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电池模块神户Battery Japan 2010展透露的储能电池发展新趋势

在全球高度重视气候变迁与节能减碳的趋势中,再生能源、电动车、以及智能电网之推动已成为国际趋势。同时也带动了各类大型储能与动力电池的市场需求。而日本挟着电池材料至Cell的技术优势,于大型储能发展相当积极。以2009年布建状况来说,近90%的储能均设置于日本境内,如图一所示。而在此次Battery Japan展会中,多家厂商亦展出各种大型储能电池。另外,除大型储能外,文中将一并提及其它新技术及产品应用趋势。

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图一 2009年全球大型储能各国占有率
资料来源:GTM;工研院IEK(2010/03)

大型储能用电池~展场趋势

图二系日本经济产业省对于应用于大型储能的各式电池,点出未来技术发展重点。另外,并加入“技术难度”、“充放电速度”、“价格”,进一步说明各式储能电池的特性。目前日本产业经济省对于大型储能相关的电池选项,主要为镍氢电池、钠硫电池、锂离子电池、超级电容等。目前于实际布建案例中,以钠硫电池所占比例最高,预估2010年,全球约占有64%,近160MW的布建量。

此外,其它电池各有不同的特点,例如:有着价格优势的镍氢电池、高速充放电优势的超级电容等。而锂离子电池,则有可能在车用电池大量使用下,藉由规模经济拉低成本进入大型储能的应用市场。此外,在本次展会中,亦发现部分厂商开始应用锂离子电池于大型储能。整体来说,每种类型的电池各有自身的优缺点,必须就其特性找到适合的储能应用。

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图二 日本大型储能用电池示意图(
资料来源:日本经济产业省;工研院IEK(2010/03)

(一)新神户电机(Shin-Kobe Electric Machinery Co.)

新神户电机,系为日立制造所负责生产工业用锂电池的事业部。此次所展出的的大型储能电池较为特别,如图三所示的LL-W型大型储能用铅酸电池。此模块除具备一般储能功能外,更可以用于缓和风力发电系统激活时,产生的系统不稳定状况。整体规格如图三所示,大小为437×799×500 mm、电压 8V、电流可达1500Ah、电容量为12kWh,单价为40万日圆。以单支风力发电组约2MW的发电为基础,约需要1.3MWh的储电装置,故推算整体LL-W模块,约需432个。目前与黑潮(Kuroshio)风力公司合作,已实际设置于青森县五所川原市,以搭配16MW的风力发电总量。

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图三 新神户电机株式会社LL-W铅酸电池模块
资料来源:新神户电机株式会社;工研院IEK摄(2010/03)

另外,新神户电机亦展出专责用于储存电能的电池模块-LL(可用于太阳能或风力)模块及LL-S(用于太阳能)模块,个别的规格如表一所示。不同于LL-W型模块的配置方式,以风力发电100kW或太阳能99kW的发电装置来说,将搭配584kWh的储能电池,换算成模块约需要292个LL1000,整体电池储能设备的建置,预算近6,000万日圆。

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表一 新神户电机大型储能相关电池模块
资料来源:新神户电机株式会社;工研院IEK(2010/03)

(二)ELIIY POWER

ELLIY POWER是日本国内,相当被看好的的锂电池大型储能公司。最早系由日本庆应大学于2003年在一个ELiica的电动车项目中所发起,并陆续有近30家厂商加入此项目中。尔后在2009年,由Sharp、大和房屋工业等企业,集资101.6亿日圆成立,并公开上市。并于同年宣布确立锂铁电池技术,将用于家庭及工厂等大型储能需求。其中,将由住友大阪水泥(Sumitomo Osaka Cement Co.,Ltd.)提供正极材料磷酸锂铁粉末。而住友大阪水泥,在看好磷酸锂铁的前景下,将大幅扩充产能,预计于2011年,将磷酸锂铁由原先的150万公吨,大幅增加至1,000~2,000万公吨。

图四为此次展场中ELIIY POWER所展示的大型储能相关系统。图四右边为主要的电池模块,内含四个锂电池Cell。模块规格为192×175×128 mm,重量约2kg,能量密度为91 Wh/kg。图四左边的EPSS 8kWh 系统中需要8个模块。

ELIIY POWER预计2010年,将生产20万个锂铁电池Cell,主要用于大型储能。另外,此锂铁电池储能模块在实际设置方面,大多与地方政府合作,设置于学校、地方行政机构等,其它私人企业采用比率极低。

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图四 ELIIY POWER的锂电池整系统及模块
资料来源:ELIIY POWER;工研院IEK摄(2010/03)

(三)MAXWELL

MAXWELL,于此次展场中,展出许多3C与手工具机相关的锂电池模块。如图五所示。

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图五 MAXWELL用于3C及手工具机的锂电池Cell
资料来源:ELIIY POWER;工研院IEK摄(2010/03)

其中最受瞩目,当属应用于大型储能的超级电容模块。此BMOD0063P125模块,由于具有高速充放电的特性。有以下两种的应用状况。首先,一般大型风力发电及起重设备,此模块可以提供在发动的瞬间所需要的大电流。抑或是当大量发电电流产生时,此模块可成为后续储能设备的缓冲装置。

一般说来,单组2MW的风力发电设备,仅需要一个超级电容模块。以此模块为例,内含18个超级电容的Cell,整体模块规格,如图六所示,尺寸为619×425×265 mm,电压可达750V,最大电流为750A。但其单价也相当高,约为40.5万美元。

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图六 MAXWELL的超级电容模块
资料来源:MAXWELL;工研院IEK摄(2010/03)

(四)其它厂商

其它的大型储能电池模块厂商有相关的产品展出。兹统整如表二所示。

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表二 各厂商大型储能相关电池模块
资料来源:各厂商;工研院IEK(2010/03)

大型储能的电池选择,将走向复合式组合

一般说来,大型储能设备与再生能源的搭载相当密切。再生能源发电的运行中,对于储能设备,亦有着不同的功能需求。以风力发电来说,可以分为“激活瞬间”及“恒时储能”的需求,如图七所示。对“激活瞬间”的需求而言,重视的是储能设备的瞬间冲放电以及较高的安全性。而“恒时储能”的重点,则是稳定的储存能源及较低的安全性要求。

在展场相关的大型储能电池询价的过程中,可以发现整体单价的落差相当大。因此,可预期在未来大型储能于建置的过程中。将会是复合式的电池组合。

目前说来,瞬间冲放电的效率,超级电容还是首选,但近台币千万的单价。可能会使得在单一再生能源发电装置中,仅会搭载一个超级电容模块。另外,最近极具话题性的三元正极材料的车用锂电池,在其高效率表现下,也有可能应用于“激活瞬间”的需求。

最后,在“恒时储能”的方面,在设置的限制、要求以及电池的能量表现,不若车用锂电池苛刻。目前,可以发现,厂商倾向使用较便宜的电池种类,例如铅酸电池、镍氢电池等等。而锂铁电池,则希冀在车用锂电池带动的规模经济下,可将单价压低,以应用于大型储能。

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图七 大型储能用电池价格与功能示意图
资料来源:工研院IEK(2010/03)

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