储能是左右能源转型速度的重要关键，但高不可攀的成本还要待时间与科技的突破。
Text_林佩璇/Filia Lin Photo_iStockphoto
步步进逼的气候危机加上 311 福岛核灾后的废核热潮，各国积极推动能源转型。根据国际能源署的分析，2020 年全球已有 29% 电力来自于再生能源，其中的 30% 来自太阳能和风力发电。但若是要达到 2050 净零碳排（Net-zero emission）的目标，再生能源发电比重需达到 90%，且其中有 70% 需来自于太阳能和风力发电。然而，这两种能源属于间歇性发电，受到地形、季节、天候影响，发电量随时在改变，如何成为基载电力来源呢？
锂电池储能比现行方式更具效益
电力公司现行作法是透过抽蓄水力储能和燃气机组弥补太阳能和风力发电的缺口。抽蓄水力储能升载时间约 3~5 分钟，单一厂储存容量最大可达 3GW，适合对应大规模周期性地储能需求。不过建设完全依赖地理条件，对环境也会造成不可逆的伤害。目前多数的可开发地点都已经饱和，未来发展空间小。燃气机组升载时间需 30 分钟，且会排放甲烷，温室效应值比二氧化碳高上 30 倍，不利于减缓气候暖化。
当前最受青睐，技术发展最成熟就属锂电池储能，全球新增储能设备中有超过 8 成采用此技术。优势是不受地形限制，可就近架设于发电端以减少电力传输耗损，并具有快速反应的特性，数秒钟就能充放电，有助于电力传输平滑化，降低电网调度压力，还能起到「削峰填谷」的作用，将发电高峰期过剩的电储存后于离峰期使用，减少弃风弃光效应。
高昂的成本却使装机意愿低落
考量投资成本和经济效益，多数电厂会以再生能源装置容量的 10% 作为锂电池储能设备的容量基准。目前全球太阳能和风力装机容量约 1400GW，全球定置型锂电池储能却只有 15GW，储能容量和发电容量的比例仅 1%。最根本的原因是锂电池储能设备价格高不可攀。电网级规模的锂电池储能设备平均建置成本约每千瓦时 350 美元，而家户型储能设备装机成本超过每千瓦时 500 美元。
因此，即便太阳能的平均发电成本已略低于燃煤发电，加上储能反成为一桩不划算的生意。根据投资银行 Lazard Ltd. 的资料，太阳能电厂平均发电成本为每千瓦时为 0.03~0.04 美元，加上储能后总成本上升到每千瓦时 0.08~0.14 美元，是燃煤发电的两倍以上。
若是一般家户用设备，太阳能加上储能的平均发电成本高达每千瓦时 0.4~0.5 美元，甚至高于全球最高电价德国的每千瓦时 0.37 美元，用户在发电离峰期直接使用电力公司供电更划算。
技术发展加上政府补贴，成本可望快速下降
为了提高储能设备普及率，各国政府已制订各种政策和提供补贴。例如，中国强制规定新增的再生能源发电设备需要搭配 5%~20% 的储能装机容量，德国提供最高 3,000 欧元的装机补贴，日本也补贴用户三分之二的装机费用。美国政府更在 2021 年 8 月底宣布要投入 60 亿美元于储能产业，致力在 10 年内将电网级储能的成本降低 90%。这个目标虽极具挑战，但也非毫无希望。太阳能板价格在 2009 年曾高达每瓦 3.3 美元，却在短短 5 年暴跌至每瓦不到 1 美元。当时太阳能产业是最炙手可热的产业，吸引了全球庞大资金。随着转换效率和生产技术提升，加上中国政府对当地企业提供高额补贴，全球产能在短时间内暴增数倍，最终导致产能过剩并引发破产潮。随著成本大幅降低，各国的太阳能发电装机量也迅速成长。
如今锂电池产业同样站在浪潮上，各地资金纷纷投入。专业研究机构 Wood Mackenzie 预估，全球锂离子电池产量至 2028 年会成长 4 倍之多，将带动储能成本快速下滑。根据美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory）的分析，锂电池储能建置成本至 2030 年会降至最低每千瓦时 140 美元。 UBS 乐观预估，再生能源发电和储能的成本下滑，政府的储能装机补贴，以及化石燃料发电成本上涨等多个因素交互作用下，最快 2030 年「再生能源＋储能」和「化石燃料」的发电成本就会迎来「黄金交叉」点。
「循环再利用」或许是更好的选项
业界正在研究把电动车汰换下来的锂电池用于定置型储能装置。电动车平均每 4~6 年需要更换锂电池，但退役的锂电池的容量还剩 70%~80%，且能有 5~8 年的使用寿命，虽然不再能够推动车辆，但仍可用于储能设备。研究指出， 2021 年到 2030 年间全球废弃电动车锂电池的总容量达到 368GW，足以满足所有再生能源的储能需求。而且二手电池的成本只需要新电池的一半不到，储能设备成本可大幅降低。
目前已经有数家公司进行试验中。义大利国家电力公司（Enel Group）在一个位于西班牙的储能装置中使用了 90 颗从日产（Nissan）的 Leaf 电动车汰换下来的锂电池 ; 英国的储能设备制造商 PowerVault 也和法国雷诺车厂（Renault S.A.）合作，将退役电池用于家庭储能系统中。只要能克服旧电池芯稳定度的问题，这套商业模式有机会能成功，一举解决电动车锂电池回收和环境污染问题，储能成本也将大幅降低。结合科技创新与新商业模式，全球 2050 年净零碳排的目标并非遥不可及，是真有实现的可能。
「干净」且「不间断」的能源或许非梦事
除了持续改善再生能源和储能的效率和成本，科学家也一直在发展新的干净能源，其中核聚变发电备受关注。核聚变或称核融合（Nuclear fusion），是将两个较轻的原子核碰撞后产生较重的原子核，过程中产出的热能可以用来发电，不但不会制造温室气体，且能持续不断运作。运转时最主要的燃料是氢和水，均是能轻易取得的原料。只要1公克的氢燃料，就能产出约等同于 10 吨煤所提供的能量。不同于目前的核能电厂所采用的核分裂技术会产生永久性的核废料，核聚变发电所产生的核废料半衰期极短，安全性大幅提高。目前最大挑战是要让反应炉中的电浆维持长时间的高温，才能使核聚变反应持续进行并转换成电力输出。
目前中国、美国、法国、英国等都非常看好这项技术并投入庞大资源。 2020 年 7 月由全球七大经济体共同合作兴建，造价高达 200 亿欧元的全球最大核融合反应炉「国际热核融合实验反应炉」（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）已经开始动工，预计 2025 年可投入实验。中国近期也取得重大进展，中国合肥物质科学研究院的先进超导托卡马克实验装置（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST）成功创下将氢电浆加热至摄氏 1.2 亿度并维持 101 秒的世界纪录。美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）最近也宣布研发出「超导磁铁」，有助于将反应炉的电浆长时间维持高温。这些令人振奋的纪录显示核聚变发电正快速发展中，虽然不能减缓当前的气候变迁危机，但未来发展令人期待。如果人类能驾驭这样的技术，将带来取之不尽的能源，维持地球的永续发展。
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