【綠色觀點】儲能概念股夯,但你對儲能系統了解多少?

儲能概念股成了新明牌,但投資之前你對儲能系統了解多少呢?
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本文作者陳貽評,專長電力系統與微電網系統,人生的精華歲月躬逢其盛遇到第一波儲能系統商業應用爆發期,參與建置臺灣第一套大型電網級儲能系統(高雄永安案),另一案屏東林邊智慧微型電網則獲得 2015 年 APEC ESCI 智慧電網銀質獎,開發專案擴及菲律賓與印尼等,現任大同大學電機系兼任助理教授及綠學院綠色帶路人。

原文刊登於綠學院,INSIDE 經授權轉載。

股市頻創新高,全民瘋股票,許多媒體順勢提出什麼幾大明星產業、什麼什麼概念股,日前朋友因為知道我在儲能產業裡工作來打聽哪支股票可以買,我才赫然發現儲能概念股已經名列投資建議榜首!

儲能概念股夯,但真相是,你根本就不太懂儲能,也不太懂儲能系統的上中下游供應鏈,你在買儲能的什麼商機都不知道,就隨便拿自己的錢開玩笑。

我在人生的精華歲月躬逢其盛遇到這幾年儲能系統商業應用爆發期,參與建置臺灣第一套大型電網級儲能系統,算是少數有資格替儲能說話的。因此,我將從實務經驗的角度,為你建構系統性的儲能系統知識框架,協助你正確判斷商機的落點,助攻所有不在儲能產業、但想要透過投資分享紅利的你。除了投資之外,這篇文章對想要採購儲能系統的公司也會非常有幫助,可以協助正確決策,大幅減少你探索及試錯的時間、金錢等成本。

大型儲能系統像是水庫居中做個「削峰填谷」調節,水庫是一套複雜系統,儲能自然也不例外。儲能系統從原材料到系統可以分為七層,有些會拆分成更少或更多,我建議不需要花時間糾結在分幾層上,這種糾結拿來搞學術可以取得相當的成就,但這裡主要是為了讓你方便理解。我們將專注在最廣泛應用的鋰電池儲能系統,如果你想要了解更多其他種類的儲能電池,你可以回頭看綠學院的系列文章

我們現在立刻來替儲能系統開箱!請先花一分鐘看下面這張圖:

儲能系統。資料來源:盛齊綠能

儲能系統第一層:原材料及電池材料

儲能系統需要電池作為基礎。原材料主要是礦區,電池材料指的是正極、負極、電解液、隔膜,上圖沒有顯示出來,倒是在《如何判斷電池技術大突破是世紀大騙局還是真革命?》一文有各種材料與原理的完整說明。這裡基本上各家都已經有了各自的站位,競爭較不易,且上游的資本密集度很高,要在這裡存活,口袋得很深。可能有的機會落點在電解液、隔膜這兩塊。

儲能系統第二層:電池芯 (Cell)

把這些電池材料組合在一起,就成為電池芯。雖然每個設計差異很大,不過為了簡單理解,一個 1MW 儲能系統大約會有 14,000 顆電池(以 20 安時為例),大概是十台特斯拉電動車 80,000 顆電池的容量,只不過儲能系統用的電池比電動車的大很多。

目前電網與電動車的應用場景中,鋰電池的正級材料大體上可以分成三大類:鈷酸鋰 (LCO)、磷酸鐵鋰 (LFP) 與三元材料 (NMC)。臺灣及中國大陸因為追求 CP 值,以磷酸鐵鋰、俗稱鋰鐵電池為主;日本 Panasonic 與韓國 LG/Samsung 則是三元材料、俗稱鋰三元,這讓他們在電動車市場很吃香。除材料分類不同之外,同廠牌的電池又會區分不同規格、等級,適應不同的應用場景,如果不是行內人,一定眼花撩亂。

很多人喜歡幻想臺灣能出現一家世界級的電池芯廠,這是不實際的。臺灣市場小,研發出來也沒什麼市場,而電池需要大量的訂單才有試錯和調整的機會,再加上大陸電池芯競爭已經非常激烈,想要彎道超車已經太遲了。

儲能系統第三層:電池模組 (Pack)

每個電池芯就像是軍中的單兵,不可能靠著單兵就可以行動,不過可以把很多電池芯串併組合在一起成為模組,一個電池模組通常至少有 100 顆電池,這樣管理比較方便。

模組廠就是負責這段的組裝技術,他們在製作模組時,會建立第一層小型電池管理系統,並將消防防護機制也設計在內,以防止電池芯之間的延燒,這部分同時也是通過國際安全認證如 IEC、UL 重要的一環。這裡同樣資本需求密集度高,因為這樣才有經濟規模與價格競爭力,而且你還得知道要賣到哪裡去,否則累積大量庫存,公司很容易周轉不靈。

儲能系統第四層:電池機櫃及電池管理系統 (Rack and BMS)

把 14~21 串電池模組像抽屜一樣收起來,就是電池機櫃,為了要管理電池芯和模組,需要更高一階的電池管理系統,給電池命令,他才知道要怎麼行動,電池管理系統也會時時檢查每顆電池芯的狀態,並盡量維持電池芯之間的平衡。大部分生產到電池機櫃等級的公司,都會附上電池管理系統當成是服務的一部份,購買者不需要自己開發,以免你拿去亂用不小心燒起來,為了賠償問題大家吵不完。

儲能系統第五層:功率調節器 (PCS)

功率調節器是連接電池機櫃與電網應用的關鍵,它可以雙向轉換,放電就是將電池的直流電轉換成一般電力公司的交流電,充電則是把一般電力公司的交流電轉換成電池的直流電儲存起來。需要跟電網溝通的機器設備都需要雙向轉換的功能,只是看是用什麼方式做,例如電動車就是靠著充電樁,可以把交流電轉直流電,或是反向直流轉交流。

功率調節器需要連接電池管理系統和下面會提到的能源管理系統間的各種通訊,資料採集和傳輸量的複雜度相當高。臺灣只有少數公司銷售功率調節器,國外則有很多成熟的品牌可以選擇,相對來說機會較小。

儲能系統第六層:能源管理系統 (EMS)

不管是節能、創能、儲能、智慧系統整合,只要牽涉到許多用電設備、發電設備、儲能設備等之間的整合工作,都需要一個能源管理系統,儲能系統自然也不例外。

在儲能系統中,能源管理系統是涵蓋控制器的整套監控系統,除管理功率調節器何時充放電,還包含監視電池儲存的環境溫溼度、消防系統、門禁系統等,相當於儲能系統的大腦。能源管理系統要能跟電池管理系統、功率調節器對話,若調度地不好,就可能出現安全設計上的漏洞,這也是韓國儲能電池起火事故的原因之一。

各種應用場景需要不同的能源管理系統,很少有電池廠或模組廠能把手伸這麼長,因此能源管理系統算是較有商機的一塊了。要注意的是,有時我們會看到一些標題類似「EMS 廠搶進商機」的新聞,這時要小心分辨它指的是電動車 EMS 還是儲能 EMS,電動車 EMS 廠做的是車用電子零組件,像是車上的儀表板、觸控面板等,這跟儲能 EMS 做跟電網溝通的工作是有差異的。

儲能系統第七層:儲能系統及系統整合 (SI)

買儲能系統不像是買電動車,更多時候你需要的是客製化設計,畢竟每個需要儲能系統的應用場景都不同。因此你需要選擇一個系統整合商來替你把整套儲能系統組裝起來。系統整合商通常會開發能源管理系統,以確保它採購來的各式零件,能達成優秀的執行品質。

恭喜你,你已經完全理解儲能系統了!下一篇,我們來分享如何成功說服老闆買儲能系統。

責任編輯:Mia
核稿編輯:Anny

延伸閱讀:



開發者享受 CI/CD 價值!運用 Amazon EKS 整合 GitLab 創建自動化部署

企業如何在 Amazon EKS(Elastic Kubernetes Services)上使用 GitLab 創建自動化部署,減輕人力負擔,提升專案服務運作效率?
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所謂現代化智慧 IT,所有工程師最希望的境界,莫過於只要輕鬆點幾下設定,系統就會自動跑起來,管理者再也不用隨時待命在機台旁邊,從此工作悠哉又快樂!儘管這樣情境還沒到來,但隨著敏捷式開發的流行,除了 DevOps 人員,有越來越多開發者將 CI/CD 概念融入到工作流程當中,例如從 build code、執行 unit test、到部署應用程式。

打造第一個在 AWS 上的應用程式

上述種種反覆步驟自動化執行,也就能提昇服務品質、主動通知開發人員以減輕人力負擔,讓專案服務能持續運作。

其中,GitLab 是執行 CI/CD 常用的工具之一,也是開發者使用程式碼儲存庫的地方。為了讓 GitLab Runner 在雲端快速實踐 CI/CD,《AWS 開發者系列》透過影片分享,如何在 Amazon EKS(Elastic Kubernetes Services)上使用 GitLab 創建自動化部署。

以下節錄工作坊影音內容,幫助開發者快速理解如何運用 Amazon EKS 的高可用性且安全的叢集,將修補、部署節點、更新等關鍵任務,全部做到自動化設定。同時影片也會示範 Amazon EKS 搭配 GitLab 如何展開自動部署,幫助工程團隊實踐 CI/CD 價值。

Amazon EKS 對容器管理輕鬆簡單、維運省時省力

容器化服務越來越興盛,當容器(Container)越來越多,在複雜的微服務(Microservice)系統環境之下,運維團隊的管理成本可能相對會增加不少,為了有效調度容器部署, 導入Kubernetes 無疑是近年企業熱門的話題之一。

建構 Kubernetes Cluster 流主要可區分兩大塊,一是安排容器調度的Control Plane、另一則是容器運行時需要用到的 Worker Node。

Control Plane 裡面涵蓋有儲存狀態的 ETCD、CoController manager 、Scheduler 的調度管理、甚至是操作時進行互動的 APIServer,若是自己創建 的 Kubernetes Cluster ,需要自己安裝這些元件,後續仍需要對 Control Plane 進行相關管理、維護、升級工作。為了減少上述 Components 的繁複維護,在透過 AWS EKS 代管的 Kubernete Control Plane 部可以獲得以下三大好處。

透過 AWS 增加雲端技能 在組織發揮影響力

Amazon EKS 一鍵式部署,展現三大優勢

第一,Amazon EKS代管的 Control Plane實踐了跨AZ的高可用部署,使用者不需要擔心單一節點故障的風險。

第二,Amazon EKS 支持至少四個 Kubernetes版本,持續跟進每季 CNCF 的發佈,同時 EKS 也完全符合上游 CNCF 規範。

第三,部署 Amazon EKS 之後,可直接使用 AWS 平台上現成的服務工具,在安全性管理、網路設定方面,可以做到無縫整合。

最後 AWS 台灣解決方案架構師也提到,若想在容器環境進行 CI/CD 及應用程式的管理,可以進一步透過 IaC 整合部署 Amazon EKS 叢集,透過使用 Console、把 EKS 變成 Cloudformation 的模板、使用 AWS 所開發出來的 eksctl.io、或指令是採用 AWS CDK 可以讓開發者用自身熟悉的語言,在 AWS 平台整合 CI/CD 工具進行維運及部署 EKS。

了解 Amazon EKS 整合 GitLab ,獲得三面向價值

對開發者而言,想把 Amazon EKS 整合到 CI/CD 工具之一的 GitLab 平台上,可以看到那些實際的優勢?

在 DevOps 開發者示範工作坊當中,GitLab 資深解決方案架構師指出,GitLab 使用到 Kubernetes 技術,主要有三種搭配方法,包含 GitLab Server、GitLab Runner、以及創建 Deployment Environment。

本次示範教學會主要聚焦在 GitLab Runner 如何採取 Auto-scaled 方式進行 Build、Test、Package Apps;以及在 Deployment Environment 運用 Kubernetes 技術,做到 Auto Deploy、Review App。

正因為 Amazon EKS 能夠在 DevOps 過程提供所需要的彈性計算資源,幫助開發者在 GitLab 平台上面獲得以下三個層次的優勢:

  • 在 GitLab 內建的部署工作流程當中,自動生成整套 CI/CD 最佳實踐腳本。
  • Review App 過程,從 Merge Request 中可直接訪問應用程式 /App 的 UI 介面,並且根據 Git branch 名稱、專案名稱,自動生成 Review App 的 URL,以及在 Merge 前的最後防線進行 Approval 檢查。
  • 加速 CI/CD 流水線,GitLab Runner 運行時候還可藉由 Amazon EKS Cluster 進行 Auto-scaled 的支援。

Amazon EKS 整合 GitLab ,需要兩大流程

影片最後,GitLab 資深解決方案架構師示範如何把 Amazon EKS 整合至 GitLab 執行 Auto Deploy,主要可分為兩大區塊流程,第一部分聚焦在 Amazon EKS cluster 的設置,第二部分則執行 Auto Deploy 設置。

第一塊可拆分為四個階段,首先教學怎麼創建 EC2 節點的 EKS cluster,第二階段示範把 EKS Cluster 連接到開發者的 GitLab Instance、Group 或 Project,下一步則使用 Cluster Management Project Template 創建一個 Cluster Management Project,以及最後一階段透過 Cluster Management Project 自帶的 Helm Chart,安裝在 Cluster 所需要的內建 App。

第二塊執行 Auto Deploy 設置,針對需要部署的 App 創建一個 GitLab Project,接著再把 gitlab-ci.yml 添加到 Project,並從 Web IDE 選擇及導入 Auto Deploy 的 CI 模版,讓 GitLab 自動生成最佳實踐的整套流水線。

幫助開發者更了解 Amazon EKS 整合 GitLab 的 QA 系列

Q:使用 Amazon EKS 之後,如何更有效率或優化資源去配置 Worker Node 的機器數量,以及如何有效空管開發維運的成本?

A:Kubernetes 除了本身有 HPA(Horizontal Pod Autoscaling)可根據使用程度自動調整資源流量,另外也能延伸使用 AWS Auto Scaling 方案,針對可擴展資源去設定自動擴展管理。另外在成本管控,雖然 Amazon EKS 會收取額外管理費用,但可透過 AWS 平台的 Calculato r計算每個 EKS 的價格,你會發現自動化部署及管理的費用,相對工程師人力的成本更加便宜。

Q:越來越多客戶考慮把現有 Application 變成容器部署,大多是爲了加快部署的效率,那麼變成容器模式之後,對 CI/CD 的工作流程有什麽影響嗎?

A:運用容器技術最直接的效果,可以讓應用程式的環境更一致化,例如 testing 環節、stage production,讓容器避開一些差異問題。至於 CD 部分要 delivery 一些 usage 不太一樣的時候,容器會幫忙做配置,所以 CI/CD 對容器的效益是相輔相成的。

Q: 客戶在開發流程漸漸會把 Infrastructure 變成代碼或文檔,是不是可以把程式碼跟現有的應用程式的 CI/CD 流水線整合在一起,達到一套完整的 CI/CD 部署流程?

A:觀察目前市場作法,主要分成兩個階段去做整體部署。如果規模比較小的團隊,會把 Infrastructure 代碼跟 App 代碼分開,在管理上會比較靈活;如果企業規模比較大,會有另外一個 Infrastructure 團隊來控制部署事情,這種情况之下,APP 的項目會生成一個 APP package,主要做到 delivery 這個階段爲止。而 Infrastructure 的項目會指定把需要版本的文檔,部署到他們的 Kubernetes Cluster。

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