儲能技術：高溫儲熱技術幫助工業去碳

位於美國加州的新創公司Antora Energy，最近獲得兩大低碳技術創投機構的投資：比爾蓋茲創立的突破能源風險投資基金Breakthrough Energy Ventures和Lowercarbon Capital，金額達5000萬美元（約14億台幣）。Antora Energy的熱儲能系統可儲存多餘的再生能源電力，來取代重工業使用的燃煤或燃氣鍋爐。

Antora Energy成立於2018年，其熱儲能系統可將再生能源電力轉成熱能，利用溫度差（顯熱）將熱能儲存在固態的碳材料（solid carbon blocks）中，外層有絕熱材料減少熱能流失。其溫度最高可達1500度C。此技術的優點為：使用壽命長（超過30年）、安全性高（材料無危害、無化學反應）、並無材料能力退化的問題。更重要的是材料容易取得且成本低，單位儲能的成本（$/kWh）只有鋰電池的50分之一。

用溫度差來儲熱的缺點是，儲存的溫度越高，需要更好的絕熱來減少熱流失。就算絕熱再好，也很難像燃料（如：氫氣）在數週或數個月的儲存後，幾乎零損失。

重工業及高耗能產業（例如：鋼鐵、化工、水泥）的室氣體排，佔全球總排放的10%以上。傳統大多的高溫製程都是使用燃煤或是燃氣鍋爐來加熱，如要減少排放，一般有三個方式：電力化、氫能、碳捕捉。

電力化：使用再生能源電力供給電鍋爐產生熱。缺點是風力及太陽能發電量有間歇性，無法穩定供應。

氫能：使用再生能源製造的綠氫為燃料。氫氣可大量儲存無供應間歇性的問題。然而在生產和加壓的過程中，有一定比例的能源消耗（約25-40%），因此能源使用及成本比使用電力高。

碳捕捉：可將化石燃料燒後產生的二氧化碳捕捉下來。然而，一般捕捉率最高到90-95%，且捉下來的碳要送到地下永久儲存，才能達到真正的減排。

儲熱技術和電加熱系統結合，可克服再生能源發電間歇性的問題。儲熱系統的成本低，更可以儲存大量過多的再生能源。一般鋰電池只能儲存1-4小時的電能（如同一個水桶，只能持續供水1-4個小時），儲熱技術的單位儲能成本低，可以儲存一天到數天的能量。

另外，電力價格會隨著時間變化。下圖為美國加州2022年2月中，七天的批發電價。在白天和傍晚的價格最高（用電需求大，且太陽能發電量小），約每千度50-70美元，在凌晨（用電需求小）時降到每千度10-25美元，價格差了2-5倍。因此，使用熱儲能避免在電價高時的用電，進而降低能源的成本。

台灣有六成的能源消耗用在工業，且工業主要消耗電能為主，其中有一定比例是用在加熱（工業製程...）或是冷卻（空調、製冷...）上。在英國，29%的電能或45%總能量消耗，最後用在加熱或製冷。目前筆者沒找到台灣的相關數據，但電能用在加熱/製冷的比例估計比英國高（台灣空調使用電能，英國供暖主要用天然氣）。

用在加熱或製冷的工業製程，結合儲熱技術後可讓能源使用有彈性，可間接取代成本較高的電池系統，來作電力上的調度。然而，實際執行上除了要克服技術上的問題（製程的改動），還要有適當的市場機制（時間電價差，需量反應補貼...），讓結合熱儲能系統有經濟誘因。

另外，電力系統要有一定比例的間歇性再生能源，才有使用儲能的需求。以2021年台灣風力和太陽能佔比源比約4%，2025年目標佔15%（不含水力和其它再生能源），台灣在幾年內儲能主要會用在電力系統的穩定（輔助服務），而不是儲存過多的再生能源。台灣要有更多的再生能源（20%以上），才會需要長時間的儲能系統。

註：英國2020年風力和太陽能發電佔比為29%，主要調度來源為燃氣發電（30+ GW），再來是電網互聯（6 GW）和抽蓄水力（4 GW），電池儲能約1 GW。

儲能技術有很多種，適用在不同的應用和時間尺度。能源轉型的初期，電池可用在穩定電網。到中、後期則需要儲存時間更長的儲能系統。例如：熱儲能、卡諾電池、儲氫。

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