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储能系统是突破再生能源困境的关键

2012-10-11 11:01
科技潮人
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  要发展智慧家庭,需要的核心技术包括有智慧能源控制、智慧节能、高效率能源储存,以及智慧能源分配技术,工研院材化所经理蔡丽端指出。“一般来说,只需23kWh,一个普通家庭一整天的用量便绰绰有余,”她表示。以目前的储能技术来说,这一点不难达到,因此重点在于如何智能控制,将能源精确分配给所有设备。

  储能系统是突破再生能源建置困境的最关键技术,但眼下面临的最直接挑战,就如何提高电网电力品质。“今天的智能电网都是单向的,但未来都会朝互动系统方向前进,”有量科技总经理程敬义说。而建置互动式智能电网的难题之一,就是确保电网的稳定性。

  “再生能源通常稳定性不高,因此,重点在于并入电网时,如何维持稳定,因为若一不慎,就很可能毁损用户端的设备,并影响到整个电网安全,”蔡丽端说。另外,能调节再生能源的波动,减少冲击以提供稳定供电环境的技术,以及电网电力储存和调节技术,也都是发展储能系统时必须解决的技术挑战。

  蔡丽端具体指出了长寿命高能量储能元件目前面临的技术瓶颈。首先是特性要求,她指出,依照NEDO的2030年目标,长效高能量元件的能量密度要求至少要100wh/k、200wh/l;功率密度要达到1,000W/Kg;寿命必须长于20年,而使用周期至少要是目前使用情况的六倍(100%DOD、容量衰减<15%)。

  然而,目前全球高容量锂电池的循环寿命在100%DOD条件下约1,000次,储存寿命仅约五年。以高功率锂电池(钛酸锂[Li4Ti5O12]为负极)为例,在未载明是否为100%DOD时循环寿命可大于5,000次,但能量密度<50wh/kg,而储存寿命也仅有五年,均远低于2030年的目标值。另外,现行锂电池储存寿命和使用周期不佳的原因还包括了材料结构的电化学稳定度(正极和负极);电解液溶剂之电化学及热稳定性;锂盐稳定度;以及电池结构的设计。

  因此,下一步锂电池要克服方向包括开发Li4Ti5O12/LiM2O4系统、快充高稳定LiM2O4材料、针对高容量锂电池的快充高容量负极材料,以及高稳定性电解质如IonicLiquid、胶态电解质、固态电解质、新型锂盐等。

  蔡丽端不讳言,在下一代电池新材料的开发上,包括电极、电解液等,日本依然领先业界,但她也指出,台湾的强项在模组和电源管理设计方案,近年来也开始有台塑长园磷酸铁锂科技有限公司投入开发锂铁电池正极材料。她同时表示,将建议国科会加强台湾学界在改良铅酸电池方面的发展。“铅酸电池是成熟的技术,若能再强化使用寿命和体积,那么,未来在电动车方面的应用潜力会更大。”

  日本独立能源住宅现况:小有发展但储能装置依然是难题

  日本已经开始推动能源住宅,虽然仅在起步阶段,但已经有多家建设公司选择在房屋建造之初,便直接设置能源系统的做法,打造出具备独立能源的住宅。

  “日本正在推动能源完全独立型住宅,即所有电力和瓦斯均可独自供给,”日本积水房屋公司环境推进部长兼温暖化防止研究所长石田建一说。“以太阳光发电+蓄电池实现的全电气化系统,可打造能源独立型住宅。看起来不难达成,但难题仍出在储能装置。”

  他指出,目前,一天只要18kWh便可供给一个家庭一日所需,但若连续三日阴天,就必须有至少50kWh左右的储电量才够。

  因此,目前已经出现结合燃料电池、太阳能电池和蓄电池三种电池,加上从电力公司输入一般电力的混合型住宅供电系统。电力使用的优先顺序分别为燃料电池、太阳能、蓄电池,以及一般电力;而经由太阳能电池发电的剩余电力,也可以回卖给电力公司。

  然而,与之前部署家用太阳能发电系统类似,要真的推动能源独立型住宅,政府的补助非常必要。以日本为例,石田建一表示,目前日本政府并没有全面性的补助能源独立住宅计划,而一栋能源住宅的价格大约会比一般住宅贵上二百万日元,这也会造成采用阻碍。

  为此,日本政府今年起宣布一项补助措施,宣布每户家庭购买锂电池时可补助三分之一,最高金额100万日元。

  智慧家庭已经开始起步,特别是在智慧电网建置之后,更需要终端的电力调节和储能能力。电池技术和其中的调节╱控制系统,将会是智慧家庭能否真正普及的关键。
 

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