工程師們都了解,從不同來源取得能量是一件重要的事,但決定如何儲存能量待稍後使用,在很多系統設計中也是同樣重要的因素;甚至當能源是「免費」(當然,應該沒有這種東西)的時候──例如來自於能量採集(energy harvesting)、太陽能或風力發電,幾乎都一定會有兩個相關聯的議題:儲存未用的多餘能量,以及那些能量的傳輸。

雖然發電問題往往最受到社會大眾的關注(編按,例如近期發生的台灣缺電危機),但上述伴隨而來的兩個問題同樣重要;如果你無法儲存未用能量以供缺電期間利用,技術的現實以及「綠色」再生能源經濟都會面臨劇烈變化。

當你的各種發電來源規模不斷擴充,能量儲存也會變成相對困難的問題,而且通常難度會高於能量傳輸議題;最近在美國《華爾街日報》(Wall Street Journal)上有三篇探討此一議題的文章(參考文章下方連結),從不同方面提供了觀察與見解(包括不可忽視的相關成本議題),也分析了目前與近期的商業現實。

能量儲存的幾種首選技術是電池(通常是以鋰電池為基礎的方案)、抽水蓄電(pumped hydropower)、壓縮空氣(compressed air)蓄電;電池技術已經獲得大量關注,特別是因為市面上有諸如Tesla推出的家用能源儲存系統Powerwall。

不過就像大多數情況的「工程學」問題,以及目前先把成本問題放到一邊(先不考慮在現實世界無法做到的),上述每一種能量儲存技術選項,在前期投入、容量、維護議題以及長期性吸引力上,都有一些微妙的權衡;舉例來說,電池的使用壽命大約只有5~10年,而該年限數字可能會仰賴使用週期。

在這裡打個岔:就像我們經常看到的,討論能源問題的文章作者往往會把能量(kWhr,千瓦小時)與電量(kW,千瓦)的單位搞混;其中一部份原因是單純的專有名詞謬誤(在這方面懂得比較多的工程師得負責任),另一部份就完全是技術性誤解。能量(energy)與電量(power)是密切相關的,但能量是電量與使用時間的乘積,電量則是能源消耗的速率。

實際上,你通常可以隨時用各種方法收集能量,將能量做為支援負載的電量;不過當你撰寫文章的主題與能量與電量相關時,最好要在每個地方都使用正確的字詞,如此一來論述分析才會清楚、不至於被混淆。

閱讀筆者前面提到的能源相關議題文章,你會得到一個清晰的概念:儲存當然並不是一個棘手的問題,只是在需要滿足相互衝突的目標時不容易解決。在能源系統設計的每一個方面(選址、安裝以及長期支援),會因為能量單位擴充到數十、數百甚至上千kWhr的範圍時變得更加棍困難,所有的問題或錯誤也會變得更大規模、不容易修正。

而這通常並不是一個透過某種軟體驗算法微調、或是修正一些軟體錯誤就可以解決問題的情況,因為在這類項目中,「大」是固有的本質;而如果你的項目涉及更大規模發電以及能量儲存,你可能會花費更多時間與精力在能量儲存,即使發電這個方面會受到更多關注。

從物理學的基礎定律──也是發電以及能量儲存的基礎──來看,這兩者同樣重要,你必須以對兩方都有益處、能彼此妥善搭配的成套措施來決定如何實施;不過在通常情況下,最佳化的能源策略,在發電/能量儲存兩者的最佳結合上都會有一些衝突,這使得技術與經濟兩方面的決策會有些困難。

或許這也是為何許多精心策劃與設計的能源專案往往會執行困難甚至失敗的原因。你是否有任何佈署大規模私人、商用能量儲存系統的專案等級經驗?你從這些經驗中學到了什麼?又出現了那些無預期的狀況?歡迎與我們分享!

編譯:Judith Cheng

(參考原文:Energy-storage options: abundant alternatives and tricky tradeoffs,by Bill Schweber)

延伸閱讀

省電終極武器——創新能源儲存技術大觀

參考資料