巧用智能调控 “虚拟电池”实现节能降耗
日期:2017-04-12  来源:财经新报 作者:

  炼铝业耗用大量能源,过去一向被视为电网的沉重负担。不过,许多学者专家很早就提出,炼铝大量耗电的流程若能智慧调控,反而能成为“虚拟电池”,充当电网的稳定力量。如今德国最大铝厂三铝(TRIMET Aluminium)即将把这项理论付诸实行,为德国电网提供高达112 万度电力储存容量的虚拟储存资源。
  虚拟储存可说是能源储存的能源效率最高的一种储存方式,由于不涉及真正的储存能源与释放,虚拟储存的“储存效率”可高达90~95%,当德国积极发展可再生能源,需要处理所谓可再生能源的不稳定问题时,虚拟储存资源成为绝佳解决方案,比起真正的能源储存技术,如俗称“风穴”的高压空气储能,或是电力转换为天然气的化学储能,都更有经济效益。
  在各种能源储存的解决方案中,炼铝业更占据相当好的战略地位。炼铝厂身为超级用电大户,往往原本就直接接在电网的高压网路中;相对的,若要建立大规模电网级能源储存设施,譬如电池技术或“风穴”,还得兴建连结到电网的输配线路。炼铝厂作为虚拟能源储存,完全没有新建高压输配线路的必要。
  每炼出一吨的铝,要耗费1.4 万度电力,可见其用电之巨,三铝身为用电大户,先前就已经配合德国电力网路的需求反应计画,当电力尖峰供给紧绷时,暂时将炼铝炉离线,减轻负载。如今更进一步,将以虚拟电池系统和电网供需更紧密结合。
  三铝与北莱茵西伐利亚洲的伍珀塔尔大学技术合作,开发可调控供电却能维持炼铝电解槽能源平衡的技术,让电力供应的改变不会影响电解槽内部磁场平衡,如今规划投入2 年期的工业级前导示范计画,斥资3,600 万欧元,在其埃森炼铝厂一条生产线上,改造120 座炼铝炉成为可上下调整用电量25% 的虚拟电池。

  炼铝炉启发液态金属电池的研发
  改造后的炼铝炉因应电力网路的供需,随时可调拨调整使用,不仅成为电网稳定的一大利器,本身也能缓冲电网的意外波动,可说一箭双雕。此次前导计画改装完成后,其虚拟储存的能力,相当于一座中等规模的抽蓄水力发电厂。三铝表示,若把德国四大炼铝厂都改装成虚拟电池,将拥有相当于德国三分之一抽蓄水电的储能能力。
  三铝如今仍是家族企业,业务也还在成长,2015~2016 财务年度生产77.5 万吨铝,较前一年增产5%,每年用电量高达1,000 亿度规模,三铝为了加入保护地球的行列,积极进行多种环保节能与绿能措施,包括回收95% 的生产废料再制,并在汉堡的炼铝厂兴建3 架风力发电机。进行这次前导计画的埃森厂,每年生产30 万吨铝块,也是当地最大工业雇主,虚拟电池成为埃森用来争取2017 年欧洲绿能首都的示范计画。
  炼铝炉过去启发了液态金属电池的研发,美国新创事业Ambri 就是从炼铝炉得到灵感,因为炼铝的过程等于储存大量电力,而反转炼铝的过程,则可以放出所储存的电力,使炼铝槽本身就相当于高能量密度电池,Ambri 因此有了液态金属电池的灵感,不过液态金属电池使用上有诸多限制,例如不可摇晃,否则内部金属分层若被打破,会引起短路而起火或爆炸,因而无法用在地震带,又必须让金属处于熔融态,不仅提高制造与维护上的成本,也有潜在危险。
  Ambri 虽然积极尝试各种不同的金属配方,以降低成本,但是至今仍未能推出具有经济效益的产品。如今倒是炼铝业本身先把炼铝炉做为虚拟电池应用,比起设置液态金属电池装置为电网及能源储存设施,直接使用虚拟电池技术,更为经济实惠。
  三铝的努力,也可给我们一个启示,随着各种需求反应、虚拟电池等等智慧技术的发展,用电大户并非只能是电网的沉重负担,也可以成为电网的稳定力量。调节电网需求,并非一味追求扩增总发电容量,与需求端更紧密的连结,让电网更智慧化调控,更有效率的应用资源,会是快速、省钱,又有效的办法。(蓝弋丰)