【INHERITAGE】傳遞優質生活美學 - 領略頂級生活的極致品味

步步進逼的氣候危機加上 311 福島核災後的廢核熱潮，各國積極推動能源轉型。根據國際能源署的分析，2020 年全球已有 29% 電力來自於再生能源，其中的 30% 來自太陽能和風力發電。但若是要達到 2050 淨零碳排（Net-zero emission）的目標，再生能源發電比重需達到 90%，且其中有 70% 需來自於太陽能和風力發電。然而，這兩種能源屬於間歇性發電，受到地形、季節、天候影響，發電量隨時在改變，如何成為基載電力來源呢？

鋰電池儲能比現行方式更具效益

電力公司現行作法是透過抽蓄水力儲能和燃氣機組彌補太陽能和風力發電的缺口。抽蓄水力儲能升載時間約 3~5 分鐘，單一廠儲存容量最大可達 3GW，適合對應大規模週期性地儲能需求。不過建設完全依賴地理條件，對環境也會造成不可逆的傷害。目前多數的可開發地點都已經飽和，未來發展空間小。燃氣機組升載時間需 30 分鐘，且會排放甲烷，溫室效應值比二氧化碳高上 30 倍，不利於減緩氣候暖化。
當前最受青睞，技術發展最成熟就屬鋰電池儲能，全球新增儲能設備中有超過 8 成採用此技術。優勢是不受地形限制，可就近架設於發電端以減少電力傳輸耗損，並具有快速反應的特性，數秒鐘就能充放電，有助於電力傳輸平滑化，降低電網調度壓力，還能起到「削峰填谷」的作用，將發電高峰期過剩的電儲存後於離峰期使用，減少棄風棄光效應。

高昂的成本卻使裝機意願低落

考量投資成本和經濟效益，多數電廠會以再生能源裝置容量的 10% 作為鋰電池儲能設備的容量基準。目前全球太陽能和風力裝機容量約 1400GW，全球定置型鋰電池儲能卻只有 15GW，儲能容量和發電容量的比例僅 1%。最根本的原因是鋰電池儲能設備價格高不可攀。電網級規模的鋰電池儲能設備平均建置成本約每千瓦時 350 美元，而家戶型儲能設備裝機成本超過每千瓦時 500 美元。
因此，即便太陽能的平均發電成本已略低於燃煤發電，加上儲能反成為一樁不划算的生意。根據投資銀行 Lazard Ltd. 的資料，太陽能電廠平均發電成本為每千瓦時為 0.03~0.04 美元，加上儲能後總成本上升到每千瓦時 0.08~0.14 美元，是燃煤發電的兩倍以上。
若是一般家戶用設備，太陽能加上儲能的平均發電成本高達每千瓦時 0.4~0.5 美元，甚至高於全球最高電價德國的每千瓦時 0.37 美元，用戶在發電離峰期直接使用電力公司供電更划算。

技術發展加上政府補貼，成本可望快速下降

為了提高儲能設備普及率，各國政府已制訂各種政策和提供補貼。例如，中國強制規定新增的再生能源發電設備需要搭配 5%~20% 的儲能裝機容量，德國提供最高 3,000 歐元的裝機補貼，日本也補貼用戶三分之二的裝機費用。美國政府更在 2021 年 8 月底宣布要投入 60 億美元於儲能產業，致力在 10 年內將電網級儲能的成本降低 90%。這個目標雖極具挑戰，但也非毫無希望。太陽能板價格在 2009 年曾高達每瓦 3.3 美元，卻在短短 5 年暴跌至每瓦不到 1 美元。當時太陽能產業是最炙手可熱的產業，吸引了全球龐大資金。隨著轉換效率和生產技術提升，加上中國政府對當地企業提供高額補貼，全球產能在短時間內暴增數倍，最終導致產能過剩並引發破產潮。隨著成本大幅降低，各國的太陽能發電裝機量也迅速成長。
如今鋰電池產業同樣站在浪潮上，各地資金紛紛投入。專業研究機構 Wood Mackenzie 預估，全球鋰離子電池產量至 2028 年會成長 4 倍之多，將帶動儲能成本快速下滑。根據美國國家可再生能源實驗室（National Renewable Energy Laboratory）的分析，鋰電池儲能建置成本至 2030 年會降至最低每千瓦時 140 美元。UBS 樂觀預估，再生能源發電和儲能的成本下滑，政府的儲能裝機補貼，以及化石燃料發電成本上漲等多個因素交互作用下，最快 2030 年「再生能源＋儲能」和「化石燃料」的發電成本就會迎來「黃金交叉」點。

「循環再利用」或許是更好的選項

業界正在研究把電動車汰換下來的鋰電池用於定置型儲能裝置。電動車平均每 4~6 年需要更換鋰電池，但退役的鋰電池的容量還剩 70%~80%，且能有 5~8 年的使用壽命，雖然不再能夠推動車輛，但仍可用於儲能設備。研究指出， 2021 年到 2030 年間全球廢棄電動車鋰電池的總容量達到 368GW，足以滿足所有再生能源的儲能需求。而且二手電池的成本只需要新電池的一半不到，儲能設備成本可大幅降低。
目前已經有數家公司進行試驗中。義大利國家電力公司（Enel Group）在一個位於西班牙的儲能裝置中使用了 90 顆從日產（Nissan）的 Leaf 電動車汰換下來的鋰電池 ; 英國的儲能設備製造商 PowerVault 也和法國雷諾車廠（Renault S.A.）合作，將退役電池用於家庭儲能系統中。只要能克服舊電池芯穩定度的問題，這套商業模式有機會能成功，一舉解決電動車鋰電池回收和環境污染問題，儲能成本也將大幅降低。結合科技創新與新商業模式，全球 2050 年淨零碳排的目標並非遙不可及，是真有實現的可能。

「乾淨」且「不間斷」的能源或許非夢事

除了持續改善再生能源和儲能的效率和成本，科學家也一直在發展新的乾淨能源，其中核聚變發電備受關注。核聚變或稱核融合（Nuclear fusion），是將兩個較輕的原子核碰撞後產生較重的原子核，過程中產出的熱能可以用來發電，不但不會製造溫室氣體，且能持續不斷運作。運轉時最主要的燃料是氫和水，均是能輕易取得的原料。只要 1 公克的氫燃料，就能產出約等同於 10 噸煤所提供的能量。不同於目前的核能電廠所採用的核分裂技術會產生永久性的核廢料，核聚變發電所產生的核廢料半衰期極短，安全性大幅提高。目前最大挑戰是要讓反應爐中的電漿維持長時間的高溫，才能使核聚變反應持續進行並轉換成電力輸出。
目前中國、美國、法國、英國等都非常看好這項技術並投入龐大資源。2020 年 7 月由全球七大經濟體共同合作興建，造價高達 200 億歐元的全球最大核融合反應爐「國際熱核融合實驗反應爐」（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）已經開始動工，預計 2025 年可投入實驗。中國近期也取得重大進展，中國合肥物質科學研究院的先進超導托卡馬克實驗裝置（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST）成功創下將氫電漿加熱至攝氏 1.2 億度並維持 101 秒的世界紀錄。美國麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology）最近也宣布研發出「超導磁鐵」，有助於將反應爐的電漿長時間維持高溫。這些令人振奮的紀錄顯示核聚變發電正快速發展中，雖然不能減緩當前的氣候變遷危機，但未來發展令人期待。如果人類能駕馭這樣的技術，將帶來取之不盡的能源，維持地球的永續發展。