太陽能發電系統的氫儲能發展

一般電力的供應有基載、中載交尖載的問題,目前在台灣主要的基載電力來自燃煤(氣)的火力發電及部分核能發電,然而火力發電二氧化碳的排放嚴重,而核能發電則大部分民眾有疑慮。許多人則建議用風力發電及太陽能發電等再生能源來取代,當然風力發電及太陽能發電等再生能源對減少二氧化碳的排放有極大助益,但這些再生能源係屬尖載電力,如太陽能發電在一天24小時中僅能估算3~4小時的發電效益,無法直接補充大量基載電力的需求。為解決再生能源的儲能問題,一些積極推動潔淨能源的國家如德國、英國、丹麥、西班牙、美國等均積極發展Power to Gas或Renewable Gas,即從氫儲能的概念來看,如能將多餘的風力發電及太陽能發電等再生能源應用於電解水產生氫氣儲存,氫氣可做為穩是的氫能的儲存的基礎並應用於氫能發電,則有機會大量補充在基載電力的問題,這應該是目前補足台灣核電缺口最可行的方案。所以在調整台灣能源結構方面,氫能將扮演很重要的作用。

目前台灣的能源有進98%是靠進口,即煤、石油、天燃氣及核能等台灣主要能源的原料與技術等均需依賴進口,但考量台灣在太陽能電池的產業能量佔世界第二,然而台灣在太陽能發電系統的建構方面卻顯得保守,台灣廠商生產的太陽能電池大部分是外銷,未能將台灣己建立的優勢能源產業在台灣充分應用,確實可惜。當然有些人會認為太陽能發電成本偏高且由於發電時空不穩定使其應用價值大為降低,但考量台灣的能源有進98%是靠進口,而太陽能發電是潔淨能源且太陽能在自然界取之不盡用之不竭,為何台灣不充分運用? 先進國家發展的Renewable Gas(Solar Gas) 應是值得我們借鏡。首先,氫可以將可再生能源的多餘電力儲存起來;其次,氫可以將太陽能的不穩定的尖載電力供應變成優質穩定的基載電源;此外,氫能還可將太陽能的電變為氫能車的動力。可以說,氫氣儲能是連接太陽能和用戶的最好橋樑,將不穩定的可再生能源轉化為穩定的氫能,再將氫能用於汽車或是發電,達到調整能源結構的目的。氫能的主要利用方式是燃料電池,通過電化學反應直接將化學能轉化為電能,能量轉換效率很高。氫燃料電池的發電效率也高於常規發電技術。在發電功率1~100MW的範圍內,燃料電池的效率可達到50~60%,相對傳統能源,氫能的利用大大提高能源利用效率,且在能量轉換過程由氫與空氣中的氧產生作用因而產生能量與排放水,不會有CO2排放。因此發展太陽能發電系統的氫儲能,從而減少化石能源的使用,最終實現能源的低碳化,減少CO2排放,對台灣未來電力的供應將有重大意義。

作者介紹

黃得瑞
黃得瑞教授為國立東華大學 光電工程研究所 講座教授兼 能源科技中心/台灣東部產業發展研發中心/創新育成中心 主任 專長:1.綠色能源 2.光資訊儲存 3.磁性技術 4.數位視訊