儲能用電池市場發展與未來趨勢

 

刊登日期:2022/6/22
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許雅音 / 工研院產科國際所
儲能用電池市場發展
累積至2021年,全球定置型儲能總和為26.1 GW,主要貢獻國家依序為美國、中國、澳洲、英國、南韓、德國等。2021年新增儲能裝置量達11 GW/24 GWh,其中,用於能源轉移的儲能占比最多,高達57%,其次則是輔助服務型儲能15%及住宅用儲能14%。預估到2030年,全球儲能總裝置容量將達到358 GW/1,028 GWh。
 
驅動儲能市場蓬勃發展的主因,是近年積極的再生能源目標加速了再生能源建置與更多元再生能源商業模式的興起,大型再生能源電廠搭配儲能系統也逐漸成為趨勢,例如美國聯邦能源管理委員會(FERC)批准第2222號命令,該命令允許分散式能源(DER)與傳統能源具有相同的機會參與區域性的能源批發市場,該命令所提到的分散式能源,包含儲能、分散式發電系統、需量反應、能效、儲熱和電動車及其充電設備等。又例如,中國大陸十四五對於儲能重視度再提升,國家發展改革委員會、國家能源局《關於加快推動新型儲能發展的指導意見》認為,儲能是2030年碳達峰關鍵技術之一。現在中國大陸部分地方政府優先支持搭配儲能之再生能源併網,並提出再生能源搭配儲能的比例政策,例如內蒙古的儲能配置比例須達到再生能源裝機量的15%、新疆阿克蘇地區新增太陽光電專案儲能容量不低於裝機容量的10%等,因此2021年新增設備用於太陽光電的儲能系統達到11.4 MW,占2021年新增設置量的57.1%。
 
由於儲能使再生能源成為可調度資源,緩解輸出波動並可配合電力系統負載需求併網供電,於再生能源滲透率高的地區逐漸成為顯學。而極端氣候與天災,則引發用戶端對於電力供給穩定與備用電源的潛在需求,帶動表後住宅儲能或工商業儲能需求,並可協助表後儲能用戶節約電費。
 
由於各國家地區的電力系統、電力市場背景環境不同,衍生之運用機會也有所不同。2021年表後儲能,各國也祭出了不同的補助,例如美國的麻州,推動Solar Massachusetts Renewable Target (SMART)計畫儲能獎勵,讓表後的太陽光電+儲能的系統能夠參與ISO-NE容量市場、而澳洲則是在各州祭出了相應的表後住宅儲能補助,鼓勵民眾裝設住宅儲能系統。
 
近期儲能用電池技術的轉變
儲能用電池技術的分類,如一般的電池一樣,需要關注6個關鍵因子,包含能源密度(Energy Density)、功率密度(Power Density)、電池壽命(Life Span)、成本競爭力(Cost Competition)、安全性(Safety),及低溫性能表現(Low-Temperature Performance)。
 
能量密度又被稱為「每單位體積」能量密度(Wh/L),或「每單位重量」能量密度(Wh/kg)。亦即,每單位體積或每單位重量能夠儲存多少電量,例如EV電池和定置型儲能(關乎電池的大小和重量),就很重視這個指標。功率密度雖然看似與能量密度相似,但是功率密度的定義是在一定體積或一定重量下,電池放電所釋放的功率。相反的,充電所需的功率通常定義為充電速率(C-rate),能夠從該數值看出充電的快慢。電池壽命的定義是隨著充放電循環次數,電池的容量衰減,如果電池退化到無法符合預期,就應該透過二次循環運用(Second Life Applications)或是回收。成本競爭力定義為每kWh需要多少成本。最後則是安全性,由於易燃的液體電解質和在一次次充放電後,陰極材料的疲勞所釋放的熱能,都有可能造成電池的引燃。低溫性能表現(Low-Temperature Performance)則是在低溫環境下,電池的可用功率密度的衰減程度,若是長期在低溫環境下使用,會加速電池的老化,縮短使用壽命。
 
分類上,目前儲能電池依材料別分為3種,包含LFP(磷酸鐵鋰)、NMC(鎳鈷錳酸鋰)、NCA(鎳鈷鋁酸鋰),都屬於鋰離子電池;另一種則是正在發展的Sodium-ion(鈉離子電池)。2020年占比最多的為NMC,達到47%,但隨著時間的推移,NMC的占比愈來愈少,到2030年僅剩下20%,其主要原因是NMC的電池壽命沒有突破性,且具有安全疑慮。LFP在中國大陸作為---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。                                                       
                                                圖一、儲能用電池占比(技術別)的未來趨勢預估
圖一、儲能用電池占比(技術別)的未來趨勢預估

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