煉鋁業撐能源儲存,德國最大鋁廠要成為虛擬電池

作者 | 發布日期 2017 年 04 月 10 日 7:51 | 分類 能源科技 , 財經 follow us in feedly

煉鋁業耗用大量能源,過去一向被視為電網的沉重負擔,不過,許多學者專家很早就提出,煉鋁大量耗電的流程若能智慧調控,反而能成為「虛擬電池」,充當電網的穩定力量。如今德國最大鋁廠三鋁(TRIMET Aluminium)即將把這項理論付諸實行,為德國電網提供高達 112 萬度電力儲存容量的虛擬儲存資源。



虛擬儲存可說是能源儲存的能源效率最高的一種儲存方式,由於不涉及真正的儲存能源與釋放,虛擬儲存的「儲存效率」可高達 90~95%,當德國積極發展可再生能源,需要處理所謂可再生能源的不穩定問題時,虛擬儲存資源成為絕佳解決方案,比起真正的能源儲存技術,如俗稱「風穴」的高壓空氣儲能,或是電力轉換為天然氣的化學儲能,都更有經濟效益。

在各種能源儲存的解決方案中,煉鋁業更佔據相當好的戰略地位。煉鋁廠身為超級用電大戶,往往原本就直接接在電網的高壓網路中;相對的,若要建立大規模電網級能源儲存設施,譬如電池技術或「風穴」,還得興建連結到電網的輸配線路。煉鋁廠作為虛擬能源儲存,完全沒有新建高壓輸配線路的必要。

每煉出一噸的鋁,要耗費 1.4 萬度電力,可見其用電之鉅,三鋁身為用電大戶,先前就已經配合德國電力網路的需求反應計畫,當電力尖峰供給緊繃時,暫時將煉鋁爐離線,減輕負載。如今更進一步,將以虛擬電池系統和電網供需更緊密結合。

三鋁與北萊茵西伐利亞洲的伍珀塔爾大學技術合作,開發可調控供電卻能維持煉鋁電解槽能源平衡的技術,讓電力供應的改變不會影響電解槽內部磁場平衡,如今規劃投入 2 年期的工業級前導示範計畫,斥資 3,600 萬歐元,在其埃森煉鋁廠一條生產線上,改造 120 座煉鋁爐成為可上下調整用電量 25% 的虛擬電池。

煉鋁爐啟發液態金屬電池的研發

改造後的煉鋁爐因應電力網路的供需,隨時可調撥調整使用,不僅成為電網穩定的一大利器,本身也能緩衝電網的意外波動,可說一箭雙鵰。此次前導計畫改裝完成後,其虛擬儲存的能力,相當於一座中等規模的抽蓄水力發電廠。三鋁表示,若把德國四大煉鋁廠都改裝成虛擬電池,將擁有相當於德國三分之一抽蓄水電的儲能能力。

三鋁如今仍是家族企業,業務也還在成長,2015~2016 財務年度生產 77.5 萬噸鋁,較前一年增產 5%,每年用電量高達 110 億度規模,三鋁為了加入保護地球的行列,積極進行多種環保節能與綠能措施,包括回收 95% 的生產廢料再製,並在漢堡的煉鋁廠興建 3 架風力發電機。進行這次前導計畫的埃森廠,每年生產 30 萬噸鋁塊,也是當地最大工業雇主,虛擬電池成為埃森用來爭取 2017 年歐洲綠能首都的示範計畫。

煉鋁爐過去啟發了液態金屬電池的研發,美國新創事業 Ambri 就是從煉鋁爐得到靈感,因為煉鋁的過程等於儲存大量電力,而反轉煉鋁的過程,則可以放出所儲存的電力,使煉鋁槽本身就相當於高能量密度電池,Ambri 因此有了液態金屬電池的靈感,不過液態金屬電池使用上有諸多限制,例如不可搖晃,否則內部金屬分層若被打破,會引起短路而起火或爆炸,因而無法用在地震帶,又必須讓金屬處於熔融態,不僅提高製造與維護上的成本,也有潛在危險。

Ambri 雖然積極嘗試各種不同的金屬配方,以降低成本,但是至今仍未能推出具有經濟效益的產品。如今倒是煉鋁業本身先把煉鋁爐做為虛擬電池應用,比起設置液態金屬電池裝置為電網及能源儲存設施,直接使用虛擬電池技術,更為經濟實惠。

三鋁的努力,也可給我們一個啟示,隨著各種需求反應、虛擬電池等等智慧技術的發展,用電大戶並非只能是電網的沉重負擔,也可以成為電網的穩定力量。調節電網需求,並非一味追求擴增總發電容量,與需求端更緊密的連結,讓電網更智慧化調控,更有效率的應用資源,會是快速、省錢,又有效的辦法。

(首圖來源:TRIMET Aluminium)