考量選項，能為整體區域電力網絡所需的靈活性提供有效解決方案，對未來新的電力系統形態建立至關重要。
根據Voltstorage公司網站發表”長時間儲能是關鍵技術”白皮書，以2020年德國設置3.37 MW風力案場發電曲線為例，秋冬季節(9月至2月)占59.5 %發電量(全年6.49 GWh，平均功率741 kW)。如果當作100 kW基載電力供應，利用率僅達67.41 %，必須搭配設置100 kW及48小時儲能容量之儲能系統，才能符合提供基載電力100 kW的95 %基本要求。如果3.37 MW風力發電結合2.5 MW太陽能發電，補足春夏風力發電較少時節，年平均發電量隨月份變化較為趨緩，全年8.59 GWh發電量(平均功率980 kW)，可提供100 kW基載電力利用率上升至78.25 %，如果搭配8 ~ 48小時儲能容量，可以擴大提供基載電力功率至500 kW。
一般傳統電網主要依賴大型基載發電機，除了靈活調節其輸出具有挑戰性外，對不穩定的可再生能源的快速響應有相對困難度。基於電網需要電力供需平衡以及維持電網穩定性，供需錯位或不平衡，或供電突然激增導致電力大幅變化，將導致電網頻率或電壓不穩定，如果超過電網負荷可能導致大規模停電事故發生。以韓國濟州島為例，在強化電網靈活性方面工作進展緩慢，同時又加快了可再生能源建置的步伐，沒有適當配套措施導致可再生能源限電頻率增加(圖四)。因此考量再生能源具有全年不穩定發電特性，而且比例不斷增加，提升替代基載電力穩定電力供應，設置長時間儲能需求有其必要性。
圖四、2015~2022年濟州島可再生能源限電量和次數趨勢圖
美國能源部依商品化路徑，將儲能持續時間分成短持續時間(≦10 hours)、日間較長持續時間(10 to 36 hours)及多天持續長時間(36 to 160 hours)等三個區段，美國能源部期望2040年美國儲能功率之短持續時間/日間較長持續時間/多天持續長時間比例為12 %/60 %/28 %，儲能容量之短持續時間/日間較長持續時間/多天持續長時間比例為2 %/24 %/74 %，預估2040年日間較長持續時間之全球儲能功率和容量分別為424 GW及5,092 GWh。
根據Invinity公司在論壇提供液流電池總潛在市場容量數據，估計2025年總潛在市場較2022年增加將近2倍，2030年總潛在市場較2022年增加將近8倍。根據B FORTUNE BUSINESS INSIGHTS對電池儲能市場觀察分析，預估市場規模將從2022年的108.8億美元增加至2029年的312.0億美元，複合年增長率達16.3 %。值得一提的是，在covid-19大流行前(2019~2020)後(2022~2029)成長率預估降50 %，整體儲能需求時間延後，預估使用儲能技術中，50 %採用液流電池。
根據Sumitomo公司在論壇提到，鋰電池與液流電池在儲能時間成本比較(圖六)，納入設備、建置、移除、電費損失、電解質、營運費用及電池更換等因素，使用超過5~8小時儲能時間，液流電池即具競爭潛力，除了具有安全性優勢外 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖六、鋰電池與液流電池在儲能時間成本的比較