Battery Japan 2010展透露的储能电池发展新趋势-电子工程世界

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.)

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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)

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(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。

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)

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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)