新興能源儲存產(chǎn)業(yè)最迷人的部份,，就是讓能源能被儲存,，然后利用能源管理軟體來應(yīng)用那些被儲存的能源。
在一個潮濕夏季的炎熱午后,，某個大都市無預(yù)警停電,；在那之后不久,，同樣的那個傍晚，在電力公司的電網(wǎng)電腦系統(tǒng)深處,，響起一個透過網(wǎng)際網(wǎng)路發(fā)送的區(qū)域性警報,，對象是數(shù)不清的Tesla Model S電動車，它們的自動駕駛系統(tǒng)立即透過GPS被設(shè)定行駛路線,，目標(biāo)是受停電影響的電網(wǎng)子發(fā)電站,。
在此同時，一個個車庫門被打開,，啟動了自動駕駛功能的電動車紛紛涌現(xiàn),、轉(zhuǎn)向郊區(qū)的道路，看似在夢游,、其實全神貫注于周遭情況,；它們進(jìn)入高速公路閘道，開始一段透過電源轉(zhuǎn)換器機組支援停電區(qū)域電源的旅程,。每一臺電動車的電量可達(dá)85千瓦小時(kW-hr),，可提供停電區(qū)域醫(yī)療院所、商業(yè)機構(gòu)以及一般住家緊急電源,，直到電力公司恢復(fù)供電,。
而那些電動車的主人還可以獲得額外獎金：他們將能源賣回給電力公司，跟在夜間為電動車充電所花費的成本相比,，利潤很不錯─投資報酬率最高可達(dá)六倍──其他地方很難有這么好的賺錢機會,。
圖1：配備自動駕駛功能的Tesla電動車。
以上是美國電子設(shè)計服務(wù)業(yè)者Nuvation共同創(chuàng)辦人暨執(zhí)行長Mike Worry所構(gòu)想的,、有如好萊塢電影或科幻小說情節(jié)一般的未來,，或許在未來五年就會成真；你以為那只是幻想,？事實上,，汽車大廠Nissan在5月才宣布一項新試驗計畫,，能讓英國的電動車擁有者將自家電動車的電力賣回給電力公司。
這項V2G (vehicle-to-grid)計畫是Nissan與義大利電力公司Enel以及英國國家電網(wǎng)(National Grid)合作開發(fā),，在英國有100輛Nissan LEAF電動車的主人將采用特制的雙向充電站,，在用電尖峰時刻把電動車儲存的電力賣回給電網(wǎng)。目前在英國有大約1萬8,000輛LEAF電動車,，如果那些車通通都連線,，總計可提供180MW的電量。
聽聽專家們的說法
為了讓EDN的讀者們對于目前的大規(guī)模能源儲存方案以及超級電容(ultracapacitor)等技術(shù)有更清楚的了解,，筆者最近訪問了Nuvation的Worry以及電源解決方案供應(yīng)商Maxwell Technologies區(qū)域銷售經(jīng)理Martin Mills,。
我們的討論以與時俱進(jìn)的電池和超級電容技術(shù)，如何解決太陽能與風(fēng)力發(fā)電的產(chǎn)能波動為出發(fā)點,。Worry表示,，這是結(jié)合高功率超級電容與高能量電池混合應(yīng)用的良好案例，在這類應(yīng)用中,，對大量能源的需求,，能結(jié)合提供數(shù)小時電力的電池與具備優(yōu)異反應(yīng)時間及循環(huán)壽命的超級電容來因應(yīng)。電池的循環(huán)壽命為數(shù)千次,，超級電容的循環(huán)壽命可達(dá)數(shù)百萬次,。
也就是說，如果每天有十幾次陣風(fēng),，風(fēng)力發(fā)電機在一年內(nèi)就可能耗盡一顆電池的壽命,；而如果混合使用超級電容，就可以建構(gòu)一個利用超級電容處理頻繁高度電源波動的品質(zhì)系統(tǒng),，減緩電池的耗損。Worry指出,，這對發(fā)電機運作與成本都有好處,；Nuvation發(fā)現(xiàn)，那些能源儲存系統(tǒng)得為了某個問題的各個部分打造不同的解決方案,，超級電容與電池能妥善因應(yīng)這類情況,。
圖2：風(fēng)力發(fā)電場正在崛起。
Mill補充指出,，以Maxwell的觀點來看,，超級電容在這類混合式系統(tǒng)中確實是電池的好幫手，能有助于延長電池壽命,，也可能降低對電池規(guī)模的需求,；運作溫度范圍也是超級電容的另一項優(yōu)勢，盡管這類系統(tǒng)大多數(shù)都配備某種溫度管理功能,。比起電池,，超級電容具備優(yōu)異的超低溫耐受能力,，因此如果系統(tǒng)布建了超級電容，就不需要采用太復(fù)雜或太昂貴的溫度管理設(shè)計,。
筆者先前有一篇文章,，曾探討過超級電容與電池在超級炎熱的美國亞利桑那州輕軌交通系統(tǒng)之應(yīng)用；Mills表示,，超級電容在交通與電網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用主要有兩種,，如果是布建于輕軌車輛本身就算是交通應(yīng)用，而如果是應(yīng)用于透過再生剎車(recuperative/regenerative braking)擷取能量的軌道旁(wayside)能量儲存系統(tǒng),，則算是電網(wǎng)應(yīng)用,。
為電力用戶節(jié)省電費
另一個問題是，如何利用智慧儲存電子裝置來實現(xiàn)組合式(stacked)的電力公司服務(wù),？例如在離峰時間用電,、并在尖峰時刻將能源賣回給電網(wǎng)，好讓電費支付者省錢的需量電費(demand charge)減免服務(wù),；還有超級電容如何因應(yīng)這類使用情境,？
對此Worry感嘆，新興能源儲存產(chǎn)業(yè)最迷人的部份,，就是我們正在采用的能源只是瞬間,、交易型(transactional)的，我們卻正在發(fā)明一個概念,，讓能源能被儲存,，然后利用能源管理軟體來應(yīng)用那些被儲存的能源。也就是說,，想像在過去我們能把錢儲存在銀行,、或是能以書寫的形式來儲存資訊，但現(xiàn)在我們是把能源儲存起來,，并因此衍生出全新的經(jīng)濟 模式,。
把那些服務(wù)組合起來的功能實際上是在軟體層面，而那些諸如需量電費減免,、負(fù)載轉(zhuǎn)移(load shifting)或是電表后端(behind-the-meter)等能快速回收利潤,、證明投資報酬率(ROI)的應(yīng)用，則是都與電力公司如何為電力訂價有關(guān),。
如果電力公司以你最高用電量來收取溢價,，當(dāng)然這就會激勵產(chǎn)業(yè)找出他們可以扮演什么樣的角色，以能量儲存的方式協(xié)助降低需量電費,；相同的,，如果電力公司在一天之內(nèi)針對不同時段有不同收費標(biāo)準(zhǔn)，就會激勵產(chǎn)業(yè)以改變使用時間的方式來利用能源。Worry認(rèn)為,，我們將會看到新興的住宅能源儲存系統(tǒng),，基本上可以做決策、組合那些不同型態(tài)的演算法以找出最佳的能源儲存利用方式,，為使用者節(jié)省電費,。
然后在電力公司的電表這一端，我們也會看到組合式服務(wù)做出不同的決策,；因為在電力公司的層級,，有一些諸如可再生能源整合、頻率調(diào)節(jié)等在較大層面執(zhí)行且需要做不同決策的事情,，這會是在電網(wǎng)層級執(zhí)行的另一套演算法組合服務(wù),。
筆者居住在美國亞利桑那州，利用沙漠地帶日照充足的優(yōu)勢,，本地有很多居民安裝住宅用太陽能發(fā)電裝置,，因此有不少住戶認(rèn)為他們可以輕松地擺脫公用電網(wǎng)；但實際上如果沒有能源儲存設(shè)備會是很困難的,，因為這里在雨季或是一年內(nèi)的某些時候仍然有陰天,。這類住宅用太陽能發(fā)電裝置平均是十年左右才能回收初始投資；因此組合式使用有助于減輕屋主電費負(fù)擔(dān),。
Worry認(rèn)為,，我們將會看到一些能源儲存設(shè)備以大量、小型化家用系統(tǒng)的形式問世,，讓民眾能改善其電費帳單,；不過能源儲存設(shè)備的最大推動力還是在于電力公司規(guī)模，而他也認(rèn)為,，許多電力公司都有很高的再生能源配額制度(Renewable Portfolio Standards,，RPS)目標(biāo)，如圖3,。
圖3：美國29個州以及華盛頓特區(qū)的再生能源配額制度(RPS)策略,。
當(dāng)再生能源發(fā)電量超出電力公司負(fù)擔(dān)
Worry住在美國加州，目前有42%的公用電力是采用可再生能源,；這已經(jīng)導(dǎo)致了例如在夏日午后會發(fā)生的太陽能縮減(solar curtailment)情況；因為可以回饋給電網(wǎng)的太陽能發(fā)電量過多,，超出了電力公司可吸收量,。這是一個值得探討的課題，德國最近也曾發(fā)生太陽能縮減情況,。
我們可能會開始看到一個“負(fù)費率(negative rate)表”的情況,，也就是說如果電網(wǎng)是舊有系統(tǒng)，在發(fā)電量不足時有很多處理額外能源的能力，例如過度負(fù)載(an excess of load),；不過,，如果有太多再生能源回饋到電網(wǎng)時，電力公司就無法處理,。Worry指出,，再生能源過度負(fù)載的解決方案，就是大幅提高能源儲存量,。
加州為此上呈聯(lián)邦政府,，表示面臨太陽能過量的問題，而因為沒有足夠的負(fù)載能利用在夏日午后產(chǎn)生的過量太陽能,，是否該暫緩實施太陽能收入津貼(Solar Income Credits),；聯(lián)邦政府的回覆當(dāng)然是“不行”，必須維持發(fā)放津貼,，因為這是美國全國性政策,，加州需要想辦法解決。
于是,，加州真的想了辦法解決,，表示將布署1.36GW-hrs的能源儲存設(shè)備；這會是數(shù)10億美元的投資,，不過將分配給多家供應(yīng)商,。當(dāng)然，這方面的努力會是由電力公司主導(dǎo),，而知名市場以及政府指令在其中扮演主要推手,。