能源轉型關鍵時刻,工研院以綠能創新技術,攜手產業航向綠金新藍海

作者 | 發布日期 2018 年 11 月 30 日 12:23 | 分類 太陽能 , 科技政策 , 能源科技 follow us in feedly

全球綠能科技產業迅速成長,彭博財經指出,預估從現在到 2050 年,再生能源總投資金額將達 11.5 兆美元。為接軌國際綠能趨勢,以及達成 2025 年再生能源發電量占比達到 20% 的目標,工研院成立「電網管理與現代化策略辦公室」,專注電網管理,促成電力永續,昨(29)日更展示五項以綠能科技促成電力永續的關鍵技術;成果包括:一年省下 155 萬電費的微電網測試系統場域、讓廢棄物變黃金的沼氣發電、低碳節能且智慧化的綠色工務所、國內唯一智慧自動化氫燃料電池產線,以及全球第一顆可商品化的鋁電池等五項創新技術。這些成果除了榮獲全球百大科技研發以及愛迪生獎肯定外,並實際與大廠順德、大同、中油、以及環保署合作,促進能源轉型。




工研院院長劉文雄表示,推動能源轉型、邁向低碳能源社會,已成為國際主流趨勢。但由於電力的穩定是台灣經濟發展與民生需求的基石,推動電力系統升級、維持電力品質及供電穩定度就變得相當迫切。在面對能源轉型所涉及的議題上,如再生能源的引進與整合、電網現代化、推動需求面管理、電業自由化等,就需要建立「人人關心、人人有責」的認知,共同擔起電力永續發展的責任。此次展現的技術亮點及成果也顯示工研院以綠能技術能量,引領台灣在能源轉型的關鍵時刻,向新一波綠能經濟推進的決心。

▲ 工研院「電網管理與現代化策略辦公室」昨(29)日與媒體進行南台灣綠能科技之旅,工研院以綠能技術能量,引領台灣在能源轉型的關鍵時刻,向新一波綠能經濟推進的決心。左起為綠能所梁佩芳組長、電網辦公室副主任王人謙、綠能所所長胡耀祖、工研院院長劉文雄、電網辦公室技術長盧展南、傳播處處長林佳蓉。(Source:工研院)

工研院在 2017 年底,率先進駐國內首座綠能科技試驗場域──「沙崙智慧綠能科學城之綠能科技示範場域」,以「創能」、「儲能」、「節能」、「系統整合」四大主軸的綠能關鍵技術,串聯產學研資源,並藉示範場域協助業界驗證技術,打造綠能創新產業生態系。目前已鎖定超過 10 項最具商業化潛能,且可望快速產業化的綠能技術進行量產化建置,包括染料敏化電池、鋁電池、太陽光電多元應用示範系統、節能元件示範生產技術平台等,進駐綠能科技示範場域。此次展出的關鍵技術或研發成果包括以下五項:

微電網系統測試場域:兼具儲能與能源管理,年省 155 萬元電費

工研院在六甲院區建置旗艦級的微電網系統測試場域,面積僅半個足球場大,卻為工研院六甲院區一年省下百萬電費,節能效益相當可觀。工研院六甲院區的微電網系統測試場域,年發電量約 517,632 度電,占前一年負載用電量的 28%,若以一度電 3 元計算,一年能為六甲院區省下 155 萬元。

這套微電網系統測試場域,不只是太陽能板,還包含儲能設施,以及能源管理系統,技術關鍵就在於如何智慧調控能源配置。以六甲院區為例,假日無人上班但太陽能板持續發電,透過能源管理系統智慧化管理,藉由預測及預先排程方式,調節儲能設施讓太陽能電力儲存下來,並在適當時間進行放電,可以增加每日 300 度電的利用;平時的工作日每到中午時段為用電高峰,太陽能同時發揮效益,此時利用能源管理系統進行負載管理,便能減少尖峰時段使用台電電力約 50kW。這套技術吸引帛琉總統親自遠道前來觀摩,目前已與億鴻、大同、中油、裕隆、廣隆等廠商合作,協助解決未來將要面對的再生能源儲能問題。

▲ 工研院六甲院區僅半個足球場大的微電網系統測試場域,為工研院六甲院區一年省下逾百萬電費,節能效益相當可觀。(Source:工研院)

乾式厭氧醱酵技術:廢物煉金術,落實循環經濟願景

沼氣來自於厭氧微生物分解有機物,主要以甲烷氣為主,若沒有經過收集、處理,不但有臭味還可能危害人體,甲烷更是比二氧化碳更嚴重的溫室效應氣體。台灣可利用的沼氣來源,主要包含畜牧業廢棄物、廚餘與農業廢棄物等,工研院的乾式厭氧醱酵技術,能將廚餘等廢棄物轉化成能源。此技術除針對含水率較低的廚餘、果菜等轉化產生沼氣外,若再結合發電機或燃料電池進行沼氣發電,是典型的循環經濟成功範例。此外,產生沼氣也將產出品質較佳的沼渣、沼液,成為農作物的有機肥料。

目前這項技術全球都在積極推展中,在歐洲除了發電利用,更有多國採用純化沼氣發電的公車。在台灣,目前此技術主要協助傳統堆肥場升級成能源中心,讓堆肥場的禽畜糞、果菜廢棄物除了能維持原本的有機肥料生產,更可大幅降低惡臭問題和生產綠能。為了鼓勵沼氣發電,目前經濟部、環保署和農委會均對沼氣發電進行不同之獎勵補助,以經濟部再生能源發展條例而言,沼氣發電躉購費率連年提高,目前為每度 5.0161 元。在政府的獎勵政策之下,加上工研院開發高效率之關鍵技術,對有機廢棄物點石成金,不但解決環保問題,更提供綠能新選項。

綠色工務所:低碳節能的智慧生活體驗場域

沙崙智慧綠能科學城中之綠能科技示範場域的綠色工務所,以工研院長期研發的綠能科技實際投入建置,並使用潔淨能源,進行智慧電力調度,提供了民眾智慧綠色生活之體驗場域以及綠能產品驗證平台。

現場展示多項產品技術包含:智慧舒適環控風扇、智慧 LED 照明情境、採直流供電的燈具與風扇、外轉子吊扇、節能整合窗、銅電極太陽能模組、智慧能源管理系統等。舉例說明:外轉子吊扇—之技術特點為以外轉子無刷直流馬達,結合驅動控制器、晶片模組等技術,開發具有高效率、低轉速的 DC 變頻吊扇。此款高效率 DC 變頻吊扇比起傳統 AC 吊扇,除了使用上的舒適度外,更可節電約 50%。目前已與國內風扇系統廠商,如嘉隆實業、鈞泰工業、宏鋅、立錡科技公司技術合作。此外節能窗,可同時提供遮陽、導光、通風、視覺等多種功能,除了可協助照明與空調節能,另搭配被動式通風扇,可改善室內空氣品質;此為清展科技公司開發,工研院推廣。還有在同一個空間中使用者可以依個人需求調節的智慧 LED 照明。透過智慧無線裝置 WiFi 以及 APP 就可自行調整光線亮度及色溫,是便利又具人性化的設計,此技術整合了 LED 節能燈具、智慧電源以及情境控制 APP,效率比傳統照明節能 60% 以上。目前已與喬奇股份有限公司合作產品開發。

▲ 工研院綠能所所長胡耀祖於沙崙智慧綠能科學城之綠色工務所,展示染敏拉簾之綠能科技。(Source:工研院)

氫燃料電池技術:結合國內大廠 成立國內唯一智慧自動化產線

電信基地台若因颱風或天災斷電,手機將因沒訊號而完全通訊中斷,此時就得靠基地台的備用電力,過去業者使用鉛酸電池或是柴油發電機供電,電池因壽命較低得定期更換,造成維運管理困擾;也因柴油發電機的味道與噪音影響民眾。氫燃料電池並非生活中常用如鋰電池之充電電池,而是電化學的發電機,與傳統的柴油發電機 30% 發電效率相比,其發電效率可達 40% 以上,如回收其熱能再使用,效率更達 90% 以上。氫燃料電池建置成本雖較高,且對環境友善、低噪音,因此成備用電力較佳選擇。

氫燃料電池因其發電效率高且低污染特性成為新興能源寵兒,在經濟部能源局支持下,工研院與國內氫燃料電池製程技術的三大關鍵廠商禾新、揚志及碳能,共組產業研發聯盟,建立一條從設計到組裝全國產化的燃料電池組試量產線,也是全台灣唯一智慧自動化的生產線,藉由工研院的關鍵技術轉移,協助產業從傳統金屬沖壓廠商,升級為綠能科技廠,厚植進軍國際能源市場的本錢。

▲ 工研院與國內氫燃料電池製程技術的三大關鍵廠商共組產業研發聯盟,建立一條全台唯一智慧自動化的生產線。(Source:工研院)

可高速充放鋁電池技術:連獲兩國際大獎,十年產值上看百億

工研院研發出突破性可高速充放鋁電池,2016 年獲全球百大科技獎,2017 年再度贏得愛迪生獎殊榮,並吸引如 Discovery 等國際媒體報導,這項關鍵技術的創新之處在於,打破了過去鋁電池放電電壓低、壽命極短的缺點,並生產出全球第一顆可商品化的鋁電池。工研院的鋁電池技術,以石墨為正極,鋁做負極,電解液為不可燃性質的離子液體,並具有五大優勢,包含長壽命、低成本、高安全性、環境友善、可高效率快速充放電。特別在民生用途上,許多電池因材質與結構問題有爆炸危險,但工研院的鋁電池材質無毒、安全且經破壞穿刺亦不會有爆炸反應。

目前工研院成功降低鋁電池製作成本,並在實驗室試量產,短期目標是取代鉛酸電池,中期則布局於儲能市場,目前已規劃於沙崙綠能科技示範場域及高鐵台南站之間示範 10 台電動自行車載具,該自行車只需充電 12 分鐘就可以跑 15~20 公里。未來鋁電池技術將應用於汽機車電瓶電動市場、電動機車或自行車電池以及穩定再生能源之儲能設備,此三項應用市場估計十年內國內產值上看百億元,潛力無限,可望再創台灣綠能產業之新里程碑。

(首圖來源:工研院;圖說:工研院生產出全球第一顆可商品化的鋁電池,規劃於沙崙綠能科技示範場域及高鐵台南站之間示範 10 台電動自行車載具,該自行車只需充電 12 分鐘就可以跑 15~20 公里。)