儲能技術：如何將風能存在海底？

上個月（2022年1月）蘇格蘭皇家財產局（Crown Estate Scotland）公布官方競標結果，總共總容量達25 GW的離岸風場，相當於全英國目前風力發電的總安裝容量（24 GW）。然而，風有時強有時弱，當沒有風時該怎麼辨呢?

英國廣播公司（BBC）在月初的報導”How to store excess wind power underwater“（中文：如何將多餘的風能存在水底），介紹了尼德蘭（舊稱荷蘭）新創公司Ocean Grazer的水下儲能技術，未來可以和離岸風電整合來增加供電穩定性。

Ocean Grazer的Ocean battery（海洋電池）在上個月的Consumer Electronics Show（消費電子展）獲得了最佳創新獎。其運作原理和抽蓄水力類似，主要可分成三個部份：（海床上）可充滿淡水的水囊、可發電或抽水的渦輪、（海床下）可存放水的容器。當有多餘電力時，（海床下）容器中的淡水透過渦輪被抽到海床上的水囊中。在須要用電時，水囊的水流回容器並轉動渦輪發電。預估儲存效率相當於抽蓄水力（70-80%），壽命可超過20年。

此系統有很好的彈性，且容易將規模放大，可安裝在目前離岸風場（水深50公尺內）的海床，整合後能提高供風力發電的穩定性和可調度性。然而，此技術還在發展測試階段，預計2023年初在尼德蘭北部會進行實際運作測試。另外，此系統對（海床）環境和生態也有一定的影響。

除了最常聽到的鋰電池（電化學）和前面介紹的海洋電池或抽蓄水力（重力位能），儲能技術還有很多種。例如：氫能（化學能）是利用水電解後產生氫氣。熱儲能（熱能）把熱或冷存起來，可用在空調、工業、甚至發電。卡諾電池（熱能/機械能）利用熱力學循環原理，可將電轉成溫差和壓力差，在需要時可用來發電或是供熱/供冷。

以台灣來說，儲冷系統可用離峰電力來製冷（冰塊）並儲存起來，在用電尖峰時（一般是天氣熱時）來取代冷氣用電需求。這樣的系統在成本和效率上，可能會比電池儲還要好。

能源系統要隨時維持“供應=需求”，而過去能源系統的供需平衡，絕大多都是靠化石燃料的儲存，或是開採量的調整。在緯度高的地區，在冬天會使用大量的能源在供暖上（是夏天的2-3倍以上），因此在冬天前會儲存大量的燃料（煤炭、天然氣...等），來因應冬天供暖的需求。未來要達到淨零排放，這些容易大量儲存的化石燃燃，要被其它的儲能技術給取代。例如：電池、熱/冷儲能、氫能...等。

以台灣目前能源轉型的進度，5-10年內還不會有太多“過剩”的再生能源，因此儲能還是以穩定供電品質，及滿足尖峰用電的角色。當再生能源發電量低時，主要是靠增加燃氣或燃煤發電量來滿足用電。

台灣雖然夏天用電量較冬天高，但季節間的用電差異沒有高緯度的國家大。再加上太陽能發電量和用電有正相關，同一天內（太陽下山後）的電力調度問題，會比冬夏季供應的問題還要重要。除了電池，未來可能要有更多適合供電8-10小時以上的儲能系統（例如：卡諾電池、液態空氣儲能、重力儲能...等），來作數天至一週內能源的調度。

氫能可以大量儲存再生能源電力（又稱為綠氫）且能有多種不同應用，但缺點是能量轉換的損失大。要有大量的“過剩”再生能源，才會有更多的綠氫。

根據不同地區的用電需求、地理條件和再生能源發電特性，適合的儲能技術也不同。
未來會有各種不同的儲存系統，來取代化石燃燃 維持能源系統的運作。

資料來源：