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Tesla建全球最大鋰電池 締造電力供應出路

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Tesla建全球最大鋰電池
電力供應出路

文︰本刊編輯部
圖︰網絡

在2016年9月南澳遭受了一場重大風暴,造成170萬人停電,2017年2月又發生了一系列地區性停電,此後關於如何管理電網的問題引發了激烈的爭論。過去的解決方案比如尖峰燃氣發電廠,在高需求時期起步,可能需要花費數年和數億元才能建成。Tesla的總裁Elon Musk在今年3月表示可以在100天內提供100兆瓦的存儲電池,如未能兌現承諾,則會免費送出。這個承諾是要回應電力短缺造成停電,以及澳大利亞推動可再生能源的不確定性。目前以價格和規模來看,用來備份整個電網的鋰離子電池似乎是一個解決的方案。該項目在9月29日開始,結果只用了約60天便完成,遠比100天限期早。11月尾,電池在夏天之前成功落成和安裝,在12月1 日正式啟動。

是次Tesla電池引來關注,不單是因為Elon誇下海口,更因為這個電池號稱為世界上最大的鋰離子電池。電力短缺不只困擾南澳,也是澳洲其他州分要面對的問題,到底儲存電池是否一個可行的方法呢?

南澳鋰離子電池

Tesla的鋰電池場面積約5350平方米,相當於一個美式足球場般大,位於中北部地區Jamestown附近,與Hornsdale的一個風力發電場連接,這個發電場為法國可再生能源公司Neoen擁有。電池看起來像一個個盒子,每個盒子都是Tesla商業規模的Powerpack電池。這是一個模塊化的網絡,每個Powerpack大約有2.1米高,1.3米長,0.8米寬的大冰箱的大小,它們每一個的重量為1,200公斤。

電池場的儲電量為100兆瓦(MW),每小時可輸出129兆瓦電力,因此,如果電池裝滿的話,足夠3萬戶家庭1小時用電或8000戶24小時用電。Tesla表示,Jamestown電池場中的鋰離子電池將有15年左右的使用壽命,這取決於它們的使用情況以及充電頻率,而電池組件可更換,電路應可持續20至30年。

南澳納稅人將花費高達5000萬元補貼100兆瓦電池。南澳政府將獲得70%的電池產量,為電網提供穩定的服務。如果今年夏天電力供應不足,政府也有權利使用電池的全部產量,以防止停電。這是南澳州長宣布的5.5億元能源計劃中幾項措施之一,主要應對供應短缺、價格飛漲以及對電網安全的擔憂。

電池助再生能源發展

面對化石能源枯竭的危機,發展再生能源成為全世界必然的趨勢。然而,過往再生能源長久以來就有一個無可避免的缺點,就是很難長時間穩定地連續發電,容易造成發電量的不穩定,並且在再生能源大規模發電時,不穩定的發電量又可能危及電網安全,因此發展「再生能源儲存系統」,其實是再生能源發展進程史上,不可或缺的項目之一。

現在,隨著電池價格的下降,大型項目可以在三個月內部署,以滿足能源儲存的需求。AES能源存儲公司副總裁Praveen Kathpal表示,電池存儲可以在幾分之一秒內響應,快速解決這些穩定性問題,而無需訴諸大型發電廠。

南澳現時有41%的電力是從可再生能源獲得,也是世界上風能和太陽能最高滲透率之一的地區,其目標是2025年前一半電力來自再生能源。南澳的再生能源發展障礙是晚上只可靠天然氣工廠啟動,以滿足在夜間和清晨的電力需求,加上天氣的變化難測,再生能源的穩定性常受到質疑。因此,南澳的電池儲存行業正變得越來越重要。

去年風災過後,聯邦政府歸咎南澳省政府的再生能源政策是導致停電原因之一,總理譚保說:「若你想用大量再生能源代替燃媒發電,那你得想想,太陽不會時時刻刻都在照耀。」南澳州長韋瑟希爾(Jay Weatherill)則指出,大停電是極端天氣所致,與使用再生能源無關。Neoen澳洲分部總經理沃提茲(Franck Woitiez)亦反對聯邦政府堅持煤是澳洲主要能源之一,指出︰「煤已是過時產物。在2017年,我們正展示能源過度期已出現。電池成本正下降,且興建再生能源設施較建新煤廠更便宜」。

有專家指出,澳洲夏季已經開始,未來幾周是斷定該鋰電池是否成功的關鍵,若運作成功,Tesla可借此例子將項目向全球推廣。

國家的鋰電池項目

全球各地正積極推動再生能源,但如何儲蓄電力一直是這種能源難以普及的關鍵,但這瓶頸近年似乎已得到突破。事實上,世界各地早已有部署不同的大規模電池項目,隨著電池價格自2014年以來幾乎下降了一半,電池項目也不斷增加,彭博新能源財經(Bloomberg New Energy Finance)表示,開發商宣布2017年鋰離子電池項目的總容量為1650兆瓦,是2016年全年的四倍。

美國加州2013年起試驗以儲電池結合太陽能與風力發電,初步計劃在2020年前建立儲電量達1325兆瓦、等同兩座燃煤發電站的大型儲電設施,並期望2050年前令全州一半電力都來自再生能源,麻省及俄勒岡州隨後亦宣布展開同類計劃。儲電池場在各地出現,相信只是時間問題。在Tesla建立南澳電池之前,最大鋰離子電池存儲系統是位於加州南部的Mira Loma,佔地0.6公頃,它有一個20兆瓦,或80兆瓦時的存儲容量,據說是能夠為15000個家庭供電。今年在西班牙波多黎各颶風襲擊大部分島嶼後,Tesla也建立了緊急太陽能和電池系統;而夏威夷、新西蘭、英國和太平洋島嶼也都出現了新的系統。

Tesla今次用這麼快的速度就製成全球最大的儲存電池,然而最近有報道指,韓國現代電力和能源系統公司正在建設一個150兆瓦的鋰離子電池,比Tesla的大50%,該公司表示將在東南沿海的Ulsan在約三個月的時間內生產,即表示Tesla的世界紀錄很快會被打破。

不少分析師指出,現時最常用的儲電工具鋰電池除了作為電動車的能源外,亦可作為企業管理電力的工具。不過,鋰電池在應用上仍存隱憂,例如大量鋰電池連結容易過熱甚至引發爆炸,充電效能亦會隨時間下降而最終需報廢更換。業界目前正爭相研發新型電池取代鋰電池,如儲氫電池、液態金屬電池等,不過專家指價格仍是最大關口。《自然》雜誌2012年的調查顯示,美國人只願每月付出13美元來確保電力均來自再生能源,如儲電池成本過高,難以吸引消費者選用。

澳洲能源儲存產業前景

事實上,澳洲是成為發展能源儲存與電池科技的理想場所,因為它是全球住宅安裝太陽能比率最高的國家,每五個家庭當中便有一個安裝了屋頂太陽能板。澳洲能源儲存產業可說具備天時地利,澳洲受惠於太陽能資源良好,住宅太陽能發展快速,使得能源儲存潛在需求增加,而Tesla的Powerwall 能源儲存產於 2015 年底在澳洲上市,Enphase 也於 2015 年 10 月中進軍澳洲推出電池能源儲存產品,加入 Panasonic、LG、Kokam 的行列,進一步推動能源儲存市場。

除了南澳,其他州分也在發展能源儲存,CWP Renewables早前宣布,計劃在新州北部建設第二個大型太陽能和電池存儲項目,增添至藍寶石能源樞紐的大型風能、太陽能和電池存儲混合設施。CWP目前正在建設270兆瓦的藍寶石風力發電場,並得到了ACT政府部分產出的合同,2018年將開始建設一個170兆瓦的太陽能發電場,以及50兆瓦或每小時 100兆瓦的電池存儲。CWP還公佈了昆士蘭州北部Townsville附近的一個250MW太陽能熱儲存項目的建議。

至於最近受惡劣天氣影響而電力受阻的維州,隨著Hazelwood發電站的關閉,近日Loy Yang 與Yallourn兩座發電站又各有一個機組發生故障,導致維州發電能力進一步減少1300兆瓦。發電能力的大幅縮水已迫使維州開始從南澳、塔州與新州大量進口電力,同時維州燃氣消耗量也在大幅增長。維州政府開始在可再生能源著手,計劃到2020年,可再生能源發電的目標是25%,不過似乎它在能源儲存的開展上沒那麼順利,設於西部、可提供100兆瓦的可調節電池儲備原本定於一月份準備就緒,但現時未能如期落實。

隱憂

另一方面,鋰電池產能大規模開出存在隱憂,可能不見得如此順利,以Tesla為例,2015年Tesla宣佈推出能源儲存產品Powerwall與Powerpack,但2年過後,交貨的狀況可說十分不穩定,許多客戶延遲數個月才收到電池,Tesla與合作電力公司結束合作,又不接受建商訂單,南澳的能源儲存系統採用三星產品而非自家電池,Model 3出貨也因為Gigafactory電池生產瓶頸而延遲,許多狀況都顯示電池產能不如當初宣傳的那麼順暢。不過,儘管如此,電池出貨瓶頸很可能只是一時的現象,雖然可能拖延能源儲存產業發展的時間,能源儲存產業的成長還是可以預見的情況。

還有一個問題是,鋰電池儲作為儲電的載體,雖然比起全球最多使用的鉛酸電池相對環保,但如果回收處置不當,也極有可能對環境造成嚴重污染。在2013年的一份報告中,美國環境保護局的環境設計方案得出結論,使用鎳和鈷的電池,如鋰離子電池,具有「最大影響環境的潛力」,它指出了全球變暖、環境污染和人類健康受影響等負面後果。因此,有些人質疑鋰電池是否真如Elon所言是「零污染」。

結語

誠如南澳州長韋瑟希爾所言,Tesla百日內建成全球最大的鋰電池,確實是締造了歷史,也將代表南澳作為澳洲的一部分成為再生能源與能源儲存產業的先驅。澳洲地大脈搏,天然資源豐富,發展再生能源可謂得天獨厚,我們期望在技術的不斷改良之後,供電情況更趨穩定,讓民眾避免遭遇停電之苦。

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