2017年1月31日 星期二

2017年起獨步全球! 荷蘭火車100%靠風力發電


2017年起獨步全球! 荷蘭火車100%靠風力發電




▲創下全球綠能首例,荷蘭5500列火車全靠風力發電,實現零碳排。(圖/東森新聞,下同)
國際中心/綜合報導
環保意識抬頭,歐美各國都在積極利用再生資源,以減少對地球的傷害。有「風車之國」美稱的荷蘭,從16世紀起就懂得利用風力資源,到了21世紀的今天,荷蘭國家鐵路公司10日正式宣布,今年起所有火車將100%依賴風力發電運行,創下全球首例。
荷蘭1間能源廠商和國營鐵路公司簽約,加蓋風力發電廠,並透過輸配電系統,將風力轉化為動能 ,提供火車動力;這個計畫原先預訂要在2018年1月完成,目標是讓全荷蘭約5500列火車全靠乾淨能源支撐,但沒想到現在卻提早1年實現,成功讓荷蘭60萬名旅客每天都能搭環保火車,同時也讓荷蘭再添環保美名。

▲比利時目前也正著手改善大眾運輸的碳排。
目前各歐洲國家都在力拼減少碳排,像是比利時,2015年底也出現風力發電火車,每天有約170班列車行駛時由風力供電,佔每日總列車班數的5%;鐵路建設公司能源部經理表示, 如果火車使用煤礦或天然氣做為基礎電力,始終會產生碳排,但若改用風力發電,就能做到零碳排。
北歐國家積極對抗全球暖化,堪稱全球綠能先鋒,由於得天獨厚的優勢,整個北歐仰賴再生能源的比例已經超過6成,像是丹麥、芬蘭、挪威在內,全是風力輸出國家;其中,丹麥不但將這項乾淨能源發揚光大,甚至還把它當生意來做,賣了700MW(7億瓦)的電到瑞典去,是目前全球最重要的風力技術輸出國。
▼風力發電佔丹麥全國發電量4成,且供電高峰時大幅超過國內需求,因此能將外銷過剩電力。(圖/達志影像/美聯社)

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2017年1月19日 星期四

探索材料及技術可能 多方強化電池特性

探索材料及技術可能 多方強化電池特性


電池技術的發展,主要受到3C產品及日漸崛起的電動車及儲能市場的需求所左右。首先,在消費性電子產品所需的電池方面,近年由於手機等行動裝置幾乎是無止盡地追求性能提高及功能增加,因此對於電池長效性帶來更嚴苛的考驗,也就是要在現有的輕薄化設計中,以更少的電池提供更高的電容量,電池能量密度的提升幾乎已到了走火入魔的地步。

在2016年鬧得沸沸沸揚揚的三星Note 7電池爆炸事件,箇中原因就是Samsung集團旗下的Samsung SDI將電池體積能量密度一舉擴充至691Wh/L,導致電芯隔離膜厚度太薄,電池的不安全性升高。套句台灣電池協會理事長李桐進所言,「電池是需要呼吸空間的,不讓電池呼吸,當然就會出問題。」因此,如何透過材料及設計的改善,同時兼顧電池安全性及能量密度的提高,就成了電池廠商的主要努力方向。

輝能的「軟板薄型鋰陶瓷電池」採用固態電解質,且能自由彎曲,適合各種應用。
提高安全性  採用固態電解質

為了提高安全性,拿掉危險因子是最直接的解決途徑。在電池中,電解液就等同於易燃物,長時間的使用易產生漏液現象,進而造成燃燒或爆炸,大大危害安全,因此將電解液換為固態電解質,也就避開了電池燃燒爆炸的風險。

在安全性的訴求下,固態鋰電池已成為鋰電池研發的顯學,許多研究單位及業者皆已多方投入,例如工研院已積極開發下世代固態電池,核能研究所也投入研發「全固態薄膜鋰電池(SS/LiCoO2/Lipon/Li)」。

「全固態薄膜鋰電池」的正極、負極和電解質全部由固態材料組成,經由固態薄膜的層層堆疊組成,不會在短路時或長時間使用後發生漏液,造成燃燒或爆炸。

據了解,此一可撓式全固態薄膜鋰電池,為運用物理氣相沉積與蒸鍍的方式,利用可撓式基材製作,以射頻磁控濺鍍法控制鋰電池中正極薄膜與電解質薄膜結晶取向,再以蒸鍍法沉積負極薄膜,層層堆疊,並於最外層以不銹鋼熱封技術確保元件不受水氣與氧氣侵入,最終形成全固態薄膜鋰電池元件。

在台灣電池業界中,輝能科技所生產的鋰電池則是採用固態鋰陶瓷電解質取代電解液。不過,採用固態電解質雖能夠強化電池的安全性,然而固態鋰電池的內阻質偏高,卻會造成快充快放等效能無法與鋰聚合物電池相較,因此,在提高安全性的同時,降低內阻值也是一體兩面的課題。

在安全性的追求上,工研院與與史丹福大學合作開發的「可高速充放電的鋁電池」技術,則是將電解液的有機溶劑改換為無機溶劑,如此一來,即使遇到高溫短路也不會起火,移除了有機溶劑一旦發生短路時就容易起火的風險。此外,唯電科技的金屬氧化物超級電容甚至是採用無隔離膜設計,可大幅提高元件安全性。

搭配再生能源  儲能市場潛力大

除了3C產品外,電動車及儲能系統對於電池的需求明顯增長,且未來成長潛力龐大,皆促使電池產業將更多心力放在開發符合這兩大領域應用特性的電池產品,讓氫能燃料電池、鋁電池、甚至超級電容這些覬覦鋰電池市場的另類選擇,有了更大的空間可以發揮。

據了解,Tesla公司的Model3訂單已累積達50萬台,產值約新台幣5,800億,所需的鋰電池產值約新台幣2,000億,所需的電池材料產值約新台幣1,400億。在儲能市場方面,根據日本統計,全球電池儲能系統將由2015年的1,313億日圓,於2025年成長為7,423億日圓,目前儲能所使用的電池種類包括鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池、鋰電池等,其中又以鋰電池為主,佔有比例高達8成。

電池儲能的種類多,成本是大量應用的主要關鍵點,根據美國能源局(DoE)所提出的2020年儲能系統成本目標,希望電池儲能系統全壽期的使用成本能夠低於USD 0.1/cycle/KWh。

儲能系統的需求與全球追求再生能源的趨勢緊密相關。再生能源發電主要以太陽能光電及風力發電為主,而儲能系統的導入可以解決再生能源發電不穩定的問題。再者,大量再生能源饋入既有電網時,會造成局部電網電壓或頻率的變動,因此需要電網型儲能系統來讓電網出力平滑化(frequency regulation),以穩定電網電力的電壓與頻率輸出。

根據政府的宣示,台灣將於2025年邁入非核家園,而大量再生能源設備的建置,勢必需要搭配大量的儲能電池。由於電池儲能為內需市場,許多台灣業者也都寄望儲能市場的崛起能突破台灣電池產業無內需市場支撐的困境。

與鋰電池電動車爭輝  氫燃料汽車不容忽視

電動車的電池應用是另一個備受矚目的市場,尤其是TESLA的鋰電池電動車聲勢浩大,然而,我們不能忽視的是氫燃料電池車也有其優勢。

根據研調單位統計,近3年來燃料電池的出貨量都有超過50%的成長率,且預期未來5~10年成本大幅下降,預估燃料電池市場將從2013年的6.3億美元成長至2018年的25.4億美元左右,燃料電池產值正逐年擴大,將由利基市場進入主流市場,其中成長潛力最大的應用就是在車用市場。事實上,Toyota、Honda、南韓現代都分別於2014~2017年量產燃料電池汽車。

台灣過去汽車產業未有完整產業鏈與自主關鍵零組件技術,因此投入燃料電池汽車研發,需配合國際研發分工與產業整合,元智大學燃料電池中心主任翁芳柏的看法是以材料零件或次系統為可能產業投入領域,材料零件如金屬雙極板開發、電池組量產與組裝技術、高壓儲氫罐的碳纖材料與加工製程等。而系統整合技術則可考慮以電動機車或電動巴士為台灣產業可能進入的產業領域,因為此部分已有相對的產業基礎。

整體而言,在此全球反核聲浪高漲的情況下,建立穩定、安全、環保、價格低廉的電力來源已是刻不容緩,如何透過各種電池材料及技術的探索,打造乾淨能源的可能性,這是朝非核家園邁進的台灣需加緊思考的課題。


2017年1月10日 星期二

太陽能、風電比化石燃料便宜 30多國做到了

太陽能、風電比化石燃料便宜 30多國做到了


根據世界經濟論壇(World Economic Forum)發布的報告,由於投資增加、架設成本降低、乾淨能源政策到位和技術演進,現在已經有超過30個國家的太陽能和風電的發電成本低於傳統化石燃料發電。彭博新能源基金更預測,到了2025年,太陽能發電將會是全球均價最便宜的發電方式。
不過,儘管價格便宜,目前的投資仍然不足以對抗全球暖化的災害效應。全球再生能源投資目前只有《巴黎協定》目標1兆美元的25%,

再生能源轉捩點 更具商業利益

世界經濟論壇認為,對能源公司而言,這是對抗氣候變遷正式成為商業策略的轉捩點。
《英國衛報》報導,世界經濟論壇長期投資、基礎建設和開發部首長萊克斯勒(Michael Drexler)說,「再生能源已經來到關鍵的轉捩點,顯見逆轉全球暖化的時機已經到來。太陽能和風電變得非常有競爭力,而且成本持續下降。再生能源現在不只有利可圖,也是長期、穩定、抗通膨的投資標的。」
僅僅在十年前,太陽能發電每千度電(MWh)要600美元,相同發電量燃煤和天燃氣只要100美元。但是再生能源發電價格快速下降,今天相同發電量太陽能也只要100美元,風力發電只要50美元。
再生能源低廉的成本吸引許多公司設廠發電。根據太陽能產業協會(Solar Energy Industry Association)的資料,美國每一分鐘增加125座太陽能板,2015年再生能源投資增加到2860億美元,比前一年成長5%。

巴黎協定設目標 再生能源投資僅達1/4

儘管如此,世界經濟論壇的報告也指出,投資人和能源公司對再生能源的投資仍然不夠。
儘管價格便宜,目前的投資仍然不足以對抗全球暖化的災害效應。全球再生能源投資目前只有《巴黎協定》目標1兆美元的25%。不過由於投資背後的政治因素,說服企業投資綠能應該不至於太困難。
另一方面,世界燃煤協會(World Coal Association)執行長Benjamin Sporton則對此表示不以為然,「風力和太陽能只能產生間歇的電力。雖然部分再生能源科技近年成本顯著降低,但探討成本是否真的較低要從整體系統成本來看。」

2017年1月4日 星期三

太陽能電池植入皮膚供電,以後心律調節器沒電不需動手術更換了

太陽能電池植入皮膚供電,以後心律調節器沒電不需動手術更換了
科學家研發出一項新技術,發現將太陽能電池植入人體皮膚來為體內的醫療裝置供電,是可行的方法。瑞士伯爾尼大學醫院(Bern University Hospital)與伯恩大學(University of Bern)組成的研究團隊,研發了可穿戴在手臂上的太陽能測量裝置,裝置內配有大小為 3.6 平方公分的太陽能電池,面積小到能夠植入體內,且還能量測太陽能電池產生的電力輸出為多少,而在太陽能電池上,放上了濾光片以模擬皮膚的特性及其對光源的影響。
研究團隊找了 32 個自願實驗者,在一年的 4 個季節中,分別穿戴該裝置一周的時間以進行實驗。實驗結果發現,無論是一年內的哪個時節,即使實驗者交回的太陽能電池所產生的電力為最低者,平均下來,也能產生 12 微瓦(microwatts)的電力,比一般心律調節器所需的 5 至 10 微瓦還來得高。
研究人員 Lukas Bereuter 認為,整體來說,目前實驗結果證明,利用這種模式所產生的電量,足以供應心律調節器持續運作或是延長其他植入人體醫療裝置的使用壽命,「透過太陽能電池這種能量收集裝置來供電植入性醫療裝置,未來將能避免裝置須反覆做更換的問題,甚至使這類醫療裝置的體積大幅縮小」

方便性、能量密度、安全性、應用場景等各方面表現都更優異的奈米液流電池最終能打敗鋰電池嗎?

  當莫妮卡開著她的電動車前往母親家時,車上的電池指示器顯示需要重新充電。她在一個充電站停下來,在加油站刷了信用卡,把噴嘴插入車內,並在5分鐘內將400升用過的奈米液體換成新的。在她等待的過程中,一輛油罐車開過來為充電站補充燃料,交換數萬升充滿電的燃料。莫妮卡關上她的電動車的加油...